JP6496183B2

JP6496183B2 - 有機電界発光素子、表示装置、照明装置および有機電界発光素子の製造方法

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Publication number: JP6496183B2
Application number: JP2015097511A
Authority: JP
Inventors: 弘彦深川; 清水　貴央; 貴央清水; 充中田; 博史辻; 森井　克行; 克行森井
Original assignee: Nippon Shokubai Co Ltd; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Nippon Shokubai Co Ltd; Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2015-05-12
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2019-04-03
Anticipated expiration: 2035-05-12
Also published as: JP2016213381A

Description

本発明は、有機電界発光素子、表示装置、照明装置および有機電界発光素子の製造方法に関し、特に、フレキシブルな表示装置用や照明装置用等として好適な有機電界発光素子に関するものである。

有機電界発光素子は、陰極と陽極との間に、電子輸送層、発光層、正孔輸送層等の複数の層が積層された構造を有しており、各層を構成するのに適した材料について、研究、開発が行われている。

このうち、陰極については従来LiF等のアルカリ金属やアルミニウム等の大気中の水分や酸素の影響を受け劣化しやすい材料が用いられてきた。したがって、有機電界発光素子をディスプレイ等に応用する際には、厳密な封止が必要であり、低コスト化やフレキシブル化が困難であった。これに対して近年、下部電極表面に大気中で安定かつ仕事関数が小さい金属酸化物を成膜することで、有機層への電子注入が促進され、大気中で安定動作可能な電界発光素子(有機−無機ハイブリッド有機ＥＬ素子:Hybrid Organic Inorganic LED：HOILED)が実現できることが報告されている。

このハイブリッド有機ＥＬ素子の特徴として、<1>大気安定性が高いこと、<2>ディスプレイへの応用を考慮して、トランジスタとのコンタクト部となる下部電極を陰極としたこと、が挙げられる (通常の有機ＥＬ素子では下部電極は陽極となる：下記非特許文献１，２参照)。
このような電子注入性酸化物半導体層を構成する金属酸化物としては、伝導バンドのエネルギー準位が高いものが好ましく、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯ_３）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、酸化錫（ＳｎＯ_２）等が使用可能なことが既に報告されており（下記特許文献１，２参照）、その中でも酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の材料が特に注目されている。

特開２０１２−４４９２号公報特開２００７−５３２８６号公報

APPLIED PHYSICS LETTERS Volume 89, page 183510 (2006) Advanced Materials Volume 23, page 1829 (2011)

しかしながら、現在、上述した材料以外の、種々の優れた特性を有する金属酸化物材料が求められており、特に上述した酸化亜鉛（ＺｎＯ）と同等以上の電子注入性を有し、かつ、例えば薄膜化等の効果を奏し得る新たな金属酸化物材料が強く求められている。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、電子注入層の電子移動度を大幅に良好とし得るとともに、その他の有用な効果も発揮し得る、有機電界発光素子、表示装置、照明装置および有機電界発光素子の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係る有機電界発光素子は、
陰極である第１の電極膜と陽極である第２の電極膜との間に、複数の層を積層してなる有機電界発光素子であって、前記複数の層は、該第１の電極膜側から順に、少なくとも、電子注入機能を有する電子注入層および発光層を含む複数の層を備えてなり、
前記電子注入層は、ＩｎＳｎＺｎＯを含む層であることを特徴とするものである。
なお、以下の説明では、上記「電子注入層」は第１の金属酸化物層と称する場合もあり、また、「発光層」は他の低分子化合物層とともに順次積層されることも多いので、「発光層」という用語に替えて「発光層を含む低分子化合物層」という用語を用いる場合もある。

また、前記複数の層は、前記第１の電極膜側から順に、少なくとも、電子注入機能を有する電子注入層、発光層、および正孔注入機能を有する正孔注入層であることが好ましい。

さらに具体的には、前記複数の層は、該第１の電極膜側から順に、少なくとも、電子注入機能を有する電子注入層、バッファ層、発光層、正孔輸送層、および正孔注入機能を有する正孔注入層を積層してなることが好ましい。

本発明の表示装置は、上記いずれかの有機電界発光素子を用いて形成されてなることを特徴とするものである。
また、本発明の照明装置は、上記いずれかの有機電界発光素子を用いて形成されてなることを特徴とするものである。

本発明の、有機電界発光素子の製造方法は、基板上に、陰極である第１の電極膜と陽極である第２の電極膜を、この順または逆の順で該基板側から配列形成するとともに、これら２つの電極膜の間において、該第１の電極膜側から順に、少なくとも、電子注入機能を有するＩｎＳｎＺｎＯからなる電子注入層および発光層を含む複数の層が配設されるように積層することを特徴とするものである。

本発明の有機電界発光素子、表示装置、照明装置および有機電界発光素子の製造方法によれば、陰極である第１の電極膜と陽極である第２の電極膜との間に、該第１の電極膜側から順に、少なくとも、電子注入機能を有する電子注入層および発光層を含む複数の層を積層し、この電子注入層を、ＩｎＳｎＺｎＯを含む層としている。

ＩｎＳｎＺｎＯは金属酸化物でありながら、酸化亜鉛などと同等以上という良好な電子注入性能を有するため、本来、電子移動度が低いため電子注入層としては適さない金属酸化物を含む層を、極めて良好な電子注入層として容易に形成することができる。

これにより、高輝度かつ高コントラストな画像表示や発光照明が容易に実現可能となる。
また、ＩｎＳｎＺｎＯは一般に非晶質構造をとるため、薄膜化等の有用な効果を容易に発揮することができ、素子全体を薄型化したいという要請にも対応することが可能である。

本実施形態に係る有機電界発光素子の層構成を示す模式図である。実施例および比較例に係る有機電界発光素子各々の駆動電圧−輝度特性を示すグラフである。実施例および比較例に係る有機電界発光素子のＥＬ発光スペクトル（強度）を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る、有機電界発光素子およびその製造方法について図面および実施例を用いて詳細に説明する。
なお、以下において記載する本発明の個々の形態を２つ以上組み合わせたものもまた、本発明の実施形態である。また、本実施形態においては、記載の有無に拘わらず、特に断りのない限り、「部」は「重量部」を、「％」は「質量％」を意味するものとする。

本実施形態の有機電界発光素子は、基板側から、陰極である第１の電極膜と陽極である第２の電極膜とが配設形成されるとともに、これら２つの電極膜の間に、複数の層を積層されてなる有機電界発光素子であって、これら複数の層は、該第１の電極膜側から順に、少なくとも、電子注入層として機能する第１の金属酸化物層、および発光層を含む低分子化合物層を積層してなる。また、上記第１の金属酸化物層は、ＩｎＳｎＺｎＯ（以下、ＩＴＺＯと称する）を含む層として構成されている。

なお、上記複数の層は、該第１の電極膜側から順に、少なくとも、電子注入層として機能する第１の金属酸化物層、および発光層を含む低分子化合物層および正孔注入層として機能する第２の金属酸化物層を積層してなることが好ましい。
また、本実施形態の有機電界発光素子は、画素電極上に隣接して電子注入用の第１の金属酸化物層が形成された、通常とは逆の積層構造の素子であって、画素電極（陰極）と陽極との間に、第１の金属酸化物層と発光層を有し、第１の金属酸化物層と発光層との間に、必要に応じて電子輸送層を有し、発光層と陽極との間に正孔輸送層および／または正孔注入層を有する構成の素子であることが好ましい。

また本発明の有機電界発光素子は、これらの各層の間に他の層を有していてもよいが、これらの各層のみから構成される素子であってもよい。また、適宜、バッファ層を層間に挿入することが可能である。すなわち、陰極、電子注入層、必要に応じて電子輸送層（またはバッファ層）、発光層、正孔輸送層および／または正孔注入層、ならびに陽極の各層がこの順に積層された素子であることが好ましい。なお、これらの各層は、１層からなるものであってもよく、２層以上からなるものであってもよい。

上記構成の有機電界素子において、素子が電子輸送層（またはバッファ層）を有さない場合は、電子注入層と発光層とが隣接することになる。また、素子が正孔輸送層、正孔注入層のいずれか一方のみを有する場合には、当該一方の層が発光層と陽極とに隣接して積層されることになり、素子が正孔輸送層と正孔注入層の両方を有する場合には、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、陽極の順にこれらの層が隣接して積層されることになる。

本実施形態の有機電界発光素子において、各層を形成する材料は低分子化合物であっても高分子化合物であってもよく、これらを混合して用いてもよい。
なお、本発明において低分子材料とは、高分子材料（重合体）ではない材料を意味し、必ずしも分子量が低い有機化合物を意味するものではない。

さらに、本実施形態の有機電界発光素子において、各層を形成する有機層の平均厚さは、特に限定されないが、１〜１５０ｎｍであることが好ましい。より好ましくは、２０〜１００ｎｍである。
なお、各層の平均厚さは、触針式段差計、分光エリプソメトリーを用いて測定することができ、また、発光層を真空蒸着法で形成する場合は水晶振動子膜厚計を用いて製膜時に測定することができる。

以下、上記実施形態の各構成について順次説明する。

本実施形態の有機電界発光素子において、電子注入層の上にバッファ層や発光層を含む低分子化合物層を積層させる構成とした場合、この電子注入層に接する低分子化合物層の結晶化が起こることによってリーク電流が増大して電流効率が低下し、顕著な場合では結晶化により均一な面発光が得られないという不具合が発生するおそれがある。有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子において、低分子化合物層が結晶化する原因は以下のように考えられる。

有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子では、ガラス等の基板上に配置された第１の電極膜と、第１の金属酸化物層が存在し、その上に発光層を含む低分子化合物層を成膜することになる。ここで、従来の方法によれば第１の金属酸化物層はスプレー熱分解法、ゾルゲル法、スパッタ法等の方法で成膜され、表面は平滑ではなく凹凸を有する。この第１の金属酸化物層の上に、真空蒸着等の方法で発光層を含む低分子化合物層を成膜した場合、第１の金属酸化物層の表面の凹凸が結晶核となり、第１の金属酸化物層に接する低分子化合物層の結晶化が促進される。このため、有機電界発光素子を完成させたとしても、大きなリーク電流が流れ、発光面が不均一化して、実用に耐える素子は得られないことになる。

一方で、第１の電極膜上に第１の金属酸化物層を有さない、いわゆる通常構造の有機電界発光素子においては、第１の電極膜表面が十分平滑に研磨されたものが入手可能であり、たとえ第１の電極膜表面上に発光層を含む低分子化合物層を直接成膜したとしても、結晶化という問題は起こりにくい。したがって、このような結晶化は、有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子に特有の課題であり、発光層のホストとして低分子化合物を用いる場合に新たに生じる課題である。

この課題に対し、第１の金属酸化物層である電子注入層（ＩＴＺＯ膜）と発光層を含む低分子化合物層との間に有機化合物を含む溶液を塗布することで形成される平均厚さが５〜１００ｎｍのバッファ層を設けると、低分子化合物層における低分子化合物の結晶化が抑制され、これによって、有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子が発光層等として低分子化合物から形成される層を有する場合でもリーク電流の抑制と、均一な面発光を得ることができることになる。

本実施形態の有機電界発光素子は、バッファ層上に積層された発光層を含む低分子化合物層を含むが、発光層を含む低分子化合物層とは、低分子化合物によって形成される１つの層または低分子化合物によって形成される複数の層が積層されたものであって、その中の１つの層が発光層であるものである。すなわち、発光層を含む低分子化合物層とは、低分子化合物によって形成される発光層、または、低分子化合物によって形成される発光層と低分子化合物によって形成されるその他の層とが積層されたもの、のいずれかである。低分子化合物によって形成されるその他の層は、１層であってもよいし２層以上であってもよい。また、発光層とその他の層の積層される順番は特に制限されない。

上記低分子化合物によって形成されるその他の層は、正孔輸送層または電子輸送層であることが好ましい。すなわち、低分子化合物層が複数の層からなるものである場合、発光層以外のその他の層として、正孔輸送層および／または電子輸送層を有することが好ましい。このように、有機電界発光素子が、発光層とは異なる独立した層として正孔輸送層および／または電子輸送層を有することは、本実施形態の有機電界発光素子の好適な実施形態の１つである。

本実施形態の有機電界発光素子が正孔輸送層を独立した層として有する場合、発光層と第２の金属酸化物層との間に正孔輸送層を有することが好ましい。本実施形態の有機電界発光素子が電子輸送層を独立した層として有し、さらに上述したバッファ層も有する場合、有機化合物から形成されるバッファ層と発光層との間に電子輸送層を有することが好ましい。

本実施形態の有機電界発光素子が独立した層として正孔輸送層や電子輸送層を有さない場合、本実施形態の有機電界発光素子の必須の構成として有する層のいずれかが、これらの層の機能を兼ねることになる。

本実施形態の有機電界発光素子の好ましい形態の１つは、例えば、図１に示すように、透明基板１上に、ＩＴＯ膜からなる第１の電極膜（陰極）２と、ＩＴＺＯ膜からなる電子注入層（第１の金属酸化物層）３と、バッファ層４と、電子輸送層４ａと、発光層５と、正孔輸送層６と、正孔注入層（第２の金属酸化物層）７と、第２の電極膜（陽極）８とを、この順に積層してなる。

また、有機電界発光素子の独立した各層が、例えば、第１の電極膜（陰極）２と、ＩＴＺＯ膜４ａからなる電子注入層（第１の金属酸化物層）３と、バッファ層４と、発光層５と、正孔注入層７と、第２の電極膜（陽極）８とからなり、これらの層のいずれかが正孔輸送層および電子輸送層の機能を兼ねる形態もまた、本実施形態の有機電界発光素子の好ましい形態の１つである。

本実施形態の有機電界発光素子において、第１の電極膜を構成する材料としては、ＩＴＯ（インジウム酸化錫）、ＩＺＯ（インジウム酸化亜鉛）、ＦＴＯ（フッ素酸化錫）、Ｉｎ_３Ｏ_３、ＳｎＯ_２、Ｓｂ含有ＳｎＯ_２、Ａｌ含有ＺｎＯ等の酸化物等が挙げられる。この中でも、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＦＴＯが好ましい。
第２の電極膜を構成する材料としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌまたはこれらを含む合金等が挙げられる。この中でも、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌが好ましい。

上記第１の電極膜の平均厚さは、特に制限されないが、例えば１０〜５００ｎｍであることが好ましい。より好ましくは、１００〜２００ｎｍである。

上記第２の電極膜の平均厚さは、特に限定されないが、例えば１０〜１０００ｎｍであることが好ましい。より好ましくは、３０〜１５０ｎｍである。また、照射光に不透明な材料を用いる場合でも、例えば平均厚さを１０〜３０ｎｍ程度にすることで、トップエミッション型および透明型の陽極として使用することができる。
第２の電極膜の平均厚さは、水晶振動子膜厚計により成膜時に測定することができる。

上記第１の金属酸化物層は、電子注入層として機能し、第２の金属酸化物層は、正孔注入層として機能する層である。
本実施形態の主要ポイントは、第１の金属酸化物層として、ＩＴＺＯ（酸化インジウムスズ亜鉛（ＩｎＳｎＺｎＯ））を用いたことにある。すなわち、ＩＴＯからなる電極（陰極、第１の電極膜）を備えた有機電界発光素子においては、ＩＴＯからの電子注入があまり起こらず、高輝度とするためには高い駆動電圧が必要である。これに対し、本実施形態の有機電界発光素子のように、電極（陰極、第１の電極膜）の表面にＩＴＺＯを含む電子注入層（ＩＴＺＯからなる電子注入層を含む：以下同じ）を成膜した場合には、低い駆動電圧で高い輝度が得られる。これは、ＩＴＯの仕事関数は約５eVであり電子注入に不適切であるのに対し、ＩＴＺＯの伝導バンドのエネルギー準位は約４eV程度であり、酸化亜鉛等の電子注入性金属酸化物層と比べても、ＩＴＺＯの電子注入力は同等以上に高いものである。
また、ＩＴＺＯは結晶性が高く、酸化亜鉛等と比べても電子の移動度が大きいため、電子注入層としてより適切であると考えられる。

さらに、従来より電子注入層に使用されている、例えばＩＧＺＯは、酸やアルカリに対する耐性が必ずしも大きくなく、フォトリソグラフィーの現像液等によってダメージを受ける虞がある。これに対して電子注入層をＩＴＺＯにより構成することで、酸やアルカリに対する耐性を向上させることが可能であると考えられる。

正孔注入層としては、有機物・酸化物と特に制限されないが、有機物の場合には例えばＦ４ＴＣＮQやＨＡＴ−ＣＮ等を用いることができる。また、酸化物の場合は酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）、三酸化モリブデン（酸化モリブデン：ＭｏＯ_３）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）等のうち、１種または２種以上を用いることができる。これらの中でも、酸化バナジウムまたは酸化モリブデンを主成分とするものが好ましい。第２の金属酸化物層は、上記有機材料や酸化バナジウムまたは酸化モリブデンを主成分とするものにより構成されると、第２の金属酸化物層が第２の電極膜から正孔を注入して発光層または正孔輸送層へ輸送するという正孔注入層としての機能により優れたものとなる。また、酸化バナジウムまたは酸化モリブデンは、それ自体の正孔輸送性が高いため、第２の電極膜から発光層または正孔輸送層への正孔の注入効率が低下するのを好適に防止することもできるという利点がある。

上記第１の金属酸化物層（ＩＴＺＯ）の平均厚さは、特に限定されないが、１〜１０００ｎｍであることが好ましい。より好ましくは、２〜１００ｎｍである。

上記第２の金属酸化物層の平均厚さは、特に限定されないが、１〜１０００ｎｍであることが好ましい。より好ましくは、５〜５０ｎｍである。

なお、第１の金属酸化物層の平均厚さは、触針式段差計、分光エリプソメトリーにより測定することができる。

また、第２の金属酸化物層の平均厚さは、水晶振動子膜厚計により成膜時に測定することができる。

発光層の材料としては、発光層の材料として通常用いることができるいずれの低分子化合物も用いることができ、これらを混合して用いてもよい。

低分子系のものとしては、配位子に２，２’−ビピリジン−４，４’−ジカルボン酸を持つ３配位のイリジウム錯体、ファクトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｐｙ）_３）、８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ_３）、トリス（４−メチル−８キノリノレート）アルミニウム（III）（Ａｌｍｑ_３）、８−ヒドロキシキノリン亜鉛（Ｚｎｑ_２）、（１，１０−フェナントロリン）−トリス−（４，４，４−トリフルオロ−１−（２−チエニル）−ブタン−１，３−ジオネート）ユーロピウム（III）（Ｅｕ（ＴＴＡ）_３（ｐｈｅｎ））、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンプラチナム（II）のような各種金属錯体；ジスチリルベンゼン（ＤＳＢ）、ジアミノジスチリルベンゼン（ＤＡＤＳＢ）のようなベンゼン系化合物、ナフタレン、ナイルレッドのようなナフタレン系化合物、フェナントレンのようなフェナントレン系化合物、クリセン、６−ニトロクリセンのようなクリセン系化合物、ペリレン、Ｎ，Ｎ’−ビス（２，５−ジ−ｔ−ブチルフェニル）−３，４，９，１０−ペリレン−ジ−カルボキシイミド（ＢＰＰＣ）のようなペリレン系化合物、コロネンのようなコロネン系化合物、アントラセン、ビススチリルアントラセンのようなアントラセン系化合物、ピレンのようなピレン系化合物、４−（ジ−シアノメチレン）−２−メチル−６−（パラ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）のようなピラン系化合物、アクリジンのようなアクリジン系化合物、スチルベンのようなスチルベン系化合物、４，４’−ビス［９−ジカルバゾリル］−２，２’−ビフェニル（ＣＢＰ）のようなカルバゾール系化合物、２，５−ジベンゾオキサゾールチオフェンのようなチオフェン系化合物、ベンゾオキサゾールのようなベンゾオキサゾール系化合物、ベンゾイミダゾールのようなベンゾイミダゾール系化合物、２，２’−（パラ−フェニレンジビニレン）−ビスベンゾチアゾールのようなベンゾチアゾール系化合物、ビスチリル（１，４−ジフェニル−１，３−ブタジエン）、テトラフェニルブタジエンのようなブタジエン系化合物、ナフタルイミドのようなナフタルイミド系化合物、クマリンのようなクマリン系化合物、ペリノンのようなペリノン系化合物、オキサジアゾールのようなオキサジアゾール系化合物、アルダジン系化合物、１，２，３，４，５−ペンタフェニル−１，３−シクロペンタジエン（ＰＰＣＰ）のようなシクロペンタジエン系化合物、キナクリドン、キナクリドンレッドのようなキナクリドン系化合物、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジンのようなピリジン系化合物、２，２’，７，７’−テトラフェニル−９，９’−スピロビフルオレンのようなスピロ化合物、フタロシアニン（Ｈ_２Ｐｃ）、銅フタロシアニンのような金属または無金属のフタロシアニン系化合物、さらには特開２００９−１５５３２５号および特願２０１０−２８２７３号明細書に記載のホウ素化合物材料等が挙げられ、これらの１種または２種以上を用いることができる。

上記発光層は、ドーパントを含んでいてもよい。ドーパントとしては、ドーパントとして通常用いることができるいずれの化合物も用いることができる。ドーパントとして用いることができる化合物の例としては、イリジウムトリス（１−フェニルイソキノリン）（Ｉｒ（ｐｉｑ）_３）、イリジウムトリス（２−フェニルピリジン）（Ｉｒ（ｐｐｙ）_３）、イリジウムトリス［２−（トリル）ピリジン］（Ｉｒ（ｍｐｐｙ）_３）、イリジウムビス（２−メチルジベンゾ−［ｆ，ｈ］キノキサリン）（アセチルアセトナート）（Ｉｒ（ＭＤＱ）_２（ａｃａｃ））等のイリジウム化合物；４、４’−ビス（９−エチルー３−カルバゾビニレン）−１，１’−ビフェニル（ＢＣｚＶＢｉ）等の低分子有機化合物等が挙げられ、これらの１種または２種以上を用いることができる。

上記発光層がドーパントを含む場合、ドーパントの含有量は、発光層を形成する材料１００質量％に対して、０．５〜２０質量％であることが好ましい。このような含有量であると、発光特性をより良好なものとすることができる。より好ましくは、０．５〜１０質量％であり、さらに好ましくは、１〜６質量％である。

本実施形態の有機電界発光素子の発光層は、上記のものの中でも、リン光発光材料を含むものであることが好ましい。発光層がリン光発光材料を含むことで、有機電界発光素子がより発光効率に優れたものとなる。

発光層がリン光発光材料を含む場合、ホスト材料にゲスト材料（ドーパント）としてリン光発光材料を含ませた材料により発光層が形成されることが好ましい。上記発光層におけるリン光発光材料の含有量は、発光層を形成する材料１００質量％に対して、０．５〜２０質量％であることが好ましい。このような含有量であると、発光特性をより良好なものとすることができる。より好ましくは、０．５〜１０質量％であり、更に好ましくは、１〜６質量％である。

上記発光層の平均厚さは、特に限定されないが、１０〜１５０ｎｍであることが好ましい。より好ましくは、２０〜１００ｎｍである。
発光層の平均厚さは、水晶振動子膜厚計により成膜時に測定することができる。

上記正孔輸送層の材料としては、正孔輸送層の材料として通常用いることができるいずれの低分子化合物も用いることができ、これらを混合して用いてもよい。

低分子化合物としては、１，１−ビス（４−ジ−パラ−トリアミノフェニル）シクロへキサン、１，１’−ビス（４−ジ−パラ−トリルアミノフェニル）−４−フェニル−シクロヘキサンのようなアリールシクロアルカン系化合物、４，４’，４’’−トリメチルトリフェニルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ１）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（４−メトキシフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ２）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メトキシフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ３）、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（α−ＮＰＤ）、ＴＰＴＥのようなアリールアミン系化合物、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−パラ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ（パラ−トリル）−パラ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ（メタ−トリル）−メタ−フェニレンジアミン（ＰＤＡ）のようなフェニレンジアミン系化合物、カルバゾール、Ｎ−イソプロピルカルバゾール、Ｎ−フェニルカルバゾールのようなカルバゾール系化合物、スチルベン、４−ジ−パラ−トリルアミノスチルベンのようなスチルベン系化合物、ＯxＺのようなオキサゾール系化合物、トリフェニルメタン、ｍ−ＭＴＤＡＴＡのようなトリフェニルメタン系化合物、１−フェニル−３−（パラ−ジメチルアミノフェニル）ピラゾリンのようなピラゾリン系化合物、ベンジン（シクロヘキサジエン）系化合物、トリアゾールのようなトリアゾール系化合物、イミダゾールのようなイミダゾール系化合物、１，３，４−オキサジアゾール、２，５−ジ（４−ジメチルアミノフェニル）−１，３，４，−オキサジアゾールのようなオキサジアゾール系化合物、アントラセン、９−（４−ジエチルアミノスチリル）アントラセンのようなアントラセン系化合物、フルオレノン、２，４，７，−トリニトロ−９−フルオレノン、２，７−ビス（２−ヒドロキシ−３−（２−クロロフェニルカルバモイル）−１−ナフチルアゾ）フルオレノンのようなフルオレノン系化合物、ポリアニリンのようなアニリン系化合物、シラン系化合物、１，４−ジチオケト−３，６−ジフェニル−ピロロ−（３，４−ｃ）ピロロピロールのようなピロール系化合物、フルオレンのようなフルオレン系化合物、ポルフィリン、金属テトラフェニルポルフィリンのようなポルフィリン系化合物、キナクリドンのようなキナクリドン系化合物、フタロシアニン、銅フタロシアニン、テトラ（ｔ−ブチル）銅フタロシアニン、鉄フタロシアニンのような金属または無金属のフタロシアニン系化合物、銅ナフタロシアニン、バナジルナフタロシアニン、モノクロロガリウムナフタロシアニンのような金属または無金属のナフタロシアニン系化合物、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニルベンジジンのようなベンジジン系化合物等が挙げられ、これらの１種または２種以上を用いることができる。
これらの中でも、α−ＮＰＤ、ＴＰＴＥのようなアリールアミン系化合物が好ましい。

本実施形態の有機電界発光素子が独立した層として正孔輸送層を有する場合、正孔輸送層の平均厚さは、特に限定されないが、１０〜１５０ｎｍであることが好ましい。より好ましくは、４０〜１００ｎｍである。
正孔輸送層の平均厚さは、水晶振動子膜厚計により成膜時に測定することができる。

上記電子輸送層の材料としては、電子輸送層の材料として通常用いることができるいずれの低分子化合物も用いるができ、これらを混合して用いてもよい。

電子輸送層の材料として用いることができる低分子化合物の例としては、後述する化学式１（化１）で表されるホウ素含有化合物の他、トリス−１，３，５−（３’−（ピリジン−３’’−イル）フェニル）ベンゼン（ＴｍＰｙＰｈＢ）のようなピリジン誘導体、（２−（３−（９−カルバゾリル）フェニル）キノリン（ｍＣＱ））のようなキノリン誘導体、２−フェニル−４，６−ビス（３，５−ジピリジルフェニル）ピリミジン（ＢＰｙＰＰＭ）のようなピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、バソフェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）のようなフェナントロリン誘導体、２，４−ビス（４−ビフェニル）−６−（４’−（２−ピリジニル）−４−ビフェニル）−［１，３，５］トリアジン（ＭＰＴ）のようなトリアジン誘導体、３−フェニル−４−（１’−ナフチル）−５−フェニル−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）のようなトリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル−１，３，４−オキサジアゾール）（ＰＢＤ）のようなオキサジアゾール誘導体、２，２’，２’’−（１，３，５−ベントリイル）−トリス（１−フェニル−１−Ｈ−ベンズイミダゾール）（ＴＰＢＩ）のようなイミダゾール誘導体、ナフタレン、ペリレン等の芳香環テトラカルボン酸無水物、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（Ｚｎ（ＢＴＺ）_２）、トリス（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（Ａｌｑ３）等に代表される各種金属錯体、２，５−ビス（６’−（２’，２’’−ビピリジル））−１，１−ジメチル−３，４−ジフェニルシロール（ＰｙＰｙＳＰｙＰｙ）等のシロール誘導体に代表される有機シラン誘導体等が挙げられ、これらの１種または２種以上を用いることができる。
これらの中でも、Ａｌｑ_３のような金属錯体、ＴｍＰｙＰｈＢのようなピリジン誘導体が好ましい。

本実施形態の有機電界発光素子が独立した層として電子輸送層を有する場合、電子輸送層の平均厚さは、特に限定されないが、１０〜１５０ｎｍであることが好ましい。より好ましくは、４０〜１００ｎｍである。
電子輸送層の平均厚さは、水晶振動子膜厚計により成膜時に測定することができる。

本実施形態の有機電界発光素子において、第１、第２の電極膜、第１、第２の金属酸化物層、発光層、バッファ層、正孔輸送層、電子輸送層、あるいはこれらのうちのいくつかの層を兼用する層を形成する方法は特に制限されず、気相成膜法であるプラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤ等の化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、溶射法、そして液相成膜法である電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法、スプレー熱分解法、微粒子分散液を用いたドクターブレード法、スピンコート法、インクジェット法、スクリーンプリンティング法等の印刷技術等を用いることができ、材料に応じた適切な方法を選択して用いることができる。

本実施形態の有機電界発光素子に含まれるバッファ層は、上述のとおり、有機化合物を含む溶液を塗布することで形成される層であることが好ましい。塗布により所定の厚みのバッファ層を形成することでバッファ層上に成膜する低分子化合物の結晶化を効果的に抑制することが可能となる。

上記有機化合物を含む溶液を塗布する方法は特に制限されず、スピンコート法、キャスティング法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法等の各種塗布方法を用いることができる。この中でも、スピンコート法が好ましい。
バッファ層を塗布成膜することで、第１の金属酸化物層表面に存在する凹凸が平滑化されるため、次にバッファ層上に成膜する低分子化合物の結晶化が抑制される。

上記有機化合物を含む溶液を調製するために使用する溶媒としては、有機化合物を溶解することができるものである限り特に制限されないが、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、トルエン、キシレン、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロベンゼン、シクロペンタノン等の１種または２種以上を用いることができる。これらの中でも、ＴＨＦ、トルエン、クロロホルム、ジクロロエタン、シクロペンタノンが好ましい。

上記有機化合物を含む溶液は、溶媒中の有機化合物の濃度が０．０５〜１０質量％であることが好ましい。このような濃度であると、塗布した時の塗りムラや凹凸の発生を抑えることができる。溶媒中の有機化合物の濃度はより好ましくは、０．１〜５質量％であり、さらに好ましくは０．１〜３質量％である。

上記バッファ層は、平均厚さが５〜１００ｎｍであることが好ましい。平均厚さがこのような範囲であることで、発光層を含む低分子化合物層の結晶化を抑制する効果を充分に発揮することができる。バッファ層の平均厚さが５ｎｍより薄いと、第１の金属酸化物表面に存在する凹凸を十分に平滑化できず、リーク電流が大きくなってバッファ層を形成することの効果を充分に発揮することができないおそれがある。また、バッファ層の平均厚さが１００ｎｍより厚いと、駆動電圧が上昇し実用上好ましくない。また、有機化合物として、後述する本実施形態における好ましい構造の化合物を用いた場合には、バッファ層は電子輸送層としての機能も充分に発揮することができる。上記バッファ層の平均厚さは、より好ましくは、１０〜６０ｎｍである。

本実施形態の有機電界発光素子は、基板上に有機電界発光素子を構成する各層が積層されたものであってもよい。基板上に各層が積層されたものである場合、基板上に形成された第１の電極膜上に、各層が形成されたものであることが好ましい。この場合、本実施形態の有機電界発光素子は、基板がある側とは反対側に光を取り出すトップエミッション型のものであってもよく、基板がある側に光を取り出すボトムエミッション型のものであってもよい。

上記基板の材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレートのような透明樹脂材料や、石英ガラス、ソーダガラスのようなガラス材料等が挙げられ、これらの１種または２種以上を用いることができる。

また、トップエミッション型の場合には、不透明基板も用いることができ、例えば、アルミナのようなセラミックス材料で構成された基板、ステンレス鋼のような金属基板の表面に酸化膜（絶縁膜）を形成したもの、樹脂材料で構成された基板等も用いることができる。

上記基板の平均厚さは、０．１〜３０ｍｍであることが好ましい。より好ましくは、０．１〜１０ｍｍである。
基板の平均厚さはデジタルマルチメーター、ノギスにより測定することができる。

本実施形態の有機電界発光素子において、バッファ層を形成する有機化合物は、塗布により有機化合物の層の形成が可能なものであれば特に制限されないが、有機化合物の例としては、トランス型ポリアセチレン、シス型ポリアセチレン、ポリ（ジ−フェニルアセチレン）（ＰＤＰＡ）、ポリ（アルキル，フェニルアセチレン）（ＰＡＰＡ）のようなポリアセチレン系化合物；ポリ（パラ−フェンビニレン）（ＰＰＶ）、ポリ（２，５−ジアルコキシ−パラ−フェニレンビニレン）（ＲＯ−ＰＰＶ）、シアノ−置換−ポリ（パラ−フェンビニレン）（ＣＮ−ＰＰＶ）、ポリ（２−ジメチルオクチルシリル−パラ−フェニレンビニレン）（ＤＭＯＳ−ＰＰＶ）、ポリ（２−メトキシ，５−（２’−エチルヘキソキシ）−パラ−フェニレンビニレン）（ＭＥＨ−ＰＰＶ）のようなポリパラフェニレンビニレン系化合物；ポリ（３−アルキルチオフェン）（ＰＡＴ）、ポリ（オキシプロピレン）トリオール（ＰＯＰＴ）のようなポリチオフェン系化合物；ポリ（９，９−ジオクチルフルオレンのようなポリ（９，９−ジアルキルフルオレン）（ＰＤＡＦ）、ポリ（ジオクチルフルオレン−アルト−ベンゾチアジアゾール）（Ｆ８ＢＴ）、α，ω−ビス［Ｎ，Ｎ’−ジ（メチルフェニル）アミノフェニル］−ポリ［９，９−ビス（２−エチルヘキシル）フルオレン−２，７−ジル］（ＰＦ２／６ａｍ４）、ポリ（９，９−ジオクチル−２，７−ジビニレンフルオレニル−オルト−コ（アントラセン−９，１０−ジイル）のようなポリフルオレン系化合物；ポリ（パラ−フェニレン）（ＰＰＰ）、ポリ（１，５−ジアルコキシ−パラ−フェニレン）（ＲＯ−ＰＰＰ）のようなポリパラフェニレン系化合物；ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（ＰＶＫ）のようなポリカルバゾール系化合物；ポリ（メチルフェニルシラン）（ＰＭＰＳ）、ポリ（ナフチルフェニルシラン）（ＰＮＰＳ）、ポリ（ビフェニリルフェニルシラン）（ＰＢＰＳ）のようなポリシラン系化合物や、特開２０１３−２３９９６１に記載のホウ素含有化合物や、特開２０１４−１６８０１４に記載のポリアミン類等が挙げられる。これらは１種を用いてもよく、２種以上を用いてもよい。

このように、本実施形態の有機電界発光素子によれば、従来の、いわゆる有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子に比べて発光効率、発光寿命等の発光特性に優れるものである。この有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子は、有機電界発光素子を構成する各層が全て有機物で構成された有機電界発光素子のように各層を厳密に密閉する必要性が低減されたものである等の製造上の利点を有しており、このような利点と、優れた発光特性とを有する本実施形態の有機電界発光素子は、表示装置や照明装置の材料等として好適に用いることができる。

また、電子注入層をＩＴＺＯを含む層により形成しており、良好な電子移動度を有する電子注入層として機能させることができ、高輝度かつ高コントラストな表示あるいは高輝度な照明を実現することができる。

本実施形態に係る表示装置や照明装置は、有機電界発光素子を複数配列し、この素子配列群を用いて画像の表示や、面発光を行うものであり、その特徴は有機電界発光素子として上記実施形態に係る有機電界発光素子を用いたことにある。これにより、高輝度かつ高コントラストの画像表示が可能となり、また、高輝度の光源として機能させることが可能となる。

以下、本発明に係る有機電界発光素子および有機電界発光素子の製造方法について、具体的な実施例を用いてさらに説明する。

＜有機電界発光素子の実施例＞
本実施例に係る有機電界発光素子は、上述した図１に示す構成とされている。
すなわち、この有機電界発光素子１０は、ガラスからなる透明基板１上に陰極であるＩＴＯ電極膜２と、ＩＴＺＯからなる電子注入層３と、バッファ層４と、電子輸送層４ａ、有機層からなる発光層５と、正孔輸送層６と、ＨＡＴ−ＣＮからなる正孔注入層７と、陽極であるＡｌの電極膜８とから構成されている。

＜有機電界発光素子の製造方法に係る実施例および比較例＞
以下の実施例および比較例において、有機電界発光素子を構成する各層の平均厚さは触針式段差計（製品名「アルファステップＩＱ」、ＫＬＡテンコール社製）を用いて測定した。

（実施例）
［１］市販されている平均厚さ０．７ｍｍのＩＴＯ電極膜２付きで、ガラス製の透明基板（以下、単に基板とも称する）１を用意し、この基板１を、ＩＴＯターゲットを有するミラートロンスパッタ装置のチャンバー内の基板ホルダーに固定した。この時、基板１上のＩＴＯ電極膜２は幅３ｍｍにパターニングできるよう、メタルマスクを併設した。チャンバー内を約１×１０^−４Ｐａまで減圧した後、アルゴンと酸素を導入した状態でスパッタリング処理を実行した。これにより、膜厚が９０ｎｍであるＩＴＯ電極膜２を形成した。

［２］次に、この基板１を、メタルマスクを併設したままＩＴＺＯターゲットを有するマグネトロンスパッタ装置のチャンバー内の基板ホルダーに固定した。チャンバー内を約１×１０^−４Ｐａまで減圧した後、アルゴンと酸素を導入した状態でＩＴＺＯをＩＴＯと同様のパターンでスパッタリング処理を実行した。これにより、膜厚が１０ｎｍである電子注入層（ＩＴＺＯ膜）３を形成した。その後、アセトン中、およびイソプロパノール中でそれぞれ１０分間超音波洗浄し、さらにイソプロパノール中で５分間煮沸した。このような処理に供した基板１をイソプロパノール中から取り出し、窒素ブローにより乾燥させ、ＵＶオゾン洗浄を２０分間行った。

［３］次に、ホウ素含有化合物（下記化学式１（化１）を参照のこと）の１重量％のシクロペンタノン溶液を作成した。工程［２］で作成した基板１をスピンコーターにセットした。この基板１上に化１溶液を滴下し、毎分２０００回転で３０秒間回転させ、ホウ素含有有機化合物を含むバッファ層４を形成した。さらに、これを窒素雰囲気中で１５０℃にセットしたホットプレートにより１時間のアニール処理を行った。これにより、平均膜厚が３０nmであるバッファ層４を形成した。

［４］次に、バッファ層４まで形成した基板１を真空蒸着装置のチャンバー内の基板ホルダーに固定した。ビス［２−（ｏ-ヒドロキシフェニルベンゾチアゾール］亜鉛（ＩＩ）（ＺｎＢＴＺ２、化学式２（化２））、トリス[1-フェニルイソキノリン-C2,N]イリジウム(III)（Ｉｒ（ｐｉｑ）３、化学式３（化３））、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（α−ＮＰＤ、化学式４（化４））、Ｎ４，Ｎ４’−ビス（ジベンゾ［ｂ，ｄ］チオフェン-４-イル）-Ｎ４，Ｎ４’−ジフェニルビフェニルー４，４’-ジアミン（ＤＢＴＰＢ、化学式５（化５））、１，４，５，８，９，１２−ヘキサアザトリフェニレン−２，３，６，７，１０，１１−ヘキサカルボニトリル（ＨＡＴＣＮ、化学式６（化６））、Ａｌをそれぞれルツボに入れて蒸着源にセットした。真空蒸着装置内を約１×１０^−５Ｐａまで減圧し、ＺｎＢＴＺ２を１０ｎｍ成膜し電子輸送層４ａとした。さらにＺｎＢＴＺ２をホスト、（Ｉｒ（ｐｉｑ）３）をドーパントとして２５ｎｍ共蒸着し、発光層を製膜した。この時、ドープ濃度は（Ｉｒ（ｐｉｑ）３）が発光層全体に対して６％となるようにした。次に、ＤＢＴＰＢを１０ｎｍ、α−ＮＰＤを３０ｎｍ蒸着し、正孔輸送層６を製膜した。次に、ＨＡＴＣＮを膜厚１０ｎｍになるように蒸着した。最後に、Ａｌ（陽極）を膜厚１００ｎｍになるように蒸着し、有機電界発光素子１０を作製した。第２の電極を蒸着する時、ステンレス製の蒸着マスクを用いて蒸着面が幅３ｍｍの帯状になるようにした。すなわち、作製した有機電界発光素子の発光面積は、９ｍｍ^２とした。

（比較例）
ＩＴＺＯ膜の代わりにＺｎＯを成膜したこと以外は、上記実施例と同様にして、有機電界発光素子１０を作製した。実施例[１]同様ＩＴＯを成膜し、次に、この基板１を、メタルマスクを併設したままＺｎＯターゲットを有するマグネトロンスパッタ装置のチャンバー内の基板ホルダーに固定した。チャンバー内を約１×１０^−４Ｐａまで減圧した後、アルゴンと酸素を導入した状態でＺｎＯをＩＴＯと同様のパターンでスパッタリング処理を実行した。これにより、膜厚が１０nmである電子注入層（ＺｎＯ膜）３を形成した。

（有機電界発光素子の発光特性測定）
ケースレー社製の「２４００型ソースメーター」により、素子への電圧印加と、電流測定を行った。また、コニカミノルタ社製の「ＬＳ−１１０」により、発光輝度を測定した。
実施例および比較例で作製した有機電界発光素子各々の駆動電圧−輝度特性を図２に示す。電子注入層としてＺｎＯを成膜した比較例に比べ、ＩＴＺＯから電子注入層３を形成した実施例の方が同じ駆動電圧で高い輝度が得られている。

また、図３には素子の外部量子効率−輝度特性を示す。こちらもＩＴＺＯを電子注入層３に用いた実施例の方が高い外部量子効率が得られているのが分かる。ＺｎＯ電子移動度は膜質に大きく依存し高い電子移動度が得られにくいのに対し、ＩＴＺＯは高い電子移動度を容易に得ることができる。したがって、ＩＴＺＯ膜は有機電界発光素子１０の電子注入層３として使用可能な材料であることが明らかである。特に、ITZO-TFT素子と組み合わせることで高輝度かつ高コントラストなディスプレイが容易に実現可能となる。

１透明基板
２電極膜（陰極、ＩＴＯ膜）
３電子注入層（第１の金属酸化物層、ＩＴＺＯ膜）
４バッファ層
４ａ電子輸送層
５発光層
６正孔輸送層
７正孔注入層
８電極膜
１０有機電界発光素子

Claims

陰極である第１の電極膜と陽極である第２の電極膜との間に、複数の層を積層してなる有機電界発光素子であって、前記複数の層は、該第１の電極膜側から順に、少なくとも、電子注入機能を有する電子注入層および発光層を含む複数の層を備えてなり、
前記電子注入層は、ＩｎＳｎＺｎＯを含む層であることを特徴とする有機電界発光素子。
前記複数の層は、該第１の電極膜側から順に、少なくとも、電子注入機能を有する電子注入層、発光層、および正孔注入機能を有する正孔注入層であることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
前記複数の層は、該第１の電極膜側から順に、少なくとも、電子注入機能を有する電子注入層、バッファ層、発光層、正孔輸送層、および正孔注入機能を有する正孔注入層を積層してなることを特徴とする請求項１または２に記載の有機電界発光素子。
請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の有機電界発光素子を用いて形成されてなることを特徴とする表示装置。
請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の有機電界発光素子を用いて形成されてなることを特徴とする照明装置。
基板上に、陰極である第１の電極膜と陽極である第２の電極膜を、この順または逆の順で該基板側から配列形成するとともに、これら２つの電極膜の間において、該第１の電極膜側から順に、少なくとも、電子注入機能を有するＩｎＳｎＺｎＯからなる電子注入層および発光層を含む複数の層が配設されるように積層することを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。