(57)【要約】【課題】  有機ＥＬパネルを製造する際に生じる固体層へのダメージの低減と、逆バイアス方向の整流特性の向上という、一見すると相反する要求を満たすことができる有機ＥＬパネルを提供すること。【解決手段】  基板、陽極、少なくとも有機発光層を含む固体層、陰極、上部膜をこの順で積層してなる有機ＥＬパネルであって、前記陰極は、その上部膜との界面領域がマグネシウムの原子比率５０パーセント未満のマグネシウム含有合金で形成されており、当該上部膜との界面領域から固体層との界面領域へ向かうにつれて、仕事関数が減少するように形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、陽極、少なくとも有機発光層を含む固体層、陰極、上部膜をこの順で積層してなる有機ＥＬパネルであって、
前記陰極は、その上部膜との界面領域がマグネシウムの原子比率５０パーセント未満のマグネシウム含有合金で形成されており、当該上部膜との界面領域から前記固体層との界面領域へ向かうにつれて、仕事関数が減少するように形成されていることを特徴とする有機ＥＬパネル。
【請求項２】
前記陰極は、複数のマグネシウム含有合金層を積層することにより構成されており、
その上部膜との界面領域から前記固体層との界面領域へ向かうにつれて、前記陰極を構成する積層構造の各層に含まれるマグネシウムの原子比率が増加していくことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬパネル。
【請求項３】
前記陰極は、単一のマグネシウム合金層で構成されており、
その上部膜との界面領域から前記固体層との界面領域へ向かうにつれて、マグネシウムの原子比率が連続的に増加していくことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬパネル。
【請求項４】
前記陰極における前記固体層との界面領域には、アルミニウムからなる層が設けられていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の有機ＥＬパネル。
【請求項５】
前記マグネシウム含有合金が、マグネシウムと銀からなる合金であることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の有機ＥＬパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、自己発光性であるために視認性が高く、また完全固体素子であるために耐衝撃性に優れるとともに取扱いが容易である。このため、グラフィックディスプレイの画素やテレビ画像表示装置の画素、あるいは面光源等としての研究開発および実用化が進められている。この有機ＥＬ素子は、基板上に陽極、有機固体層、陰極を積層することにより形成される。
【０００３】
そして、有機ＥＬ素子を形成する有機固体層は水分や酸素に弱いため、陰極の上部には外部からの水分や酸素を遮断する機能をもった保護膜が形成されることがある。また一方で、当該陰極の上部には、陰極の電気伝導性を補助する機能をもった補助電極が形成されることもある。以下、陰極の上部に形成される保護膜や補助電極を総称して上部膜と呼ぶ。
【０００４】
有機ＥＬ素子を形成する陰極としては、従来、マグネシウム合金（例えばマグネシウム−銀合金）が使用されており、合金中に存在する全金属原子を基として、５０パーセント以上のマグネシウムを含む合金が使用されている（特許文献１）。
【０００５】
しかしながら、このようなマグネシウムを５０パーセント以上含む陰極を用いると、陰極上に前述したような上部膜をスパッタリング法等によって積層した場合に、陰極の下方に位置する有機固体層に大きなダメージを与えてしまうことがあり、問題となっていた。
【０００６】
このような問題に鑑み、現在では、マグネシウムの原子比率が少ないマグネシウム含有合金陰極を用いた有機ＥＬパネルが開発されている。
【特許文献１】特開平２−１５５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
確かに、マグネシウムの原子比率が少ない合金により形成された陰極を用いた場合、当該陰極上に上部膜を形成する際に生じる有機固体層へのダメージを低減することは可能である。
【０００８】
しかしながら、有機固体層へのダメージの低減のみを考慮し、マグネシウムの原子比率が極端に少ない合金（極端に言えばマグネシウムを含有しない金属または合金）を陰極として用いた場合には、有機ＥＬパネルの逆バイアス方向の整流特性が悪化するという新たな問題が生じ得る。有機ＥＬパネルを駆動する場合、通常印加されるべき電圧と逆の電圧が当該有機ＥＬパネルに印可される場合がある（つまり、陰極と陽極とが逆転してしまう場合がある。これを一般的に「逆バイアス」と呼ぶ。）が、当該逆バイアスが印加された場合にあっては、できるだけ有機ＥＬパネル内に電流が流れないことが好ましい（逆バイアス方向の電流を制御できる特性を「逆バイアス方向の整流特性」と呼ぶ。）。なぜなら、逆バイアスがかかった時に多量の電流が流れると余計な消費電力がかかってしまう場合があるからである。
【０００９】
従って、有機ＥＬパネル、特にその電極を設計する際には、このような逆バイアス方向の整流特性が良好となるように設計する必要があるところ、有機固体層へのダメージの低減のみを考慮したマグネシウムの原子比率が少ない合金により形成された陰極では、当該逆バイアス方向の整流特性が悪化してしまうのである。
【００１０】
本願はこの様な事情の下でなされたものであり、有機ＥＬパネルを製造する際に生じる有機固体層へのダメージの低減と、逆バイアス方向の整流特性の向上という、一見すると相反する要求を満たすことができる有機ＥＬパネルを提供することを主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明の有機ＥＬパネルは、基板、陽極、少なくとも有機発光層を含む固体層、陰極、上部膜をこの順で積層してなる有機ＥＬパネルであって、前記陰極は、その上部膜との界面領域がマグネシウムの原子比率５０パーセント未満のマグネシウム含有合金で形成されており、当該上部膜との界面領域から前記固体層との界面領域へ向かうにつれて、仕事関数が減少するように形成されていることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本願の有機ＥＬパネルについて図面を用いて詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本願の有機ＥＬパネルの実施形態の一例を示す概略断面図である。
【００１４】
本願の有機ＥＬパネルＰは、図１に示すように、基板４、陽極３、固体層２、陰極１をこの順で積層することにより構成された有機ＥＬ素子Ｂと、当該有機ＥＬ素子を構成する陰極１の上部に形成された上部膜Ａにより構成されている。
【００１５】
そして、このような本願の有機ＥＬパネルＰにおける陰極１は、その上部膜Ａとの界面領域（図中の符号Ｘの部分参照）がマグネシウムの原子比率５０パーセント未満のマグネシウム含有合金で形成されており当該上部膜との界面領域Ｘから当該陰極１の下方に位置する固体層２との界面領域（図中の符号Ｙの部分参照）へ向かうにつれて、仕事関数が少なくなるように形成されている。
【００１６】
このような陰極１を用いることにより、陰極１における上部膜Ａとの界面領域Ｘにおいては、マグネシウムの原子比率が５０パーセント未満の合金で形成されているので、上部膜Ａをスパッタリング法やＣＶＤ法などで製造した場合であっても、当該製造時の衝撃が陰極１の下方に位置する固体層２へ伝わってしまうことを防止する、つまり上部膜Ａを製造する際に生じる固体層２へのダメージを低減することができ、その一方で、当該陰極１は、その下方に位置する固体層２との界面領域Ｙへ向かうにつれて、仕事関数が少なくなるように形成されているので、単純にマグネシウムの原子比率を少なくした陰極とは異なり、いわゆる「逆バイアス方向の整流特性」が悪化することがない（この点についての詳細は後述する。）。
【００１７】
このような陰極１についてさらに具体的に説明する。
【００１８】
前述したように、陰極１の上部膜Ａとの界面領域Ｘは、マグネシウムの原子比率が５０パーセント未満のマグネシウム含有合金で形成されていることに特徴を有しているが、本願でいうところの「陰極１の上部膜Ａとの界面領域Ｘ」とは、陰極１における上部膜Ａに接している面の近傍のことである。当該界面領域Ｘを正確に定義することは困難であるが、当該界面領域Ｘがその作用効果（つまり、上部膜Ａの製造時に生じる固体層２へのダメージの低減）を奏する程度の領域が必要である。例えば、当該界面領域Ｘをその厚さで定義する場合には、陰極１全体の厚さに対して、上部膜Ａとの界面から１〜９９．８パーセント程度の領域、好ましくは５０〜９９パーセントの領域を本願の界面領域Ｘとすればよい。
【００１９】
また、当該領域Ｘを構成するマグネシウム含有合金について、「マグネシウムの原子比率」とは、当該領域Ｘ内に存在する「全金属原子の数」に対する当該領域Ｘ内に存在する「マグネシウム原子の数」の比率のことである。本願においては、当該マグネシウムの原子比率が５０パーセント未満であることが必要であり、１．４５〜４０パーセントが好ましく、１．４５〜２０パーセントが特に好ましい。
【００２０】
また、当該陰極１を構成するマグネシウム含有合金を構成しているマグネシウム以外の金属については、特に限定されることはなく、従来から陰極として用いられている金属等から適宜選択して用いればよい。具体的には、例えば、銀（Ａｇ）のような単体であってもよく、さらにはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のような合金であってもよい。また、合金を形成するためのマグネシウム以外の金属は、一種類である必要はなく、例えば、前記ＡｇとＩＴＯの双方を用いてもよい（つまり、Ａｇ、ＩＴＯおよびＭｇからなる合金を用いてもよい。）。
【００２１】
ここでさらに、このような構成を有する本願の有機ＥＬパネルの陰極１は、前記界面領域Ｘから当該陰極１の下方に位置する固体層２との界面領域Ｙへ向かうにつれて、仕事関数が減少するように成されていることに特徴を有しているが、ここでいうところの「陰極１の固体層２との界面領域Ｙ」とは、陰極１における固体層２に接している面の近傍のことである。当該界面領域Ｙについても、前述した「上部膜Ａとの界面領域Ｘ」の場合と同様、正確に定義することは困難であるが、当該界面領域Ｙがその作用効果（つまり、陰極１中のマグネシウム含有量が低下することにより生じうる逆バイアス方向の整流特性が悪化を抑制することができる効果）を奏する程度の領域が必要である。例えば、当該界面領域Ｙをその厚さで定義する場合には、陰極１全体の厚さに対して、固体層２との界面から０．２〜９９パーセント程度の領域、好ましくは１〜５０パーセントの領域を本願の界面領域Ｙとすればよい。
【００２２】
有機ＥＬパネル１を構成する陰極１は、前述した上部膜Ａとの界面領域Ｘから固体層２との界面領域Ｙへ向かって、仕事関数が減少するように構成されていればよく、その具体的な構成（どのようにして仕事関数を減少するように構成するか）については、特に限定することはなく、陰極１全体の構成等を考慮して任意に選択可能である。以下に幾つかの具体例を挙げて説明する。
【００２３】
Ｉ．陰極をマグネシウム含有合金のみにより形成する場合
陰極１をマグネシウム含有合金のみにより形成しようと考えた場合、陰極１に含有されるマグネシウムの原子比率を変化させることにより仕事関数をコントロールすることができる。具体的には、陰極１を構成する合金中のマグネシウムの原子比率を高くすることにより仕事関数を減少することができるので、上部膜Ａとの界面領域Ｘを形成する合金については、マグネシウムの原子比率を５０パーセント未満とし、当該上部膜Ａとの界面領域Ｘから固体層２との界面領域Ｙへ向かうにつれてマグネシウムの原子比率を高くするようにすればよい。ここで、実際に本願の有機ＥＬパネルにおける陰極１を形成する場合には、固体層２側から上部膜Ａに向かう順で形成されるため、固体層２との界面領域Ｙから上部膜Ａとの界面領域Ｘに向かうにつれてマグネシウムの原子比率を低くするように設計すればよい。
【００２４】
図２は、本願の有機ＥＬパネルの陰極の拡大図、およびマグネシウムの原子比率と仕事関数との関係を示したグラフである。
【００２５】
図２に示すように、マグネシウム含有合金からなる陰極２１について、上部膜との界面領域Ｘから固体層との界面領域Ｙへ向かうにつれてマグネシウムの原子比率を高くなるようにすればよい。具体的には、陰極２１全体を複数のマグネシウム含有合金層を積層することにより構成し、かつ、固体層２との界面領域Ｙから上部膜Ａとの界面領域Ｘに向かうにつれて、前記積層構造の各層に含まれるマグネシウムの原子比率を各層ごとに（つまり、段階的に）減少させてもよい。例えば、マグネシウムの原子比率が８０パーセントの層２１ｄ、マグネシウムの原子比率が６０パーセントの層２１ｃ、マグネシウムの原子比率が４０パーセントの層２１ｂ、マグネシウムの原子比率が２０パーセントの層２１aの４つの層をこの順で積層することにより陰極２１を形成し、マグネシウムの原子比率が２０パーセントの層２１ａが存在する側（図２の上側）を上部膜と接する側とし、マグネシウムの原子比率が８０パーセントの層２１ｄが存在する側（図２の下側）を固体層２と接する側とすることにより、本願の有機ＥＬパネルにおける陰極とすることができる。
【００２６】
図２に示す陰極２１においては、マグネシウムの原子比率が２０パーセントの層２１ａとマグネシウムの原子比率が４０パーセントの層２１ｂの二層が上部膜との界面領域Ｘとなり、当該領域から固体層との界面領域Ｙへ向かうにつれてマグネシウムの原子比率が段階的に増加しているので、これに比例して仕事関数は段階的に減少することとなる（図２に示すグラフ参照）。
【００２７】
図３は、本願の有機ＥＬパネルの別の陰極の拡大図、およびマグネシウムの原子比率と仕事関数との関係を示したグラフである。
【００２８】
前記図２に示した陰極２１にあっては、上部膜との界面領域Ｘを形成する合金のマグネシウムの原子比率を５０パーセント未満とし、当該上部膜との界面領域Ｘから固体層２との界面領域Ｙへ向かうにつれてマグネシウムの原子比率を高くする方法として、マグネシウムの原子比率が異なる複数の層を積層する方法を採用しているが、これに限定されることはなく、陰極を単一層によって形成することもできる。
【００２９】
つまり、図３に示すように、陰極３１を構成するマグネシウム含有合金を、当該合金中のマグネシウムの原子比率が上部膜との界面領域Ｘから固体層との界面領域Ｙへ向かうにつれて連続的に高くなるようにすればよい。ここで、実際に本願の有機ＥＬパネルにおける陰極１を形成する場合には、固体層２側から上部膜Ａに向かう順で形成されるため、固体層２との界面領域Ｙにおけるマグネシウムの原子比率を８０％とし、上部膜Ａとの界面領域Ｘに向かうにつれてマグネシウムの原子比率を連続的に低くなるようにして、最終的には界面領域Ｘにおけるマグネシウムの原子比率を２０％とするように設計すればよい。
【００３０】
図３に示す陰極３１においては、上部膜との界面領域Ｘから固体層との界面領域Ｙへ向かうにつれてマグネシウムの原子比率が連続的に（徐々に）増加しているので、これに比例して仕事関数は連続的に（徐々に）減少することとなる（図３に示すグラフ参照）。
【００３１】
II．陰極をマグネシウム含有合金からなる層とアルミニウムからなる層により形成する場合
前記の具体例（図２、３）は、陰極をマグネシウム含有合金のみにより形成する場合の具体例であったが、本願はこれに限定されることはなく、マグネシウム合金からなる層とアルミニウムからなる層とを積層することにより、陰極を上部膜との界面領域Ｘから固体層との界面領域Ｙへ向かって仕事関数が減少するように構成することができる。これは、マグネシウム含有合金の仕事関数よりもアルミニウム単体の仕事関数の方が小さいという性質を利用したものである。
【００３２】
図４は、本願の有機ＥＬパネルの別の陰極の拡大図である。
【００３３】
図４に示すように、陰極４１を、マグネシウムの原子比率を５０パーセント未満のマグネシウム合金４１ａと、アルミニウム４１ｂとを積層することにより構成し、マグネシウム含有合金４１ａを上部膜と接する側とし、アルミニウム４１ｂを固体層と接する側とすることにより、陰極を上部膜との界面領域Ｘから固体層との界面領域Ｙへ向かって仕事関数が減少するように構成することができる（つまり、アルミニウム４１ｂの部分が界面領域Ｙとなる）。この場合のマグネシウム含有合金にあっては、マグネシウム含有率を一定としてもよく、図２や３に示すように含有率を変化してもよい。
【００３４】
上記具体例（図２〜４）に示す陰極を用いることにより、当該陰極上に上部膜を形成する際に生じうる固体層へのダメージを低減することができるとともに、逆バイアス方向の整流特性の悪化を抑制することができる。
【００３５】
次に、本願の有機ＥＬパネル全体の構成について説明する。
【００３６】
図５は、本願の有機ＥＬパネルの実施形態の他の一例を示す概略断面図である。
【００３７】
図５に示すように、本願の有機ＥＬパネル５０Ｐは、基板５４上に陽極５３、固体層５２（正孔注入層５８、正孔輸送層５７、有機発光層５６、電子注入層５５）、陰極５１、および上部膜５０Ａをこの順で積層することにより形成されている。なお、有機ＥＬパネルには、光を基板側から取り出すタイプ（ボトムエミッションタイプ）と、光を基板と逆側から取り出すタイプ（トップエミッションタイプ）と、光を基板側、基板と逆側の両面から取り出すタイプ（透明タイプ）とがあるが、本願の有機ＥＬパネルは、どのタイプにも応用可能である。
【００３８】
本願の有機ＥＬパネル５０Ｐにおける基板５４については、特に限定されることはなく、従来公知の材料（プラスチック基板やガラス基板）を任意に選択して用いることができる。有機ＥＬパネル５０Ｐがボトムエミッションタイプの場合には、当該基板５４としては透明性を有する材料を選択すればよい。
【００３９】
本願の有機ＥＬパネル５０Ｐにおける陽極５３は、正孔を固体層内に注入する役割をもっている。したがって、正孔を注入しやすいエネルギーレベルを持つ材料を用いればよく、従来から用いられているものであれば特に限定されることはない。具体的には、ＩＴＯなどを好適に用いることができる。
【００４０】
本願の有機ＥＬパネル５０Ｐにおける固体層５２についても特に限定することはなく、有機発光層５６のみからなる単層構造のものでもよく、図５に示すように、正孔注入層５８、正孔輸送層５７、有機発光層５６、電子注入層５５を積層してなる複数層構造で構成されていてもよい。
【００４１】
固体層２を構成する正孔注入層５８とは、陽極５３と有機発光層５６との間に設けられ、陽極５３からの正孔の注入を促進させるための層であり、（１）有機ＥＬ素子５０Ｂの駆動電圧を低電化する、（２）正孔注入を安定化し素子を長寿命化する、（３）陽極５３の突起などを被覆し素子欠陥を減少させる、などの効果を発揮する層である。当該正孔注入層５８の材質については、そのＨＯＭＯ準位が、陽極のフェルミ準位と有機発光層のＨＯＭＯ準位の間になるように適宜選択すればよい。
【００４２】
また、正孔輸送層５７とは、前記正孔注入層５８と有機発光層５６の間に設けられ、正孔の輸送を促進させるための層であり、正孔を有機発光層５６まで輸送する働きを持つ。正孔輸送層５７の材質については、そのＨＯＭＯ準位が正孔注入層５８と有機発光層５６の間になるように適宜選択すればよい。
【００４３】
また、有機発光層５６とは、電子や正孔を輸送し、更に電子と正孔の再結合する場を与える層のことである。有機発光層５６はその機能上、電子も正孔も注入されるので同時注入に対する耐性が素子の長寿命化のために要求される。よって、有機発光層５６の材質については、当該要求を満たす材質を適宜選択すればよい。
【００４４】
さらに、電子注入層５５とは、陰極５１と有機発光層５６との間に設けられ、陰極５１からの電子の注入を促進する機能を有し、（１）有機ＥＬ素子５Ｂの駆動電圧を低電圧化する、（２）電子注入を安定化し素子を長寿命化する、（３）陰極５１の密着を強化し発光面の均一性を向上させ素子欠陥を減少させるなどの効果を発揮する層である。また、電子注入層５５は、有機物によって作製されることに限定されず、無機物によって作製されていてもよい。
【００４５】
また、本願の有機ＥＬパネル５０Ｐを構成する上部膜５０Ａとは、陰極５１の上部に設けられる薄膜の総称であり、本願はその種類を特に限定することない。具体的には、例えば、有機ＥＬ素子を外気（酸素や水蒸気）から保護するための保護膜や、陰極５１の機能を補助するための補助電極などを挙げることができる。上部膜５Ａの形成方法についても特に限定することはないが、スパッタリング法やＣＶＤ法などで形成される薄膜の場合に本願は特に効果を発揮する。
【００４６】
このような有機ＥＬパネルにおいては、陽極５３から正孔が正孔注入層５８に注入され、一方陰極５１から電子が電子注入層５５に注入される。注入された正孔と電子は、各々反対荷電電極に向かって移動する。この結果、両電極間に電圧を印加することにより、陽極３から注入される正孔と陰極から注入される電子が有機発光層中で再結合することにより発光が起こる。
【００４７】
本願の有機ＥＬパネルは、上記実施の形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本願の有機ＥＬパネルの技術的範囲に包含される。例えば、図５に示す電子注入層などは、必ずしも必要な層ではなく適宜除いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本願の有機ＥＬパネルの実施形態の一例を示す概略断面図である。
【図２】本願の有機ＥＬパネルの陰極の拡大図、およびマグネシウムの原子比率と仕事関数との関係を示したグラフである。
【図３】本願の有機ＥＬパネルの別の陰極の拡大図、およびマグネシウムの原子比率と仕事関数との関係を示したグラフである。
【図４】本願の有機ＥＬパネルの別の陰極の拡大図である。
【図５】本願の有機ＥＬパネルの実施形態の他の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１、２１、３１、４１、５１・・・陰極
２、５２・・・固体層
３、５３・・・陽極
４、５４・・・基板
５５・・・電子注入層
５６・・・有機発光層
５７・・・正孔輸送層
５８・・・正孔注入層
Ａ、５０Ａ・・・上部膜
Ｂ、５０Ｂ・・・有機ＥＬ素子
Ｘ・・・陰極の上部膜との界面領域
Ｙ・・・陰極の固体層との界面領域
Ｐ、５０Ｐ・・・有機ＥＬパネル
【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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