JPH10335066A - 有機電界発光素子およびこれを用いたフラットパネルディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機ＥＬ素子等の、有機電界発光素子のホー
ル注入効率および電子注入効率を向上し、安定な発光を
得る。 【解決手段】 陽極２とホール輸送層６の間に、テトラ
フェニル金属を含むホール注入層１１を設けるととも
に、金属等の陰極４と電子輸送層８との間に、ポルフィ
リン誘導体からなる電子注入層１２を挿入する。 【効果】 テトラフェニル金属を含むホール注入層およ
びポルフィリン誘導体からなる電子注入層は、それぞれ
陽極／ホール輸送層間および陰極／電子輸送層間の密着
性、バリア性等を向上し、ホール注入効率および電子注
入効率を向上する。この結果、消費電力、素子寿命のい
ずれの評価項目においても優れた性能を有する有機電界
発光素子およびこれを用いたフラットパネルディスプレ
イを提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電流の注入により発
光する発光材料および有機電子輸送材料等をその構成要
素として含む有機電界発光素子およびフラットパネルデ
ィスプレイに関し、さらに詳しくは、陽極からホール輸
送層へのホール注入手段、および陰極から電子輸送層へ
の電子注入手段に特徴を有する有機電界発光素子および
これを用いたフラットパネルディスプレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、コンピュータやテレビジョン
等の情報通信端末機器の画像表示用ディスプレイとして
はブラウン管が最も普及しており、これは輝度が高く色
再現性が良い特長を有する反面、嵩高で重く、消費電力
が大きい問題点を有する。このため、軽量薄型で高効率
のフラットパネルディスプレイへの要望が大きい。現在
最も多用されているフラットパネルディスプレイはアク
ティブマトリクス駆動方式の液晶ディスプレイである
が、視野角が狭い点、自発光でないためバックライトを
使用する場合にはこのバックライトの消費電力が大きい
点、今後実用化が期待される高精細度かつ高速のビデオ
信号に対して十分な応答性を有さない点、そして大画面
サイズのディスプレイを製造する場合の均一性やコスト
高等の問題点がある。液晶ディスプレイに替わるフラッ
トパネルディスプレイの候補として発光ダイオードの可
能性もあるが、大面積の単一基板上への発光ダイオード
マトリクスの製造は困難であり、ブラウン管に置き替わ
る低コストのディスプレイとなるには至っていない。

【０００３】これらの諸問題を解決する可能性を有する
フラットパネルディスプレイとして、最近有機電界発光
素子を採用したものが注目されている。これは、自発光
で応答速度が大きく、視野角依存性がない長所を有す
る。

【０００４】有機発光材料を用いた有機電界発光素子
は、透光性の陽極と金属陰極との間に、有機発光材料を
含む有機電界発光層を挟み込んだものである。C.W.Tang
and S.A.VanSlyke らは、有機電界発光層をホール輸送
層と電子輸送層との２層構成とし、陽極および陰極から
有機電界発光層に注入されるホールと電子が再結合する
際に発光する素子構造を最初に報告した（Appl. Phys.
Lett.,51(12), 913-915(Sept.1987))。この素子構造は
ホール輸送層または電子輸送層のいずれかが発光層を兼
ねているものである。発光は、発光材料の基底状態と励
起状態とのエネルギギャップに対応した波長帯で起き
る。このように有機電界発光層を２層構造としたこと
で、駆動電圧の大幅な削減、発光効率の向上が図られ、
これ以来、全固体型のフラットパネルディスプレイ等へ
の応用を目指した研究が進められている。高発光効率を
得るための発光材料としては、亜鉛錯体やアルミニウム
錯体等、種々の金属錯体が現在までに提案されている。

【０００５】素子構造についても、その後C.Adachi, T.
Tsutsui and S.Saito らによりホール輸送層、発光層お
よび電子輸送層の３層構造とした例が Jap. J. of App
l. Phys. 27-2, L269-L271 (1988)に報告された。さら
に、電子輸送層に発光材料を含ませ、発光層を兼ねる電
子輸送層とホール輸送層との２層構造が、C.W.Tang, S.
A.VanSlyke and C.H.Chen らにより、J. of Appl. Phy
s. 65-9, 3610-3616 (1989)に報告された。これらの報
告により、低電圧で高輝度発光の可能性が検証され、有
機電界発光素子の研究開発は近年極めて活発におこなわ
れている。

【０００６】しかしながら、有機ＥＬ素子の実用化に向
けては、発光輝度あるいは耐久性等、解決すべき問題が
いくつか残されている。高い発光輝度と、経時安定性に
優れた有機電界発光素子の実現のためには、電子、ホー
ルの輸送能力に加えて、有機／無機界面における障壁が
小さく、電子あるいはホールの注入性に優れた、耐久性
のある素子構造を開発する必要がある。

【０００７】有機電界発光素子の初期の研究段階におい
ては、ホール輸送材料として下式（３）に示すＴＰＤ
(N,N'- diphenyl-N,N'- bis(3-methylphenyl)-1,1'-bip
henyl-4,4'-diamine) が使用されてきた。しかしなが
ら、ＴＰＤは融点が約１７０℃、ガラス転移点が約６０
℃と比較的低いので、有機電界発光素子のホール輸送材
料として使用した場合、発光駆動時に発光以外に消費さ
れる無効電流が熱に変換されるために素子温度が上昇
し、非発光欠陥の発生や、甚だしい場合にはホール輸送
層の融解が起こり発光が停止する場合があった。

【０００８】

【化３】

【０００９】これらの不都合を解消するため、式（３）
で示されるＴＰＤのＮ置換基を、N,N'-naphthyl phenyl
とした化合物（米国特許第 5061569号明細書）、またＴ
ＰＤの中心に位置する bipheny基を naphthalene基とし
た下記式（４）で示される化合物（例えば、特開平8-87
122 号公報）、anthracene基とした化合物（例えば、特
開平8-53397 号公報）、あるいは phenanthlene 基とし
た化合物（例えば、特開平8-20770 号公報、特開平8-20
771 号公報）等が開示されている。

【００１０】

【化４】

【００１１】一方、電子輸送層に用いる電子輸送材料の
一例として、先のC.W.Tangらが開発した下記式（５）に
示すアルミニウムキノリノール錯体 Tris-(8-hydroxyqu
inoline)-aluminium（以下、Ａｌｑ３と略記する）が多
く用いられている。Ａｌｑ３はその発光波長が５２９ｎ
ｍにピークを有する緑色発光材料であり、その発光効率
や発光寿命の点で、現時点までにいまだにこの材料を超
える発光材料が得られていないと言ってよい。

【００１２】

【化５】

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ホール
輸送材料として挙げたいずれの化合物も総合的に満足の
ゆくホール輸送性能を備えた材料には至っていない。す
なわち、ホール輸送材料の性能向上の他に、陽極からホ
ール輸送層へのホール注入段階におけるホール注入の高
効率化をも併せて考慮し、総合的なホール輸送能力を高
める必要がある。

【００１４】さらに、電子輸送材料として一定の評価が
得られているＡｌｑ３においても、スパッタリング等に
よる陰極成膜時に入射金属粒子がＡｌｑ３を含む電子輸
送層に与える損傷や、陰極金属と電子輸送層との非接触
部分の発生等の構造欠陥の存在により、ダークスポット
と呼称される非発光点の発生や、素子劣化の加速等が発
生する場合があった。したがって、電子輸送材料そのも
のの性能向上の他に、陰極から電子輸送層への電子注入
段階における電子注入の高効率化や、陰極成膜時のダメ
ージの回避も併せて考慮し、総合的な電子輸送能力を高
める必要がある。

【００１５】本発明はかかる技術背景に鑑み提案するも
のであり、陽極とホール輸送層間におけるホール注入性
能、および陰極と電子輸送層間における電子注入性能を
高め、ホール輸送効率および電子輸送効率に優れた有機
電界発光素子を提供し、有機電界発光素子やこれを用い
たフラットパネルディスプレイの輝度や耐久性等の一層
の向上を図ることをその課題とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した課題を
達成するために提案するものである。すなわち本発明の
有機電界発光素子は、陽極および陰極との間に、ホール
輸送層および電子輸送層を含む有機電界発光層を挟持し
た構造を有する有機電界発光素子において、さらに、こ
の陽極およびホール輸送層との間にホール注入層を有す
るとともに、前記陰極および前記電子輸送層との間に電
子注入層を有することを特徴とする。

【００１７】本発明の有機電界発光素子の好ましい構成
としては、陽極上に、ホール注入層と、少なくともホー
ル輸送層と、発光層と、電子輸送層とからなる有機電界
発光層と、電子注入層と、陰極とが、この順に順次積層
された構造を有することを特徴とする。

【００１８】また本発明の有機電界発光素子の他の好ま
しい構成としては、陽極上に、ホール注入層と少なくと
もホール輸送層と、電子輸送層とからなる有機電界発光
層と、電子注入層と、陰極とが、この順に順次積層され
た構造を有することを特徴とする。かかる素子構造は、
ホール輸送層および電子輸送層のいずれか一方が発光層
を兼ねるものである。

【００１９】本発明の必須構成要件の一つであるホール
注入層は、下記一般式（１）で示される少なくとも一種
のテトラフェニル金属化合物を有することを特徴とす
る。

【００２０】

【化６】 ただし一般式（１）中、Ｍは金属原子を表す。好ましい
金属原子としては、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、ＡｓおよびＡｔ
等が例示される。またこれらテトラフェニル金属化合物
は塩素、臭素等ハロゲンの塩であってもよい。

【００２１】本発明におけるホール注入層の厚さは、１
０ｎｍ以下であることが望ましい。ホール注入層の厚さ
の下限は、均一な連続膜として形成されれば特に限定さ
れないが、成膜装置における膜厚制御の観点からは１分
子層厚以上、実用的には０．５ｎｍ以上が望ましい。

【００２２】本発明の他の必須構成要件である電子注入
層は、下記一般式（２）で示される少なくとも一種のポ
ルフィリン誘導体を有することが望ましい。一般式
（２）中、好ましい金属原子としては、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｐ
ｂ、Ｃｄ、Ｚｎ、ＭｎおよびＣａ等が例示される。この
ポルフィリン誘導体の特徴は、含窒素複素環の官能基を
ポルフィリン環の５、１０、１５および２０位に有して
いることである。

【００２３】

【化７】

【００２４】電子注入層の厚さは、これも１０ｎｍ以下
であることが望ましい。厚さの下限は、均一な連続膜と
して形成されれば特に限定されないが、成膜装置におけ
る膜厚制御の観点からは１分子層厚以上、実用的には
０．５ｎｍ以上が望ましい。

【００２５】本発明の有機電界発光素子は、陽極とホー
ル輸送層との間に新たに極く薄いホール注入層を設けた
ので、ＩＴＯ等透明導電材料からなる陽極と、ホール輸
送層との界面における密着性が向上し、ホール注入効率
が向上する。またこのホール注入層は、素子発熱時にお
いてＩＴＯ等の透明導電材料からの酸素や吸着水等のホ
ール輸送層への拡散を防止するバリア層としても機能
し、ホール輸送材料の劣化を防止する。さらに、ＩＴＯ
等の金属酸化物のエネルギ準位と、有機物であるホール
輸送材料のエネルギ準位との中間のエネルギ準位を有す
るテトラフェニル金属化合物層を挿入することにより、
この面からもホール注入効率の向上に寄与するものと推
量される。このように、ホール注入層は陽極とホール輸
送層間の界面状態を制御するものであるから、その膜厚
は１０ｎｍ以下の薄膜で十分である。またこのテトラフ
ェニル金属化合物は昇華性であり、分子線蒸着法等の手
段により、膜厚の制御された緻密な膜を容易に成膜する
ことが可能である。

【００２６】さらに本発明の有機電界発光素子は、陰極
と電子輸送層との間に新たに極く薄い電子注入層を設け
たので、アルミニウム等の金属材料からなる陰極と、電
子輸送層との界面における密着性が向上し、電子注入効
率が向上する。またこの電子注入層は、素子発熱時にお
いてアルミニウム等の金属材料からなる陰極からの酸素
や吸着水等の電子輸送層への拡散を防止するバリア層と
しても機能し、電子輸送材料の劣化を防止する。さら
に、アルミニウム等の金属のエネルギ準位と、有機物で
ある電子輸送材料のエネルギ準位との中間のエネルギ準
位を有するポルフィリン誘導体層を挿入することによ
り、この面からも電子注入効率の向上に寄与するものと
考えられる。また陰極をスパッタリング等により成膜す
る際に、電子輸送層に与えるダメージを防止することも
できる。このように、電子注入層は陰極と電子輸送層間
の界面状態を制御するものであるから、その膜厚は１０
ｎｍ以下の薄膜で十分である。このポルフィリン誘導体
は昇華性であり、分子線蒸着法等の手段により、膜厚の
制御された緻密な膜を容易に成膜することが可能であ
る。

【００２７】これらの総合的な作用により、ホール輸送
効率および電子輸送効率がともに向上するので、これら
の相乗効果により高輝度かつ耐久性に優れた有機電界発
光素子やこれを用いたフラットパネルディスプレイを作
製することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照しつつ
さらに詳しく説明する。はじめに、本発明の有機電界発
光素子をＥＬ素子に適用した素子構成の概念につき、図
１（ａ）〜（ｂ）に示す概略断面図を参照して説明す
る。これらのうち、図１（ａ）は透過型の有機電界発光
素子、図１（ｂ）は反射型の有機電界発光素子の素子構
成を示す。図中の矢印は光が出射される方向を示す。

【００２９】いずれの素子構成においても、符号１はガ
ラス、プラスチックス等の透明材料やその他シリコン等
適宜の材料からなる基板である。有機電界発光素子を他
の表示素子や駆動回路等と組み合わせて使用する場合に
は、基板１をこれら共用することができる。符号２は陽
極であり、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)やＳｎＯ₂ の他
に、Ｓｂ含有ＳｎＯ₂ 、Ａｌ含有ＺｎＯあるいはＡｕ薄
膜等の透明導電材料からなる。またポリチオフェン、ポ
リピロール等の導電性高分子薄膜を用いてもよい。陽極
の電気抵抗値は、素子の消費電力や発熱を低減するため
に、低抵抗であることが望ましい。陽極の成膜方法は特
に限定されず、電子ビーム等による真空蒸着法、スパッ
タリング法、ＣＶＤ法等その他を適宜採用できる。

【００３０】符号３は有機電界発光層であり、この層構
成については後述する。

【００３１】符号４は陰極であり、電極材料としては例
えばＬｉ、Ｍｇ、Ｃａ等の低仕事関数の活性な金属と、
Ａｇ、Ａｌ、Ｉｎ等との合金あるいは積層構造を採用す
ることができる。成膜法は特に限定されず、抵抗加熱等
の真空蒸着法、イオンプレーティング法あるいはスパッ
タリング法等を採用できる。図１（ａ）に示す透過型の
有機電界発光素子の場合には、この陰極４の厚さを調節
することにより、用途に合った光透過率を得ることがで
きる。また陰極４の導電性を補完するために、さらＩＴ
ＯやＳｎＯ₂ 等の透明導電膜を積層して用いてもよい。

【００３２】符号５は必要に応じて形成される保護層で
あり、気密性や光学特性等を満たす材料であればプラス
チックス等の有機材料やＳｉＯ₂ 等の無機材料を問わず
いずれも採用できる。

【００３３】符号１１および１２は本発明の有機電界発
光素子の特徴部分であり、符号１１は陽極２と有機電界
発光層３のホール輸送層（不図示）との間に挿入される
ホール注入層である。また符号１２は陰極４と有機電界
発光層３の電子輸送層（不図示）の間に挿入される電子
注入層である。

【００３４】ホール注入層１１は先述した一般式（１）
で示されるテトラフェニル金属化合物の一種あるいは混
合物から構成され、その成膜方法は抵抗加熱等による真
空蒸着法、イオンプレーティング法、分子線蒸着法、分
子線エピタキシ法等の真空技術を用いた成膜法の他に、
化学修飾法、スピンコート法あるいはＬＢ(Langmuir-Br
odjet)法等の湿式成膜法を用いることができる。ホール
注入層１１は１０ｎｍ以下の極薄膜であるので、膜厚制
御性のよい成膜方法を採用することが望ましい。

【００３５】電子注入層１２は先述した一般式（２）で
示されるポルフィリン誘導体の一種あるいは混合物から
構成され、その成膜方法は抵抗加熱等による真空蒸着
法、イオンプレーティング法、分子線蒸着法、分子線エ
ピタキシ法等の真空技術を用いた成膜法の他に、化学修
飾法、スピンコート法あるいはＬＢ(Langmuir-Brodjet)
法等の湿式成膜法を用いることも可能であ。電子注入層
１２は、これも１０ｎｍ以下の極薄膜であるので、膜厚
制御性のよい成膜方法を採用することが望ましい。

【００３６】有機電界発光層３の更に詳しい層構成を図
２（ａ）〜（ｂ）に示す。有機電界発光層３の基本構成
は、有機電界発光を得ることができる層構成であれば、
従来から提案されているいずれの構造をも採用できる。
すなわち、図２（ａ）に示すように、陽極２側から、ホ
ール輸送層６／発光層７／電子輸送層８の順に積層した
３層構造の他に、ホール輸送層６および電子輸送層８の
いずれかが発光性を有する場合には、発光層７をこれら
の層で兼用し、図２（ｂ）に示すように、陽極２側か
ら、ホール輸送層６／電子輸送層８の２層構造とするこ
とも可能である。

【００３７】ホール輸送層６はホール輸送材料単独で、
あるいはホール輸送材料を有機高分子等のマトリクス中
に均質に分散して形成される。ホール輸送材料として
は、下記式（３）に示すＴＰＤ(N,N'-diphenyl-N,N'-bi
s(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine) や、
そのビフェニル骨格を縮合環に置換した化合物、Ｎ−イ
ソプロピルカルバゾール等の３級アミン類、ピラゾリン
誘導体、スチルベン系化合物、ヒドラゾン系化合物、オ
キサジアゾール誘導体やフタロシアニン誘導体で代表さ
れる複素環化合物、ポリマ系ではこれら単量体を側鎖に
有するポリカーボネート誘導体やポリスチレン誘導体、
ポリビニルカルバゾールあるいはポリシラン等が好まし
く使用できるが、特に限定はされない。

【００３８】

【化８】

【００３９】発光層に用いる発光材料としては、先述し
た式（５）で示されるＡｌｑ３の他に、アントラセン、
ピレン、ビススチリルアントラセン誘導体、テトラフェ
ニルブタジエン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾ
ール誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ピロロピリジ
ン誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン誘導
体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾロピリジン誘
導体、そしてポリマ系ではポリフェニレンビニレン誘導
体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体
等を使用できるが、これらに限定されるものではない。
また発光層に添加するドーパントとして、ルブレン、キ
ナクリドン誘導体、ＤＣＭ（４−ジシアノメチレン−６
−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−２−メチル４Ｈ−
ピラン）、ペリノン、ペリレン、クマリン等を使用して
もよい。

【００４０】電子輸送層に用いる電子輸送材料として
は、電子輸送効率が高い物質であればよく、そのために
は電子親和力および電子移動度が大きく、安定性が高
く、さらに製造時および発光時に不純物を発生しない材
料であることが望ましい。かかる材料としては、先述し
た式（５）で示されるＡｌｑ３が例示されるが、他の材
料でもよい。

【００４１】かかる各種有機電界発光層材料は、各材料
そのものを順次積層することにより形成されるが、高分
子ポリマ中に分散して積層し、陽極および陰極間に挟持
してもよい。高分子ポリマとしては、ポリ塩化ビニル、
ポリカーボネート、ポリスチレン等が例示されるがこれ
らに限定されることはない。発光に寄与するこれら各層
の形成方法は、抵抗加熱や電子ビーム等による蒸着法、
イオンプレーティング法、分子線蒸着法、分子線エピタ
キシ法、スパッタリング法等の乾式成膜法が好ましい
が、この他にも化学修飾法、スピンコート法、ＬＢ法等
の湿式成膜法を用いることも可能である。

【００４２】ホールあるいは電子の電荷輸送性能を向上
するためには、ホール輸送層６と電子輸送層８のいずれ
か一方あるいは両方が、複数種の材料を積層した構造、
あるいは複数種の材料を混合した構造であってもよい。
また発光性能を向上するために、ホール輸送層６、発光
層７および電子輸送層８のいずれか一つの層あるいは複
数の層に、螢光材料を含有させてもよい。かかる螢光材
料としては特に限定されないが、例えばキナクリドンや
下記構造式（６）で示されるＤＣＭ（４−ジシアノメチ
レン−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−２−メチ
ル４Ｈ−ピラン）等が例示される。これらの場合には、
発光効率をさらに改善するために、ホールまたは電子の
輸送を制御するための薄膜をその層構成に含ませること
も可能である。

【００４３】

【化９】

【００４４】図２（ａ）に示したＥＬ素子においては、
陽極２と陰極４の間に直流電圧を印加することにより、
陽極２からホール注入層１１を介して注入されたホール
がホール輸送層６を経て、また陰極４から電子注入層１
２を介して注入された電子が電子輸送層８を経て、それ
ぞれ発光層７に到達する。この結果、発光層７において
は電子／ホールの再結合が生じて一重項励起子が生成
し、この一重項励起子から所定波長の発光を発生する。
図２（ｂ）に示す発光層を省略した層構成の場合には、
ホール輸送層６と電子輸送層８の界面から所定波長の発
光を発生する。これらの発光は基板１側から観測され
る。また先に図１（ａ）に示した透過型のＥＬ素子の場
合には、発光は保護層５側からも観測される。

【００４５】有機電界発光素子に印加する電流は通常直
流であるが、パルス電流や交流を用いてもよい。電流
値、電圧値は素子破壊しない範囲内であれば特に制限は
ないが、有機電界発光素子の消費電力や寿命を考慮する
と、可及的に小さい電気エネルギで効率良く発光させる
ことが望ましい。

【００４６】本発明の発光素子を実際の有機ＥＬ素子に
適用した一例を、図３の概略斜視図に示す。図３のＥＬ
素子は、陰極４と陽極２の間に、電子注入層１２、有機
電界発光層３およびホール注入層１１からなる積層体を
配設したものである。有機電界発光層３の層構成は、上
述した図２（ａ）あるいは図２（ｂ）のいずれでもよ
い。陰極４と陽極２は、ともにストライプ状にパターニ
ングするとともに互いにマトリクス状に直交させ、シフ
トレジスタ内蔵の制御回路９および１０により時系列的
に信号電圧を印加し、その交叉位置で発光するように構
成されたものである。かかる構成のＥＬ素子は、文字・
記号等のディスプレイとしては勿論、画像再生装置とし
ても使用できる。また陰極４と陽極２のストライプ状パ
ターンを赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色に対応し
て配置し、マルチカラーあるいはフルカラーの全固体型
フラットパネルディスプレイを構成することが可能とな
る。図示のＥＬ素子は、８×３ＲＧＢ構成の単純マトリ
クスディスプレイの構成例であるが、従来公知の駆動回
路、電極構成等はいずれも採用することができる。

【００４７】以下、本発明の有機電界発光素子の好適な
実施例につき、適宜比較例を加えながらさらに詳細な説
明を加える。ただし本発明はこれら実施例になんら限定
されるものではない。

【００４８】実施例１有機電界発光素子の作成 本実施例は、一般式（１）のテトラフェニル金属化合物
のうち、テトラフェニルゲルマニウム（ＴＰＧｅと略記
する）をホール注入層の材料とするとともに、一般式
（２）のポルフィリン誘導体のうち、５，１０，１５，
２０−テトラ（４−ピリジル）−２１Ｈ，２３Ｈ−ポル
フィリンニッケル（ＮｉＴＰｙＰと略記する）を電子注
入層材料として採用し、有機電界発光素子を作製した例
である。

【００４９】分子線蒸着装置中に、１００ｎｍの厚さの
ＩＴＯからなる陽極が一表面に形成された３０ｍｍ×３
０ｍｍのガラスの基板を分子線源の２５ｃｍ上方にセッ
ティングした。蒸着マスクとして、複数の２．０ｍｍ×
２．０ｍｍの単位開口を有する金属マスクを基板に近接
して配置し、分子線蒸着法により１０^-7Ｐａ以下の超高
真空下でＴＰＧｅを例えば１ｎｍの厚さに蒸着してホー
ル注入層を形成した。成膜レートは水晶振動子による膜
厚モニタにより例えば０．１ｎｍ／ｓｅｃ以下に制御し
た。

【００５０】つぎに、ホール注入層が形成された基板を
抵抗加熱方式の真空蒸着装置に搬送し、蒸着源の上方２
５ｃｍの位置にセッティングした。蒸着マスクとして、
同じく複数の２．０ｍｍ×２．０ｍｍの単位開口を有す
る金属マスクを基板に近接し、かつ先に形成されたホー
ル注入層のパターンに位置合わせして配置し、真空蒸着
法により１０^-7Ｐａ以下の高真空下で先の式（３）で示
したＴＰＤを例えば５０ｎｍの厚さに蒸着してホール輸
送層を形成した。成膜レートは水晶振動子による膜厚モ
ニタにより例えば２ｎｍ／ｓｅｃに制御した。

【００５１】さらに同じ抵抗加熱方式の真空蒸着装置内
で、発光層と電子輸送層を兼ねる材料として先述した式
（５）で示されるＡｌｑ３をホール輸送層上に接して蒸
着した。Ａｌｑ３の層厚も例えば５０ｎｍとし、成膜レ
ートはこれも水晶振動子による膜厚モニタにより例えば
２ｎｍ／ｓｅｃに制御した。

【００５２】さらに発光層と電子輸送層を兼ねるＡｌｑ
３層が形成された基板を分子線蒸着装置に搬送し、分子
線ソースの上方２５ｃｍの位置にセッティングした。蒸
着マスクとして、同じく複数の２．０ｍｍ×２．０ｍｍ
の単位開口を有する金属マスクを基板に近接して配置
し、かつ先に形成されたＡｌｑ３層のパターンに位置合
わせして配置し、分子線蒸着法により１０^-7Ｐａ以下の
超真空下でＮｉＴＰｙＰを例えば１ｎｍの厚さに成膜
し、電子注入層を形成した。成膜レートは水晶振動子に
よる膜厚モニタにより０．１ｎｍ／ｓｅｃ以下に制御し
た。なおホール注入層および電子注入層の形成に分子線
蒸着法を採用したのは、通常の抵抗加熱蒸着法等に比較
して極薄膜形成における膜厚制御が容易であるためであ
る。

【００５３】陰極材料としてはＭｇとＡｇの積層膜を採
用し、これは通常の抵抗加熱の真空蒸着により、蒸着レ
ートを４ｎｍ／ｓｅｃとして例えば５０ｎｍ（Ｍｇ）お
よび１５０ｎｍ（Ａｇ）の厚さに形成し、実施例１によ
る有機電界発光素子の基本形を作製した。

【００５４】発光特性の評価 このように作製した実施例１の有機電界発光素子に、窒
素雰囲気下で順バイアス直流電圧を加えて発光特性を評
価した。発光色は緑色であり、分光測定をおこなった結
果、図４に示す５２９ｎｍに発光ピークを有するスペク
トルを得た。分光測定は、大塚電子製のフォトダイオー
ドアレイを検出器とした分光器を用いた。図４のスペク
トルはＡｌｑ３の発光スペクトルと一致し、ＥＬ素子の
発光はＡｌｑ３によるものであることが確認された。印
加電圧を漸増し、輝度計により輝度の測定をおこなった
ところ、印加電圧９Ｖで１０００ｃｄ／ｍ² の輝度が得
られた。この有機電界発光素子を作製後、室内に１月間
放置したが、素子劣化は観測されなかった。また印加電
圧１０Ｖを連続的に通電して連続発光して強制劣化させ
た際、発光が完全に消失する迄の素子寿命は３５日間で
あった。

【００５５】実施例２ 本実施例は、前実施例１でホール注入層材料として採用
したＴＰＧｅに替えてテトラフェニル錫（ＴＰＳｎと略
記する）を、電子注入層材料として採用したＮｉＴＰｙ
Ｐに替えて、５，１０，１５，２０−テトラ（４−ピリ
ジル）−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン亜鉛（ＺｎＴＰ
ｙＰと略記する）を電子注入層材料として採用した他
は、各有機電界発光層の層構成、成膜法とも前実施例１
に準拠して有機電界発光素子を作製した。

【００５６】本実施例２の有機電界発光素子も、実施例
１と同様の緑色の発光を呈した。分光測定の結果、スペ
クトルは実施例１の有機電界発光素子のスペクトルと一
致し、Ａｌｑ３の発光によるものであることが確認され
た。印加電圧を漸増し、輝度計により輝度の測定をおこ
なったところ、印加電圧１０Ｖで１５００ｃｄ／ｍ² の
輝度が得られた。この有機電界発光素子を作製後、室内
に１月間放置したが、素子劣化は観測されなかった。

【００５７】実施例３ 本実施例は、前実施例１でホール注入層材料として採用
したＴＰＧｅに替えて、テトラフェニル鉛（ＴＰＰｂと
略記する）を用いるとともに、電子注入層材料として採
用したＮｉＴＰｙＰに替えて、５，１０，１５，２０−
テトラ（４−ピリジル）−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリ
ンチタニウム（ＴｉＴＰｙＰと略記する）を電子注入層
材料として採用した他は、各有機電界発光層の層構成、
成膜法とも前実施例１に準拠して有機電界発光素子を作
製した。

【００５８】本実施例３の有機電界発光素子も実施例１
と同様の緑色の発光を呈した。分光測定の結果、スペク
トルは実施例１の有機電界発光素子のスペクトルと一致
し、Ａｌｑ３の発光によるものであることが確認され
た。印加電圧を漸増し、輝度計により輝度の測定をおこ
なったところ、印加電圧１０Ｖで１２００ｃｄ／ｍ² の
輝度が得られた。この有機電界発光素子を作製後、室内
に１月間放置したが、素子劣化は観測されなかった。

【００５９】比較例１ 比較のため、陽極とホール輸送層との間にテトラフェニ
ル金属化合物によるホール注入層を形成しなかった他
は、電子注入層や各有機電界発光層の層構成、成膜法と
も前実施例１に準拠して有機電界発光素子を作製した。

【００６０】比較例１の有機電界発光素子も実施例１と
同様の緑色の発光を呈した。分光測定の結果、スペクト
ルは実施例１の有機電界発光素子のスペクトルと一致
し、Ａｌｑ３の発光によるものであることが確認され
た。しかしながら、実施例１の有機電界発光素子と同一
の輝度を得るための消費電力は、約３２％増加し、素子
寿命も実施例１の有機電界発光素子の３５日間から２５
日間に減少した。

【００６１】比較例２ 比較のため、陰極と電子輸送層との間にポルフィリン誘
導体による電子注入層を形成しなかった他は、ホール注
入層や各有機電界発光層の層構成、成膜法とも前実施例
１に準拠して有機電界発光素子を作製した。

【００６２】比較例２の有機電界発光素子も実施例１と
同様の緑色の発光を呈した。分光測定の結果、スペクト
ルは実施例１の有機電界発光素子のスペクトルと一致
し、Ａｌｑ３の発光によるものであることが確認され
た。しかしながら、実施例１の有機電界発光素子と同一
の輝度を得るための消費電力は、約２５％増加し、素子
寿命も実施例１の有機電界発光素子の３５日間から１０
日間に減少した。

【００６３】比較例３ 比較のため、陽極とホール輸送層との間にテトラフェニ
ル金属化合物によるホール注入層、および陰極と電子輸
送層との間にポルフィリン誘導体による電子注入層を、
ともに形成しなかった他は、各有機電界発光層の層構
成、成膜法とも前実施例１に準拠して有機電界発光素子
を作製した。

【００６４】比較例３の有機電界発光素子も実施例１と
同様の緑色の発光を呈した。分光測定の結果、スペクト
ルは実施例１の有機電界発光素子のスペクトルと一致
し、Ａｌｑ３の発光によるものであることが確認され
た。しかしながら、実施例１の有機電界発光素子と同一
の輝度を得るための消費電力は、約３５％増加し、素子
寿命も実施例１の有機電界発光素子の３５日間から２日
間に減少した。

【００６５】以上本発明の有機電界発光素子について詳
細な説明を加えたが、本発明はこれら実施例によりなん
ら限定されるものではない。例えば、ホール注入層の材
料としてのテトラフェニル金属化合物として採用したＴ
ＰＧｅ、ＴＰＳｎあるいはＴＰＰｂの他にもその他各種
の金属化合物やそのハロゲン塩を採用してもよい。また
電子注入層の材料として採用するポルフィリン誘導体と
して実施例にあげたＮｉＴＰｙＰ、ＺｎＴＰｙＰおよび
ＴｉＴＰｙＰの他にも各種金属化合物やそのハロゲン塩
を採用してよい。またホール輸送層のホール輸送材料や
電子輸送層の電子輸送材料として、実施例の化合物の他
に、従来公知の他のホール輸送材料や電子輸送材料を用
いてもよい。また有機電界発光層の各層構成や電極構
造、あるいはこれらの形成方法も、従来既知の構造は製
法はいずれも採用できる。

【００６６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、有機電界発光素子におけるホール注入性能お
よび電子注入性能がいずれも向上し、消費電力が少なく
寿命の長い安定な有機電界発光素子およびこれを用いた
フラットパネルディスプレイを提供することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機電界発光素子を、ＥＬ素子に適用
した素子構成を示す概略断面図である。

【図２】本発明の有機電界発光素子を、ＥＬ素子に適用
した素子構成を示す概略断面図であり、有機電界発光層
の層構成を示す。

【図３】有機電界発光素子を、フラットパネルディスプ
レイに適用した装置構成を示す概略斜視図である。

【図４】実施例１の有機電界発光素子の発光スペクトル
である。

【符号の説明】

１…基板、２…陽極、３…有機電界発光層、４…陰極、
５…保護層、６…ホール輸送層、７…発光層、８…電子
輸送層、９、１０…制御回路、１１…ホール注入層、１
２…電子注入層

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽極および陰極との間に、ホール輸送層
   および電子輸送層を含む有機電界発光層を挟持した構造
   を有する有機電界発光素子において、 さらに、前記陽極および前記ホール輸送層との間にホー
   ル注入層を有するとともに、 前記陰極および前記電子輸送層との間に電子注入層を有
   することを特徴とする有機電界発光素子。
2. 【請求項２】 陽極上に、 ホール注入層と、 少なくともホール輸送層と、発光層と、電子輸送層とか
   らなる有機電界発光層と、 電子注入層と、 陰極とが、 この順に順次積層された構造を有することを特徴とする
   請求項１記載の有機電界発光素子。
3. 【請求項３】 陽極上に、 ホール注入層と少なくともホール輸送層と、電子輸送層
   とからなる有機電界発光層と、 電子注入層と、 陰極とが、 この順に順次積層された構造を有することを特徴とする
   請求項１記載の有機電界発光素子。
4. 【請求項４】 前記ホール注入層は、下記一般式（１）
   で示される少なくとも１種のテトラフェニル金属を含む
   ことを特徴とする請求項１記載の有機電界発光素子。 【化１】 （ただし一般式（１）中、Ｍは金属原子を表す。）
5. 【請求項５】 前記ホール注入層の厚さは、１０ｎｍ以
   下であることを特徴とする請求項１記載の有機電界発光
   素子。
6. 【請求項６】 前記電子注入層は、下記一般式（２）で
   示される少なくとも１種のポルフィリン誘導体を含むこ
   とを特徴とする請求項１記載の有機電界発光素子。 【化２】
7. 【請求項７】 前記電子注入層の厚さは、１０ｎｍ以下
   であることを特徴とする請求項１記載の有機電界発光素
   子。
8. 【請求項８】 前記有機電界発光層は、 さらに螢光色素を含むことを特徴とする請求項１記載の
   有機電界発光素子。
9. 【請求項９】 前記有機電界発光素子は、エレクトロル
   ミネセンス素子であることを特徴とする請求項１ないし
   ８いずれか１項記載の有機電界発光素子。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし８いずれか１項記載の
    有機電界発光素子を含んで構成されることを特徴とする
    フラットパネルディスプレイ。