(57)【要約】【課題】発光効率の改善、高輝度化、素子の長寿命化が可能な有機エレクトロルミネッセンス装置を提供する。【解決手段】画素電極３０と陰極５０との間に有機発光層４６を含む有機機能層を挟持した発光素子６０を備え、有機発光層４６で発せられる光を陰極５０側から外部に取り出す有機エレクトロルミネッセンス装置１であって、陰極５０は、有機機能層と接して設けられた、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属から選ばれる第１金属材料を形成材料とする第１陰極層５２と、仕事関数が３．５ｅＶ以上４．２ｅＶ未満の第２金属材料と、仕事関数が４．２ｅＶ以上の第３金属材料と、の合金層である第２陰極層５６と、を備え、第１陰極層５２は、第１金属材料から選ばれる単一の金属材料からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極との間に有機発光層を含む有機機能層を挟持した発光素子を備え、前記有機発光層で発せられる光を前記陰極側から外部に取り出す有機エレクトロルミネッセンス装置であって、
前記陰極は、
前記有機機能層と接して設けられた、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属である第１金属材料を形成材料とする第１陰極層と、
仕事関数が３．５ｅＶ以上４．２ｅＶ未満である第２金属材料と、仕事関数が４．２ｅＶ以上である第３金属材料と、の合金層である第２陰極層と、を備え、
前記第１陰極層は、前記第１金属材料から選ばれる単一の金属材料からなることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項２】
前記陰極は、前記第１陰極層と前記第２陰極層との間に、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属である第４金属材料と、
仕事関数が３．５ｅＶ以上４．２ｅＶ未満である第５金属材料と、の合金層である第３陰極層を備えることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項３】
前記第１陰極層を構成する前記第１金属材料と、前記第３陰極層を構成する前記第４金属材料と、が同じ金属材料であり、
前記第２陰極層を構成する前記第２金属材料と、前記第３陰極層を構成する前記第５金属材料と、が同じ金属材料であることを特徴とする請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項４】
前記陰極は、前記第１陰極層と前記第２陰極層との間に、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属である第６金属材料と、
仕事関数が３．５ｅＶ以上４．２ｅＶ未満である第７金属材料と、
仕事関数が４．２ｅＶ以上である第８金属材料と、の合金層である第４陰極層を備えることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項５】
前記第４陰極層を構成する金属材料は、前記第１陰極層および前記第２陰極層を構成する金属材料を含むことを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項６】
前記第１金属材料、前記第４金属材料及び前記第６金属材料は、Ｌｉ，Ｃｓ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａの中から選ばれることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項７】
前記第２金属材料、前記第５金属材料及び前記第７金属材料は、Ｍｇ，Ｓｃ，Ｍｎ，Ｉｎ，Ｚｒ，Ａｓの中から選ばれることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項８】
前記陰極は、前記第２陰極層の前記第１陰極層とは反対側に、仕事関数が４．２ｅＶ以上である前記第９金属材料からなる共振層を備えており、
前記陽極は光透過性を有するとともに、前記陰極は半透過反射性を有し、前記陽極を挟んで前記有機機能層の反対側には光反射層が配置され、前記光反射層と前記陰極との間で、前記有機機能層から射出された光を共振させる光共振器構造が構成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項９】
前記第３金属材料、前記第８金属材料及び前記第９金属材料は、Ａｌ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕの中から選ばれることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス装置および電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
情報機器の多様化等に伴い、消費電力が少なく軽量化された平面表示装置のニーズが高まっている。この様な平面表示装置の一つとして、有機発光層を備えた有機エレクトロルミネッセンス装置（以下「有機ＥＬ装置」という）が知られている。
【０００３】
ところで、有機ＥＬ装置の発光方式には、有機ＥＬ素子が形成された基板側から基板を介して取り出す所謂ボトムエミッション方式と、有機ＥＬ素子が放つ光を該素子が形成された基板側とは反対側から取り出す所謂トップエミッション方式と、の２種類の発光方式がある。この２種類の発光方式を比較すると、トップエミッション方式の有機ＥＬ装置は、画素開口率を上げやすく、表示画面の高精細化・高画質化に有利な構造となっている。色変換を行うカラーフィルタと組み合わせると、トップエミッション方式の利点を活かし且つフルカラー表示が可能な、高性能な有機ＥＬ装置とすることができる。
【０００４】
このようなトップエミッション方式の有機ＥＬ素子では、陰極構造が品質や素子寿命と密接に関係している。まず、有機ＥＬ素子の陰極は、有機発光層での発光を促すため、良好に電子を注入する性質（電子注入性）を備えることが必要である。このような電極材料としては、仕事関数の低い金属材料が挙げられるが、一方で、仕事関数の低い金属材料は、水分・酸素等と容易に反応し劣化しやすい。陰極が劣化すると、ダークスポットと呼ばれる非発光領域を形成してしまう。これらのことから、低仕事関数の金属材料を用いる陰極は、良好な電子注入性と素子の長寿命化との両立が困難である。
【０００５】
また、トップエミッション方式の有機ＥＬ素子では、有機発光層で発せられた光は陰極を介して外部に光を取り出される。そのため、良好な光取り出しを実現するためには、陰極の光透過性が重要な因子となる。通常、光透過性を確保するためには、陰極を形成する金属材料を、光を透過するほどの薄膜として形成する手法が用いられるが、薄い陰極ではシート抵抗が高く成るために、有機ＥＬ装置が備える有機ＥＬ素子に流れる電流値が、該素子の配置箇所により変化してしまい、表示画面に発光ムラや輝度ムラ等の表示ムラが発生する課題があった。
【０００６】
これら互いに相反する課題を改善し、より高品質・高性能な有機ＥＬ素子とするため、発光効率の改善、高輝度化、素子の長寿命化などを目的とした陰極構造に関する技術が提案されている（特許文献１から７参照）。
【特許文献１】特開２００５−１３５６２４号公報
【特許文献２】特開昭６０−１６５７７１号公報
【特許文献３】特開平０４−２１２２８７号公報
【特許文献４】特開平０５−１２１１７２号公報
【特許文献５】特開平０９−３２７６３号公報
【特許文献６】特開２００５−２０３３３７号公報
【特許文献７】特許第２７６０３４７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記方法には、それぞれ次のような問題がある。特許文献１から５に開示された技術では、有機発光層と接する金属材料として、アルカリ金属やアルカリ土類金属を含む合金を用いる事となっている。しかし、合金を用いる場合には、金属の混合比によって陰極の電子注入性が変化してしまう懸念があり、再現性良く有機ＥＬ素子の特性を確保するためには、金属の混合比を常に一定にするための極めて精密な形成プロセスが必要となる。
【０００８】
特許文献６には、アルカリ金属のフッ化物又は酸化物、若しくはアルカリ土類金属のフッ化物又は酸化物、若しくは有機物との錯体または化合物からなる第１層と、第１層よりも仕事関数が高い第２層との積層構造を有する陰極の構造が開示されている。しかし、発明者の検討により、この構造の陰極を備えた有機ＥＬ素子は、用いる有機発光層の材料によって良好に発光を行う場合と行わない場合とがあることが分かった。そのため、トップエミッション方式の有機ＥＬ素子の陰極として、広く一般的に用いる事が出来ない。
【０００９】
特許文献７には、仕事関数の小さな金属を仕事関数の大きな金属で覆って構成する陰極が開示されている。しかし、仕事関数が大きい金属を用い、十分な光透過性と導電性とを兼ね備えた層とすることは非常に困難である。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、良好な電子注入性が得られ、十分な光透過性を有すると共に、水分や酸素に対して安定な陰極構造を提案し、このような陰極構造を備えることで、発光効率の改善、高輝度化、素子の長寿命化が可能な有機エレクトロルミネッセンス装置を提供することを目的とする。また、このような有機エレクトロルミネッセンス装置を備える電子機器を提供することを合わせて目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、本発明の有機エレクトロルミネッセンス装置は陽極と陰極との間に有機発光層を含む有機機能層を挟持した発光素子を備え、前記有機発光層で発せられる光を前記陰極側から外部に取り出す有機エレクトロルミネッセンス装置であって、前記陰極は、前記有機機能層と接して設けられた、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属である第１金属材料を形成材料とする第１陰極層と、仕事関数が３．５ｅＶ以上４．２ｅＶ未満である第２金属材料と、仕事関数が４．２ｅＶ以上である第３金属材料と、の合金層である第２陰極層と、を備え、前記第１陰極層は、前記第１金属材料から選ばれる単一の金属材料からなることを特徴とする。
【００１２】
第１陰極層を形成する第１金属材料は、有機機能層への良好な電子注入が可能な低い仕事関数（２．９ｅＶ以下）を備えている。また、第１陰極層は単一の金属材料で形成されているため、成膜条件によって形成される第１陰極層の電子注入性が変化してしまう懸念が無く、常に用いる金属材料の特性に由来する電子注入性を備えた第１陰極層とすることができる。そのため、再現性良く特性を確保することができる第１陰極層とすることができる。
【００１３】
また、第１陰極層と積層する第２陰極層は、第１金属材料に近い仕事関数を備える第２金属材料と、水分や酸素に対して安定な第３金属材料との合金層となっている。
【００１４】
まず、第２陰極層は、第２金属材料の仕事関数に起因して、第１陰極層の仕事関数とのエネルギー障壁が小さくなっているため、第２陰極層から第１陰極層への電子注入を良好に行うことが可能となっている。更に、第２陰極層は、第３金属材料の性質に起因して、水分や酸素に対して安定な合金層となっているため、第１陰極層を水分や酸素から保護することが可能な保護層としての機能を備えている。
【００１５】
本発明の有機ＥＬ装置が備える陰極は、これらの機能を備えた各層が積層しているため、発光効率が高く長寿命な有機ＥＬ装置とすることができる。
【００１６】
ここで、本発明において「合金層」とは、２種以上の金属材料を用いて形成した層であって、用いる金属材料同士が互いに金属結合をしているものを指す。その他に、明確な金属結合は確認出来なくとも、金属材料間に相互作用を生じており金属材料単体の物性を発現しなくなっている層、または金属材料単体の物性とは異なる物性を発現する層も含む。この意味において、例えば、第２金属材料と第３金属材料とが、まだらにまたは海島状に各々独立して存在しており、層内で各々の金属材料の物性を示す領域が独立しているような層は、合金層には含まない。
【００１７】
本発明においては、前記第１陰極層と前記第２陰極層との間に、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属である第４金属材料と、仕事関数が３．５ｅＶ以上４．２ｅＶ未満である第５金属材料と、の合金層である第３陰極層を備えることが望ましい。
この構成によれば、第３陰極層の仕事関数の値は、第１陰極層と第２陰極層との間の値を備えることとなる。そのため、第３陰極層を配置することで、第１陰極層と第２陰極層との仕事関数差に起因するエネルギー障壁を緩和し、良好な電子注入を行うことができる。
【００１８】
本発明においては、前記第１陰極層を構成する前記第１金属材料と、前記第３陰極層を構成する前記第４金属材料と、が同じ金属材料であり、前記第２陰極層を構成する前記第２金属材料と、前記第３陰極層を構成する前記第５金属材料と、が同じ金属材料であることが望ましい。
この構成によれば、材料が共通しているため、第１陰極層と第３陰極層、第３陰極層と第２陰極層の各層間の親和性が良く、良好な電子注入を実現することが可能となる。また、共通の形成材料を用いて層構造を形成するため、製造装置や工程を共通化することが可能となり、容易に良好な表示特性を備える有機エレクトロルミネッセンス装置とすることができる。
【００１９】
本発明においては、前記陰極は、前記第１陰極層と前記第２陰極層との間に、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属である第６金属材料と、仕事関数が３．５ｅＶ以上４．２ｅＶ未満である第７金属材料と、仕事関数が４．２ｅＶ以上である第８金属材料と、の合金層である第４陰極層を備えることが望ましい。
この構成によれば、第４陰極層は、第１陰極層と第２陰極層との仕事関数差を緩和して良好な電子注入を可能とすると共に、第８金属材料の性質に起因した安定な層となるため、良好な表示特性を備え長寿命な有機エレクトロルミネッセンス装置とすることができる。
【００２０】
本発明においては、前記第４陰極層を構成する金属材料は、前記第１陰極層および前記第２陰極層を構成する金属材料を含むことが望ましい。
この構成によれば、材料が共通しているため、第１陰極層と第４陰極層、第４陰極層と第２陰極層の各層間の親和性が良く、良好な電子注入を実現することが可能となる。
【００２１】
本発明においては、第１金属材料、前記第４金属材料及び前記第６金属材料として、Ｌｉ，Ｃｓ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａの中から選ばれることが望ましい。
この構成によれば、有機機能層に対して正孔注入能に優れた陰極層とすることができ、有機ＥＬ装置の発光特性を優れたものとすることができる。
【００２２】
本発明においては、前記第２金属材料、前記第５金属材料及び前記第７金属材料として、Ｍｇ，Ｓｃ，Ｍｎ，Ｉｎ，Ｚｒ，Ａｓの中から選ばれることが望ましい。
この構成によれば、仕事関数差に起因するエネルギー障壁を緩和し、良好な電子注入を促すことができる。
【００２３】
本発明においては、前記陰極は、前記第２陰極層の前記第１陰極層とは反対側に、仕事関数が４．２ｅＶ以上である第９金属材料からなる共振層を備えており、前記陽極は光透過性を有するとともに、前記陰極は半透過反射性を有し、前記陽極を挟んで前記有機機能層の反対側には光反射層が配置され、前記光反射層と前記陰極との間で、前記有機機能層から射出された光を共振させる光共振器構造が構成されていることが望ましい。
この構成によれば、有機機能層から射出された光を共振させる光共振構造を構成することで、各々の有機ＥＬ素子からは光反射層と陰極との間の光学的距離に対応した共振波長の条件を満たす光のみが増幅されて取り出される。例えば、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の各色に対応する共振波長を有する有機ＥＬ素子を形成することで、フルカラー表示が可能な有機ＥＬ装置を提供することができる。
【００２４】
本発明においては、前記第３金属材料、前記第８金属材料及び前記第９金属材料として、Ａｌ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕの中から選ばれることが望ましい。
この構成によれば、水分や酸素に対して安定な合金層、または共振層とすることができる。
【００２５】
本発明の電子機器は、上述の有機エレクトロルミネッセンス装置を備えることを特徴とする。
この構成によれば、発光効率が高く長寿命な有機ＥＬ装置を備え、信頼性に優れた電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
［第１実施形態］
以下、図１を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス装置（有機ＥＬ装置）について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
【００２７】
図１は、有機ＥＬ装置１を模式的に示す断面図である。図に示すように、有機ＥＬ装置１は、基板本体１０と、基板本体１０上に形成された反射層（光反射層）２０や不図示の駆動素子等を備える素子層１１と、を備える基板１０Ａと、基板１０Ａ上に形成される画素電極（陽極）３０と、画素電極３０と平面的に重なる開口部を備えた画素隔壁層１２と、画素隔壁層１２の上に形成された共通隔壁層１４と、を備えている。
【００２８】
共通隔壁層１４に囲まれた領域には、共通隔壁層１４の側壁に当接して発光部４０が形成されており、発光部４０の上面の全面を覆う共通電極（陰極）５０が形成されている。画素電極３０と発光部４０と陰極５０とで有機ＥＬ素子（発光素子）６０を形成している。
【００２９】
発光部４０には、画素電極３０からの正孔の注入を容易にする正孔注入層（有機機能層）４２と、正孔注入層４２からの正孔の移動を促す正孔輸送層４４と、有機発光層４６とを備えており、画素電極３０上にこの順に積層されている。
【００３０】
陰極５０は、共通隔壁層１４の頂面及び側壁を覆って有機発光層４６の上面の全面を覆う第１陰極層５２と、第１陰極層５２の表面全面を覆う第２陰極層５６と、第２陰極層５６上に設けられた共振層５８と、を備えている。
【００３１】
本実施形態の有機ＥＬ装置１は、有機発光層４６で生じる光が、陰極５０側へ射出されるトップエミッション方式を採用している。そのため、陰極５０は透光性を備えるほどに薄く形成されている必要があり、本実施形態では２０ｎｍ以下の膜厚となっている。また、有機発光層４６で生じる光のうち一部が、反射層２０と共振層５８との間で共振し、陰極５０側から外部に射出される共振構造を構成している。以下、各構成要素について順に説明する。
【００３２】
基板本体１０は、透明基板及び不透明基板のいずれも用いることができる。不透明基板としては、例えばアルミナ等のセラミックス、ステンレススチール等の金属シートに表面酸化などの絶縁処理を施したもの、また熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂、さらにはそのフィルム（プラスチックフィルム）などが挙げられる。透明基板としては、例えばガラス、石英ガラス、窒化ケイ素等の無機物や、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機高分子（樹脂）を用いることができる。また、光透過性を備えるならば、前記材料を積層または混合して形成された複合材料を用いることもできる。本実施形態では、基板本体１０の材料としてガラスを用いる。
【００３３】
素子層１１は、有機ＥＬ装置１を駆動させるための各種配線や駆動素子、及びそれらを覆って形成される無機物または有機物の絶縁膜などを備えている。各種配線や駆動素子はフォトリソグラフィによりパターニングした後エッチングすることにより、また、絶縁膜は蒸着法やスパッタ法など通常知られた方法により適宜形成することができる。
【００３４】
また、素子層１１内の基板本体１０上には、画素電極３０と平面的に重なって、反射層２０が形成されている。反射層はＡｌＮｄ合金を形成材料としており、マスクパターニングなど通常知られた方法で形成されている。本実施形態では、反射層２０は基板本体１０上に形成されることとしたが、素子層１１中であっても良く、また、素子層１１表面であっても良い。
【００３５】
素子層１１の上には、画素電極３０が形成されている。画素電極３０の形成材料には、仕事関数が５ｅＶ以上の材料を用いることができる。このような材料は、正孔注入効果が高いため画素電極３０の形成材料として好ましい。このような材料としては、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物）等の金属酸化物を挙げることができる。本実施形態ではＩＴＯを用いる。
【００３６】
また、素子層１１の上には、画素電極３０の端部に一部が乗り上げるように、画素隔壁層１２が形成されている。画素隔壁層１２は画素電極３０に対応する開口部を備えており、該開口部内に画素電極３０が露出している。画素隔壁層１２は、酸化シリコンや窒化シリコン等の無機絶縁材料で形成されており、開口部の位置に対応するマスクを介したエッチング等の公知の方法で形成することができる。
【００３７】
画素隔壁層１２上には、画素電極３０の周囲を囲むように共通隔壁層１４が形成されている。共通隔壁層１４は、断面形状が順テーパ状に形成されている。そのため、共通隔壁層１４で囲まれた空間は、下部よりも上部が広く開口している。共通隔壁層１４は、例えば光硬化性のアクリル樹脂やポリイミド樹脂等で形成される。
【００３８】
共通隔壁層１４に囲まれた領域の底面に露出した面（ここでは画素電極３０と画素隔壁層１２の一部）には、共通隔壁層１４の側壁に当接して、画素電極３０からの正孔の注入を容易にする電荷移動層としての正孔注入層４２が形成されている。正孔注入層４２の形成材料は、通常知られた材料を用いる事ができる。本実施形態ではＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを用いる。
【００３９】
正孔注入層４２の上には、共通隔壁層１４の側壁に当接して正孔輸送層４４が形成され、更に有機発光層４６が形成されている。これらの層の形成材料としては、通常知られた材料を用いる事ができる。
【００４０】
例えば、正孔輸送層４４の形成材料としては、下記の化学式１で示されるＡＤＳ２５９ＢＥ（American Dye Source社製、商品名）を用いることが出来る。また、有機発光層４６の形成材料としては、化学式２で示される緑色発光高分子材料ＡＤＳ１０９ＧＥ（同社製、商品名）、化学式３で示される赤色発光高分子材料ＡＤＳ１１１ＲＥ（同社製、商品名）、化学式４で示される青色発光高分子材料ＡＤＳ１３６ＢＥ（同社製、商品名）を用いることができる。
【００４１】
【化１】
2010062089.tif 000003
【００４２】
【化２】
2010062089.tif 000004
【００４３】
【化３】
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【００４４】
【化４】
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【００４５】
有機発光層４６の上には、共通隔壁層１４の頂面および側壁を覆って表面全面に第１陰極層５２が形成されている。第１陰極層５２は、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属（第１金属材料）を用い真空蒸着して形成する。第１金属材料としては、Ｌｉ，Ｃｓ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａを挙げることができる。本実施形態ではＣａを材料として形成する。第１陰極層５２の膜厚は、透明性の確保、及び良好な電子注入性の実現を考慮すると、５ｎｍ以下であることが好適である。本実施形態の第１陰極層５２の厚みは５ｎｍである。
【００４６】
第１陰極層５２の上には、第１陰極層５２の表面全面を覆って第２陰極層５６が形成されている。第２陰極層５６は、３．５ｅＶ以上４．２ｅＶ未満の仕事関数を有する第２金属材料と、４．２ｅＶ以上の仕事関数を有する第３金属材料とを用い、真空共蒸着にて形成された合金層である。第２金属材料としては、Ｍｇ，Ｓｃ，Ｍｎ，Ｉｎ，Ｚｒ，Ａｓを挙げることができ、第３金属材料としては、Ａｌ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕを挙げることができる。第２陰極層５６は、不図示の陰極取り出し端子へとつながる陰極コンタクト部へ接続されている。本実施形態では、第２金属材料としてＭｇを用い、第３金属材料としてＡｇを用いる。
【００４７】
第２陰極層５６の膜厚は、透明性の確保、及び良好な面方向の導電性の確保（低いシート抵抗値）を考慮すると、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下程度が好適であり、陰極の膜厚が２０ｎｍ以下となるような厚みを選択する。本実施形態の第２陰極層５６は、１０ｎｍの膜厚となっている。
【００４８】
また、第２陰極層５６は、第２金属材料と第３金属材料との合金層であることで、第３金属材料単体の場合よりも低い仕事関数と、第３金属材料の性質に由来する水分や酸素に対する高い安定性とを兼ね備える陰極層となっている。
【００４９】
発明者が別途行った予備実験では、ＭｇとＡｇとの蒸着比率が、体積比で１：１０（Ａｇの体積比率：９１％）から４０：１（Ａｇの体積比率：２．４％）の範囲で成膜した第２陰極層が、いずれも水分や酸素に対して安定であることが確かめられている。そのため、第２金属材料と第３金属材料との蒸着比率は、体積比で１：１０〜４０：１が好適である。成膜のしやすさや再現性の確保のため、蒸着比率は５：１〜２０：１がより好適である。本実施形態では、ＭｇとＡｇとの共蒸着比率は、体積比で１０：１とした。
【００５０】
陰極５０が上述の第１陰極層５２および第２陰極層５６の積層構造であることで、有機発光層への良好な電子注入と、トップエミッションに必要な陰極の十分な光透過性と、水分や酸素に対して活性な第１陰極層５２の保護と、を同時に実現することができる。また、陰極５０のシート抵抗を十分に低くすることができるため、発光ムラも低減することができる。
【００５１】
第２陰極層５６の上には、第３金属材料と同様の仕事関数を有する金属材料（第９金属材料）を形成材料とする共振層５８が設けられている。本実施形態ではＡｇを用いて形成する。共振層５８は、有機発光層４６から発せられた光の一部を反射する半透過膜である。共振層５８が反射層２０との間で光を共振させる光共振構造を構成することで、有機ＥＬ素子６０からは、反射層２０と共振層５８との間の光学的距離に対応した共振波長の条件を満たす光のみが増幅されて取り出される構成となっている。また、共振層５８は、陰極５０の一部を構成しており、陰極５０のシート抵抗値を下げる機能も有している。本実施形態の共振層５８は、５ｎｍの膜厚を有している。
【００５２】
陰極５０の上には、不図示のＳｉＯｘＮｙなどの無機膜を形成し、更に無機膜の上にはエポキシ樹脂を介してガラス基板を貼り合わせる、所謂、固体封止構造を備えるものとすると良い。
本実施形態の有機ＥＬ装置は、以上のような構成となっている。
【００５３】
以上のような構成の有機ＥＬ装置１によれば、陰極５０が、有機機能層への良好な電子注入が可能な仕事関数を備えた第１陰極層５２と、水分や酸素に安定な第２陰極層５６と、を備えているため、発光効率が高く長寿命な有機ＥＬ装置とすることができる。
【００５４】
なお、本実施形態では、１つの有機ＥＬ素子６０について説明したが、有機ＥＬ装置１は上述した有機ＥＬ素子６０を複数備えることができる。その場合には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光を発する有機ＥＬ素子を設けることで、フルカラー表示が可能な有機ＥＬ装置とすることができる。このような有機ＥＬ装置では、上述した陰極構造が全ての有機ＥＬ素子に共通して設けられていることとすることができる。また、有機ＥＬ装置が複数の有機ＥＬ素子を備える場合、共振層を有機ＥＬ素子ごとにパターニングして設け、有機ＥＬ素子が発する色に応じて共振層の厚みを変化させて、光共振構造を構成することとしても良い。同様に有機ＥＬ素子が発する色に応じて反射層の厚みを変化させて光共振構造を構成することも可能である。
【００５５】
［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ装置２の説明図である。本実施形態の有機ＥＬ装置２は、第１実施形態の有機ＥＬ装置１と一部共通している。異なるのは、第１陰極層５２と第２陰極層５６との間に、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属である第４金属材料と、仕事関数が３．５ｅＶ以上４．２ｅＶ未満である第５金属材料と、の合金層である第３陰極層５４を備えることである。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５６】
第３陰極層５４は、第４金属材料と第５金属材料とを用い、真空共蒸着にて形成された合金層である。本実施形態では、第３陰極層５４の形成材料に用いる第４金属材料は、第１陰極層５２の形成材料である第１金属材料と同じくＣａであり、第３陰極層５４の形成材料に用いる第５金属材料は、第２陰極層５６の形成材料である第２金属材料と同じくＭｇである。
【００５７】
第３陰極層５４のＣａとＭｇとの共蒸着比率は特に限定するものではないが、第２陰極層５６から第１陰極層５２への電子注入を実現するために、第３陰極層５４は、仕事関数が第１陰極層５２と第２陰極層５６との間の値を示す共蒸着比率であることが望ましい。本実施形態では体積比で１：１とした。このような共蒸着比率を備える第３陰極層５４を配置することで、第１陰極層５２と第２陰極層５６との仕事関数差を緩和し、良好な電子注入を行うことができる。
【００５８】
次に、図３、４を用いて、本実施形態の有機ＥＬ装置２の製造方法を、陰極５０の形成工程を中心にして説明する。図では、蒸着装置１００Ａを用い、陰極５０の積層構造を形成する様子を示している。蒸着装置１００Ａは、通常知られたものを用いる事ができ、密閉可能に形成され内部が減圧可能なチャンバ１００と、第１の蒸着材料１１１が入った第１坩堝１０１、第２の蒸着材料１１２が入った第２坩堝１０２、第３の蒸着材料１１３が入った第３坩堝１０３、を有している。
【００５９】
本実施形態では、第１の蒸着材料１１１としてＣａを用い、第２の蒸着材料１１２としてＭｇを用い、第３の蒸着材料１１３としてＡｇを用いた。上述のように、有機ＥＬ装置２では、第１金属材料および第４金属材料として、共通する金属材料であるＣａを選択し、第２金属材料および第５金属材料として、共通する金属材料であるＭｇを選択している。また、第３金属材料および第９金属材料として、共通する金属材料であるＡｇを選択している。そのため、必要とする蒸着材料の種類が少なく、工程負荷が低減される。
【００６０】
図３（ａ）に示すように、有機発光層４６まで形成した製造中の有機ＥＬ装置をチャンバ１００の内部に配置する。そして、チャンバ１００内を減圧し、第１の蒸着材料１１１を収容した第１坩堝１０１を不図示の加熱装置で加熱して、蒸発する第１の蒸着材料１１１を用いて有機発光層４６を覆う第１陰極層５２を形成する。その間、第２の蒸着材料１１２を収容した第２坩堝１０２を、シャッタを閉じた状態で加熱しておき、スタンバイ状態としておく。
【００６１】
次いで、図３（ｂ）に示すように、第１陰極層５２の膜厚が所定の膜厚に達すると同時に、第２坩堝１０２のシャッタを開き、第２の蒸着材料１１２の蒸着を開始する。つまり、第１の蒸着材料１１１の蒸着を止めることなく第２の蒸着材料１１２の蒸着を開始して共蒸着を行い、第３陰極層５４を形成する。その間、第３の蒸着材料１１３を収容した第３坩堝１０３を、シャッタを閉じた状態で加熱しておき、スタンバイ状態としておく。
【００６２】
次いで、図４（ａ）に示すように、第３陰極層５４の膜厚が所定の膜厚に達すると同時に、第１坩堝１０１のシャッタを閉めて第１の蒸着材料１１１の蒸着を停止し、第３坩堝１０３のシャッタを開いて第３の蒸着材料１１３の蒸着を開始して、共蒸着により第２陰極層５６を形成する。
【００６３】
次いで、図４（ｂ）に示すように、第２陰極層５６の膜厚が所定の膜厚（本実施形態では５ｎｍ）に達すると同時に、第２坩堝１０２のシャッタを閉めて第２の蒸着材料１１２の蒸着を停止する。引き続き第３坩堝１０３のシャッタのみを開いておいて共振層５８を形成し、本実施形態の有機ＥＬ装置が備える陰極５０を形成する。
以上のようにして陰極構造を形成し、本実施形態の有機ＥＬ装置２を製造する。
【００６４】
以上のような構成の有機ＥＬ装置２では、第３陰極層５４が、第１陰極層５２と第２陰極層５６との仕事関数差に起因するエネルギー障壁を緩和するため、良好な電子注入を行うことができ、良好な発光効率を実現することができる。
【００６５】
また、本実施形態では、第１陰極層５２と第３陰極層５４、第３陰極層５４と第２陰極層５６に共通する金属材料を用いているため、各層間の親和性が良く、良好な電子注入を実現する層構造を備えた陰極５０とすることができる。また、第３陰極層５４の形成に用いる第４金属材料が第１陰極層５２の形成材料である第１金属材料と共通し、第３陰極層５４の形成に用いる第５金属材料が第２陰極層５６の形成材料である第２金属材料と共通するため、用いる形成材料を減らすことができる。
【００６６】
なお、本実施形態では、第３陰極層５４の形成材料は第１陰極層５２の形成材料および第２陰極層５６の形成材料と同じ金属材料を用いることとしたが、これに限らない。例えば、一方の陰極層とのみ形成材料を共通する事としても良く、また、いずれの陰極層とも異なる金属材料を用いる事としても良い。
【００６７】
［第３実施形態］
図２を用いて、本発明の第３実施形態に係る有機ＥＬ装置３を説明する。第２実施形態では、第１陰極層５２と第２陰極層５６との間には、第４金属材料と第５金属材料との合金層である第３陰極層５４を形成することとしたが、本実施形態の有機ＥＬ装置３は、第３陰極層５４の代わりに、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属である第６金属材料と、仕事関数が３．５ｅＶ以上４．２ｅＶ未満である第７金属材料と、仕事関数が４．２ｅＶ以上である第８金属材料と、の合金層である第４陰極層５５を備える。
【００６８】
本実施形態では、第４陰極層５５の形成材料に用いる第６金属材料は、第１陰極層５２の形成材料である第１金属材料と同じくＣａであり、第４陰極層５５の形成材料に用いる第７金属材料は、第２陰極層５６の形成材料である第２金属材料と同じくＭｇであり、第８金属材料は、第２陰極層５６の形成材料である第３金属材料と同じくＡｇである。
【００６９】
第４陰極層５５は、第２実施形態の第３陰極層５４と同じく、図３に示した蒸着装置１００Ａと同様の装置を用いて形成することができる。以下の説明では、図３で用いた蒸着装置１００Ａの符号を用いて説明を行う。
【００７０】
まず、第１陰極層５２を蒸着して形成している間、シャッタを閉じた状態で第２坩堝１０２および第３坩堝１０３を加熱しておき、スタンバイ状態としておく。そして、第１陰極層５２の膜厚が所定の膜厚に達すると同時に、第２坩堝１０２および第３坩堝１０３のシャッタを開き、第２の蒸着材料１１２、第３の蒸着材料１１３の蒸着を開始して共蒸着を行うことで、第４陰極層５５を形成することができる。
【００７１】
第４陰極層５５の膜厚が所定の膜厚（本実施形態では５ｎｍ）に達した後は、第１坩堝１０１のシャッタを閉めることで、連続して第２陰極層５６を形成することができる。
【００７２】
第４陰極層５５の共蒸着比率は特に限定するものではないが、第２陰極層５６から第１陰極層５２への電子注入を実現するために、第４陰極層５５の仕事関数が、第１陰極層５２と第２陰極層５６との間の値を示す共蒸着比率であることが望ましい。一例として、Ｃａ：Ｍｇ：Ａｇが体積比で１０：１０：１である第４陰極層５５を用いることができる。
【００７３】
以上の様な構成の有機ＥＬ装置３では、第１陰極層５２と第２陰極層５６との間に第４陰極層５５を配置することで、第１陰極層５２と第２陰極層５６との仕事関数差を緩和し、良好な電子注入を行うことができる。また、第４陰極層５５は、水分や酸素に対して安定な第８金属材料との合金層であり、水分や酸素に対して安定である。そのため、安定性が良く信頼性が高い有機ＥＬ装置３とすることができる。
【００７４】
また、本実施形態では、第４陰極層５５を構成する金属材料が、第１陰極層５２および第２陰極層５６を構成する金属材料を同じ材料から形成されているため、各層間の親和性が良く、良好な電子注入を実現する層構造を備えた陰極５０とすることができる。また、必要とする形成材料を少なくすることができ、連続して各層を形成することができる。
【００７５】
なお、本実施形態では、第４陰極層５５の形成材料は第１陰極層５２の形成材料および第２陰極層５６の形成材料と同じ金属材料を用いることとしたが、これに限らない。例えば、一方の陰極層とのみ形成材料を共通する事としても良く、また、いずれの陰極層とも異なる金属材料を用いる事としても良い。
【００７６】
［電子機器］
次に、本発明の電子機器の実施形態について説明する。図５は、本発明の有機ＥＬ装置を用いた電子機器の一例を示す斜視図である。図５に示す携帯電話（電子機器）１３００は、本発明の有機ＥＬ装置を小サイズの表示部１３０１として備え、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、及び送話口１３０４を備えて構成されている。これにより、本発明の有機ＥＬ装置により構成された、発光効率に優れ信頼性に優れた表示部を具備した携帯電話１３００を提供することができる。
【００７７】
上記各実施の形態の有機ＥＬ装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、プロジェクタ、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、テレビジョン受像機、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができる。かかる構成とすることで、表示品質が高く、信頼性に優れた表示部を備えた電子機器を提供できる。
【００７８】
更には、上記各実施の形態の有機ＥＬ装置をラインヘッドとして用いることができ、該ラインヘッドを光源として備えた画像形成装置（光プリンタ）として好適に用いることができる。このようにすると、輝度ムラが無く信頼性に優れた光プリンタとすることができる。
【００７９】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ装置を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ装置を模式的に示す断面図である。
【図３】第２実施形態の有機ＥＬ装置の製造工程を示す工程図である。
【図４】第２実施形態の有機ＥＬ装置の製造工程を示す工程図である。
【図５】本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８１】
１，２，３…有機エレクトロルミネッセンス装置、２０…反射層（光反射層）、３０…画素電極（陽極）、４２…正孔注入層（有機機能層）、４４…正孔輸送層（有機機能層）、４６…有機発光層、５０…共通電極（陰極）、５２…第１陰極層、５４…第３陰極層、５５…第４陰極層、５６…第２陰極層、５８…共振層、６０…有機ＥＬ素子（発光素子）、１３００…携帯電話（電子機器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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