(57)【要約】【課題】発光層への電子の注入効率の低下を防止することができる有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】陽極１０２及び透明陰極１０８と、陽極１０２と透明陰極１０８との間に形成された有機発光層１０５とを備える有機ＥＬ素子であって、透明陰極１０８と有機発光層１０５との間に形成され、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のうち少なくとも一方を含む有機物質からなる電子輸送層１０６と、電子輸送層１０６と透明陰極１０８との間に形成された、酸化アルミニウムを含む金属酸化物層１０７とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極及び陰極と、当該陽極と当該陰極との間に形成された有機発光層とを備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記陰極と前記有機発光層との間に形成され、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のうち少なくとも一方を含む有機物質からなる電子輸送層と、
前記電子輸送層と前記陰極との間に形成された、酸化アルミニウムを含む金属酸化物層とを備える
有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記金属酸化物層の膜厚は、３ｎｍ以下である
請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
請求項１又は２記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備える
有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
【請求項４】
有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、
基板の上方に陽極を形成する陽極形成ステップと、
前記陽極の上方に有機発光層を形成する発光層形成ステップと、
前記有機発光層の上方に、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のうち少なくとも一方を含む有機物質からなる電子輸送層を形成する電子輸送層形成ステップと、
前記電子輸送層上に、アルミニウムを含む金属膜を形成する金属膜形成ステップと、
前記金属膜上に陰極を形成する陰極形成ステップとを含み、
前記金属膜は、前記陰極形成ステップにおいて酸化され、
前記陰極形成ステップでは、酸化された金属膜上に前記陰極を形成する
有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項５】
前記金属膜形成ステップでは、膜厚１ｎｍ以下の前記金属膜を形成する
請求項４記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【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素子に関し、特に、Ｂａなどの金属原子を含む電子輸送層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と記載する）は、陽極と陰極とによって、発光層を含む有機層を挟んだ構造を有するデバイスである。有機ＥＬ素子では、陽極から正孔、陰極から電子を発光層に注入し、発光層内で正孔と電子とを再結合させることで発光する。
【０００３】
特許文献１には、発光層上に形成された、Ｂａなどの金属原子を含む電子輸送層を備える有機ＥＬ素子が開示されている。電子輸送層は、陰極から注入された電子をスムーズに発光層に輸送するとともに、発光層からの正孔を阻止する機能も有する。このように、有機ＥＬ素子は、電子輸送層を備えることで、陰極からの電子の注入を促進することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２８５４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術では、電子輸送層に含まれる金属原子が酸化されることで、発光層への電子の注入効率が低下してしまうという課題がある。
【０００６】
例えば、電子輸送層に含まれる金属原子は、Ｂａなどのアルカリ土類金属又はアルカリ金属など、酸化されやすい金属原子であることが多い。また、陰極側から光を取り出す場合、電子輸送層上には光を透過する透明陰極が形成される。
【０００７】
透明陰極には、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの透明酸化導電膜が用いられることが多い。したがって、透明陰極を形成する際に、電子輸送層の表面は酸素に曝されるので、電子輸送層に含まれる金属原子が酸化されてしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、発光層への電子の注入効率の低下を防止することができる有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る有機ＥＬ素子は、陽極及び陰極と、当該陽極と当該陰極との間に形成された有機発光層とを備える有機ＥＬ素子であって、前記陰極と前記有機発光層との間に形成され、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のうち少なくとも一方を含む有機物質からなる電子輸送層と、前記電子輸送層と前記陰極との間に形成された、酸化アルミニウムを含む金属酸化物層とを備える。
【００１０】
これにより、陰極と電子輸送層との間に金属酸化物層を備えることで、電子輸送層に含まれる金属原子が酸化されてしまうことを防ぐことができる。よって、有機発光層への電子の注入効率の低下を防止することができる。
【００１１】
また、前記金属酸化物層の膜厚は、３ｎｍ以下であってもよい。
これにより、金属酸化物層は非常に薄いので、金属酸化物層による電子の注入効率の低下、及び、光の取り出し効率の低下も抑制することができる。
【００１２】
また、本発明は、上記の有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬ表示装置として実現することもできる。
【００１３】
また、本発明に係る有機ＥＬ素子の製造方法は、基板の上方に陽極を形成する陽極形成ステップと、前記陽極の上方に有機発光層を形成する発光層形成ステップと、前記有機発光層の上方に、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のうち少なくとも一方を含む有機物質からなる電子輸送層を形成する電子輸送層形成ステップと、前記電子輸送層上に、アルミニウムを含む金属膜を形成する金属膜形成ステップと、前記金属膜上に陰極を形成する陰極形成ステップとを含み、前記金属膜は、前記陰極形成ステップにおいて酸化され、前記陰極形成ステップでは、酸化された金属膜上に前記陰極を形成してもよい。
【００１４】
これにより、アルミニウムを含む金属膜を犠牲層として形成することで、陰極を形成する際に金属膜が酸化され、電子輸送層に含まれる金属原子が酸化されることを防ぐことができる。よって、有機発光層への電子の注入効率の低下を防止することができる有機ＥＬ素子を製造することができる。
【００１５】
また、前記金属膜形成ステップでは、膜厚１ｎｍ以下の前記金属膜を形成してもよい。
これにより、１ｎｍ以下という極薄のアルミニウムを含む金属膜を形成することで、当該金属膜が酸化された金属酸化物層も非常に薄くなるので、金属酸化物層による電子の注入効率の低下、及び、光の取り出し効率の低下も抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、発光層への電子の注入効率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施の形態に係る有機ＥＬ素子の構成の一例を示す断面構成図である。
【図２】本実施の形態に係る有機ＥＬ素子の製造方法の一例を示す断面工程図である。
【図３】本実施の形態に係る有機ＥＬ素子が備える金属酸化物層の光透過率を示す図である。
【図４】本実施の形態に係る有機ＥＬ素子を備える表示装置の一例を示す概略図である。
【図５】本実施の形態に係る有機ＥＬ素子を備える表示装置の一例を示す断面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る有機ＥＬ素子について、実施の形態に基づいて、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
本実施の形態に係る有機ＥＬ素子は、陽極と陰極との間に形成された有機発光層を備える有機ＥＬ素子であって、陰極と有機発光層との間に形成され、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のうち少なくとも一方を含む有機物質からなる電子輸送層と、電子輸送層と陰極との間に形成された、酸化アルミニウムを含む金属酸化物層とを備えることを特徴とする。なお、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子は、当該有機ＥＬ素子を駆動する駆動回路を備える基板の上面側から光を取り出すトップエミッション型のデバイスを一例として説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００の構成の一例を示す断面構成図である。図１に示すように、有機ＥＬ素子１００は、基板１０１と、陽極１０２と、正孔注入層１０３と、正孔輸送層１０４と、有機発光層１０５と、電子輸送層１０６と、金属酸化物層１０７と、透明陰極１０８と、封止層１０９とを備える。
【００２１】
基板１０１は、特に限定されないが、例えば、ガラス基板、石英基板などが用いられる。また、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルホンなどのプラスチック基板を用いて、表示装置に曲げ性を付与することもできる。なお、本実施の形態のようにトップエミッション型の場合、不透明プラスチック基板又はセラミック基板などを用いることができる。基板１０１には、有機ＥＬ素子１００を駆動する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの駆動回路が形成されていてもよい。
【００２２】
陽極１０２は、光反射性を有する電極であり、基板１０１上に形成される。陽極１０２は、特に限定されないが、電気抵抗率が小さい材料を用いることが好ましく、例えば、アルミニウムなどの金属、Ａｌ、Ｐｄなどの金属の合金、これら金属を主成分とする合金、又は、これらを積層したものを用いることができる。陽極１０２の膜厚は、例えば、約２０〜１００ｎｍであることが好ましい。
【００２３】
正孔注入層１０３は、正孔注入性の材料を主成分とする層であり、陽極１０２上に形成される。正孔注入性の材料とは、陽極１０２から注入された正孔を安定的に、又は、正孔の生成を補助して、有機発光層１０５に注入する機能を有する材料である。正孔注入層１０３としては、例えば、酸化タングステン（ＷＯｘ）、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）などを用いることができる。正孔注入層１０３の膜厚は、例えば、約１０〜５０ｎｍであることが好ましい。
【００２４】
正孔輸送層１０４は、正孔輸送性の材料を主成分とする層であり、正孔注入層１０３上に形成される。正孔輸送性の材料とは、電子ドナー性を有し陽イオン（正孔）になりやすい性質と、生じた正孔を分子間の電荷移動反応により伝達する性質とを併せ持ち、陽極１０２から有機発光層１０５までの電荷輸送に対して適性を有する材料のことである。正孔輸送層１０４としては、例えば、トリフェニルアミン系の材料が用いられる。正孔輸送層１０４の膜厚は、例えば、約２０〜１２０ｎｍであることが好ましい。
【００２５】
有機発光層１０５は、正孔と電子とが再結合することにより発光する有機発光材料を主成分とする層であり、陽極１０２と透明陰極１０８との間に形成される。具体的には、有機発光層１０５は、図１に示すように、正孔輸送層１０４上に形成される。有機発光層１０５には、陽極１０２から正孔が注入され、透明陰極１０８から電子が注入され、これらの正孔と電子とが再結合することで、有機発光層１０５は発光する。
【００２６】
有機発光材料としては、低分子系又は高分子系の有機発光材料を用いることができる。例えば、アルミキノリキノール錯体（Ａｌｑ３）などの低分子系の材料、又は、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）、ポリフルオレンなどのポリマー発光材料などの高分子系の材料を用いることができる。有機発光層１０５の膜厚は、例えば、約４０〜１００ｎｍであることが好ましい。
【００２７】
電子輸送層１０６は、電子輸送性の材料を主成分とする層であり、有機発光層１０５上に形成される。電子輸送性の材料とは、電子アクセプター性を有し陰イオン（電子）になりやすい性質と、生じた電子を分子間の電荷移動反応により伝達する性質とを併せ持ち、透明陰極１０８から有機発光層１０５までの電荷輸送に対して適性を有する材料のことである。電子輸送層１０６としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カルシウム、ルビジウム、セシウム、フランシウムなどのアルカリ金属、及び、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウムなどのアルカリ土類金属のうち少なくとも１つを含む有機物質から構成される。電子輸送層１０６の膜厚は、例えば、約５〜６０ｎｍであることが好ましい。
【００２８】
金属酸化物層１０７は、酸化アルミニウムを含む極薄の金属酸化物層であり、後述するように、極薄のアルミニウム層が酸素に曝されることにより自然酸化された層である。金属酸化物層１０７は、透明陰極１０８と電子輸送層１０６との間に、具体的には、図１に示すように、電子輸送層１０６上に形成される。金属酸化物層１０７の膜厚は、約３ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２９】
なお、金属酸化物層１０７は、表面（透明陰極１０８側の面）は自然酸化により酸化されているが、裏面（電子輸送層１０６側の面）は酸化されていなくてもよい。つまり、金属酸化物層１０７は、アルミニウム層と酸化アルミニウム層（アルミナ層）との２層構造であってもよい。
【００３０】
透明陰極１０８は、光透過性を有する電極であり、金属酸化物層１０７上に形成される。透明陰極１０８は、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの透明酸化導電膜を用いることができる。透明陰極１０８の膜厚は、例えば、約５０〜２００ｎｍであることが好ましい。
【００３１】
封止層１０９は、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００の表面を覆う樹脂層であって、図１に示すように、透明陰極１０８上に形成される。封止層１０９は、例えば、光透過性を有する窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）、又は酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ膜）などである。封止層１０９の膜厚は、例えば、約５０〜３０００μｍであることが好ましい。
【００３２】
以上のように、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００は、電子輸送層１０６と透明陰極１０８との間に、酸化アルミニウムを含む金属酸化物層１０７を備える。金属酸化物層１０７が電子輸送層１０６に含まれる金属原子の酸化を防ぐことで、透明陰極１０８から有機発光層１０５への電子の注入効率の低下を防ぐことができる。
【００３３】
以下では、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００の製造方法について、図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００の製造方法の一例を示す断面工程図である。
【００３４】
まず、図２（ａ）に示すように、基板１０１を洗浄し、洗浄した基板１０１上に陽極１０２を形成する。例えば、純水で基板１０１を洗浄し、洗浄した基板１０１をクリーンドライエアー（ＣＤＡ：Ｃｌｅａｎ  Ｄｒｙ  Ａｉｒ）装置などを用いて乾燥させる。そして、スパッタ装置、又は真空蒸着装置などを用いて、アルミニウムなどの金属膜を基板１０１上に堆積させることで、陽極１０２を形成する。
【００３５】
次に、図２（ｂ）に示すように、陽極１０２上に正孔注入層１０３を形成する。例えば、スピンコート装置などの塗布装置、又はスパッタ装置などを用いて、ＷＯｘ又はＰＥＤＯＴなどを陽極１０２上に堆積させることで、正孔注入層１０３を形成する。
【００３６】
次に、図２（ｃ）に示すように、正孔注入層１０３上に正孔輸送層１０４を形成する。例えば、スピンコート装置又はインクジェット装置などを用いて、トリフェニルアミン系の有機材料を正孔注入層１０３上に塗布することで、正孔輸送層１０４を形成する。
【００３７】
次に、図２（ｄ）に示すように、正孔輸送層１０４上に有機発光層１０５を形成する。例えば、インクジェット装置などの塗布装置、又は蒸着装置などを用いて、有機発光材料を塗布することで、有機発光層１０５を形成する。
【００３８】
次に、図２（ｅ）に示すように、有機発光層１０５上に電子輸送層１０６を形成する。例えば、Ｂａなどのアルカリ土類金属と有機材料とを原料に用いた真空蒸着装置などを用いて、Ｂａドープした有機層を電子輸送層１０６として形成する。なお、Ｂａドープした有機層を電子輸送層１０６として形成する前に、真空蒸着装置へ窒素ガスを導入し、酸素をパージし、さらに、真空引きすることによって、Ｂａの酸化をより防ぐことができる。
【００３９】
次に、図２（ｆ）に示すように、電子輸送層１０６上にアルミニウム膜１１０を形成する。例えば、アルミニウムを原料に用いた真空蒸着装置などを用いて、アルミニウム膜１１０を形成する。アルミニウム膜１１０の膜厚は、例えば、１ｎｍ以下である。
【００４０】
なお、このとき、電子輸送層１０６の形成とアルミニウム膜１１０の形成との間に電子輸送層１０６が大気（酸素）に曝されないようにする。例えば、同じ真空蒸着装置を用いて、原料を電子輸送層１０６用の原料からアルミニウムに切り替えることで、真空状態を保ったままアルミニウム膜１１０を形成することができる。
【００４１】
次に、図２（ｇ）に示すように、アルミニウム膜１１０上に透明陰極１０８を形成する。例えば、導入ガスにアルゴンガス及び酸素ガスを、ターゲットにインジウム及びスズ、又はこれらの合金を用いたスパッタ装置を用いて、透明陰極１０８を形成する。
【００４２】
このとき、スパッタ装置内に導入される酸素ガスによって、アルミニウム膜１１０は酸化されて金属酸化物層１０７になる。したがって、透明陰極１０８は、金属酸化物層１０７上に形成される。
【００４３】
最後に、図２（ｈ）に示すように、透明陰極１０８上に封止層１０９を形成する。例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置などを用いてＳｉＮ又はＳｉＯｘなどを堆積させることで、封止層１０９を形成する。
【００４４】
なお、以上の工程を経た後、又は、封止層１０９を形成することなく、有機ＥＬ素子１００と、カラーフィルタなどが形成された他の基板とを樹脂などを用いて貼りあわせてもよい。
【００４５】
以上のように、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００の製造方法では、電子輸送層１０６を形成した後、電子輸送層１０６が酸素に曝されないようにしながら、電子輸送層１０６上にアルミニウム膜１１０を形成する。これにより、アルミニウム膜１１０が、透明陰極１０８を形成時に流入される酸素などから電子輸送層１０６を保護する保護膜（犠牲酸化膜）として機能することができる。
【００４６】
なお、金属酸化物層１０７は、絶縁性を有し、かつ、光を透過しない酸化アルミニウムを主成分とする。このため、金属酸化物層１０７による電子の注入効率の低下が懸念される。さらに、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００は、トップエミッション型のデバイスであり、陰極側から光を取り出すため、金属酸化物層１０７による光の取り出し効率の低下が懸念される。
【００４７】
これに対して、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００では、金属酸化物層１０７は、非常に薄いため（例えば、３ｎｍ以下）、透明陰極１０８から注入される電子は、金属酸化物層１０７をトンネル効果によって通り抜けるので、電子の注入効率に影響をほとんど与えることはない。
【００４８】
また、図３は、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００が備える金属酸化物層１０７の光透過率を示す図である。同図には、酸化される前であるアルミニウム膜１１０の膜厚が、０．５ｎｍ、及び１ｎｍの場合について示している。
【００４９】
図３に示すように、アルミニウム膜１１０の膜厚が０．５ｎｍの場合は、約８０％以上の光透過率を示し、１ｎｍの場合は約６８％以上の光透過率を示す。このように、金属酸化物層１０７による透過率の低下も大きくなく、光の取り出し効率を大きく下げることはない。
【００５０】
以上のように、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００は、透明陰極１０８と電子輸送層１０６との間に金属酸化物層１０７を備えることで、電子輸送層１０６に含まれる金属原子が酸化されてしまうことを防ぐことができる。さらに、金属酸化物層１０７による電子の注入効率の低下、及び、光の取り出し効率の低下も抑制することができるので、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００は、非常に有用である。
【００５１】
また、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００は、図４に示すようなテレビ、又は表示パネルなどの表示装置に利用することができる。なお、図４は、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００を備える表示装置の一例を示す概略図である。
【００５２】
本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００を、複数の画素が二次元状に配置された表示装置として利用する場合、陽極１０２及び透明陰極１０８の少なくとも一方は画素毎に分離されている。
【００５３】
図５は、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００を備える有機ＥＬ表示装置２００の構成の一例を示す断面構成図である。図５に示すように有機ＥＬ表示装置２００は、画素毎に有機ＥＬ素子１００を備え、陽極１０２は画素毎に分離されている。さらに、有機ＥＬ表示装置２００は、バンク２１１を備える。また、基板１０１には、画素毎に有機ＥＬ素子１００を駆動するＴＦＴなどを含む駆動回路が形成されている。
【００５４】
バンク２１１は、画素を分離するための分離壁であり、有機発光層１０５などの各有機層を塗布法で形成する際に、各有機層の材料である機能溶液を塗布する領域を定めるための分離壁である。バンク２１１は、例えば、レジストなどの樹脂によって形成される。
【００５５】
バンク２１１は、例えば、アルミニウムなどの導電性材料を堆積、及びパターニングすることで陽極１０２を形成した後に、塗布法などにより堆積し、パターニングすることで形成される。例えば、バンク２１１の高さは、約０．５〜２μｍとすることができる。
【００５６】
以上、本発明に係る有機ＥＬ表示素子及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施の形態に施したものも、本発明の範囲内に含まれる。
【００５７】
例えば、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００は、電子注入層を備えていてもよい。電子注入層は、電子注入性の材料を主成分とする層であり、例えば、電子輸送層１０６と透明陰極１０８との間に形成される。電子注入性の材料とは、透明陰極１０８から注入された電子を安定的に、又は、電子の生成を補助して、有機発光層１０５に注入する機能を有する材料である。
【００５８】
また、本実施の形態では、トップエミッション型のデバイスである有機ＥＬ素子１００を一例として説明したが、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子は、ボトムエミッション型のデバイスであってもよい。このとき、透明陰極１０８は、光透過性ではなく、光反射性を有していればよい。逆に陽極１０２は、ＩＴＯなどの光透過性を有する電極であればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明に係る有機ＥＬ素子は、発光層への電子の注入効率の低下を防止することができるという効果を奏し、テレビ、カメラ、及び携帯電話などのディスプレイとして利用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１００  有機ＥＬ素子
１０１  基板
１０２  陽極
１０３  正孔注入層
１０４  正孔輸送層
１０５  有機発光層
１０６  電子輸送層
１０７  金属酸化物層
１０８  透明陰極
１０９  封止層
１１０  アルミニウム膜
２００  有機ＥＬ表示装置
２１１  バンク
【図１】
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【図２】
2011035332.tif 000004
【図３】
2011035332.tif 000005
【図４】
2011035332.tif 000006
【図５】
2011035332.tif 000007