(57)【要約】【課題】リーク電流及び抵抗値が小さく、且つ、可視光波長（４００〜７００ｎｍ程度）における透過率が高く、長期間に亘って安定した発光特性を維持することができる有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】基板１上に、少なくとも陽極２、発光材料を含有する有機物層９、及び陰極３を備えてなる有機ＥＬ素子であって、陽極２がイオンプレーティング法によりＩＴＯを主成分として形成され、陽極２の膜厚が２７００Å〜３５００Åで、陽極２の可視光波長における透過光の透過率が８０％以上であり、陽極２の少なくとも有機物層９と接合する面の表面粗さは、原子間力顕微鏡での測定でＲｐ−ｖが２５０Å以下、Ｒａが２０Å以下である。【選択図】　　　図１
2004039531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくとも陽極、発光材料を含有する有機物層、及び陰極を備えてなる有機エレクトロルミネセンス素子において、
陽極がイオンプレーティング法により酸化インジウム錫を主成分として形成され、陽極の膜厚が２７００Å〜３５００Åで、陽極の可視光波長（４００〜７００ｎｍ）における透過光の透過率が８０％以上であり、陽極の少なくとも有機物層と接合する面の表面粗さは、原子間力顕微鏡での測定で最大値Ｒｐ−ｖが２５０Å以下、平均値Ｒａが２０Å以下であることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に、少なくとも陽極、発光材料を含有する有機物層、及び陰極を積層してなる有機エレクトロルミネセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」という。）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、有機ＥＬ素子により構成した表示装置は、自己発光性を有するため液晶（ＬＣＤ）とバックライトを組合せた所謂ＬＣＤモジュールに比較して薄く、広視野角、応答スピードが早いなどの優位性があるため、実用化が進められている。
【０００３】
この種の有機ＥＬ素子は、光透過性を有する基板上に陽極を形成し、その上に有機化合物からなる正孔輸送層、発光層、電子輸送層、及び陰極である電子注入層、電極を形成することにより構成され、陽極には一般的に透明電極で低抵抗な酸化インジウム錫（以下、「ＩＴＯ」という。）が用いられている。
【０００４】
しかし、ＩＴＯ表面に突起部が存在すると、陰極との距離がその部分のみ短くなり、素子に電圧を負荷した場合、その部分に集中的に電流が流れてしまう。すなわち、リーク電流が発生し、時間が経過すると、突起部と陰極がショートしてその部分にしか電流が流れなくなり、そのうち輝度劣化を生じ発光しなくなる。
【０００５】
そこで、特開平０９−２４５９６５号公報には、陽極の成膜後に、例えば、ポリシング、ラッピング、テープラッピングなどの手法を用いて、その表面を研磨し平坦化することで、陽極の表面粗さを規定した発明が提案なされている。また、特開平０９−００７７７０号公報には、陽極の表面粗さを水に対する接触角で規定した発明が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、有機ＥＬ素子の陽極としては、陽極表面の突起部の影響によるリーク電流の小さいことも重要であるが、その他に抵抗値が小さいこと、可視光波長（４００〜７００ｎｍ程度）における透過率が高いことが求められるが、これらの値を適切に規定した提案はなされていなかった。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みて創案されたものであり、その目的は、リーク電流及び抵抗値が小さく、且つ、可視光波長（４００〜７００ｎｍ程度）における透過率が高く、長期間に亘って安定した発光特性を維持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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成すべく、本発明の有機ＥＬ素子は、基板上に、少なくとも陽極、発光材料を含有する有機物層、及び陰極を備えてなる有機ＥＬ素子において、
陽極がイオンプレーティング法により酸化インジウム錫を主成分として形成され、陽極の膜厚が２７００Å〜３５００Åで、陽極の可視光波長（４００〜７００ｎｍ）における透過光の透過率が８０％以上であり、陽極の少なくとも有機物層と接合する面の表面粗さは、原子間力顕微鏡での測定で最大値Ｒｐ−ｖが２５０Å以下、平均値Ｒａが２０Å以下であることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の有機エレクトロルミネセンス素子は、基板上に、少なくとも陽極、発光材料を含有する有機物層、及び陰極を備えてなる有機エレクトロルミネセンス素子において、陽極がイオンプレーティング法により酸化インジウム錫を主成分として形成され、陽極の膜厚が２７００Å〜３５００Åで、陽極の可視光波長（４００〜７００ｎｍ）における透過光の透過率が８０％以上であり、陽極の少なくとも有機物層と接合する面の表面粗さは、原子間力顕微鏡での測定で最大値Ｒｐ−ｖが２５０Å以下、平均値Ｒａが２０Å以下である。
【００１０】
このような有機エレクトロルミネセンス素子は、後述の検討結果から明らかとなるように、リーク電流及び抵抗値が小さく、且つ、可視光波長（４００〜７００ｎｍ程度）における透過率が高く、長期間に亘って安定した発光特性を維持することができる。
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき、検討結果と合わせて詳細に説明するが、本発明は本実施形態に限るものではない。
【００１２】
図１は、本実施形態の有機ＥＬ素子における層構成を示す模試図である。図１に示すように、本実施形態の有機ＥＬ素子は、光透過性を有する基板１上に、少なくとも陽極２、発光材料を含有する有機物層９、及び陰極３を備えてなり、例示した素子では、有機物層９が有機化合物からなる正孔輸送層６、発光層７、電子輸送層８により構成され、陰極３が電子注入層４及び電極５により構成されている。
【００１３】
陽極２として要求される性質は、表面が滑らかなこと（突起部の影響によるリーク電流の小さいこと）、抵抗値が小さいこと（低消費電流化、表示パネルの発光時の輝度むら対策）、及び可視光波長（４００〜７００ｎｍ程度）における透過率が大きいことである。無機材料では、上記の他に仕事関数が大きい（４ｅＶ以上）点を考慮すると、例えば、ＣｕＩ、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯなどが挙げられる。また、有機材料では、例えば、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマ系が挙げられる。
【００１４】
本発明では、これらの構成材料のうち、抵抗値が低く、可視光波長（４００〜７００ｎｍ程度）における透過率が大きい特徴を有するＩＴＯに絞って検討を行なった。
【００１５】
ＩＴＯは、スパッタリング法、イオンプレーティング法等で形成されるが、形成されるＩＴＯの表面状態や抵抗値は、成膜方法及び成膜材料、基板温度、酸素分圧、蒸着速度などの成膜条件で大きく異なる。
【００１６】
そこで、スパッタリング法とイオンプレーティング法により膜厚３０００ÅのＩＴＯ品を作製し、表面粗さと抵抗値について検討を行った。成膜条件は、スパッタリング法の場合、ターゲット材料は酸化錫を７ｗｔ％を含有するＩＴＯ、基板温度２５０℃、成膜中圧力５×１０−１Ｐａ、酸素分圧３×１０−２Ｐａとし、イオンプレーティング法においては、ターゲット材料は酸化錫を７ｗｔ％を含有するＩＴＯ、基板温度２３０℃、成膜中圧力５×１０−１Ｐａ、酸素分圧３×１０−２Ｐａとした。
【００１７】
ＩＴＯの表面状態は、原子力間顕微鏡を用いて評価する。この場合の測長範囲は１００μｍであり、スキャンスピードは、０．５Ｈｚである。イオンプレーティング品の表面粗さの最大値Ｒｐ−ｖは１６４Å、かつ表面粗さの平均値Ｒａが１２Åであった。一方、スパッタ品の表面粗さの最大値Ｒｐ−ｖは２７３Å、かつ表面粗さの平均値Ｒａが２６Åであった。このようにして、イオンプレーティング品の方が表面の突起が少ない（粗さが小さい）ことが判った。
【００１８】
表面粗さを測定する場合、原子力間顕微鏡を用いたが、測定モードはノンコンタクトモードが良い。コンタクトモードの場合、ＩＴＯの成膜時に極微量なスプラッシュ物が基板に密着することがある。スプラッシュ物の部分を測定している際にスプラッシュ物が剥離し、プルーブの先端に貼り付く可能性があるため、その後の測定データの信頼性がなくなるからである。
【００１９】
次に、シート抵抗値を測定した。イオンプレーティングは、４Ω／□、スパッタ品は、５Ω／□であった。そこで、表面粗さが小さく、抵抗値が小さいことからイオンプレーティング法がＩＴＯの成膜に適していることが判明した。
【００２０】
イオンプレーティング法で膜厚１２００Å、２０００Å、２７００Å、３５００Å、４０００ÅのＩＴＯを作製し、抵抗値、表面粗さ、可視光波長（４００〜７００ｎｍ程度）における光透過率を測定した。透過率の測定は、ＪＩＳ　Ｒ　１６３５により評価するもので、試験片を測定光に垂直に置き測定光は入射角０°でＩＴＯ側から入射して基板側（ＪＩＳで定めた基板）に透過するようにして測定した値である。表１にその結果を示しており、サンプル数１０個の平均値である。
【００２１】
【表１】
2004039531.tif 000003
【００２２】
表１より、抵抗値は膜厚が厚い程低いこと、表面粗さの平均値Ｒａはどの膜厚でも１０Å程度で差は見られないが、表面粗さの最大値Ｒｐ−ｖは膜厚が薄い程大きい傾向にあることが判明した。すなわち、平均粗さＲａのみで表面粗さを規定すると、突起部の発生を見逃すことになることが判った。したがって、表面粗さは平均値Ｒａと最大値Ｒｐ−ｖの両者を規定する必要があることが判った。
【００２３】
後述する実施例で説明するが、表面粗さの最大値Ｒｐ−ｖが３００Å以上の場合にはリーク電流が発生し易いため、陽極の膜厚としては２７００Å以上が良いと言える。
【００２４】
また、可視光波長（４００〜７００ｎｍ程度）における透過率は、３５００Å以下であれば８０％以上であることが判った。透過率は高いほど良いが、８０％以上あれば表示パネルの設計上充分と言える。
【００２５】
以上の結果から、イオンプレーティング法によるＩＴＯの最適な膜厚は、シート抵抗値については２７００Å以上、表面粗さＲｐ−ｖ、Ｒａについては２７００Å以上、透過率については３５００Å以下が良いことが判った。すなわち、２７００Å〜３５００Åが最も良い条件であることが判明した。また、この範囲の膜厚のＩＴＯを用いてダークスポットの発生状況についても調査したが、ダークスポットは発生し難いことが判った。これは、後述する実施例においても明らかとなる。
【００２６】
以下に、本実施形態の有機ＥＬ素子における他の構成要素について説明する。
【００２７】
光透過性を有する基板１としては、一般的に使用されているガラスが用いられ、例えば、無アルカリガラス、石英、ホウ珪酸ガラス、ソーダガラスが挙げられる。また、可撓性を有する基板でも良く、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルフォンサン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエチルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリフッ化ビニル（ＰＦＶ）、ポリアクリレート（ＰＡ）、非晶質ポリオレフィン、フッ素樹脂などの高分子フィルムを用いてもよい。
【００２８】
陰極３を構成する電子注入層４としては、仕事関数の小さい（４ｅＶ以下）金属、金属合金などを用いることができ、具体的にはマグネシウム、マグネシウムと銀との合金、ナトリウム、ナトリウムとカリウムとの合金、アルミニウムとリチウムとの合金、インジウムや希土類金属などが挙げられる。また、電子注入層４の上に電極５として、例えば、ＡｌやＭｇなどの金属を形成する。
【００２９】
有機物層９とは、実質的に１種類または多種類の有機発光材料のみからなる薄膜や、１種類または多種類の有機発光材料と正孔輸送材料、電子注入材料との混合物からなる薄膜など、発光層として機能する単層構造や、発光層以外に正孔輸送材料、電子注入材料を個別に２層以上の多層構造を有するものをいう。有機物層９の構成材料には、従来より有機ＥＬ素子で用いられている正孔輸送材料、有機発光材料、電子注入材料をそのまま使用することができる。
【００３０】
正孔輸送層６としては、例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、アニリン系共重合体、ポリアリールアルカン誘導体、スチルベン誘導体、ヒドラゾン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントランセン誘導体、フルオレノン誘導体、シラザン誘導体、ポリシラン系化合物などが挙げられる。
【００３１】
発光層７としては、例えば、ベンゾチアゾール系、金属キレート化オキシノイド化合物、スチルベンゼン系化合物、芳香族ジメチルリジン化合物、ジスチルピラジン誘導体ベンゾイミダゾール系、ベンゾオイサゾール系などが挙げられる。
【００３２】
電子輸送層８としては、例えば、ニトロ置換フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、チオピランジオイシド誘導体などの複素環テトラカルボン酸無水物、フレオレニリンデンメタン誘導体、オキサジアゾール誘導体、８−キノリノール誘導体、カルボジイミド、アントロン誘導体などが挙げられる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態における有機物層９は、有機化合物からなる発光材料を含む有機単層薄膜、もしくは有機多層薄膜であり、陰極３は公知の構成である。
【００３４】
【実施例】
以下に、本発明の一実施例を詳細に説明するが、本発明は本実施例に限るものではない。
【００３５】
図２は、本実施例の有機ＥＬ素子における層構成を示す模式図である。図２に示すように、板厚が０．７ｍｍで、１０ｍｍ角のガラス基板（ＳｉＯ２系）１上に、イオンプレーティング法により、表１に示した種類と同じ膜厚１２００Å、２０００Å、２７００Å、３５００Å、４０００ÅのＩＴＯ品を作製した。
【００３６】
蒸着ソースには、Ｉｎ２Ｏ３が９０％とＳｎＯ２が１０％との混合焼結品を使用した。成膜条件は、基板温度、酸素分圧、及び蒸着速度を種々変更して作製した。その後、フォトリソグラフィ工程で３ｍｍ角の形状とし、この基板をイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）溶液で５分間洗浄し、純水中で超音波洗浄した後、ＵＶオゾン洗浄機で１０分間洗浄した。
【００３７】
このＩＴＯ蒸着ガラスを蒸着機の基板ホルダーに固定し、１×１０−４Ｐａの真空中でＩＴＯ側にＮ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル〔１，１’−ビフェニル〕−４，４’−ジアミン（以下、「ＴＰＤ」という。）を１００Å蒸着して正孔輸送層６を積層した。
【００３８】
次に、発光層７としてトリス（８−キノリノール）アルミニウム（以下、「Ａｌｑ３」という。）にキナクリドンを共蒸着により５％ドーピングした層を２００Å設けた。次に電子輸送層８であるＡｌｑ３を５００Å蒸着した。
【００３９】
そして、陰極３として、アルミニウムとリチウムとの混合金属を６０Å蒸着して電子注入層４を積層した後、さらにアルミニウムを１２００Å蒸着して電極５を積層し、有機ＥＬ素子を作成した。
【００４０】
その後、大気中の水分の影響を受けないように、窒素雰囲気中で各有機ＥＬ素子を封止容器１２で覆い、接着剤１４によりガラス基板１と接合した。すなわち、封止容器１２とガラス基板１とで区画される空間には窒素ガス１３が封入されている。
【００４１】
各有機ＥＬ素子のサンプルにＤＣ定電流を流し、発光輝度を１００ｃｄ／ｍ２で１００時間駆動して、ダークスポット試験を行った。
【００４２】
表２は、発光部の初期（素子作成直後）及びダークスポット試験後（１００時間駆動後）におけるダークスポットの数を示している。ダークスポットの数の測定は、倍率１００倍の暗視野で、０．５ｍｍ角内に０．２μｍ以上のパーティクルの数を数えて行った。
【００４３】
【表２】
2004039531.tif 000004
【００４４】
表２に示すように、２０００Å以下の場合は、ダークスポットが発生し易い。また、駆動後には素子作製直後のダークスポットの拡大が見られ、また、数が増加し易いことが判った。
【００４５】
図３はＩＴＯ厚みが１２００Å品の素子作成直後におけるダークスポットの発生状況を示す説明図であり、図４はＩＴＯ厚みが１２００Å品の１００時間駆動後におけるダークスポットの発生状況を示す説明図である。また、図５はＩＴＯ厚みが３５００Å品の素子作成直後におけるダークスポットの発生状況を示す説明図であり、図６はＩＴＯ厚みが３５００Å品の１００時間駆動後におけるダークスポットの発生状況を示す説明図である。図３乃至図６において、１１はダークスポットであり、１００時間駆動後におけるダークスポットの発生状況が、３５００Å品よりも１２００Å品の方が多数見られる。すなわち、ＩＴＯの膜厚が２７００Å〜４０００Åの範囲のものは、ダークスポットが発生し難いことが判った。これは、ＩＴＯ表面の突起部が小さいからである。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、陽極の不具合による有機ＥＬ素子のショート破壊、輝度劣化の原因となるリーク電流の発生を防止することができ、長時間に亘って安定した発光特性を維持することができる有機ＥＬ素子を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の有機ＥＬ素子における層構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例の有機ＥＬ素子における層構成を示す模式図である。
【図３】本発明の実施例において、ＩＴＯ厚みが１２００Å品の素子作成直後のダークスポット発生状況を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例において、ＩＴＯ厚みが１２００Å品の１００時間駆動後のダークスポット発生状況を示す説明図である。
【図５】本発明の実施例において、ＩＴＯ厚みが３５００Å品の素子作成直後のダークスポット発生状況を示す説明図である。
【図６】本発明の実施例において、ＩＴＯ厚みが３５００Å品の１００時間駆動後のダークスポット発生状況を示す説明図である。
【符号の説明】
１　基板
２　陽極
３　陰極
４　電子注入層
５　電極
６　正孔輸送層
７　発光層
８　電子輸送層
９　有機物層
１０　突起部
１１　ダークスポット
１２　封止容器
１３　窒素ガス
１４　接着剤
【図１】
2004039531.tif 000005
【図２】
2004039531.tif 000006
【図３】
2004039531.tif 000007
【図４】
2004039531.tif 000008
【図５】
2004039531.tif 000009
【図６】
2004039531.tif 000010