(57)【要約】【課題】スパッタリング法により電荷注入層の表面に電極層を形成しても発光効率が低下しない有機ＥＬ素子を得る技術を提供する。【解決手段】本発明の有機ＥＬ素子４０は、第一の電荷注入層２３と、有機層２４と、第二の電荷注入層２５を有している。第二の電荷注入層２５は、母材有機材料６０と電荷注入性金属材料６１とが混合された混合層５０として形成されている。この第二の電荷注入層２５の表面にスパッタリング法で第二の電極層２６を形成しても、発光効率は低下しない。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の電荷注入層と、
前記第一の電荷注入層の表面に形成された有機層と、
前記有機層の表面に形成された第二の電荷注入層とを有し、
前記第一、第二の電荷注入層から、互いに逆極性の電荷が前記有機層にそれぞれ注入され、前記有機層が発光する有機ＥＬ素子であって、
前記第二の電荷注入層は、母材有機材料と電荷注入性金属材料とが混合された薄膜で構成された有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記第二の電荷注入層の前記電荷注入性金属材料はリチウムである請求項１記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記第二の電荷注入層の前記母材有機材料は、前記有機層のうち、少なくとも前記第二の電荷注入層と接触する前記有機層に含まれている請求項１又は２記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記母材有機材料はＡｌｑ3である請求項１乃至３いずれか１項記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記第二の電荷注入層は、前記母材有機材料の蒸気と、前記電荷注入性金属材料の蒸気とが、成膜対象物上に一緒に到達し、形成された請求項１乃至４いずれか１項記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記第二の電荷注入層の表面にスパッタリング法で形成された電極層を有する請求項１乃至５いずれか１項記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
第一の電荷注入層と、
前記第一の電荷注入層の表面に形成された有機層と、
前記有機層の表面に形成された第二の電荷注入層とを有し、
前記第一、第二の電荷注入層から、互いに逆極性の電荷が前記有機層にそれぞれ注入され、前記有機層が発光する有機ＥＬ素子を形成する有機ＥＬ素子製造方法であって、
前記有機層の表面に、母材有機材料の蒸気と、電荷注入性金属材料の蒸気とを一緒に到達させ、前記母材有機材料と前記電荷注入性金属材料とが混合された薄膜からなる前記第二の電荷注入層を形成する有機ＥＬ素子製造方法。
【請求項８】
前記第二の電荷注入層の表面に、スパッタリング法により電極層を形成する請求項７記載の有機ＥＬ素子製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機ＥＬ素子の技術分野に係り、特に電荷注入層の表面に電極層を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の有機ＥＬ素子としては、図９の符号１０１ようなものが知られている。
この有機ＥＬ素子１０１は、基板１０２上に、第一の電極層１０３と、正孔注入層１０４と、正孔輸送層１０８と、発光層１０９と、電子輸送層１１０と、電子注入層１０６と、第二の電極層１０７とが、この順序で形成されている。
【０００３】
有機層１０５は、正孔輸送層１０８と、発光層１０９と、電子輸送層１１０とで構成されている。
有機層１０５のうち電子注入層１０６に接触する側は、電子輸送層１１０であり、電子輸送性を有する有機材料を主成分とする薄膜である。
【０００４】
電子注入層１０６は電子注入性を有する金属材料からなる薄膜であり、例えばリチウム等のアルカリ金属元素やアルカリ土類金属元素の単体、あるいは化合物が用いられる。
この有機ＥＬ素子１０１は、有機層１０５の表面に蒸着法により電子注入層１０６を形成し、電子注入層１０６の表面に蒸着法により第二の電極層１０７を形成している。
【０００５】
第二の電極層１０７の蒸着法では、成膜時の熱負荷によってマスクが変形する等の問題が生じ、基板大型化が困難となっていた。そのため、スパッタリング法により第二の電極層１０７を形成することが試みられている。
しかし、スパッタリング法で第二の電極層１０７を形成した場合、発光効率が落ちることが知られており、解決が望まれている。
【特許文献１】特開２００５−２６００３号公報
【特許文献２】特開２００４−１６４９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記従来技術の問題を解決するために創作されたものであり、その目的は、スパッタリング法により第二の電荷注入層の表面に電極層を形成しても発光効率が低下しない技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために研究したところ、発光効率が落ちるのは、第二の電荷注入層と有機層の界面は、スパッタリング粒子が入射する影響で、電極層を形成する前の界面の状態に対して乱され、第二の電荷注入層から有機層へ電荷の注入効率が低下することが原因であると推測された。
そこで、発光効率を低下させないためには、スパッタリングによって電極層を形成する際に、第二の電荷注入層が形成されたときの状態が維持されるようにすればよい。
【０００８】
本発明は、上記観点から創作されたものであり、第一の電荷注入層と、前記第一の電荷注入層の表面に形成された有機層と、前記有機層の表面に形成された第二の電荷注入層とを有し、前記第一、第二の電荷注入層から、互いに逆極性の電荷が前記有機層にそれぞれ注入され、前記有機層が発光する有機ＥＬ素子であり、前記第二の電荷注入層は、母材有機材料と電荷注入性金属材料とが混合された薄膜で構成された有機ＥＬ素子である。
また、本発明は、前記第二の電荷注入層の前記電荷注入性金属材料はリチウムである有機ＥＬ素子である。
また、本発明は、前記第二の電荷注入層の前記母材有機材料は、前記有機層のうち、少なくとも前記第二の電荷注入層と接触する前記有機層に含まれていることを特徴とする有機ＥＬ素子である。
また、本発明は、前記母材有機材料はＡｌｑ3である有機ＥＬ素子である。
また、本発明は、前記第二の電荷注入層は、前記母材有機材料の蒸気と、前記電荷注入性金属材料の蒸気とが、成膜対象物上に一緒に到達し、形成された有機ＥＬ素子である。
また、本発明は、前記第二の電荷注入層の表面にスパッタリング法で形成された電極層を有する有機ＥＬ素子である。
また、本発明は、第一の電荷注入層と、前記第一の電荷注入層の表面に形成された有機層と、前記有機層の表面に形成された第二の電荷注入層とを有し、前記第一、第二の電荷注入層から、互いに逆極性の電荷が前記有機層にそれぞれ注入され、前記有機層が発光する有機ＥＬ素子を形成する有機ＥＬ素子製造方法であり、前記有機層の表面に、母材有機材料の蒸気と、電荷注入性金属材料の蒸気とを一緒に到達させ、前記母材有機材料と前記電荷注入性金属材料とが混合された薄膜からなる前記第二の電荷注入層を形成する有機ＥＬ素子製造方法である。
また、本発明は、前記第二の電荷注入層の表面に、スパッタリング法により電極層を形成する有機ＥＬ素子製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
スパッタリング法によって第二の電荷注入層の表面に電極層を形成しても、発光効率は低下しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図３（ｅ）の断面図は、本発明の有機ＥＬ素子４０を示している。
この有機ＥＬ素子４０は、板状の基板２１を有しており、当該基板２１の表面には、第一の電極層２２と、第一の電荷注入層２３と、第一の電荷輸送層２７と、発光層２８と、第二の電荷輸送層２９と、第二の電荷注入層２５と、第二の電極層２６とが、この順序で形成されている。
第一の電極層２２と、第二の電極層２６とは電源４１に接続されている。
【００１１】
第一の電荷注入層２３は、正孔と電子のどちらか一方が注入、輸送される物質で形成されており、第二の電荷注入層２５は、第一の電荷注入層２３とは逆の極性の電荷が注入、輸送される物質で構成されている。
有機層２４は、第一の電荷輸送層２７と、発光層２８と、第二の電荷輸送層２９とで構成されている。
【００１２】
第一の電極層２２と第二の電極層２６との間に電圧が印加されると、正孔と電子のうち一方は、第一の電荷注入層２３から第一の電荷輸送層２７に注入され、他方は第二の電荷注入層２５から第二の電荷輸送層２９に注入される。正孔と電子は、第一、第二の電荷輸送層２７、２９内を輸送されて、発光層２８に移動する。発光層２８に移動した正孔と電子は、発光層２８内で再結合すると、発光する。
【００１３】
基板２１はガラス基板であり、第一の電極層２２は透明であり、基板２１を透過した放射光が観察される。
なお、第一の電極層２２には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）等を用いることができる。
【００１４】
本発明では、第二の電荷注入層２５は、後述するように、母材有機材料６０と電荷注入性金属材料６１が混合された薄膜からなる混合層５０で構成されている。電荷注入性金属材料６１は電荷注入性を有しており、母材有機材料６０は電荷注入性金属材料６１が注入する電荷と同じ極性の電荷を輸送する有機材料である。この第二の電荷注入層２５の表面には、第二の電極層２６がスパッタリング法で形成されている。
【００１５】
以下に、図を参照にして、この有機ＥＬ素子４０の製造工程を説明する。
図１の符号１は、本発明の有機ＥＬ素子４０の製造装置を示している。
この製造装置１は搬送室２を有しており、搬送室２には、搬入室３と、搬出室４と、第一のスパッタ装置５と、第一の蒸着装置６と、第二の蒸着装置１０と、第二のスパッタ装置７とがそれぞれ接続されている。
【００１６】
搬送室２内には基板搬送ロボット９が配置されており、各室２〜７、１０間で基板の搬入、搬出ができるように構成されている。
第一の電極層２２が形成された状態の基板２１（図３（ａ））は、予め、複数枚が搬入室３に配置されている。
各室２〜７、１０は大気から遮断され、真空排気されている。
【００１７】
この状態で、第一の電極層２２が形成された状態の基板２１を搬入室３から第一のスパッタ装置５内に搬送し、第一のスパッタ装置５内では、第一の電極層２２をターゲットに向け、スパッタリングガスを導入してターゲットをスパッタリングし、第一の電極層２２の表面に第一の電荷注入層２３を形成する。
ここでは銀ターゲットを用い、第一の電極層２２の表面には、銀からなる第一の電荷注入層２３が形成される。
【００１８】
第一の電荷注入層２３の形成終了後、第一の電荷注入層２３が形成された状態の基板２１（図３（ｂ））を第一のスパッタ装置５内から第一の蒸着装置６内に搬送し、第一の電荷輸送層２７と発光層２８と第二の電荷輸送層２９とに対応する３種類の蒸発源内に各層２７、２８、２９の組成に対応する有機化合物を配置し、各蒸着源から有機化合物の蒸気を放出させ、第一の電荷注入層２３の表面に到達させ、第一の電荷輸送層２７と発光層２８と第二の電荷輸送層２９からなる有機層２４を形成する。
符号２０は、有機層２４が形成された状態の成膜対象物である（図３（ｃ））。成膜対象物２０を第一の蒸着装置６内から搬出し、第二の蒸着装置１０の真空槽１１内に搬入する。
【００１９】
図２は、第二の蒸着装置１０の内部を説明するための断面図であり、搬入した成膜対象物２０は、真空槽１１内部の基板ホルダ１５に保持させる。
真空槽１１の内部の、基板ホルダ１５の下方には、第一の蒸発源１３ａと、第二の蒸発源１３ｂとが配置されており、第一の蒸発源１３ａの蒸発容器６２ａには母材有機材料６０が納められており、第二の蒸発源１３ｂの蒸発容器６２ｂには電荷注入性金属材料６１が納められている。
【００２０】
第一、第二の蒸発源１３ａ、１３ｂは、上部に放出口６３ａ、６３ｂを有している。第一、第二の蒸発源１３ａ、１３ｂのヒーターに通電して、第一、第二の蒸発源１３ａ、１３ｂ内の母材有機材料６０と電荷注入性金属材料６１は、予め昇温させておく。
【００２１】
成膜対象物２０が基板ホルダ１５に配置された後、基板ホルダ１５と第一、第二の蒸発源１３ａ、１３ｂの間の各シャッター１６〜１８で遮断した状態で、さらに昇温させ、第一の蒸発源１３ａと第二の蒸発源１３ｂの放出口６３ａ６３ｂから、母材有機材料６０の蒸気と電荷注入性金属材料６１の蒸気をそれぞれ放出させる。
【００２２】
母材有機材料６０と電荷注入性金属材料６１の蒸発状態と放出速度が安定したところで、基板ホルダ１５と第一、第二の蒸発源１３ａ、１３ｂの間の各シャッター１６〜１８を開け、母材有機材料６０の蒸気と電荷注入性金属材料６１の蒸気を真空槽１１内に放出させる。
【００２３】
第一、第二の蒸発源１３ａ、１３ｂは近接されており、基板ホルダ１５は両方の蒸気が到達する位置に配置されており、第一の電荷注入層２３の表面に母材有機材料６０と電荷注入性金属材料６１が混合された薄膜の成長が開始される。
【００２４】
予め決められた時間、母材有機材料６０と電荷注入性金属材料６１が混合された薄膜を成長させ、所定の膜厚となったところで、各シャッター１６〜１８を閉じ、薄膜の成長を終了させると、母材有機材料６０と電荷注入性金属材料６１との混合層５０が第二の電荷注入層２５として形成される。ここでは、放出口６３ａ、６３ｂからの各蒸気の単位時間あたりの放出量を一定にしており、その結果、膜厚方向に組成の変化がなく、膜厚方向で混合率が一定の混合層が得られる。
混合層５０が形成された状態の成膜対象物２０を、真空槽１１から第二のスパッタ装置７内に搬送する。
【００２５】
図３（ｄ）の符号３０は、有機層２４の表面に混合層５０が形成された成膜対象物である。
成膜対象物３０を基板ホルダに保持させ、第二のスパッタ装置７内では、混合層５０をターゲットに向け、スパッタリングガスを導入してターゲットをスパッタリングし、混合層５０の表面に、第二の電極層２６を形成する。
ここではターゲットにはアルミニウムが用いられており、混合層５０上には、アルミニウムからなる第二の電極層２６が形成される（図３（ｅ））。
【００２６】
第二の電極層２６が形成された状態の成膜対象物３０を第二のスパッタ装置７内から搬出室４内に搬送し、取り出して組み立てると、有機ＥＬ素子４０が得られる。
なお、上記実施例では、第二の電荷輸送層２９を形成した蒸発源に、母材有機材料６０を配置し、母材有機材料６０を含有する第二の電荷輸送層２９を形成し、同じ母材有機材料６０を含有する薄膜（第二の電荷輸送層２９と第二の電荷注入層２５）を積層した。その結果、第二の電荷輸送層２９と第二の電荷注入層２５の界面は、母材有機材料６０で連続し、界面で急峻な組成変化に成らないようになっている。
【００２７】
上記実施例では、混合層５０を第二の電荷注入層２５として形成し、混合層５０の表面に第二の電極層２６を形成したが、それに限定されず、図４のように、母材有機材料６０と電荷注入性金属材料６１とが混合された混合層５０の表面に電荷注入性金属材料６１からなる電荷注入性金属層５１を形成し、第二の電荷注入層２５を混合層５０と電荷注入性金属層５１の二層構造として構成してもよい。
【００２８】
例えば、混合層５０が形成された後、蒸着装置１０より搬出し、別の蒸着装置で混合層５０の表面に電荷注入性金属層５１を形成してもよい。また、蒸着装置１０より搬出せずに、第一の蒸発源１３ａからの母材有機材料６０の放出を停止し、混合層５０の表面に電荷注入性金属材料６１の蒸気を到達させ、混合層５０の表面に電荷注入性金属層５１を形成してもよい。
【００２９】
このように混合層５０の表面に電荷注入性金属層５１を形成し、電荷注入性金属層５１の表面にスパッタリングによって第二の電極層２６を形成すると、第二の電荷注入層２５から第二の電荷輸送層２９に注入される電荷の注入効率が上がる。
【００３０】
なお、上記実施例では、第二の電荷注入層２５は、母材有機材料６０と電荷注入性金属材料６１の組成が膜厚方向に変化がなく、混合率が膜厚方向で一定であったが、それに限定されず、第二の電荷注入層２５内の第二の電荷輸送層２９に近い位置では母材有機材料６０の割合が大きく、遠い位置では電荷注入性金属材料６１の割合が大きくなるように組成を変化させてもよい。
この場合、混合層５０の表面に電荷注入性金属層５１を形成しなくても、電荷注入効率を上げることができる。
【実施例】
【００３１】
第二の電荷注入層２５の母材有機材料６０としてＡｌｑ3［Ｔｒｉｓ（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）  ａｌｕｍｉｎｉｕｍ］、電荷注入性金属材料６１としてリチウムを第一、第二の蒸着源１３ａ、１３ｂ内に配置し、それぞれの材料を蒸発させ、Ａｌｑ3の蒸気とリチウムの蒸気をそれぞれ放出させ、有機層２４の表面に一緒に到達させ、Ａｌｑ3に対してリチウムが重量割合で２％混合された薄膜からなる混合層５０を形成して第二の電荷注入層２５とし、第二の電荷注入層２５の表面にスパッタリング法又は蒸着法でアルミニウム薄膜から成る第二の電極層２６を形成し、第一、第二の電極層２２、２６間に電圧を印加して、発光させ、発光強度と流れた電流の大きさを測定した。
【００３２】
図５に、測定結果を示す。図５の横軸は印加電圧の大きさであり、縦軸は発光強度である。同図中の符号Ｌ1はアルミニウムを蒸着した比較例の有機ＥＬ素子の測定結果であり、符号Ｌ2はアルミニウムターゲットをスパッタリングした本発明の有機ＥＬ素子４０の測定結果である。
【００３３】
これらのグラフから、本発明の有機ＥＬ素子４０と比較例の有機ＥＬ素子との発光強度の差は見られなかった。
各素子の発光層２８の面積は、予め分かっており、この面積から電流密度が算出でき、また、発光強度と測定電流の大きさから発光効率が算出できる。
【００３４】
図６の横軸は電圧、縦軸は電流密度であり、符号Ｌ3は、比較例の有機ＥＬ素子の印加電圧と電流密度の関係を示す曲線であり、符号Ｌ4は、本発明の有機ＥＬ素子４０の印加電圧と電流密度の関係を示す曲線である。
【００３５】
図７の横軸は電流密度を示し、縦軸は発光強度を示しており、符号Ｌ5は、比較例の有機ＥＬ素子の電流密度に対する発光強度の関係を示す曲線であり、符号Ｌ6は、本発明の有機ＥＬ素子４０の電流密度に対する発光強度の関係を示す曲線である。
【００３６】
図８の横軸は電流密度を示し、縦軸は発光効率を示している。符号Ｌ7は、比較例の有機ＥＬ素子の電流密度に対する発光効率の関係を示す曲線であり、符号Ｌ8は、本発明の有機ＥＬ素子４０の電流密度に対する発光効率の関係を示す曲線である。
【００３７】
図６、図７、図８から分かるように、本発明の有機ＥＬ素子４０と比較例の有機ＥＬ素子との電流密度、発光強度、及び発光効率の差は見られなかった。
即ち、Ａｌｑ3とリチウムとの混合層５０として形成された第二の電荷注入層２５の表面に、スパッタリング法で第二の電極層２６を形成しても、電流密度、発光強度、及び発光効率は低下しない。
【００３８】
なお、本発明では、第一の電荷注入層２３の材料には銀を用いたが、それに限定されず、第二の電荷注入層２５によって注入される電荷とは逆の極性の電荷を注入する材料を用いることができる。
【００３９】
なお、上記実施例では、電荷注入性金属材料６１としてリチウムを用いたが、リチウムに限定されず、電子注入材料の場合はセシウム等のアルカリ金属元素やマグネシウム等のアルカリ土類金属元素を含有する金属材料を用いることができる。
【００４０】
なお、上記実施例では、母材有機材料６０としてＡｌｑ3を用いたが、Ａｌｑ3に限定されず、電荷注入性金属材料６１が第二の電荷輸送層２９に注入する電荷と同じ極性の電荷を輸送する有機材料を用いることができる。特に、母材有機材料６０は、第二の電荷輸送層２９に含まれる有機化合物から成る有機材料であることが望ましい。
【００４１】
なお、上記実施例では、Ａｌｑ3に対してリチウムが２％混合されていたが、それに限定されず、重量割合で２％以上であればよい。
なお、本発明では、第二の電極層２６にアルミニウムを用いたが、アルミニウムに限定されず、他の金属を用いることができる。
なお、本発明では、製造装置としてクラスタ型装置を用いたが、それに限定されず、インライン型装置を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の製造装置を説明するためのブロック図
【図２】真空蒸着装置を説明するための断面図
【図３】（ａ）〜（ｅ）：本発明の有機ＥＬ素子の製造工程を説明するための断面図
【図４】混合層と電荷注入性金属層の二層構造として第二の電荷注入層を形成した場合の有機ＥＬ素子を説明するための断面図
【図５】本発明の有機ＥＬ素子と比較例の有機ＥＬ素子の電圧と発光強度の関係を説明するためのグラフ
【図６】本発明の有機ＥＬ素子と比較例の有機ＥＬ素子の電圧と電流密度の関係を説明するためのグラフ
【図７】本発明の有機ＥＬ素子と比較例の有機ＥＬ素子の電流密度と発光強度の関係を説明するためのグラフ
【図８】本発明の有機ＥＬ素子と比較例の有機ＥＬ素子の電流密度と発光効率の関係を説明するためのグラフ
【図９】従来の有機ＥＬ素子を説明するための断面図
【符号の説明】
【００４３】
２０…成膜対象物  ２２…第一の電極層  ２３…第一の電荷注入層  ２４…有機層  ２５…第二の電荷注入層  ２６…第二の電極層  ３０…成膜対象物  ４０…有機ＥＬ素子  ６０…母材有機材料  ６１…電荷注入性金属材料
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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