【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は各種表示装置の発光源
として用いられる有機薄膜発光素子に係り、特に有機薄
膜発光素子の電子注入電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のブラウン管にかわるフラットディ
スプレイの需要の急増に伴い、各種表示素子の開発及び
実用化が精力的に進められている。エレクトロルミネッ
センス素子（以下ＥＬ素子とする）もこうしたニ−ズに
即するものであり、特に全固体の自発発光素子として、
他のディスプレイにはない高解像度及び高視認性により
注目を集めている。
【０００３】現在、実用化されているものは、発光層に
ＺｎＳ／Ｍｎ系を用いた無機材料からなるＥＬ素子であ
る。しかるに、この種の無機ＥＬ素子は発光に必要な駆
動電圧が２００Ｖ程度と高いため駆動方法が複雑となり
製造コストが高いといった問題点がある。また、青色発
光の効率が低いため、フルカラ−化が困難である。これ
に対して、有機材料を用いた薄膜発光素子は、発光に必
要な駆動電圧が大幅に低減でき、かつ各種発光材料の添
加によりフルカラ−化の可能性を充分に持つことから、
近年研究が活発化している。
【０００４】特に、インジウムスズ酸化物（以下ＩＴＯ
と略する）からなる透明電極上に、正孔注入層と発光層
を積層し、この上にＭｇとＡｇの合金（混合比１０：
１）を蒸着した構造において、発光材にトリス（８−ヒ
ドロキシキノリン）アルミニウムを、正孔注入材に１，
１’−ビス（４−Ｎ，Ｎ−ジトリアミノフェニル）シク
ロヘキサンを用いることにより、１０Ｖ以下の直流電圧
印加で１０００ｃｄ／ｍ2以上の輝度が得られたという
報告がなされて以来開発に拍車がかけられた。（Appl.P
hys.Lett.51,913,(1987))この種の積層構造素子は、駆
動用直流電源のプラス側をＩＴＯ電極に、マイナス側を
Ｍｇ／Ａｇ電極と接続することにより、該ＩＴＯ電極か
ら注入された正孔と該Ｍｇ／Ａｇ電極から注入された電
子が発光層中で輻射再結合により発光するものと考えら
れており、特に正孔注入層の導入により、正孔の発光層
への注入性が向上したため発光効率の大幅な改善がなさ
れたものと推定されている。（以下、駆動電源のプラス
側と接続し正孔の注入を行う電極を正孔注入電極と、マ
イナス側と接続し、電子の注入を行う電極を電子注入電
極と称する。）従来、電子注入電極としてはＭｇ系アロ
イが一般的に用いられ、また、発光層からの発光を取り
出すための透明電極としては、ＩＴＯまたはＳｎＯ2が
用いられている。特に、Ｍｇは、その詳細な理論的根拠
は充分に解明されてはいないが、発光層への電子注入性
が優れていることから電子注入電極に最適である。しか
しＭｇは酸化性が高く不安定であることから単独では電
極としての適用が難しく、Ａｇ、Ｉｎ等とのアロイ系と
している。しかるに、アロイ系としてもなお充分には安
定でなく、成膜後に電気抵抗が増大し、特性劣化をおこ
すことがある。また、該Ｍｇ系アロイを形成する際に、
Ｍｇともう一つの金属との混合比を正確にコントロ−ル
することは困難である。
【０００５】かかる問題を解決するための手段として、
Ａｌを添加した酸化亜鉛膜が電子注入電極として良好な
特性を示すことが見出されている。該Ａｌを添加した酸
化亜鉛膜は、発光層への電子注入性において、上記Ｍｇ
系アロイと同等の能力を有するばかりでなく、安定性に
おいて該Ｍｇ系アロイより優れている。したがって、Ｍ
ｇ系アロイのかわりに、電子注入電極として適用可能で
ある。さらに、該酸化亜鉛膜は膜中に添加するＡｌの含
有量を調整することにより、可視光に対して８０〜９０
％の透過率となるため、発光層からの発光を取り出す透
明電極としても使用できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、かかるＡｌ
を添加した酸化亜鉛膜は、数ｍｍ2サイズの単一素子に
関しては問題はないが、実用的な数１０ｃｍ2以上のサ
イズへの適用においては、問題点が生じる。すなわち、
該Ａｌを添加した酸化亜鉛膜は、ＩＴＯやＳｎＯ2等の
透明導電膜や、Ａｌ、Ｍｇ系アロイ等の金属膜に比べ、
表面の平滑性に劣る。したがって、ガラス等の絶縁性基
板上に、Ａｌ添加酸化亜鉛膜を１０００〜５０００Å形
成し、該Ａｌ添加酸化亜鉛膜単独で電極とする場合に、
電極表面に凹凸が生じる。このため、膜厚１０００〜２
０００Å程度の有機層を該Ａｌ添加酸化亜鉛膜上に成膜
すると、有機層にも凹凸が生じたり、膜厚が不均一とな
るため、時として素子面内の発光ムラや、該有機膜の膜
厚の薄い部分に電界が局所的に集中し、短絡現象をひき
おこすことがある。よって、素子面積の大きい素子にお
いて、表面平滑性の向上をなしうる層構成または成膜法
の開発が、該Ａｌ添加酸化亜鉛膜を用いた有機発光素子
の実用化に際しては重要になる。
【０００７】電子注入電極は良好な電荷の注入性，長時
間駆動時の安定性が求められるがＡｌ，Ｔｉ等の金属を
単独で用いた場合、長時間駆動に伴い、電極が剥離する
減少がみられ、信頼性の向上のためにはこの剥離現象の
改善が必要であり、発光効率の一層の向上が望まれる。
この発明は上述の点に点に鑑みてなされ、その目的は新
規な電子注入電極を開発することにより、発光効率と信
頼性に優れる有機薄膜発光素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の目的は第一の発明
によれば正孔注入電極および電子注入電極の一対の電極
と、この電極に挟まれた電荷注入層と発光層とを有し、
電荷注入層は電極から電荷の注入を受け継いでこれを発
光層に輸送注入するもので、正孔注入電極から正孔の注
入を受ける正孔注入層と電子注入電極から電子の注入を
受ける電子注入層のうちの少なくとも正孔注入層を含む
ものであり、発光層は正孔と電子の注入を受けて所定の
波長の発光を行うものであり、一対の電極のうち電子注
入電極はスカンジウム金属からなるとすること、また第
二の発明によれば、正孔注入電極および電子注入電極の
一対の電極と、この電極に挟まれた電荷注入層と発光層
とを有し、電荷注入層は電極から電荷の注入を受け継い
でこれを発光層に輸送注入するもので、正孔注入電極か
ら正孔の注入を受ける正孔注入層と電子注入電極から電
子の注入を受ける電子注入層のうちの少なくとも正孔注
入層を含むものであり、発光層は正孔と電子の注入を受
けて所定の波長の発光を行うものであり、一対の電極の
うち電子注入電極はスカンジウム合金からなるとするこ
とにより達成される。
【０００９】
【作用】Ｓｃを電子注入電極として用いると、発光効率
と長時間安定性が向上する。Ｓｃの合金を用いると、発
光効率と長時間安定性がさらに向上する。
【００１０】
【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１はこの発明の実施例に係る有機薄膜発光素子
を示す断面図である。図２はこの発明の異なる実施例に
係る有機薄膜発光素子を示す断面図である。図３はこの
発明のさらに異なる実施例に係る有機薄膜発光素子を示
す断面図である。
【００１１】１は絶縁性基板、２は正孔注入電極、３は
正孔注入層、４は発光層、５は電子注入層、６は電子注
入電極である。絶縁性基板１は有機薄膜発光素子の支持
体であり、ガラス，樹脂等がもちいられる。正孔注入電
極２は金，ニッケル等の半透膜やインジウムスズ酸化物
（ＩＴＯ），酸化スズ（ＳｎＯ2）等の透明導電膜から
なり、抵抗加熱蒸着，電子ビーム蒸着，スパッタ法等に
より形成される。膜厚は１００ないし２０００Åの厚さ
が好ましい。
【００１２】正孔注入層３は発光層に効率良く正孔を輸
送，注入し発光した光の極大値において出来るだけ透明
であることが望ましい。成膜方法としてはスピンコー
ト，キャスティング，ＬＢ法，抵抗加熱蒸着，電子ビー
ム蒸着等があるが抵抗加熱蒸着が一般的である。膜厚は
２００ないし５０００Åであり、好適には３００ないし
８００Åである。正孔注入物質としてはヒドラゾン化合
物，ピラゾリン化合物，スチルベン化合物，アミン系化
合物，などが用いられる。代表的な正孔注入物質が以下
化学式（４−１）ないし化学式（４−７）に示される。
【００１３】
【化１】
【００１４】発光層は正孔注入層より注入された正孔と
電子注入電極または電子注入層から注入された電子によ
り効率良く発光を行う。成膜方法としてはスピンコー
ト，キャスティング，ＬＢ法，抵抗加熱蒸着，電子ビー
ム蒸着等があるが抵抗加熱蒸着が一般的である。膜厚は
２００ないし５０００Åであり、好適には３００ないし
８００Åである。
【００１５】発光層としては金属キレート化合物，ペリ
ノン誘導体，ジスチリルベンゼン誘導体，等が用いられ
る。代表的な発光物質が以下化学式（５−１）ないし化
学式（５−５）に示される。
【００１６】
【化２】
【００１７】電子注入層は電子を発光層に効率良く輸
送，注入することが必要である。成膜方法としてはスピ
ンコート，キャスティング，ＬＢ法，抵抗加熱蒸着，電
子ビーム蒸着等があるが抵抗加熱蒸着が一般的である。
膜厚は２００ないし５０００Åであり、好適には３００
ないし８００Åである。電子注入物質としてはオキサジ
アゾール誘導体，ペリレン誘導体，などが用いられる。
代表的な電子注入物質が化学式（６−１）ないし化学式
（６−３）に示される。
【００１８】電子注入電極６は抵抗加熱蒸着，電子ビー
ム蒸着，スパッタ法により形成される。 実施例１ 膜厚１０００Åのインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を設
けた５０ｍｍ角のガラスを基板とし、この基板を抵抗加
熱蒸着装置内に載置し、正孔注入層、発光層の順に成膜
した。成膜に際して真空槽内は８×１０-4Ｐａまで減圧
した。正孔注入層には化学式（４−１）に示される正孔
注入物質を用い、ボート温度１９０ないし２３０℃の範
囲で加熱し、成膜速度を２Å／ｓとして８００Å形成し
た。発光層には化学式（５−１）で示される発光物質を
用い、ボート温度２３０ないし２７０℃の範囲で加熱
し、成膜速度を２Å／ｓとして６００Å形成した。この
あと基板を抵抗加熱蒸着装置から取り出し、直径５ｍｍ
のドットパターン用ステンレスマスクを取り付け、新た
に抵抗加熱蒸着装置内に載置し、電子注入電極としてＳ
ｃを１０００Å形成した。 実施例２ 実施例１の発光層を化学式（５−２）で示される発光物
質に代え、ボート温度２１０ないし２６０℃の範囲で加
熱し、成膜速度を２Å／ｓとして６００Å形成する他は
実施例１と同様にして有機薄膜発光素子を形成した。 比較例１ 実施例１の電子注入電極をＡｌ １０００Åに代える他
は実施例１と同様にして有機薄膜発光素子を形成した。 比較例２ 実施例２の電子注入電極をＡｌ １０００Åにかえる他
は実施例２と同様にして有機薄膜発光素子を形成した。
【００１９】このようにして得られた有機薄膜発光素子
に直流電圧を印加し、発光特性を測定した。測定結果が
表１，表２に示される。
【００２０】
【化３】
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】表１，表２に見られるように実施例１，２は比較例１、
２に比較して発光開始電圧、発光効率、最高輝度が向上
しており、本発明のＳｃを正孔注入電極として用いるこ
との優位性は明らかである。 実施例３ 実施例１の電子注入電極をＳｃ／Ｍｇ（８：２）の合金
として１０００Å形成しその他は実施例１と同様にして
有機薄膜発光素子を形成した。 実施例４ 実施例２の電子注入電極をＳｃ／Ｍｇ（８：２）の合金
として１０００Å形成しその他は実施例２と同様にして
有機薄膜発光素子を形成した。 実施例５ 実施例１の電子注入電極をＳｃ／Ｉｎ（８：２）の合金
として１０００Å形成しその他は実施例１と同様にして
有機薄膜発光素子を形成した。 実施例６ 実施例２の電子注入電極をＳｃ／Ｉｎ（８：２）の合金
として１０００Å形成しその他は実施例２と同様にして
有機薄膜発光素子を形成した。
【００２３】このようにして得られた有機薄膜発光素子
に直流電圧を印加し、発光特性を測定した。測定結果が
表３，表４に示される。
【００２４】
【表３】
【００２５】
【表４】表３，表４に見られるように実施例３，４，５，６は比
較例１，２に比較して剥離現象が改善されて連続発光時
間が改善され、さらに発光開始電圧，効率，最高輝度に
ついても向上がみられ、Ｓｃ合金を正孔注入電極として
用いることの優位性は明らかである。
【００２６】
【発明の効果】第一の発明によれば正孔注入電極および
電子注入電極の一対の電極と、この電極に挟まれた電荷
注入層と発光層とを有し、電荷注入層は電極から電荷の
注入を受け継いでこれを発光層に輸送注入するもので、
正孔注入電極から正孔の注入を受ける正孔注入層と電子
注入電極から電子の注入を受ける電子注入層のうちの少
なくとも正孔注入層を含むものであり、発光層は正孔と
電子の注入を受けて所定の波長の発光を行うものであ
り、一対の電極のうち電子注入電極はスカンジウム金属
からなるとすること、また第二の発明によれば正孔注入
電極および電子注入電極の一対の電極と、この電極に挟
まれた電荷注入層と発光層とを有し、電荷注入層は電極
から電荷の注入を受け継いでこれを発光層に輸送注入す
るもので、正孔注入電極から正孔の注入を受ける正孔注
入層と電子注入電極から電子の注入を受ける電子注入層
のうちの少なくとも正孔注入層を含むものであり、発光
層は正孔と電子の注入を受けて所定の波長の発光を行う
ものであり、一対の電極のうち電子注入電極はスカンジ
ウム合金からなるとするので、発光効率，信頼性に優れ
る有機薄膜発光素子が得られる。
【図面の簡単な説明】【図１】この発明の実施例に係る有機薄膜発光素子を示
す断面図
【図２】この発明の異なる実施例に係る有機薄膜発光素
子を示す断面図
【図３】この発明のさらに異なる実施例に係る有機薄膜
発光素子を示す断面図
【符号の説明】 １ 絶縁性透明基板 ２ 正孔注入電極 ３ 正孔注入層 ４ 発光層 ５ 電子注入層 ６ 電子注入電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古庄 昇 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内