(57)【要約】基板と、基板上に形成される反射機能をもつ薄膜と、有機ＥＬ発光層と、上部電極とを含む有機ＥＬ発光素子において、前記反射機能をもつ薄膜をアモルファス合金から形成することにより、反射機能、トランジスタへの遮光機能および電極機能を併せ持ち、かつ表面凹凸の小さい反射膜を有する有機ＥＬ発光素子を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、基板上に形成される反射機能をもつ薄膜と、有機ＥＬ発光層と、上部電極とを含む有機ＥＬ発光素子において、
前記反射機能をもつ薄膜がアモルファス合金から形成されていることを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
【請求項２】
前記アモルファス合金が金属−リン合金であり、前記金属は遷移金属の中から選択される１種または複数のものであり、前記金属−リン合金は１０〜５０原子％のリンを含有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の有機ＥＬ発光素子。
【請求項３】
前記アモルファス合金が金属−ボロン合金であり、前記金属は遷移金属の中から選択される１種または複数のものであり、前記金属−ボロン合金は１０〜５０原子％のボロンを含有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の有機ＥＬ発光素子。
【請求項４】
前記アモルファス合金が金属−ランタノイド合金であり、前記金属は遷移金属の中から選択される１種または複数のものであり、前記金属−ランタノイド合金は１０〜５０原子％のランタノイドを含有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の有機ＥＬ発光素子。
【請求項５】
前記アモルファス合金を構成する元素の原子半径比：ｒ／Ｒ（Ｒ＞ｒ）が０．９以下であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の有機ＥＬ発光素子。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）発光素子の構造およびその製法に関する。
背景技術
一般的な有機ＥＬ発光素子では、ガラス基板上に透明電極を設けて、その上に有機ＥＬ発光層を設けて、さらに外部に取り出す光の量を大きくするために裏面に反射膜と電極の機能を併せ持つ層をアルミや銀を用いて形成して、光をガラス面から取り出すのが一般的である。
一方、発光素子をディスプレイ等に応用する場合の有力な駆動方法として多結晶シリコンＴＦＴを用いる試みが行われている。このＴＦＴ駆動でも従来型と同様に、ＴＦＴ基板側から光を取り出す方法があるが、トランジスタを発光部の隙間に置かなければいけないので、ＴＦＴ素子面積が制約される等の問題がある。
そこで考えられるのが、トランジスタを発光部の領域まで広げて作り、光は基板の反対側に取り出す方法（トップエミッション方式）である。
この方法を採用するときには、反射機能と同時にトランジスタへの遮光機能も併せ持つ反射膜を、ＴＦＴ基板上に作製する必要がある。さらに、この反射膜は、電極としての機能をも同時に有することが望ましい。
有機ＥＬ発光層をこの反射膜上に作製する際に問題となることは、反射膜表面の凹凸である。有機ＥＬ発光層は全体の厚さが２００ｎｍ程度と薄く、中でも電界の集中する電子輸送層は３０ｎｍ程度ときわめて薄い。したがって、素子を作製する表面の凹凸が激しいと、電界集中が起こり、素子が短絡し、発光不能部（ダークスポット）が形成されてしまう問題がある。
したがって、高品質のトップエミッション方式の有機ＥＬ素子を製造する場合に、反射機能、トランジスタへの遮光機能および電極機能を併せ持ち、かつ表面凹凸の小さい反射膜を形成することが重要である。
また、ＴＦＴによるアクティブマトリクス駆動ではなくパッシブマトリクス駆動を行う有機ＥＬ発光素子においても、上記のように極めて薄い有機ＥＬ発光層を用いる。したがってパッシブマトリクス駆動を行う場合においても表面凹凸の小さい反射膜を形成することが重要である。
発明の開示
上記のような課題を解決するため、反射膜として、アモルファス相を形成する特定の元素比を持つ合金を成膜することで表面凹凸の少ない反射膜表面を得る。
本発明の第１の実施形態である有機ＥＬ発光素子は、素子を作製する面に、あらかじめ反射機能をもつ薄膜を成膜し、その上に発光部を作製する有機発光素子において、前記反射機能をもつ薄膜がアモルファス合金から形成されることを特徴とする。
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明の有機ＥＬ発光素子を詳細に説明する。本発明の有機ＥＬ発光素子を、図１に示す。有機ＥＬ発光素子は、基板１と、基板上に形成される反射機能をもつ薄膜２と、有機ＥＬ発光層３と、上部電極４とを含む。
一般的に反射膜として用いられるＡｌを、ガラス基板に３ｎｍと１００ｎｍ蒸着したときの表面領域（２μｍ角）をＡＦＭにて測定した結果を、表１に示す。表１により、Ａｌが成長するに従って表面凹凸が増加しているのが判る。
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このように膜成長にしたがって凹凸が増加する理由は、Ａｌが結晶化しやすいためだと考えられる。すなわち、基板表面に到達したＡｌは、表面のある領域を比較的自由に移動できる（表面マイグレーション）。この過程で、吸着ポテンシャルが大きい所があると、そこの滞在時間が長くなり、結果としてその部分の成膜速度が速くなり、凹凸を作り出す原因となる。この吸着ポテンシャルの大きな部分とは、単体の金属の場合、結晶性の高い部分である。
実際、Ａｌ薄膜の断面ＴＥＭ像を撮ると、結晶性の悪い双晶（結晶と結晶の間）部の膜厚が薄くなっていることが判っている。
このような滞在時間の面内ムラを無くせば、平坦な金属面が得られると考えられる。その方法として、２つの方法が考えられる。１つの方法は、完全な単結晶として反射膜２を成長させることである。しかし、完全な単結晶として成長させるためには、普通エピタキシャル成長させなくてはいけないので、ガラスまたは有機膜の上に素子を構成する有機ＥＬ発光素子への応用を考えた場合、非現実的である。第２の方法は、完全なアモルファス相として反射膜２を成長させることである。アモルファス相として成長させる場合には、吸着ポテンシャルの大きな部分が発生しないので、平坦な膜を形成することが可能となる。
アモルファス相として成長する素材として、合金を用いることが現実的である。合金がアモルファス相を形成するためには、合金を構成する元素の混合エンタルピーが負であり、かつ構成元素の原子半径比ｒ／Ｒ（ただし、Ｒ＞ｒである）が０．９以下、好ましくは０．８５以下であることが望ましい。そのような組合せとしては、１）遷移金属−リン合金、２）遷移金属−ボロン合金、および３）遷移金属−ランタノイド合金を用いることができる。なお、本明細書において遷移金属とは、ランタノイドおよびアクチニウム系列を除く周期表第３族〜第１２族の元素を意味する（例えば、周期表の第４周期でいえば、Ｓｃ〜Ｚｎの元素である）。また、本明細書において、ランタノイドとは、原子番号５７（Ｌａ）〜７１（Ｌｕ）までの元素を意味する。
反射膜２として遷移金属−リン合金を用いる場合、該合金は、１０〜５０原子％、好ましくは１２〜３０原子％のリンを含有することができる。反射膜２として遷移金属−ボロン合金を用いる場合、該合金は、１０〜５０原子％、好ましくは１２〜３０原子％のボロンを含有することができる。あるいはまた、反射膜２として遷移金属−ランタノイド合金を用いる場合、該合金は、１０〜５０原子％、好ましくは２５〜５０原子％のランタノイドを含有することができる。
また、遷移金属として１つの元素を用いることもできるし、あるいは２つ以上の元素を用いることもできる。本発明において好ましい遷移金属は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕを含み、特に好ましいものはＮｉおよびＣｒである。
本発明の反射膜２は、遷移金属の含量が多いほど反射率を高くすることができる。遷移金属の最適な含量は、その他の所望される特性にも依存し、および当業者であれば容易に決定し得る。
本発明の反射膜２は、蒸着、スパッタ等の方法を用いて基板上に形成することができる。ここで用いる基板は、駆動用のＴＦＴが既に形成されているＴＦＴ基板であってもよい。また、パッシブマトリクス駆動の素子を形成する場合には、ガラス基板、プラスチック基板などを用いることができる。
本発明の反射膜２は、２０ｎｍ以上、好ましくは７０〜１５０ｎｍの厚さを有する。このような厚さを有することにより、良好な反射性と、ＴＦＴへの遮光性（ＴＦＴを用いる場合）とを実現することができる。
また、本発明の反射膜２は、導電性を有する合金であるため有機ＥＬ発光素子の下部電極としても用いることができる。下部電極として用いる場合、有機層へのキャリア注入効率を高めるための層を反射膜２上に設けてもよい。例えば、反射膜２を陽極として用いる場合、仕事関数が大きい材料の層を設けてホール注入効率を向上させることができる。仕事関数が大きい材料としては、ＩＴＯ、ＩＺＯなどのような導電性金属酸化物を用いることができる。逆に、反射膜２を陰極として用いる場合には、仕事関数が小さい材料の層を設けて電子注入効率を向上させることができる。仕事関数が小さい材料としては、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属、またはこれらのフッ化物等からなる電子注入性の金属、その他の金属との合金や化合物を用いることができる。これらのキャリア注入効率を高めるための層の厚さは、１０ｎｍ以下で充分である。
以上のように形成された反射膜２上に、有機ＥＬ発光層３が形成される。本発明の有機ＥＬ発光素子においては、有機ＥＬ発光層３は、少なくとも有機発光層を含み、必要に応じて、正孔注入層、正孔輸送層、および／または電子注入層を介在させた構造を有する。具体的には、下記のような層構成からなるものが採用される。
（１）有機発光層
（２）正孔注入層／有機発光層
（３）有機発光層／電子注入層
（４）正孔注入層／有機発光層／電子注入層
（５）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子注入層
上記各層の材料としては、公知のものが使用される。青色から青緑色の発光を得るためには、有機発光層中に、例えばベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、金属キレート化オキソニウム化合物、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物などが好ましく使用される。また、電子注入層としては、キノリン誘導体（たとえば、８−キノリノールを配位子とする有機金属錯体）、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体などを用いることができる。
次に、有機ＥＬ発光層３の上に、上部電極４が形成される。反射膜２を陽極として用いる場合には上部電極４は陰極であり、逆に反射膜２を陰極として用いる場合には上部電極４は陽極である。本発明の素子においては、上部電極４を通して光を取り出すので、上部電極４が透明であることが必要である。したがって、本発明の上部電極４としては、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の透明導電性酸化物が好ましい。さらに、上部電極４を陰極として用いる場合、透明導電性酸化物と有機ＥＬ発光層３の間に、仕事関数が小さい材料の層を設けて、電子注入効率を向上させてもよい。この場合の仕事関数が小さい材料としては、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属、またはこれらのフッ化物等からなる電子注入性の金属、その他の金属との合金や化合物を用いることができる。電子注入効率を向上させるためには、１０ｎｍ以下の厚さの仕事関数が小さい材料の層があれば充分であり、かつ必要とされる透明性を維持する観点からも好ましい。
好ましくは、本発明の有機ＥＬ素子は、上記の各構成要素を周囲環境から隔離するために封止される。封止材料としては、酸素および湿度透過性が低いこと、堅牢性が高いこと、伝熱性が高いこと等が求められる。さらに封止材料を通して有機ＥＬ素子からの光を取り出す場合には、有機ＥＬ素子の発光に対して透明であることが求められる。アクリル樹脂などの慣用の材料を封止材料として用いることができる。
本発明の有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ発光層３からの光をそのまま用いてもよいし、あるいは蛍光色変換材料の層を設けて有機ＥＬ発光層３からの光を波長変換して用いてもよい。蛍光色変換材料の層は、上部電極４の上に積層してもよいし、あるいは別の透明基板の上に積層して色変換フィルターを形成し、該色変換フィルターをＥＬ素子の上に貼り合わせてもよい。これらの層形成および貼り合わせ（貼り合わせに必要な層の形成を含む）は慣用の手段を用いて行ってもよい。
また、本発明の有機ＥＬ素子は、単一の光を発してもよいし、あるいは異なる色の複数の光を発してもよい。好ましくは、赤、緑、青の各発光部をマトリクス上に配列した色変換フィルターと組み合わせて、ディスプレイとして用いられる。ディスプレイとして用いる場合、ＴＦＴなどのような制御素子を用いてアクティブマトリクス駆動を行ってもよいし、あるいは直交する２つの方向に延びるラインパターンを有する上下の電極を用いてパッシブマトリクス駆動を行ってもよい。
次に、実施例について、以下に述べる。
（実施例１〜３）
ガラス基板上に反射膜としてＮｉ３Ｐの組成を持つターゲットを用いて、スパッタ法にて１００ｎｍの厚さのＮｉ３Ｐ膜を作製した（実施例１）。さらに比較としてＮｉ３Ｐの代わりに１００ｎｍのＡｌを蒸着法にて成膜したもの（実施例３）と、反射機能をもつ金属電極を作製せずに、無定形のＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ（ＺｎＯモル比で５％、以後ＩＺＯと省略）を１００ｎｍ成膜したもの（実施例２）とを作成した。
この上に、仕事関数を有機ＥＬ発光層の注入レベルに合わせるためにＩＺＯをスパッタにて１０ｎｍ作製した。この電極膜を通常のフォトプロセスにて２ｍｍライン、および２ｍｍピッチのストライプパターンが得られるマスクを用いてパターン形成して、反射膜とした。この反射膜を陽極として用いる。その後に、この表面を室温において酸素プラズマを用いてクリーニングした。
以上３種の電極表面の凹凸をＡＦＭにて測定した結果を表２に示す。ＩＺＯ／ＮｉＰ／ガラスとＩＺＯ／ガラスは表面粗さがガラスと誤差範囲程度で一致するが、ＩＺＯ／Ａｌ／ガラスは凹凸が１０倍以上になっているのが判る。
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この陽極上に有機ＥＬ発光層を成膜した。その構造は、有機膜として正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子注入層の４構造とし、正孔注入層として銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を１００ｎｍ積層し、正孔輸送層として４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（（α−ＮＰＤ）を２０ｎｍ積層した。さらに、発光層として４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）を３０ｎｍ積層し、電子注入層としてアルミニウムトリス（８−キノリノラート）（Ａｌｑ）を２０ｎｍ積層した。さらに上部透明電極を成膜するときのダメージを緩和するために銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を２０ｎｍ成膜した。
これらの成膜を終了した後、陽極のラインと直交する方向に延びる２ｍｍライン、０．５ｍｍピッチのストライプパターンが得られるマスクを用いて、スパッタ法にて無定形のＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ（ＺｎＯモル比で５％）を２００ｎｍ作製し、これを陰極とした。これにより、２ｍｍ×２ｍｍの寸法の画素を複数個有する有機ＥＬ発光素子が得られた。
図２は作製した３種の試料の代表的な電流電圧特性である。３種の試料ともに電流電圧特性を決める有機ＥＬ発光層の層構成は同一であるので、ほぼ同じ特性を示している。ただし、実施例３においては、最初から短絡が発生していて異常な電流が流れてしまう部位（画素）が存在した。
０．０１Ａ／ｃｍ３の電流密度での発光効率は、それぞれ、実施例１において１０ｃｄ／Ａ、実施例３において１１ｃｄ／Ａ、および実施例２において５ｃｄ／Ａだった。実施例２の効率が低いのは、反射膜がないために裏面に光が逃げていくためであり、その分を考慮すると、３種ともほぼ同じ特性の発光デバイスができていると考えられる。
画素短絡の定量的な指標として、絶縁破壊電圧を測定した。ＴＦＴ駆動の場合、順方向の電圧しかかからないので、本来ならば順方向バイアス時に過大に流れる電流を測定して絶縁破壊を見るべきだが、Ｓ／Ｎ比の問題があって、過剰電流を検知できない。ここでは逆バイアス方向に１Ｖ／ｓｅｃにて電圧を走印して、１μＡの電流を検知した電圧を逆バイアス耐圧と定義し、評価を行った。
図３は実施例１〜３の有機ＥＬ発光素子の画素１００個づつを測定し、逆バイアス耐圧の度数分布をとったものである。この図から表面凹凸の激しい実施例３（ＩＺＯ／Ａｌ／ガラス）の素子は明らかに逆バイアス耐圧が低いことがわかる。これは激しい表面凹凸のために有機発光層の厚さが小さく両電極が接近している部分があるためと考えられる。なお、実施例３の素子の耐圧０〜９Ｖの画素１１個のうち、５個は完全にリークしていて、順方向に電圧をかけても全く発光が見られなかった。
次に、画素中の微小な欠陥について検討した。順方向に電流を流して、画素を顕微鏡で観察すると数μｍ〜数十μｍの非発光の点（ダークスポット）が観察される。実施例３の素子では２ｍｍ角の画素中に平均でおよそ２０個程度のダークスポットが観察されるが、実施例１および実施例２の素子では、多くて２〜３個程度であり、大部分の画素にはダークスポットが存在しない良好な素子が得られた。
（実施例４〜８）
ガラス基板上に、ターゲット、成膜パワー、成膜時間を変化させて種々の反射膜を形成した。得られた反射膜の膜厚、反射率、および表面凹凸を表３に示した。
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表３から、アモルファス合金により形成される反射膜は、基板表面とほぼ同等の平坦性を有することが分かる。
産業上の利用の可能性
この発明は、有機ＥＬ発光素子とその製法に利用できる。
この発明によれば、前述のように、アモルファス合金を用いて反射膜を形成することにより、より凹凸の少ない良好な平面が得られる。その上に有機ＥＬ発光層および上部電極を積層して形成した有機ＥＬ発光素子は、短絡およびダークスポットの発生が少なく、良好な発光効率、高い信頼性および向上した画質を有する優れた素子とすることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の有機ＥＬ発光素子の概略断面図である。
図２は、実施例１〜３の有機ＥＬ発光素子の電流電圧特性を比較するグラフである。
図３は、実施例１〜３の有機ＥＬ発光素子の逆バイアス耐圧のヒストグラムである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年3月31日(2005.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、基板上に形成される反射機能をもつ薄膜と、有機ＥＬ発光層と、上部電極とを含む有機ＥＬ発光素子において、
前記反射機能をもつ薄膜がアモルファス合金から形成されていることを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
【請求項２】
前記アモルファス合金が金属−リン合金であり、前記金属は遷移金属の中から選択される１種または複数のものであり、前記金属−リン合金は１０〜５０原子％のリンを含有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の有機ＥＬ発光素子。
【請求項３】
前記アモルファス合金が金属−ボロン合金であり、前記金属は遷移金属の中から選択される１種または複数のものであり、前記金属−ボロン合金は１０〜５０原子％のボロンを含有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の有機ＥＬ発光素子。
【請求項４】
前記アモルファス合金が金属−ランタノイド合金であり、前記金属は遷移金属の中から選択される１種または複数のものであり、前記金属−ランタノイド合金は１０〜５０原子％のランタノイドを含有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の有機ＥＬ発光素子。
【請求項５】
前記アモルファス合金を構成する元素の原子半径比：ｒ／Ｒ（Ｒ＞ｒ）が０．９以下であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の有機ＥＬ発光素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）発光素子の構造およびその製法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な有機ＥＬ発光素子では、ガラス基板上に透明電極を設けて、その上に有機ＥＬ発光層を設けて、さらに外部に取り出す光の量を大きくするために裏面に反射膜と電極の機能を併せ持つ層をアルミや銀を用いて形成して、光をガラス面から取り出すのが一般的である。
【０００３】
一方、発光素子をディスプレイ等に応用する場合の有力な駆動方法として多結晶シリコンＴＦＴを用いる試みが行われている。このＴＦＴ駆動でも従来型と同様に、ＴＦＴ基板側から光を取り出す方法があるが、トランジスタを発光部の隙間に置かなければいけないので、ＴＦＴ素子面積が制約される等の問題がある。
【０００４】
そこで考えられるのが、トランジスタを発光部の領域まで広げて作り、光は基板の反対側に取り出す方法（トップエミッション方式）である。
【０００５】
この方法を採用するときには、反射機能と同時にトランジスタへの遮光機能も併せ持つ反射膜を、ＴＦＴ基板上に作製する必要がある。さらに、この反射膜は、電極としての機能をも同時に有することが望ましい。
【０００６】
有機ＥＬ発光層をこの反射膜上に作製する際に問題となることは、反射膜表面の凹凸である。有機ＥＬ発光層は全体の厚さが２００ｎｍ程度と薄く、中でも電界の集中する電子輸送層は３０ｎｍ程度ときわめて薄い。したがって、素子を作製する表面の凹凸が激しいと、電界集中が起こり、素子が短絡し、発光不能部（ダークスポット）が形成されてしまう問題がある。
【０００７】
したがって、高品質のトップエミッション方式の有機ＥＬ素子を製造する場合に、反射機能、トランジスタへの遮光機能および電極機能を併せ持ち、かつ表面凹凸の小さい反射膜を形成することが重要である。
【０００８】
また、ＴＦＴによるアクティブマトリクス駆動ではなくパッシブマトリクス駆動を行う有機ＥＬ発光素子においても、上記のように極めて薄い有機ＥＬ発光層を用いる。したがってパッシブマトリクス駆動を行う場合においても表面凹凸の小さい反射膜を形成することが重要である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のような課題を解決するため、反射膜として、アモルファス相を形成する特定の元素比を持つ合金を成膜することで表面凹凸の少ない反射膜表面を得る。
【００１０】
本発明の第１の実施形態である有機ＥＬ発光素子は、素子を作製する面に、あらかじめ反射機能をもつ薄膜を成膜し、その上に発光部を作製する有機発光素子において、前記反射機能をもつ薄膜がアモルファス合金から形成されることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の有機ＥＬ発光素子を詳細に説明する。本発明の有機ＥＬ発光素子を、図１に示す。有機ＥＬ発光素子は、基板１と、基板上に形成される反射機能をもつ薄膜２と、有機ＥＬ発光層３と、上部電極４とを含む。
【００１２】
一般的に反射膜として用いられるＡｌを、ガラス基板に３ｎｍと１００ｎｍ蒸着したときの表面領域（２μｍ角）をＡＦＭにて測定した結果を、表１に示す。
表１により、Ａｌが成長するに従って表面凹凸が増加しているのが判る。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
このように膜成長にしたがって凹凸が増加する理由は、Ａｌが結晶化しやすいためだと考えられる。すなわち、基板表面に到達したＡｌは、表面のある領域を比較的自由に移動できる（表面マイグレーション）。この過程で、吸着ポテンシャルが大きい所があると、そこの滞在時間が長くなり、結果としてその部分の成膜速度が速くなり、凹凸を作り出す原因となる。この吸着ポテンシャルの大きな部分とは、単体の金属の場合、結晶性の高い部分である。
【００１５】
実際、Ａｌ薄膜の断面ＴＥＭ像を撮ると、結晶性の悪い双晶（結晶と結晶の間）部の膜厚が薄くなっていることが判っている。
【００１６】
このような滞在時間の面内ムラを無くせば、平坦な金属面が得られると考えられる。その方法として、２つの方法が考えられる。１つの方法は、完全な単結晶として反射膜２を成長させることである。しかし、完全な単結晶として成長させるためには、普通エピタキシャル成長させなくてはいけないので、ガラスまたは有機膜の上に素子を構成する有機ＥＬ発光素子への応用を考えた場合、非現実的である。第２の方法は、完全なアモルファス相として反射膜２を成長させることである。アモルファス相として成長させる場合には、吸着ポテンシャルの大きな部分が発生しないので、平坦な膜を形成することが可能となる。
【００１７】
アモルファス相として成長する素材として、合金を用いることが現実的である。合金がアモルファス相を形成するためには、合金を構成する元素の混合エンタルピーが負であり、かつ構成元素の原子半径比ｒ／Ｒ（ただし、Ｒ＞ｒである）が０．９以下、好ましくは０．８５以下であることが望ましい。そのような組合せとしては、１）遷移金属−リン合金、２）遷移金属−ボロン合金、および３）遷移金属−ランタノイド合金を用いることができる。なお、本明細書において遷移金属とは、ランタノイドおよびアクチノイドを除く周期表第３族〜第１２族の元素を意味する（例えば、周期表の第４周期でいえば、Ｓｃ〜Ｚｎの元素である）。また、本明細書において、ランタノイドとは、原子番号５７（Ｌａ）〜７１（Ｌｕ）までの元素を意味する。
【００１８】
反射膜２として遷移金属−リン合金を用いる場合、該合金は、１０〜５０原子％、好ましくは１２〜３０原子％のリンを含有することができる。反射膜２として遷移金属−ボロン合金を用いる場合、該合金は、１０〜５０原子％、好ましくは１２〜３０原子％のボロンを含有することができる。あるいはまた、反射膜２として遷移金属−ランタノイド合金を用いる場合、該合金は、１０〜５０原子％、好ましくは２５〜５０原子％のランタノイドを含有することができる。
【００１９】
また、遷移金属として１つの元素を用いることもできるし、あるいは２つ以上の元素を用いることもできる。本発明において好ましい遷移金属は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕを含み、特に好ましいものはＮｉおよびＣｒである。
【００２０】
本発明の反射膜２は、遷移金属の含量が多いほど反射率を高くすることができる。遷移金属の最適な含量は、その他の所望される特性にも依存し、および当業者であれば容易に決定し得る。
【００２１】
本発明の反射膜２は、蒸着、スパッタ等の方法を用いて基板上に形成することができる。ここで用いる基板は、駆動用のＴＦＴが既に形成されているＴＦＴ基板であってもよい。また、パッシブマトリクス駆動の素子を形成する場合には、ガラス基板、プラスチック基板などを用いることができる。
【００２２】
本発明の反射膜２は、２０ｎｍ以上、好ましくは７０〜１５０ｎｍの厚さを有する。このような厚さを有することにより、良好な反射性と、ＴＦＴへの遮光性（ＴＦＴを用いる場合）とを実現することができる。
【００２３】
また、本発明の反射膜２は、導電性を有する合金であるため有機ＥＬ発光素子の下部電極としても用いることができる。下部電極として用いる場合、有機層へのキャリア注入効率を高めるための層を反射膜２上に設けてもよい。例えば、反射膜２を陽極として用いる場合、仕事関数が大きい材料の層を設けてホール注入効率を向上させることができる。仕事関数が大きい材料としては、ＩＴＯ、ＩＺＯなどのような導電性金属酸化物を用いることができる。逆に、反射膜２を陰極として用いる場合には、仕事関数が小さい材料の層を設けて電子注入効率を向上させることができる。仕事関数が小さい材料としては、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属、またはこれらのフッ化物等からなる電子注入性の金属、その他の金属との合金や化合物を用いることができる。これらのキャリア注入効率を高めるための層の厚さは、１０ｎｍ以下で充分である。
【００２４】
以上のように形成された反射膜２上に、有機ＥＬ発光層３が形成される。本発明の有機ＥＬ発光素子においては、有機ＥＬ発光層３は、少なくとも有機発光層を含み、必要に応じて、正孔注入層、正孔輸送層、および／または電子注入層を介在させた構造を有する。具体的には、下記のような層構成からなるものが採用される。
（１）有機発光層
（２）正孔注入層／有機発光層
（３）有機発光層／電子注入層
（４）正孔注入層／有機発光層／電子注入層
（５）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子注入層
【００２５】
上記各層の材料としては、公知のものが使用される。青色から青緑色の発光を得るためには、有機発光層中に、例えばベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、べンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、金属キレート化オキソニウム化合物、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物などが好ましく使用される。また、電子注入層としては、キノリン誘導体（たとえば、８−キノリノールを配位子とする有機金属錯体）、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体などを用いることができる。
【００２６】
次に、有機ＥＬ発光層３の上に、上部電極４が形成される。反射膜２を陽極として用いる場合には上部電極４は陰極であり、逆に反射膜２を陰極として用いる場合には上部電極４は陽極である。本発明の素子においては、上部電極４を通して光を取り出すので、上部電極４が透明であることが必要である。したがって、本発明の上部電極４としては、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の透明導電性酸化物が好ましい。さらに、上部電極４を陰極として用いる場合、透明導電性酸化物と有機ＥＬ発光層３の間に、仕事関数が小さい材料の層を設けて、電子注入効率を向上させてもよい。この場合の仕事関数が小さい材料としては、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属、またはこれらのフッ化物等からなる電子注入性の金属、その他の金属との合金や化合物を用いることができる。電子注入効率を向上させるためには、１０ｎｍ以下の厚さの仕事関数が小さい材料の層があれば充分であり、かつ必要とされる透明性を維持する観点からも好ましい。
【００２７】
好ましくは、本発明の有機ＥＬ素子は、上記の各構成要素を周囲環境から隔離するために封止される。封止材料としては、酸素および湿度透過性が低いこと、堅牢性が高いこと、伝熱性が高いこと等が求められる。さらに封止材料を通して有機ＥＬ素子からの光を取り出す場合には、有機ＥＬ素子の発光に対して透明であることが求められる。アクリル樹脂などの慣用の材料を封止材料として用いることができる。
【００２８】
本発明の有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ発光層３からの光をそのまま用いてもよいし、あるいは蛍光色変換材料の層を設けて有機ＥＬ発光層３からの光を波長変換して用いてもよい。蛍光色変換材料の層は、上部電極４の上に積層してもよいし、あるいは別の透明基板の上に積層して色変換フィルターを形成し、該色変換フィルターをＥＬ素子の上に貼り合わせてもよい。これらの層形成および貼り合わせ（貼り合わせに必要な層の形成を含む）は慣用の手段を用いて行ってもよい。
【００２９】
また、本発明の有機ＥＬ素子は、単一の光を発してもよいし、あるいは異なる色の複数の光を発してもよい。好ましくは、赤、緑、青の各発光部をマトリクス上に配列した色変換フィルターと組み合わせて、ディスプレイとして用いられる。ディスプレイとして用いる場合、ＴＦＴなどのような制御素子を用いてアクティブマトリクス駆動を行ってもよいし、あるいは直交する２つの方向に延びるラインパターンを有する上下の電極を用いてパッシブマトリクス駆動を行ってもよい。
【実施例】
【００３０】
次に、実施例について、以下に述べる。
【００３１】
（実施例１〜３）
ガラス基板上に反射膜としてＮｉ３Ｐの組成を持つターゲットを用いて、スパッタ法にて１００ｎｍの厚さのＮｉ３Ｐ膜を作製した（実施例１）。さらに比較としてＮｉ３Ｐの代わりに１００ｎｍのＡｌを蒸着法にて成膜したもの（実施例３）と、反射機能をもつ金属電極を作製せずに、無定形のＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ（ＺｎＯモル比で５％、以後ＩＺＯと省略）を１００ｎｍ成膜したもの（実施例２）とを作成した。
【００３２】
この上に、仕事関数を有機ＥＬ発光層の注入レベルに合わせるためにＩＺＯをスパッタにて１０ｎｍ作製した。この電極膜を通常のフォトプロセスにて２ｍｍライン、および０．５ｍｍピッチのストライプパターンが得られるマスクを用いてパターン形成して、反射膜とした。この反射膜を陽極として用いる。その後に、この表面を室温において酸素プラズマを用いてクリーニングした。
【００３３】
以上３種の電極表面の凹凸をＡＦＭにて測定した結果を表２に示す。ＩＺＯ／ＮｉＰ／ガラスとＩＺＯ／ガラスは表面粗さがガラスと誤差範囲程度で一致するが、ＩＺＯ／Ａｌ／ガラスは凹凸が１０倍以上になっているのが判る。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
この陽極上に有機ＥＬ発光層を成膜した。その構造は、有機膜として正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子注入層の４構造とし、正孔注入層として銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を１００ｎｍ積層し、正孔輸送層として４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（（α-ＮＰＤ）を２０ｎｍ積層した。さらに、発光層として４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）を３０ｎｍ積層し、電子注入層としてアルミニウムトリス（８−キノリノラート）（Ａｌｑ）を２０ｎｍ積層した。さらに上部透明電極を成膜するときのダメージを緩和するために銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を２０ｎｍ成膜した。
【００３６】
これらの成膜を終了した後、陽極のラインと直交する方向に延びる２ｍｍライン、０．５ｍｍピッチのストライプパターンが得られるマスクを用いて、スパッタ法にて無定形のＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ（ＺｎＯモル比で５％）を２００ｎｍ作製し、これを陰極とした。これにより、２ｍｍ×２ｍｍの寸法の画素を複数個有する有機ＥＬ発光素子が得られた。
【００３７】
図２は作製した３種の試料の代表的な電流電圧特性である。３種の試料ともに電流電圧特性を決める有機ＥＬ発光層の層構成は同一であるので、ほぼ同じ特性を示している。ただし、実施例３においては、最初から短絡が発生していて異常な電流が流れてしまう部位（画素）が存在した。
【００３８】
０．０１Ａ／ｃｍ３の電流密度での発光効率は、それぞれ、実施例１において１０ｃｄ／Ａ、実施例３において１１ｃｄ／Ａ、および実施例２において５ｃｄ／Ａだった。実施例２の効率が低いのは、反射膜がないために裏面に光が逃げていくためであり、その分を考慮すると、３種ともほぼ同じ特性の発光デバイスができていると考えられる。
【００３９】
画素短絡の定量的な指標として、絶縁破壊電圧を測定した。ＴＦＴ駆動の場合、順方向の電圧しかかからないので、本来ならば順方向バイアス時に過大に流れる電流を測定して絶縁破壊を見るべきだが、Ｓ／Ｎ比の問題があって、過剰電流を検知できない。ここでは逆バイアス方向に１Ｖ／ｓｅｃにて電圧を掃引して、１μＡの電流を検知した電圧を逆バイアス耐圧と定義し、評価を行った。
【００４０】
図３は実施例１〜３の有機ＥＬ発光素子の画素１００個づつを測定し、逆バイアス耐圧の度数分布をとったものである。この図から表面凹凸の激しい実施例３（ＩＺＯ／Ａｌ／ガラス）の素子は明らかに逆バイアス耐圧が低いことがわかる。これは激しい表面凹凸のために有機発光層の厚さが小さく両電極が接近している部分があるためと考えられる。なお、実施例３の素子の耐圧０〜９Ｖの画素１１個のうち、５個は完全にリークしていて、順方向に電圧をかけても全く発光が見られなかった。
【００４１】
次に、画素中の微小な欠陥について検討した。順方向に電流を流して、画素を顕微鏡で観察すると数μｍ〜数十μｍの非発光の点（ダークスポット）が観察される。実施例３の素子では２ｍｍ角の画素中に平均でおよそ２０個程度のダークスポットが観察されるが、実施例１および実施例２の素子では、多くて２〜３個程度であり、大部分の画素にはダークスポットが存在しない良好な素子が得られた。
【００４２】
（実施例４〜８）
ガラス基板上に、ターゲット、成膜パワー、成膜時間を変化させて種々の反射膜を形成した。得られた反射膜の膜厚、反射率、および表面凹凸を表３に示した。
【００４３】
【表３】
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【００４４】
表３から、アモルファス合金により形成される反射膜は、基板表面とほぼ同等の平坦性を有することが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
この発明は、有機ＥＬ発光素子とその製法に利用できる。
この発明によれば、前述のように、アモルファス合金を用いて反射膜を形成することにより、より凹凸の少ない良好な平面が得られる。その上に有機ＥＬ発光層および上部電極を積層して形成した有機ＥＬ発光素子は、短絡およびダークスポットの発生が少なく、良好な発光効率、高い信頼性および向上した画質を有する優れた素子とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の有機ＥＬ発光素子の概略断面図である。
【図２】実施例１〜３の有機ＥＬ発光素子の電流電圧特性を比較するグラフである。
【図３】実施例１〜３の有機ＥＬ発光素子の逆バイアス耐圧のヒストグラムである。
【国際調査報告】
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