(57)【要約】【課題】従来の有機ＥＬ素子は、基板上に、透明電極と、有機層と、金属層と、を順に有した構造をしている。ここで、金属層として、耐久性および取り扱いに優れたアルミニウムからなるものを用いる。しかし、アルミニウムからなる金属層では、金属層と有機層とのエネルギー障壁が大きくなってしまい、有機ＥＬ素子の消費電力が大きくなってしまうという問題が生じる。このとき、金属層と有機層との間に何らかの緩衝層を設けて、金属層と有機層との整合性を克服する方法も考えられるが、設ける緩衝層によって有機層の一部で発光した光の透過効率を下げるという新たな問題が生じる。【解決手段】上記課題を解決するために、本発明は、金属電極層と有機層との間に金属酸化薄膜を備えた有機ＥＬ素子を提供する。また、金属電極層の表面を酸化させることによって金属酸化薄膜を形成する工程を有する有機ＥＬ素子の製造方法を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくとも、金属電極層と、有機層と、透明電極層と、を順に有する有機エレクトロルミネセンス素子であって、該金属電極層の該有機層の側の境界面の少なくとも一部が金属酸化薄膜で覆われている有機エレクトロルミネセンス素子。
【請求項２】
前記金属電極層が、Ａｌ（アルミニウム）からなり、かつ前記金属酸化薄膜がＡｌ２Ｏ３（アルミナ）からなることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
【請求項３】
基板上に、少なくとも、金属電極層と、有機層と、透明電極層と、を順に形成する有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法であって、真空中で該金属電極層を形成した後に、酸素を含む気体中に該金属電極層を露出して該金属電極層の該有機層の側の境界面の少なくとも一部に金属酸化薄膜を形成する有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネセンス（以下、「エレクトロルミネセンス」を「ＥＬ」と略記する。）素子に関する。特に、有機層と金属電極層の間に金属酸化薄膜を備える有機ＥＬ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の有機ＥＬ素子は、ガラス等からなる基板上に、陽極となる透明電極と、発光層を含む有機層と、陰極となる金属層を有し、発光層で発光した光を基板の側から取り出す、いわゆるボトムエミッション構造を採用したものが多い。また、上記ボトムエミッション構造において、陰極となる金属層を極薄くし、光を基板の反対の側から取り出すいわゆるトップエミッション構造を採用したものもある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ここで、金属層として、有機層との整合性が良い、Ｃａ（カルシウム）やマグネシウム合金を使用する方法がある。しかし、両材料は、酸化されやすく安定性に欠けるため、耐久性に欠けるという問題がある。また、酸化されやすいという性質から、取り扱いにくいという問題もある。そこで、従来の有機ＥＬ素子では、金属層として、空気中で酸化皮膜を作ることで内部を保護し安定化するため、耐久性があり、かつ取り扱いやすいＡｌ（アルミニウム）からなるものを用いる。
【０００４】
しかし、Ａｌ（アルミニウム）からなる金属層では、金属層と有機層とのエネルギー障壁が大きくなってしまい、Ａｌ（アルミニウム）からなる金属層を有する有機ＥＬ素子の消費電力が大きくなってしまうという問題が生じる。このとき、金属層と有機層との間に何らかの緩衝層を設けて、金属層と有機層との整合性を克服する方法も考えられるが、従来の有機ＥＬ素子では、設ける緩衝層によって有機層の一部で発光した光の透過効率を下げ、トップエミッションへの要求に十分に答えられなくなるという新たな問題が生じる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−４３９８０号公報  （第（１）頁〜第（９）頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題を解決するために、金属電極層と有機層との整合性の問題を克服して有機ＥＬ素子の消費電力を抑え、かつ基板の反対の側への光の透過効率を高めることが可能な有機ＥＬ素子を提供すること目的とする。併せて、当該有機ＥＬ素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
ＣＭＯＳ等のトランジスタでは、トランジスタで使用される絶縁膜の厚さが極薄くなると、トンネル効果により電子が当該絶縁膜を通り抜ける現象が確認されている。
【０００８】
発明者は、上記目的を達成するために、絶縁膜の持つ上記性質から、金属電極層と有機層との間に金属酸化薄膜を設け、該金属酸化薄膜のトンネル効果により該有機層への電子の注入効率を高める方法を案出した。具体的手段は次の様である。
【０００９】
上記目的を達成するために、本願第１発明は、基板上に、少なくとも、金属電極層と、有機層と、透明電極層と、を順に有する有機ＥＬ素子であって、該金属電極層の該有機層の側の境界面の少なくとも一部が金属酸化薄膜で覆われている有機ＥＬ素子である。
【００１０】
本願第１発明において、前記金属電極層が、Ａｌ（アルミニウム）からなり、かつ前記金属酸化薄膜がＡｌ２Ｏ３（アルミナ）とすることができる。
【００１１】
また、上記目的を達成するために、本願第２発明は、基板上に、少なくとも、金属電極層と、有機層と、透明電極層と、を順に形成する有機ＥＬ素子の製造方法であって、真空中で該金属電極層を形成した後に、酸素を含む気体中に該金属電極層を露出して該金属電極層の該有機層の側の境界面の少なくとも一部に金属酸化薄膜を形成する有機ＥＬ素子の製造方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本願第１発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。まず、本願第１発明の実施の形態について、図１を用いて説明する。図１は、本願発明の実施の形態の１例である。図１において、１０は基板、１１は金属電極層、１２は金属酸化薄膜、１３は有機層、１４は透明電極層をそれぞれ示す。本実施の形態では、基板１０上に、少なくとも、金属電極層１１と、有機層１３と、透明電極層１４と、を順に有する有機ＥＬ素子であって、金属電極層１１の有機層１３の側の境界面の少なくとも一部が金属酸化薄膜１２で覆われていることを特徴としている。
【００１３】
本実施の形態では、金属電極層１１は有機層１３とのエネルギー障壁の影響を軽減させるために、金属電極層１１と有機層１３との間に金属酸化薄膜１２を設ける。金属酸化薄膜１２の厚さは、１ｎｍ以下が好ましい。さらに好ましくは０．４ｎｍ程度がよい。金属酸化薄膜１２の厚さを１ｎｍ以下にすると、本来絶縁層である金属酸化薄膜１２にトンネル効果が生じ、電流が流れる。金属酸化薄膜１２に生じるトンネル効果によって、金属電極層１１に過剰な電圧をかけなくても、有機層１３に、電子を効率的に注入することが可能となる。
【００１４】
また、基板１０の側に陰極電極である金属電極層１１を設けることによって、基板１０の反対の側に透明電極層１４を設けることが可能となり、金属電極層１１と有機層１３との間に金属酸化薄膜１２を設けても、有機層１３の一部で発光した光を妨げることがなく、基板１０の反対の側からの取り出し効率を高めることが可能となる。
【００１５】
本実施の形態では、金属電極層１１としてＡｌ（アルミニウム）からなるものを用いることができる。Ａｌ（アルミニウム）は、空気中で酸化皮膜を作ることで安定化するためＡｌ（アルミニウム）の内部の酸化が起こらず、耐久性があり、かつ取り扱いやすい。そのため、Ａｌ（アルミニウム）からなる金属電極層１１を備えた有機ＥＬ素子を長時間安定に駆動することが可能となる。
【００１６】
本実施の形態では、金属電極層１１として、Ａｌ（アルミニウム）からなるものを用いると、金属酸化薄膜１２として、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）からなるものを用いることができる。Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）からなる金属酸化薄膜１２は、電圧を印加したときのトンネル効果が顕著に得られ、有機層１３に、電子を効率的に注入することが可能となる。
【００１７】
また、有機層１３には、少なくとも発光層を含み、発光層以外にも種々の層を含む場合がある。例えば、基板１０の側から順に、電子注入層と、電子輸送層と、発光層と、ホール輸送層と、ホール注入層と、の任意の層を含む場合がある。電子注入層と、電子輸送層とは、発光層と金属電極層１１との整合性を良好なものとすることが可能で、発光層での発光効率を高めることが可能となる。ホール輸送層と、ホール注入層とは、発光層と透明電極層１４との整合性を良好なものとすることが可能で、発光層での発光効率を高めることが可能となる。
【００１８】
また、基板１０として、ガラス、プラスチックまたはフィルム等からなるものを用いることができる。透明な材料からなる基板を用いれば、金属電極層１１の厚さを薄くすることにより、有機層１３の一部で発光した光を基板１０の側から取り出すことも可能となる。この場合は、本実施の形態による有機ＥＬ素子を、基板１０の側から有機層１３の一部で発光した光を取り出すボトムエミッション構造とすることも、基板の反対の側から有機層１３の一部で発光した光を取り出すトップエミッション構造とすることも可能となる。あるいは、基板１０として、不透明な材料を用いてもよい。この場合は、基板１０となる材料として所望のものを選定すれば良い。例えば、基板１０となる材料として密度の小さい材料を用いれば、その分、本実施の形態による有機ＥＬ素子の重さを軽くすることができる。
【００１９】
以上説明したように、本実施の形態による有機ＥＬ素子では、金属電極層１１の少なくとも一部を金属酸化薄膜１２で覆うことにより電子のトンネル効果を生じさせることで、有機層１３への電子の注入効率を高め、有機ＥＬ素子の消費電力を抑えることが可能となる。また、金属電極層１１を基板１０の側に形成することで、金属電極層１１と有機層１３との間に金属酸化薄膜１２を設けても、有機層１３の一部で発光した光を妨げることなく、本実施の形態による有機ＥＬ素子を基板１０の反対の側から取り出すトップエミッション構造とすることが可能となる。なお、当然に金属電極層１１の全面を金属酸化薄膜１２で覆うことによって、上記と同様の効果を得ることが可能である。
【００２０】
次に、本願第２発明である製造方法の実施の形態について、図２、図３、図４を用いて説明する。図２は、本製造方法の実施の形態であって、金属電極層を形成する説明図である。図３は、本製造方法の実施の形態であって、金属酸化薄膜を形成する説明図である。図４は、本製造方法の実施の形態であって、有機ＥＬ素子を完成させる説明図である。図２、図３、図４において、１５は真空容器を示している。
【００２１】
本実施の形態では、図２のように、基板１０上に、少なくとも、金属電極層１１を形成し、金属電極層１１を形成した後に、図３のように、酸素を含む気体中に金属電極層１１を露出して金属電極層１１の有機層１３の側の境界面の少なくとも一部に金属酸化薄膜１２を形成することを特徴とする。
【００２２】
本製造方法の実施の形態では、金属電極層１１としてＡｌ（アルミニウム）からなるものを用いることができる。まず、図２のように、真空容器１５の中で、基板１０上に、Ａｌ（アルミニウム）からなる金属電極層１１を形成する。その後に、図３のように、Ａｌ（アルミニウム）からなる金属電極層１１を酸素を含む気体中に露出する。このとき、Ａｌ（アルミニウム）は酸素と反応して容易にＡｌ２Ｏ３（アルミナ）からなる酸化皮膜を形成するため、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）からなる金属酸化薄膜１２が形成することが可能である。
【００２３】
本製造方法の実施の形態では、上記理由により、Ａｌ（アルミニウム）からなる金属電極層１１を用いて、かつ金属酸化薄膜１２としてＡｌ２Ｏ３（アルミナ）からなるものを用いることにより、金属酸化薄膜１２を簡単な工程により短時間で形成することが可能となる。
【００２４】
なお、上記工程において、あらかじめ金属電極層１１と反応する酸素の量および金属電極層１１と酸素とが反応する時間を調節することで、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）からなる金属酸化薄膜１２の厚さを容易に調整することが可能である。また、金属電極層１１に、ノズル等によって酸素を吹き付ければ、金属電極層１１の露出した表面の任意の場所に金属酸化薄膜１２を形成することが可能である。また、当然に、酸素を含む気体中に金属電極層１１の全面を露出することで、金属電極層１１の全面に金属酸化薄膜１２を形成することが可能である。
【００２５】
有機層１３および透明電極層１４は、図４のように、金属酸化薄膜１２を形成したものを再び真空容器１５中に戻し、有機層１３および透明電極層１４を形成することができる。
【００２６】
なお、本製造方法の実施の形態では、真空容器１５の中に酸素を導入する酸素導入口を設けることで、真空容器１５の中で有機ＥＬ素子を製造することができ、処理を簡素化することが可能である。
【００２７】
以上説明したように、本製造方法の実施の形態では、金属電極層１１を酸素を含む気体中に露出して金属電極層１１の表面の少なくとも一部を酸化させて金属酸化薄膜１２を形成するという方法を採用することで、金属酸化薄膜１２を簡単な工程により短時間で形成することが可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の有機ＥＬ素子は、金属電極層から有機層への電子の注入効率を高めることが可能となり、有機ＥＬ素子の消費電力を抑えることが可能である。また、有機層の一部で発光した光の基板の反対の側からの取り出し効率を高めることが可能となる。また、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法によれば、金属酸化薄膜を簡単な工程により短時間で形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願第１発明の実施の形態の１例を示す。
【図２】本願第２発明の製造方法の実施の形態であって、金属電極層を形成する説明図である。
【図３】本願第２発明の製造方法の実施の形態であって、金属酸化薄膜を形成する説明図である
【図４】本願第２発明の製造方法の実施の形態であって、有機ＥＬ素子を完成させる説明図である。
【符号の説明】
１０：基板
１１：金属電極層
１２：金属酸化薄膜
１３：有機層
１４：透明電極層
１５：真空容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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