(57)【要約】【課題】  歩留まり良く製造することが可能な構造の有機ＥＬ装置を提供する。【解決手段】  基板２２上に、金属膜よりなる陰極２４と、有機エレクトロルミネセンス層２６と、透明導電膜よりなる陽極２８とを順次形成してなる有機エレクトロルミネセンス装置２０において、前記陽極と前記有機エレクトロルミネセンス層との間に、無機硫化物膜を含む保護層３６を介在させるように形成する。これにより、上記保護層により、陽極を成膜する際に上記有機エレクトロルミネセンス層にプラズマ等に起因するダメージを与えることを防止し、歩留まり良く製造することを可能とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、金属膜よりなる陰極と、有機エレクトロルミネセンス層と、透明導電膜よりなる陽極とを順次形成してなる有機エレクトロルミネセンス装置において、
前記陽極と前記有機エレクトロルミネセンス層との間に、無機硫化物膜を含む保護層を有することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機化合物を用いた有機エレクトロルミネセンス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、画像表示装置としては、陰極線管をはじめとして、液晶表示装置、プラズマ表示装置等が知られているが、最近にあっては、蛍光性有機化合物を電気的に励起することにより発光する性質を利用した有機エレクトロルミネセンス装置（以下、単に「有機ＥＬ装置」とも称す）が注目されてきている（例えば特許文献１）。
この有機ＥＬ装置は、低価格、低消費電力、高輝度、フルカラー表示、高視野角等の特性を有し、そして、フレキシブル基板の使用が実現できることから、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイと同様にフラットパネルディスプレイとしての応用が期待されている。また材料のデザインも無数に有り、今後新たな材料の発見によっては性能の飛躍的な向上も期待されている。
【０００３】
現在、実用化されている有機ＥＬ装置は、Ｔａｎｇ等によりなされた報告書（非特許文献１）に起源を発しており、ここで報告された装置には低分子量有機化合物が用いられている。更に、低分子量有機化合物に代えて、ポリマー材料を用いた有機ＥＬ装置についても盛んに研究がなされて実用化が間近である。この種の有機ＥＬ装置は、大別すると、材料では分子量の小さい蛍光色素や金属錯体などのいわゆる低分子系の材料を用いた装置や、π共役ポリマーや色素を高分子化した色素含有ポリマー系の材料を用いた装置が知られている。また有機ＥＬ装置の駆動方法には、単純マトリックス駆動方法と、アクティブマトリックス駆動方法が存在する。
【０００４】
ここで一例として、低分子系の有機材料を用いた有機ＥＬ装置の発光原理を簡単に説明する。この種の有機ＥＬ装置では、薄い有機エレクトロルミネセンス層（以下、単に「有機ＥＬ層」とも称す）を一対の電極で挟み、両電極間に直流電圧を印加することによって、陽極から正孔を、陰極から電子をそれぞれ有機ＥＬ層中に注入する。この時、有機ＥＬ層中で正孔と電子の再結合が生じ、正孔と電子の再結合エネルギーが蛍光性有機化合物を励起して発光する。この発光を外部に取り出すために、一方の電極はＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）などの透明電極が使用される。このＩＴＯは仕事関数が大きく、正孔を注入するための陽極として有効である。他方の陰極には仕事関数が小さな金属が使用され、例えばＭｇ／ＡｇやＡｌ／Ｌｉなどの材料が用いられる。またＡｌに仕事関数の小さな材料（例えばＬｉＦ）を薄く（２〜１５Å）コーティングした陰極もよく使用される。
【０００５】
上記有機ＥＬ層は、通常は多層構造になされた例えば電子輸送層、発光層、正孔輸送層等から成っており、用いる材料構成により電子輸送層が発光層を兼用したり、正孔輸送層が発光層を兼用する場合もある。ここで、代表的な低分子系の従来の有機ＥＬ装置を図３を参照して説明する。図示するように、この有機ＥＬ装置は、基板２に、例えばアルミニウムよりなる陰極４と、電子を注入し易くするためのＬｉＦよりなるバッファ層５（厚さ５Å）と、光を発することができる有機ＥＬ層６と、ＩＴＯよりなる透明な陽極８とを順次積層して構成されている。上記有機ＥＬ層６は、電子輸送層を兼用する発光層１２（５００Å）と、正孔輸送層１４（５００Å）との積層構造により形成されている。上記発光層１２は例えばＡｌｇ３（トリス（８−キノリノール）アルミニウム有機金属錯体）よりなり、上記正孔輸送層１４は例えばα−ＮＰＤにより形成されている。そして、上記陽極８と陰極４との間に電圧を印加すると、上記有機ＥＬ層６中の発光層１２より光が発せられて、ここでは透明な陽極８より光Ｌ１が出て行く。また色素含有ポリマー系材料を用いた有機ＥＬ装置の構造も、電極材料や有機多層膜の成膜方法の違いを除けば図３に示した構造と略同じである。
【０００６】
ところで、ガラス板等の基板を用いた有機ＥＬ装置を製造する時には、初めに基板上に透明導電膜よりなる陽極を成膜するか、金属電極より成る陰極を形成するかの選択が行われる。ガラス板よりなる基板上に透明導電膜の陽極を成膜した場合、光の取り出し面はガラス板側となり、金属電極よりなる陰極を成膜した場合は反対側から光を取り出すことになる。また小型高精細なアクティブマトリックス駆動の有機ＥＬ装置ではＳｉ基板を使用する場合があるが、この場合には必然的にＳｉ基板側に不透明な金属電極の陰極を配置することになる。
【０００７】
そして、有機ＥＬ装置を構成する各層の形成方法を材料単体に着目すると、通常は次の方法が用いられる。例えば透明電極を形成するにはスパッタ法やＥＢ蒸着法（電子ビーム蒸着法）等が用いられ、金属電極を形成するには抵抗加熱蒸着法やスパッタ法やＥＢ蒸着法が用いられ、有機ＥＬ層を形成するには抵抗加熱蒸着法やスピンコート法やインクジェット法等が用いられる。このような有機ＥＬ装置を形成するには、有機ＥＬ層が熱やプラズマに非常に弱いことを考慮しなければならない。例えば金属膜は抵抗加熱で成膜できるので有機ＥＬ層上に容易に形成できるが、透明導電膜を有機ＥＬ層上に形成するのは非常に難しい。そのため、現在はガラス基板上に最初に透明導電膜を形成するプロセスが主流である。
【０００８】
これに対して、基板上に、金属電極（陰極）、有機ＥＬ層、そして透明導電膜（陽極）の順で積層して有機ＥＬ装置を形成するには、基板及びターゲット間の距離を十分にとってプラズマの有機膜への影響を極力無くし、更に有機ＥＬ層の保護のため銅フタロシアニンなどの導電性有機物質を挿入するなどの方法が必要であり、これらの保護用の有機膜は抵抗加熱蒸着によって形成される。
そして、上記のように基板上に金属電極、有機ＥＬ層及び対向電極である透明電極を順に配置した構造の有機ＥＬ装置の場合には次のようなメリットがある。すなわち、基板としてＳｉ基板を用いればＳｉ基板上に素子を形成することができるので、高精細のマイクロディスプレイを造ることができる。
【０００９】
また基板としてガラス基板を用いれば、ガラス基板上にｐ−ＳｉＴＦＴを形成したアクティブマトリックス駆動方式の有機ＥＬ装置を造る時に発光面をガラス基板の反対側に置くことができるのでｐ−ＳｉＴＦＴによる開口率の低下を避けることができる。これらの利点があるため基板上に金属電極である陰極を配置し、対向電極に透明電極である陽極を配置した構造の有機ＥＬ装置を安定に製造することは非常に有益である。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−２９４３７７号公報
【非特許文献１】Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ  ａｎｄ  Ｗ．Ｇ．ＶａｎＳｌｙｋｅ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ，Ｌｅｔｔ．５１，９１３（１９８７））
【非特許文献２】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６８（１９），６  Ｍａｙ  １９６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記のようにガラス基板、或いはＳｉ基板上に金属電極（陽極）を形成し、対向電極として透明導電膜の陽極を形成した構造を持つ有機ＥＬ装置は、上述したような多くの利点を有するが、これを歩留まりよく製造することは非常に困難であった。例えば銅フタロシアニン等の有機保護膜で有機ＥＬ層をプラズマや高速粒子から保護するには不十分であった。
また基板及びターゲット間の距離を十分にとってプラズマの有機ＥＬ層への影響を極力無くす成膜方法は有機ＥＬ層へのダメージ保護が不十分であると共に、膜の密着性や機械的強度も不十分であった。例えば、有機ＥＬ層へのダメージはショートの原因となって致命的である。またショートに到らないような場合でも有機ＥＬ層へのダメージは駆動電圧の上昇、発光輝度の低下を招くのみならず、有機ＥＬ装置は電流駆動型の発光素子であることから駆動中の発熱によるストレスや電流による膜の破壊も引き起こされてしまう。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、歩留まり良く製造することが可能な構造の有機ＥＬ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に係る発明は、基板上に、金属膜よりなる陰極と、有機エレクトロルミネセンス層と、透明導電膜よりなる陽極とを順次形成してなる有機エレクトロルミネセンス装置において、前記陽極と前記有機エレクトロルミネセンス層との間に、無機硫化物膜を含む保護層を有することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の有機ＥＬ装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
陽極と有機エレクトロルミネセンス層との間に、無機硫化物膜を含む保護層を介在させるように形成したので、上記陽極の例えばスパッタによる成膜時に、上記保護層により有機ＥＬ層が保護され、これにより、製品の歩留まりを高くできるのみならず、製品の信頼性も向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る有機エレクトロルミネセンス装置（有機ＥＬ装置）の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る有機ＥＬ装置の部分拡大断面図、図２は図１に示す装置例の平面図である。図１に示すように、この有機ＥＬ装置２０は、ガラス板やＳｉウエハ等の半導体ウエハよりなる基板２２を有している。そして、この基板２２上には、例えばアルミニウム等の金属膜よりなる陰極２４と、上記陰極２４からの電子の注入を行い易くするためのバッファ層２５と、電圧の印加によって光を発することができる有機ＥＬ層２６と、ＩＴＯ等の透明導電膜よりなる陽極２８とがこの順序で順次積層して形成されている。上記有機ＥＬ層２６は、電子輸送層を兼用して実質的に光を発する発光層３２と、正孔輸送層３４とを順次積層して形成されている。そして、上記陽極２８と上記有機ＥＬ層２６の最上層の正孔輸送層３４との間に、本発明の特徴とする無機硫化物膜を含む保護層３６が介在させて形成されており、上記陽極２８の形成時に下層の有機ＥＬ層２６がダメージを受けないようにこれを保護し得るようになっている。
【００１５】
ここで上記基板２２としては、一例としてＳＴＮ（スーパーツイステッドネマチック）−ＬＣＤに使用されるソーダライムの研磨ガラス板が用いられる。またアルミニウムよりなる陰極２４の厚さは例えば５００Å程度である。上記バッファ層３０としては、例えばＬｉＦを用いることができ、この厚さは例えば５Å程度である。上記陰極２４及びバッファ層３０は、例えば抵抗加熱真空蒸着法により成膜される。
上記発光層３２としては、例えばα−ＮＰＤを用いることができ、その厚さは例えば５００Å程度である。また上記正孔輸送層３４としては例えばＡｌｇ３を用いることができ、その厚さは例えば５００Å程度である。そして、上記発光層３２及び正孔輸送層３４は例えば抵抗加熱真空蒸着法により成膜される。その時のプロセス条件は、真空圧力が共に５×１０−４Ｐａ程度、蒸着速度が共に２Å／ｓｅｃ程度である。
【００１６】
また上記保護層３６の無機硫化物膜としては、真空中で加熱した時に沸点温度までは分解しない無機硫化物材料が用いられ、具体的には、硫化銅や硫化錫や硫化鉛等を用いることができ、これらを単層で、或いは２層以上を重ね合わせるようにしてもよい。この保護層３６は、例えば抵抗加熱真空蒸着法により成膜される。この保護層３６の厚さは、５〜７０Åの範囲がよく、この厚さが５Åよりも小さい場合には保護機能が十分でなくて有機ＥＬ層２６にダメージが生じる恐れがあり、また厚さが７０Åよりも大きい場合には発光電圧が過度に大きくなってしまう。
【００１７】
また対向電極となる上記陽極２８としては、上述のようにＩＴＯ等の透明導電膜が用いられる。このＩＴＯよりなる陽極２８は例えばスパッタ法により成膜され、その厚さは５００Å程度である。その時のプロセス条件は、真空圧力が５ｍＴｏｒｒ（０．６７Ｐａ）、基板温度が常温、スパッタガスはＡｒ（９５％）＋Ｏ２ （５％）、ＲＦパワーは１００Ｗである。またターゲットサイズは４インチ、ターゲット及び基板間の距離は１００ｍｍである。ここで図２にも示すように、上記陰極２４とバッファ層２５は、例えばステンレスよりなる同じメタルマスクを用いて成膜し、発光層３２と正孔輸送層３４とは、陽極２８と陰極２４とがショートしないように別のマスクを用いて成膜する。図２中において、陽極２８と陰極２４とがクロスした中心部分の矩形状の領域から光Ｌ１が放出されてくることになる。この発光面積は例えば１０ｍｍ×１０ｍｍである。
【００１８】
次に、上記保護層３６について各種の材料を適用した場合の評価を行ったので、その評価結果について説明する。
＜実施例１＞
この実施例１では保護層３６の無機硫化物膜として硫化銅を用いた。この硫化銅を、５×１０−４Ｐａの真空度、０．５Å／ｓｅｃの成膜速度で２０Åの厚さで成膜した。成膜した硫化銅の組成を分析したところ、銅成分が８０ａｔ％で、イオウ成分が２０ａｔ％であった。この時の有機ＥＬ装置の製品の歩留まりは略９５％であり、また発光開始の閾値電圧Ｖｔｈは略５Ｖ（ボルト）であり、共に良好な結果であった。
【００１９】
＜実施例２＞
この実施例２では保護層３６の無機硫化物膜として硫化錫を用いた。この硫化錫を、５×１０−４Ｐａの真空度、０．５Å／ｓｅｃの成膜速度で２０Åの厚さで成膜した。成膜した硫化錫の組成を分析したところ、錫成分が７５ａｔ％で、イオウ成分が２５ａｔ％であった。この時の有機ＥＬ装置の製品の歩留まりは略８０％であり、また発光開始の閾値電圧Ｖｔｈは略４Ｖ（ボルト）であり、共に良好な結果であった。
【００２０】
＜実施例３＞
この実施例３では保護層３６の無機硫化物膜として硫化銅と硫化錫との２層構造を用いた。この硫化銅と硫化錫とを、５×１０−４Ｐａの真空度、０．５Å／ｓｅｃの成膜速度でそれぞれ成膜して全体で２０Åの厚さとした。この時、硫化銅の厚さは１５Å、硫化錫の厚さは５Åにそれぞれ設定した。この時の有機ＥＬ装置の製品の歩留まりは略９５％であり、また発光開始の閾値電圧Ｖｔｈは略４Ｖ（ボルト）であり、共に良好な結果であった。
【００２１】
次に、比較例について評価を行ったので、その評価結果について説明する。
＜比較例１＞
この比較例１では保護層３６を設けないで、有機ＥＬ層上に直接的にＩＴＯよりなる陽極を成膜した。この時の有機ＥＬ装置の製品の歩留まりは略１０％であり、歩留まりの大幅な低下を生じてしまって好ましくなかった。
＜比較例２＞
この比較例２では保護層３６として有機材料である銅フタロシアニンを用いた。この硫化銅を、５×１０−４Ｐａの真空度、０．５Å／ｓｅｃの成膜速度で１００Åの厚さで成膜した。この時の有機ＥＬ装置の製品の歩留まりは略６０％であり、この場合にも、歩留まりをかなり低下させてしまって好ましくなかった。
【００２２】
以上の結果をまとめると、硫化銅の保護層３６は歩留まりを著しく改善し、硫化錫の保護層３６は歩留まりが比較的良くなり、発光開始電圧が硫化銅に比べて低下させることができた。更に硫化錫と硫化銅の積層構造よりなる保護層３６は歩留まりを改善すると共に、発光開始電圧を下げることができた。このように本発明によれば、歩留まりが良く、信頼性が高い、素子性能の優れた有機ＥＬ装置を提供することができる。
尚、本実施例で説明した有機ＥＬ層２６の構造は単に一例を示しただけであり、この構造に限定されないのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る有機ＥＬ装置の部分拡大断面図である。
【図２】図１に示す装置例の平面図である。
【図３】代表的な低分子系の従来の有機ＥＬ装置を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
２０…有機ＥＬ装置、２２…基板、２４…陰極（金属膜）、２５…バッファ層、２６…有機ＥＬ層、２８…陽極（ＩＴＯ）、３２…発光層（電子輸送層）、３４…正孔輸送層、３６…保護層。
【図１】
2005251645.tif 000003
【図２】
2005251645.tif 000004
【図３】
2005251645.tif 000005