(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成比が酸化インジウム８５重量％、酸化スズ１０重量％、及び酸化珪素５重量％でなるターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒ及び酸素を用いたスパッタリング法により、珪素または酸化珪素を含む透光性酸化物導電層を形成し、
前記透光性酸化物導電層をパターニングして正孔注入電極を形成し、
前記正孔注入電極に熱処理を行い、
前記正孔注入電極上に感光性の有機樹脂材料を塗布した後、露光処理して、非感光部を除去するように現像し、前記正孔注入電極が露出する開口部を有する有機樹脂層でなる隔壁を形成し、
前記隔壁及び前記正孔注入電極に熱処理を行い、
前記隔壁及び前記正孔注入電極に紫外線照射処理を行い、
前記正孔注入電極上に有機化合物層を成膜し、
前記有機化合物層上に電子注入電極を形成することを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項２】
組成比が酸化インジウム８５重量％、酸化スズ１０重量％、及び酸化珪素５重量％でなるターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒ及び酸素を用いたスパッタリング法により、珪素または酸化珪素を含む透光性酸化物導電層を形成し、
前記透光性酸化物導電層をパターニングして正孔注入電極を形成し、
前記正孔注入電極に熱処理を行い、
前記正孔注入電極上に感光性の有機樹脂材料を塗布した後、露光処理して、非感光部を除去するように現像し、前記正孔注入電極が露出する開口部を有する有機樹脂層でなる隔壁を形成し、
前記隔壁及び前記正孔注入電極に熱処理を行い、
前記隔壁及び前記正孔注入電極に紫外線照射処理を行うと、前記正孔注入電極の表面にはバリア層が形成され、
前記正孔注入電極上に有機化合物層を成膜し、
前記有機化合物層上に電子注入電極を形成することを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記透光性酸化物導電層の膜厚は１１０ｎｍであることを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一において、
前記紫外線照射処理は水銀ランプを光源に用いて行われることを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一において、
前記有機化合物層は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、及び電子輸送層でなることを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記正孔注入層としてＣｕＰｃ、正孔輸送層としてα−ＮＰＤ、発光層としてＡｑ3：キナクリドン誘導体、電子輸送層としてＡｌｑ3を用いたことを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一において、
前記電子注入電極は、フッ化カルシウムとＡｌ膜の積層をなすことを特徴とする発光素子の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロルミネセンス材料を利用した発光素子に係り、特に一対の電極間に有機化合物層を積層させた発光素子の素子構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一対の電極間に主として有機化合物を含む層を介在させて、エレクトロルミネセンス（以下「ＥＬ」ともいう。）を発現させる発光素子が注目されている。この発光素子は、一方の電極から注入された正孔と、他方の電極から注入された電子とが再結合して発光中心を励起して、それが基底状態に戻るときに光を放出する現象を利用している。すなわち、この発光素子は、一対の電極間にキャリア輸送特性の異なる有機化合物を積層し、一方の電極からは正孔を注入し、他方の電極からは電子を注入するように形成している。有機化合物への正孔及び電子の注入性は、電極を形成する材料の仕事関数の大小をもって一つの指標とされ、正孔を注入する側の電極には仕事関数が高いことが好ましく、電子を注入する側の電極には仕事関数が低い材料が望まれている。
【０００３】
従来、陽極と呼ばれる正孔を注入する側の電極には、仕事関数が約５ｅＶである酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）が用いられ、正孔輸送性の高い有機化合物と接触させていた。また、陰極と呼ばれる電子を注入する側の電極には、仕事関数が低いＬｉやＭｇなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属をアルミニウムなどを含ませた材料が用いられ、電子輸送性の高い材料と接触を形成している。
【０００４】
有機化合物としては、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）などの正孔注入層、芳香族アミン系材料である４，４’−ビス−［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）などの正孔輸送層、トリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体（Ａｌｑ3）などの電子注入層若しくは電子輸送層の他に、Ａｌｑ3やルブレンなどの発光材料や、ホスト材料にキナクリドンなどのゲスト材料が添加された発光層が知られている。
【０００５】
発光素子の特性向上を図るためには、電極から電子及び正孔を効率良く注入し、注入された電荷を効率よく発光層に輸送し、電子と正孔の再結合効率の向上させ、再結合後の発光効率を上げることなどが必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の有機化合物を無機材料で形成される電極上に積層させた構造の発光素子では、十分な輝度が得られなかった。また、消費電力が高く、輝度の半減寿命が短く安定性に関して改善すべき課題を有している。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、発光特性が良好で、低消費電力で明るく、安定性の高い発光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】
【０００８】
本発明は、正孔を注入する側の電極（陽極）（以下「正孔注入電極」という。）と正孔輸送性の有機化合物を含む層（正孔注入層若しくは正孔輸送層）との間に、トンネル電流が流れる絶縁性または半絶縁性のバリア層を設けた発光素子である。すなわち、ＩＴＯに代表される透光性酸化物導電膜と、有機化合物を含む正孔注入層との間に、珪素若しくは酸化珪素と透光性酸化物導電材料を含む薄い絶縁性または半絶縁性のバリア層を介在させた発光素子である。または、珪素若しくは酸化珪素と透光性酸化物導電材料と炭素とを含む薄い絶縁性または半絶縁性のバリア層を介在させた発光素子である。
【０００９】
本発明の発光素子の一は、珪素または酸化珪素を含む透光性酸化物導電層で形成された正孔注入電極と、有機化合物で形成された正孔注入層または正孔輸送層との間に、トンネル電流が流れる絶縁性または半絶縁性のバリア層を設けている。
【００１０】
本発明の発光素子の一は、珪素または酸化珪素を含む透光性酸化物導電層で形成された正孔注入電極と、有機化合物で形成された正孔注入層または正孔輸送層との間に、正孔の注入効率を向上させる絶縁性または半絶縁性のバリア層が設けている。
【００１１】
本発明の発光素子の一は、珪素または酸化珪素を含む透光性酸化物導電層で形成された正孔注入電極と、有機化合物で形成された正孔注入層または正孔輸送層とが密接しないように、トンネル電流が流れる絶縁性または半絶縁性のバリア層を設けている。
【００１２】
本発明の発光素子の一は、珪素または酸化珪素を含む透光性酸化物導電層で形成された正孔注入電極と、有機化合物で形成された正孔注入層または正孔輸送層とが密接しないように、正孔の注入効率を向上させる絶縁性または半絶縁性のバリア層が設けている。
【００１３】
本発明の発光素子の一は、珪素または酸化珪素を含む透光性酸化物導電層で形成された正孔注入電極と、有機化合物で形成された正孔注入層または正孔輸送層との間に、バリア層が設けられている。そのバリア層は正孔注入電極の表面に形成され、珪素または酸化珪素を含んでいる。
【００１４】
本発明の発光素子の一は、珪素または酸化珪素を含む透光性酸化物導電層で形成された正孔注入電極と、有機化合物で形成された正孔注入層または正孔輸送層とが密接しないように、正孔注入電極の表面に珪素または酸化珪素を含むバリア層が設けている。
【００１５】
本発明の一は、珪素または酸化珪素を含む透光性酸化物導電層で形成された正孔注入電極の表面に、トンネル電流が流れる絶縁性または半絶縁性のバリア層を形成し、該バリア層上に有機化合物で形成される正孔注入層または正孔輸送層を形成する工程を含んでいる。
【００１６】
本発明の一は、珪素または酸化珪素を含む透光性酸化物導電層で形成された正孔注入電極の表面に、正孔の注入効率を向上させる絶縁性または半絶縁性のバリア層を形成し、該バリア層上に有機化合物で形成される正孔注入層または正孔輸送層を形成する工程を含んでいる。
【００１７】
本発明の一は、珪素または酸化珪素を含む酸化インジウムスズで形成された正孔注入電極の表面に、酸化インジウムスズを選択的に除去して珪素または酸化珪素を残存させて形成されたバリア層を形成し、該バリア層上に有機化合物で形成される正孔注入層または正孔輸送層を形成する工程を含んでいる。
【００１８】
本発明の一は、絶縁表面に珪素または酸化珪素を含む透光性酸化物導電層で形成された正孔注入電極を形成し、その上に感光性の有機樹脂材料を塗布した後、露光処理して非感光部を除去するように現像し、正孔注入電極が露出する開口部を有する有機樹脂層を形成し、加熱処理の後導電層上に有機化合物で形成される正孔注入層を形成する工程を含んでいる。
【００１９】
透光性酸化物導電層は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などその他の透光性酸化物導電材料を用いることが可能である。好ましくは、正孔注入電極を、その透光性酸化物導電材料と酸化珪素を含むターゲト材をスパッタリング法で形成する。
【発明の効果】
【００２０】
上記のように構成した発光素子は、正孔注入電極と正孔注入層とが直接接しないことにより、正孔注入電極がもつ本来の仕事関数の効果が発現され、正孔注入層に対する正孔注入効率が向上し、発光特性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する態様において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。
【００２２】
発光素子は、透光性酸化物導電層で形成される正孔注入電極と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む電子注入性の電極（陰極）（以下「電子注入電極」という。）との間に、ＥＬを発現する有機化合物を含む層を積層させた素子構造を有している。有機化合物を含む層は、正孔輸送層、発光層、電子輸送層などを含んで積層させることが好ましい。また、正孔注入電極と正孔輸送層との間に正孔注入層を設けても良い。電子注入電極と電子輸送層との間に電子注入層を設けても良い。正孔注入層と正孔輸送層、及び電子注入層と電子輸送層との区別は必ずしも厳密なものではなく、これらは正孔輸送性（正孔移動度）及び電子輸送性（電子移動度）が特に重要な特性である意味において同じである。また、電子輸送層と発光層の間に正孔ブロック層を設けた構成としても良い。発光層はホスト材料に顔料や金属錯体などのゲスト材料を添加して、発光色を異ならせた構成としても良い。すなわち、発光層は蛍光物質または燐光物質を含ませて形成すれば良い。
【００２３】
有機化合物を含む層若しくは有機化合物層は、キャリア輸送特性の観点から正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などが含まれている。正孔注入層と正孔輸送層との区別は必ずしも厳密なものではない。これらは正孔輸送性（正孔移動度）が特に重要な特性である意味において同じである。便宜上、正孔注入層は陽極に接する側の層であり、正孔注入層に接する層を正孔輸送層と呼んで区別する。電子輸送層、電子注入層についても同様である。陰極に接する層を電子注入層と呼び、電子注入層に接する層を電子輸送層と呼んでいる。発光層は電子輸送層を兼ねる場合もあり、発光性電子輸送層とも呼ばれる。また、発光素子は、有機化合物のみでなく、有機材料と無機材料とを複合化した材料、有機化合物に金属錯体を添加した材料などを用いても、同様な機能を発現するものであれば置換して適用することができる。
【００２４】
正孔注入電極は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などから選ばれる透光性酸化物導電層に酸化珪素を１〜１０原子％含ませたものを用いる。好ましくは、正孔注入電極の有機化合物層と接する表面において、酸化珪素の濃度を高めておく。酸化珪素の濃度を高めることで、正孔注入電極の表面に絶縁性または半絶縁性のバリア層が形成される。このバリア層は、正孔注入電極と有機化合物層の二つの層の間で、キャリアの移動が可能な程度の厚さとする。
【００２５】
または、トンネル電流により電流が流れる程度の厚さで、酸化珪素、または酸化珪素と透光性酸化物導電層が複合化されたバリア層を設ける。バリア層は、下地である正孔注入電極とは組成の異なるものである。したがって、正孔注入電極と有機化合物層との間に設けても、非ダイオード特性（非整流性）を示す。このバリア層は、正孔注入電極と有機化合物層との間で、キャリアの移動を可能とすると共に、正孔注入電極と有機化合物層とを隔てている。バリア層を設けることで、正孔注入電極と有機化合物層とが直接接しない構造となる。この構造により、正孔注入電極がもつ本来の仕事関数の効果を発現させることができる。すなわち、有機化合物層への正孔注入効率が向上し、発光特性を高めることができる。
【００２６】
透光性酸化物導電層から成る正孔注入電極は、当該透光性酸化物導電材料と酸化珪素を含むターゲットを用いたスパッタリング法で形成することができる。ターゲットにおいて、透光性酸化物導電層に対する酸化珪素の含有率は、１乃至２０重量％とすれば良く、好ましくは２乃至１０重量％とする。酸化珪素の割合を高めると正孔注入電極の抵抗率が高くなるので、この範囲で適宜形成すれば良い。これにより、透光性酸化物導電層中に１乃至１０原子％、好ましくは２乃至５原子％の珪素を含む正孔注入電極を得ることができる。勿論、同様な組成を得ることができれば、真空蒸着法で透光性酸化物導電材料と酸化珪素とを共蒸着して形成しても良い。
【００２７】
バリア層は、酸化珪素を含む透光性酸化物導電層の表面から、該透光性酸化物導電材料を選択的に除去して形成することができる。すなわち、透光性酸化物導電層に添加されている酸化珪素の成分比を高めることで形成することができる。その形成方法の一は、透光性酸化物導電材料を選択的に除去可能な溶液で表面を処理する方法である。その他にも、水素、酸素、フッ素から選ばれた一種または複数種の気体を用いたプラズマ処理、窒素、アルゴンなどの不活性気体を用いたプラズマ処理などにより、透光性酸化物導電層の表面にバリア層を形成することができる。絶縁性または半絶縁性のバリア層は、珪素若しくは酸化珪素の被膜を、真空蒸着法、スパッタリング法、気相成長法などにより透光性酸化物導電層上に形成したものであっても良い。また、バリア層は、珪素若しくは酸化珪素を含む溶媒をスピン塗布した後に焼成して形成した被膜であっても良い。いずれにしても、バリア層は、珪素若しくは酸化珪素と、透光性酸化物導電材料、または、珪素若しくは酸化珪素と、透光性酸化物導電材料と炭素とが複合化したものであれば良い。
【００２８】
正孔注入層としては、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）などの正孔注入層、芳香族アミン系材料である４，４’−ビス−［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）４，４’，４”−トリス（Ｎ−３−メチルフェニル−Ｎ−フェニル−アミノ）トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）などの他に、高分子系有機化合物として、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）水溶液）ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）などを用いても良い。これらは真空蒸着法、スピン塗布法などで形成すれば良い。
【００２９】
また、正孔注入層を形成する前に、正孔注入電極を１００乃至３００℃の温度で加熱処理しても良いし、清浄化し平坦性を高めるために拭浄処理や研磨処理を行っても良い。
【００３０】
バリア層は、透光性酸化物導電層を緻密に作ると形成されにくいことがある。バリア層は、ある程度サブミクロンレベルで粗く作ることが好ましい。すなわち、透光性酸化物導電層のパターニングに際して密着形成するレジスト樹脂や、その上層に有機樹脂層を形成するときに、透光性酸化物導電層の成分である酸化物金属と酸化珪素と炭素系の物質とを複合化することで、バリア層を形成することができる。
【００３１】
上記のように構成した発光素子は、正孔注入電極と有機化合物である正孔注入層若しくは正孔輸送層とが直接的に接しないことで、正孔注入電極がもつ本来の仕事関数の効果が発現される。そして、正孔注入層に対する正孔注入効率を高め、さらにキャリアの有効利用が図られることにより、発光特性を高めることができる。
【００３２】
図５は従来の透光性酸化物導電層（以下「ＣＴＯ」ともいう。）と正孔注入層（以下「ＨＩＬ」ともいう。）との接触を示すバンドモデルを示す。ＣＴＯとＨＩＬの接触がうまく形成されないと、界面ポテンシャルの影響で正孔注入層のバンドは電子に対して障壁を作る方向に曲がる。その結果、正孔がこの界面近傍に蓄積されるようになる。この時、透光性酸化物導電膜は表面の汚染状態などにより仕事関数が（小さくなる方向に）変化する。このような場合には正孔の注入性が低下し、また注入された正孔が発光に寄与する割合が低下するので、電流効率が低下することとなる。
【００３３】
図６（Ａ）（Ｂ）はＣＴＯとＨＩＬとの界面に、珪素または酸化珪素を含む絶縁性または半絶縁性のバリア層が形成された状態を示している。バリア層はキャリアがトンネリング可能な程度の厚さであり、０．５〜５ｎｍの厚さである。このバリア層は、図６（Ａ）に示すようにバンドを平坦化するか、図６（Ｂ）に示すように下側に曲げて正孔が蓄積しない方向に作用する。その作用により、正孔の注入性が向上する。また、注入された正孔が発光に寄与する割合を高めることができる。
【００３４】
次に、図１を参照して、本発明の発光素子を利用した発光装置の作製方法について説明する。まず図１（Ａ）に、素子基板１００上に形成されているトランジスタ１０１を示す。トランジスタ１０１は、後に形成される発光素子に電流を供給するための駆動用トランジスタに相当する。トランジスタ１０１は第１層間絶縁膜１０３及び第２層間絶縁膜１０４で覆われている。またトランジスタ１０１は、第１層間絶縁膜１０３及び第２層間絶縁膜１０４に形成されたコンタクトホールを介して、第２層間絶縁膜１０４に接して形成された配線１０５、１０６と接続されている。
【００３５】
また第１層間絶縁膜１０３は、有機樹脂膜、無機絶縁膜、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ結合とＳｉ−ＣＨｘ結晶を含む絶縁膜等を用いることができる。第２層間絶縁膜１０４は、水分や酸素が透過しにくい膜で形成する。例えば、ＲＦスパッタ法で形成された窒化珪素膜を用いることができる。その他にもダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜や、窒化アルミニウム膜などを用いることができる。
【００３６】
配線１０５、１０６が形成されたら、正孔注入電極１０７を形成する。正孔注入電極１０７は、透光性酸化物導電膜を用いて形成することが可能である。好ましくは、ＩＴＯに酸化珪素が２〜１０重量％含まれたターゲットを用いてスパッタリング法で酸化珪素を含む酸化インジウムスズ（以下「ＩＴＳＯ」ともいう。）で正孔注入電極１０７を形成する。ＩＴＳＯの他にも、酸化珪素を含み酸化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合した透光性酸化物導電膜などの透明導電膜を用いても良い。
【００３７】
正孔注入電極１０７は、その表面が平坦化されるように、ＣＭＰ法で研磨処理をしても良い。ＣＭＰ法を用いた研磨後に、正孔注入電極１０７の表面に紫外線照射、酸素プラズマ処理などを行ってもよい。また、ポリビニルアルコール系の多孔質体で拭浄しても良い。このような処理をすることで、正孔注入電極１０７の突起をなくし、発光素子の短絡不良をなくすことができる。また、正孔注入電極１０７上に残る異物を効果的に除去することができる。
【００３８】
次に、図１（Ｂ）に示すように、配線１０５、１０６、第２層間絶縁膜１０４及び正孔注入電極１０７の一部を覆うように隔壁１０８を形成する。隔壁１０８として、有機絶縁膜、無機絶縁膜、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ結合とＳｉ−ＣＨｘ結晶手を含む絶縁膜等を用いることができる。隔壁１０８は開口部１１７を有しており、該開口部において正孔注入電極１０７が一部露出している。
【００３９】
また隔壁１０８の開口部における端部は、曲面状に形成することが望ましい。すなわち、隔壁１０８の開口端部を連続したなだらかな曲面とすることにより、その部分において有機化合物層１０９の被覆性を向上させることができる。その曲面は、曲率が連続的に変化していても良いが、曲率半径は０．２〜２μｍの範囲にあることが望ましい。上記構成により、隔壁１０８上に形成される有機化合物層１０９の被覆性を向上させることができる。その結果、正孔注入電極１０７と有機化合物層１０９上に形成される電子注入電極がショートするのを防ぐことができる。また有機化合物層１０９の応力を緩和させることで、発光領域が減少するシュリンクとよばれる不良を低減させることができ、信頼性を高めることができる。
【００４０】
なお図１（Ｂ）では、ポジ型の感光性のアクリル樹脂を用いて隔壁１０８を形成した例を示している。この場合において、ネガ型の有機樹脂を用いて形成しても良い。例えばネガ型のアクリルを用いて隔壁１０８を形成した場合、開口部における断面形状がなだらかな曲面形状となる。この曲面形状は、曲率半径が連続的に変化している形状とすることが好ましい。このとき開口部の上端部及び下端部における曲率半径は、０．２〜２μｍとすることが望ましい。
【００４１】
また隔壁１０８は、有機化合物層１０９を成膜する前に、吸着した水分や酸素等を除去するために真空雰囲気下で加熱する。具体的には、１００℃乃至２００℃、０．５乃至１時間程度、真空雰囲気下で加熱処理を行う。望ましくは加熱処理における雰囲気を４×１０-5Ｐａ以下とし、可能であるならば４×１０-6Ｐａ以下とするのが最も望ましい。加熱処理を減圧下で行うことにより、より効果的に吸着した水分や酸素等を除去することができる。そして、有機絶縁膜に真空雰囲気下で加熱処理を施した後に有機化合物層を成膜する時、成膜直前まで真空雰囲気下に保つことで信頼性をより高めることができる。
【００４２】
正孔注入電極１０７を形成してから有機化合物層を形成するまでの間に、紫外線照射または酸素プラズマ処理により、酸化反応が促進されて正孔注入電極１０７の表面にバリア層を形成することができる。例えば、正孔注入電極１０７のパターニングに際して密着形成するレジスト樹脂の成分と正孔注入電極１０７の成分を、紫外線照射または酸素プラズマ処理によりバリア層を形成することができる。正孔注入電極１０７上に隔壁１０８を形成するときにも、同様にして正孔注入電極１０７の表面にバリア層を形成することができる。
【００４３】
次に、図１（Ｃ）に示すように、正孔注入電極１０７上に有機化合物層１０９と電子注入電極１１０を順に形成する。有機化合物層１０９は、発光層単独か若しくは発光層を含む複数の層が積層された構成を有している。
【００４４】
例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層を適宜積層して有機化合物層１０９を構成することができる。正孔注入層は、イオン化ポテンシャルの小さな材料を用い、金属酸化物、低分子有機化合物、及び高分子系化合物から選択して用いることができる。金属酸化物としては、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウムなどを用いることができる。低分子有機化合物としては、ｍ−ＭＴＤＡＴＡに代表されるスターバースト型アミン、ＣｕＰｃに代表される金属フタロシアニンなどを用いることができる。一方、高分子系化合物材料としては、ポリアニリンやポリチオフェン誘導体などの共役高分子を用いることができる。これらの材料を正孔注入層として用いることにより、正孔注入障壁が低減し、発光層側に形成される有機化合物の層に効率良く正孔が注入することができる。
【００４５】
正孔輸送層としては、代表的には芳香族アミンを用いることができる。例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（以下、α−ＮＰＤと示す）や、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（以下、ＴＤＡＴＡと示す）などを用いることができる。一方、高分子材料としては良好な正孔輸送性を示すポリ（ビニルカルバゾール）などを用いてもよい。
【００４６】
発光層としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（以下、Ａｌｑ3と示す）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（以下、Ａｌｍｑ3と示す）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［η］−キノリナト）ベリリウム（以下、ＢｅＢｑ2と示す）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−（４−ヒドロキシ−ビフェニリル）−アルミニウム（以下、ＢＡｌｑと示す）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾラト］亜鉛（以下、Ｚｎ（ＢＯＸ）2と示す）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾチアゾラト］亜鉛（以下、Ｚｎ（ＢＴＺ）2と示す）などの金属錯体の他、各種蛍光色素が有効である。また、白金オクタエチルポルフィリン錯体やトリス（フェニルピリジン）イリジウム錯体、トリス（ベンジリデンアセトナート）フェナントレンユーロピウム錯体などのりん光材料も有効である。特にりん光材料は蛍光材料と比較して励起寿命が長いため、レーザー発振に不可欠な、反転分布、すなわち、基底状態にある分子数よりも励起状態にある分子数が多い状態を作り出すことが容易になる。
【００４７】
なお、上述した発光層では、発光材料をゲスト材料として添加しても良い。すなわち、発光材料よりもイオン化ポテンシャルが大きく、かつバンドギャップの大きな材料をホストとし、これに上述した発光材料を少量（０．００１％から３０％程度）混合しても構わない。
【００４８】
電子輸送層としては、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム錯体（以下、Ａｌｑ3と記す）に代表されるような、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体やその混合配位子錯体などが好ましい。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（以下、ＰＢＤと示す）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（以下、ＯＸＤ−７と示す）などのオキサジアゾール誘導体、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（以下、ＴＡＺと示す）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（以下、ｐ−ＥｔＴＡＺと示す）などのトリアゾール誘導体、バソフェナントロリン（以下、ＢＰｈｅｎと示す）、バソキュプロイン（以下、ＢＣＰと示す）などのフェナントロリン誘導体を用いることができる。
【００４９】
電子注入層は、フッ化カルシウムやフッ化リチウム、臭化セシウムなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属塩を使用すればよく、これらの金属元素をその他の金属に含ませた構成、電子輸送材料に含ませた構成としても良い。
【００５０】
電子注入電極１１０は、仕事関数の小さい導電膜であれば公知の他の材料を用い、蒸着法で形成することができる。例えば、Ｃａ、Ａｌ、ＣａＦ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等が望ましい。隔壁１０８の開口部において、正孔注入電極１０７と、有機化合物層１０９と、電子注入電極１１０とが重なる領域に、発光素子１１１が形成される。
【００５１】
なお電子注入電極１１０まで形成したら、発光素子１１１を覆うように保護膜を成膜しても良い。この場合、保護膜は水分や酸素などの発光素子の劣化を促進させる原因となる物質を、他の絶縁膜と比較して透過させにくい膜で形成する。代表的には、例えばＤＬＣ膜、窒化炭素膜、ＲＦスパッタ法で形成された窒化珪素膜等を用いるのが望ましい。また上述した水分や酸素などの物質を透過させにくい膜と、その膜に比べて水分や酸素などの物質を透過させやすい膜とを積層させて、保護膜として用いることも可能である。
【００５２】
そして、さらに外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（ラミネートフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）や透光性の封止用基板でパッケージング（封入）することが好ましい。
【００５３】
以上のようにして、素子基板１００側に発光素子１１１からの光を取り出すことのできる発光装置を得ることができる。
【００５４】
図７は、発光色の異なる画素（Ａ）、画素（Ｂ）、画素（Ｃ）を有する画素部を備えた発光装置の断面図を示している。素子基板１００の画素（Ａ）には、トランジスタ１０１ａに接続する発光素子１１１ａ、画素（Ｂ）にはトランジスタ１０１ｂに接続する発光素子１１１ｂ、画素（Ｃ）にはトランジスタ１０１ｃに接続する発光素子１１１ｃが備えられている。
【００５５】
トランジスタと発光素子の構成は図１と同様である。トランジスタ１０１ａ〜１０１ｃと発光素子１１１ａ〜１１１ｃの間には第１層間絶縁膜と第２層間絶縁膜が形成されている。正孔注入電極１０７ａ〜１０７ｃは、第２層間絶縁膜１０４上に形成されている。第２層間絶縁膜１０４は窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜で形成されている。正孔注入電極１０７ａは、トランジスタ１０１ａと接続している。正孔注入電極１０７ｂは、トランジスタ１０１ｂと接続している。正孔注入電極１０７ｃは、トランジスタ１０１ｃと接続している。
【００５６】
発光素子１１１ａは、正孔注入電極１０７ａと電子注入電極１１０との間に有機化合物層１０９ａを挟んで形成されている。発光素子１１１ｂは、正孔注入電極１０７ｂと電子注入電極１１０との間に有機化合物層１０９ｂを挟んで形成されている。発光素子１１１ｃは、正孔注入電極１０７ｃと電子注入電極１１０との間に有機化合物層１０９ｃを挟んで形成されている。有機化合物層１０９の構成は、各画素の発光色に対応して異ならせて形成することができるが、発光層以外の正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子輸送層は共通化させても良い。
【００５７】
発光素子１１１ａ〜１１１ｃに対向して封止基板１２０を設けている。封止基板１２０と素子基板１００との間には樹脂を充填しておいても良いし、乾燥した不活性気体または減圧状態としても良い。トランジスタ１０１ａ〜１０１ｃは、薄膜トランジスタで形成することができる。その他にも、単結晶半導体基板やＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板に形成したＭＯＳトランジスタや、シリコンなどの非晶質半導体膜を使った薄膜トランジスタで形成しても良い。
【００５８】
図８は、素子基板１０と対向基板１１を一体化させた発光装置を示している。図８（Ａ）は外部回路などを除いた発光装置の構成を示す斜視図である。図８（Ｂ）はＡ−Ａ’線の縦断面図、図８（Ｃ）はＢ−Ｂ’線の縦断面図である。
【００５９】
これらの図に示されるように、発光装置は画像表示部１２、走査線駆動回路１３、データ線駆動回路１４、入力端子部１５などが備えられた素子基板１０と、カラーフィルター１８が備えられた対向基板１１がシール材１９により固着された構成となっている。
【００６０】
素子基板１０にはガラスや石英、プラスチックなどが用いられる。対向基板１１にはガラス、石英、プラスチック、金属などが部材として用いられる。基板は板状物、フィルム状物、シート状物のいずれの形態であっても良く、単層構造または積層構造のいずれの構造を有していても良い。ガラスでは市販されている無アルカリガラスなどの透明ガラスが好ましく、表面を酸化珪素膜で被覆したアルカリガラスを適用することもできる。プラスチックを用いる場合には、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、透光性のポリイミドなどを適用することができる。その他、透光性アルミナ、ＺｎＳ焼結体などの透明セラミックを適用することもできる。
【００６１】
シール材１９は対向基板１１の周辺部に沿って形成されるが、素子基板との位置関係においては、層間絶縁膜１６を介して走査線駆動回路１３やデータ線駆動回路１４と重畳して形成されている。層間絶縁膜１６はその形成表面を平坦に形成するものであるが、最表面及び側面部は窒化珪素または酸窒化珪素などで形成する。
【００６２】
画像表示部１２は、走査線駆動回路１３やデータ線駆動回路１４から延在する走査線とデータ線によりマトリクス態様が形成されている。画素マトリクスは、各所の適宜配列したスイッチング素子群と、そのスイッチング素子群に電気的に接続する有機発光素子群１７とから形成されている。走査線駆動回路１３は画像表示部１２の両側から駆動する構成となっているが、信号遅延が問題にならない場合には片側一方のみとしても良い。
【００６３】
素子基板１０の外周部分には、入力端子部１５が形成され、外部回路から各種信号が入力され、また電源と接続している。また、素子基板１０及び対向基板１１とシール材１９により囲まれた空間には不活性気体が充填され有機発光素子群１７の腐食を防いでいる。この空間には酸化バリウムなどの乾燥剤があっても良い。
【００６４】
図９は素子基板１０の構成をより詳細に示す上面図であり、画像表示部１２の２辺を囲む走査線駆動回路１３と、他の１辺に隣接するデータ線駆動回路１４、入力端子部１５の配置を示している。
【００６５】
画像表示部１２において示す区画化された一画素分の領域２３はマトリクス状に配列され、便宜上行配列方向と列配列方向とに区分して見ることができる。第１補助配線２０は列配列方向と平行な方向にストライプ状に形成され、その両端部または片端部は画像表示部の外側に延在している。第１補助配線２０は一画素分の領域２３とは重ならない位置に形成され開口率を損なうことがないように配慮されている。第１補助配線２０と電気的に接続する第２補助配線２１は行配列方向と平行な方向に延在し、その両端部または片端部において入力端子部１５から延びる配線２２と電気的に接続している。配線２２の電位は有機発光素子の駆動方法により一定電位または交番電位が印加されていても良い。
【００６６】
この補助配線は抵抗率が１×１０-5Ωｃｍ以下の材料で形成することが望ましい。補助配線１ｃｍ当たりの抵抗値は１００Ω以下とすることが望まれる。勿論、補助配線の抵抗値は、形成する材質の他に線幅、厚さにより決まるものである。例えば、画素列間のピッチが２００μｍで形成されるような場合には、画素電極の幅が概略１２０μｍであるとすると、隔壁層上に形成される第１補助配線の幅は２０〜４０μｍが適当である。これを抵抗率４×１０-6Ωｃｍのアルミニウム合金を用い０．４μｍの厚さで形成した場合、線幅２０μｍでは１ｃｍ当たり５０Ωとなる。
【００６７】
以上のような発光装置は、正孔注入電極と正孔注入層とが直接接しないことにより、正孔注入電極がもつ本来の仕事関数の効果が発現され、正孔注入層に対する正孔注入効率が向上し、発光特性を高めることができる。
【００６８】
上記のような発光装置を備えた電子機器として、テレビジョン装置（単にテレビ、またはテレビジョン受信機ともよぶ）、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話機、ＰＤＡ等の携帯情報端末、ゲーム機、コンピュータ用のモニター、コンピュータ、カーオーディオ等の音響再生装置、ゲーム機等がある。その一例について、図１０を参照して説明する。
【００６９】
図１０（Ａ）に示す携帯情報端末は、本体２０１の一部に表示部２０２等を含んでいる。表示部２０２を本実施の形態の発光装置で構成することにより、明るい表示部を構成することができ、携帯情報端末の低消費電力化を図ることができる。
【００７０】
図１０（Ｂ）に示すデジタルビデオカメラは、本体２０３に表示部２０４が組みこまれている。表示部２０４を本実施の形態の発光装置で構成することにより、明るい表示部を構成することができ、デジタルビデオカメラの低消費電力化を図ることができる。
【００７１】
図１０（Ｃ）に示す携帯電話機は、本体２０５に表示部２０６が組みこまれている。表示部２０６を本実施の形態の発光装置で構成することにより、明るい表示部を構成することができ、携帯電話機の低消費電力化を図ることができ、長時間利用することが可能となる。
【００７２】
図１０（Ｄ）に示すゲーム機は、本体２０７に表示部２０８が組みこまれている。このゲーム機は無線通信によりインターネット回線に接続して、ゲームソフトなどのプログラムをダウンロードしたり、他のゲーム機と相互に通信して様々な情報を取得することができる。表示部２０８を本実施の形態の発光装置で構成することにより、明るい表示部を構成することができ、ゲーム機の低消費電力化を図ることができ、長時間利用することが可能となる。
【００７３】
図１０（Ｅ）に示すコンピュータは、本体２０９と表示部２１０を含んでいる。表示部２１０を本実施の形態の発光装置で構成することにより、明るい画面を構成することができ、コンピュータの消費電力を低減することができる。
【００７４】
図１０（Ｆ）に示すテレビジョン装置は、本体２１１に表示部２１２が備えられている。表示部２１２を本実施の形態の発光装置で構成することにより、明るい画面を構成することができ、テレビジョン装置の消費電力を低減し、発熱を抑えることができる。
【実施例１】
【００７５】
本実施例で作製した発光装置について図１を参照して説明する。第１層間絶縁膜１０３は、酸窒化珪素膜で形成し、プラズマＣＶＤ法で３０ｎｍの第１酸窒化珪素膜と、２００ｎｍの第２酸窒化珪素膜を積層させて合計２３０ｎｍとした。第２層間絶縁膜１０４は、窒化珪素膜で形成し、珪素をターゲットとして用いスパッタリング法で１００ｎｍの厚さに形成した。
【００７６】
正孔注入電極１０７は、組成比が酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）８５重量％、酸化スズ（ＳｎＯ2）１０重量％、酸化珪素（ＳｉＯ2）５重量％のターゲット（９３４×１５８ｍｍ）を用い、スパッタガスとしてＡｒを１２０ＳＣＣＭ、酸素を５ＳＣＣＭ導入して、圧力を０．２６Ｐａ、直流電力を３．３ｋＷ投入してスパッタリングにより１１０ｎｍの厚さでＩＴＳＯ膜を形成した。ＩＴＳＯ膜は光露光プロセスを経て所定の形状にパターニングして正孔注入電極１０７を形成した。フォトレジストマスクを剥離した後、オーブンを用い２００℃で６０分の熱処理を行った。
【００７７】
隔壁１０８は、感光性のアクリル樹脂を用いて１５００ｎｍの厚さに形成した。アクリル樹脂をスピン塗布後、雰囲気温度を８５℃、処理時間を１７０秒として焼成を行った。その後、光露光プロセスを経て所定の形状にパターニングすることにより隔壁１０８を形成した。その後、オーブンを用い２２０℃で６０分の熱処理を行った。
【００７８】
その後、水銀ランプを光源として用い紫外線（ＵＶ）照射処理を行った。そして、減圧下で１５０℃、３０分の加熱処理を行い有機化合物層の成膜を行った。有機化合物層１０９は、正孔注入層としてＣｕＰｃ（２０ｎｍ）、正孔輸送層としてα−ＮＰＤ（４０ｎｍ）、発光層としてＡｌｑ３：ＤＭＱｄ（３７５ｎｍ）（ＤＭＱｄ：キナクリドン誘導体）、電子輸送層としてＡｌｑ３（３７５ｎｍ）を形成した。
【００７９】
電子注入電極１１０として、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）を１ｎｍの厚さで形成し、さらに２００ｎｍのＡｌ膜を積層させて発光素子１１１を形成した。
【００８０】
（比較例）
比較例として、正孔注入電極１０７をＩＴＯで形成した発光装置を作製した。有機化合物層１０９、電子注入電極１１０は実施例１と同様な構成とした。
【００８１】
図２は本実施例と比較例の発光装置の表示検査結果を示している。この発光装置は１１２２００画素（１画素のサイズは３２×１４０μｍ）を有し、全画素に通電して発光させたときの電流に対する輝度を評価している。図２で示すように、正孔注入電極にＩＴＳＯを用いた本実施例の試料の方が、電流に対する輝度の比（電流効率）が大幅に高くなっている。
【００８２】
図３は同様に作製した他の試料の結果であり、本実施例と比較例の発光装置の表示検査結果を示している。図３で示す表は、作製ロット番号、基板から取り出したパネルの位置、電流、輝度について示しているが、どの試料を比較しても、正孔注入電極にＩＴＳＯを用いた本実施例の試料の方が、電流に対する輝度の比（電流効率）が高くなっている。図４は１６個の試料について電流に対する輝度の割合（任意目盛）を表しているが、全ての試料において正孔注入電極にＩＴＳＯを用いた本実施例の試料の方が、ＩＴＯを用いた比較例の試料よりも平均で１．４７倍高い結果が得られている。
【００８３】
以上のように、本発明の発光装置によれば、高い電流効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の発光素子を利用した発光装置の作製方法について説明する図である。
【図２】本実施例と比較例の発光装置の表示検査結果を示す図である。
【図３】本実施例と比較例の発光装置の表示検査結果を示す図である。
【図４】本実施例と比較例の発光装置の表示検査結果を示し電流に対する輝度の割合（任意目盛）を示すグラフである。
【図５】従来の透光性酸化物導電層と正孔注入層との接触状態を示すバンドモデルを示す図である。
【図６】透光性酸化物導電層と正孔注入層との界面に珪素または酸化珪素を含む絶縁性または半絶縁性のバリア層が形成された状態を説明するバンドモデルを示す図である。
【図７】発光色の異なる画素（Ａ）、画素（Ｂ）、画素（Ｃ）を有する画素部を備えた発光装置の断面図である。
【図８】素子基板と対向基板を一体化させた発光装置を示す図である。
【図９】素子基板の構成をより詳細に示す上面図である。
【図１０】本発明の電子機器の一例を説明する図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０    素子基板
１１    対向基板
１２    画像表示部
１３    走査線駆動回路
１４    データ線駆動回路
１５    入力端子部
１６    層間絶縁膜
１７    有機発光素子群
１８    カラーフィルター
１９    シール材
２０    第１補助配線
２１    第２補助配線
２２    配線
２３    領域
１００    素子基板
１０１    トランジスタ
１０１ａ    トランジスタ
１０１ｂ    トランジスタ
１０１ｃ    トランジスタ
１０３    層間絶縁膜
１０４    層間絶縁膜
１０５    配線
１０５      配線
１０７    正孔注入電極
１０７ａ    正孔注入電極
１０７ｂ    正孔注入電極
１０７ｃ    正孔注入電極
１０８    隔壁
１０９    有機化合物層
１０９ａ    有機化合物層
１０９ｂ    有機化合物層
１０９ｃ    有機化合物層
１１０    電子注入電極
１１１    発光素子
１１１ａ    発光素子
１１１ｂ    発光素子
１１１ｃ    発光素子
１１７    開口部
１２０    封止基板
２０１    本体
２０２    表示部
２０３    本体
２０４    表示部
２０５    本体
２０６    表示部
２０７    本体
２０８    表示部
２０９    本体
２１０    表示部
２１１    本体
２１２    表示部
【図１】
0004723213.tif 000002
【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】
0004723213.tif 000007
【図７】
0004723213.tif 000008
【図８】
0004723213.tif 000009
【図９】
0004723213.tif 000010
【図１０】
0004723213.tif 000011