(57)【要約】【課題】  正孔を効率良く正孔輸送層へ注入する機能およびＥＬ発光層で発せられた光を取り出すための光透過性、さらには電極として機能するための電気伝導性に優れた透明導電膜からなる陽極を備えた有機ＥＬ表示素子を提供する。【解決手段】  透明基板、透明な陽極、正孔輸送層、発光層および陰極を備えた有機ＥＬ素子であって、  前記透明な陽極は、実質的にインジウムおよびジルコニウムおよび酸素からなる透明導電膜であることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板、透明な陽極、正孔輸送層、発光層および陰極を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記透明な陽極は、実質的にインジウムおよびジルコニウムおよび酸素からなる透明導電膜であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示素子。
【請求項２】
前記透明導電膜は、０．５〜８原子％のジルコニウム、４０〜５５原子％のインジウムおよび残部が実質的に酸素からなる組成を有することを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ表示素子は赤、緑、青の各発光色が得られる有機固体に陽極および陰極の各電極からそれぞれキャリアである正孔および電子を注入し、その注入された正孔および電子が再結合する際に発光する現象を利用して表示を行う素子である。有機ＥＬ表示素子は、ガラス基板上に形成された透明導電膜を陽極とし、その上に正孔輸送層、ＥＬ発光層、電子輸送層、陰極の順で形成した構造をとり、ＥＬ発光層で得られた発光を透明導電膜である陽極側から取り出す。前記陽極に用いられる透明導電膜材料としては、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）などがあるが、正孔の注入効率、膜抵抗の低さからＩｎ2Ｏ3に錫をドープしたインジウム錫酸化膜（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ膜）が通常用いられている。
【０００３】
前記有機ＥＬ表示素子の発光特性を向上させる観点から、陽極である透明導電膜には正孔を効率良く正孔輸送層へ注入する機能およびＥＬ発光層で発せられた光を取り出すための光透過性、さらには電極として機能するための電気伝導性に優れていることが要求される。正孔輸送層への正孔注入機能の指標としては、仕事関数が用いられる。仕事関数とは、固体表面から真空中に電子を取り出すために必要とする最小限のエネルギーであり、真空中の静止自由電子の準位を基準として測定したフェルミ準位の深さに相当する。高い正孔注入効率を得るためには、高い仕事関数が得られる材料を陽極として用い、陽極／正孔輸送層界面の電位障壁を小さくすることが有効となる。通常、陽極に用いられる前記ＩＴＯ膜は光透過性と電気伝導性に対しては優れた性能を有しているものの、仕事関数は４．８ｅＶ程度であり、有機ＥＬ素子の発光特性向上にはさらに高い仕事関数が得られる陽極材料が必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、正孔を効率良く正孔輸送層へ注入する機能およびＥＬ発光層で発せられた光を取り出すための光透過性、さらには電極として機能するための電気伝導性に優れた透明導電膜からなる陽極を備えた有機ＥＬ表示素子を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る有機ＥＬ表示素子は、透明基板、透明な陽極、正孔輸送層、発光層および陰極を備えた有機ＥＬ素子であって、
前記透明な陽極は、実質的にインジウムおよびジルコニウムおよび酸素からなる透明導電膜であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、従来のＩＴＯ膜と同等以上の導電性および光透過性を有し、さらに高い仕事関数を有する透明導電膜からなる陽極を備え、高効率かつ長寿命の優れた発光特性を有する有機ＥＬ表示素子を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明に係る有機ＥＬ表示素子を図面を参照して詳細に説明する。
【０００８】
本発明に係る有機ＥＬ表示素子は、図１に示すようにガラス基板１上に透明導電膜からなる陽極２、正孔輸送層３、ＥＬ発光層４、電子輸送層５および陰極６をこの順序で形成した構造を有する。
【０００９】
前記透明導電膜は、実質的にインジウムおよびジルコニウムおよび酸素からなる。この透明導電膜は、具体的には酸化インジウム（ＩｎＯx；例えばＩｎ2Ｏ3）に4価の価数をもつＺｒをドープしたインジウム−ジルコニウム酸化膜から構成される。
【００１０】
前記透明導電膜であるインジウム−ジルコニウム酸化膜は、インジウム錫酸化膜（ＩＴＯ膜）と同等以上の透明性および電気伝導性を有する。ＩＴＯ膜は、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）に錫（Ｓｎ）をドープしたもので、透明導電膜材料であるＩｎ2Ｏ3にＳｎをドープすることで電気伝導のキャリアとなる電子を生成、増加させることにより高導電性を得ている。これは３価のＩｎ原子のサイトに４価のＳｎ原子が置換されることで1個の電子が生成されるメカニズムに起因している。前記インジウム−ジルコニウム酸化膜は、Ｓｎと同様に4価の価数をもつＺｒをＩｎ2Ｏ3から得られるＩｎＯx膜にドープした構成を有することから、ＩＴＯ膜同等以上の透明性および電気伝導性を実現できる。
【００１１】
前記インジウム−ジルコニウム酸化膜は、膜中のＺｒ含有量により光透過性、導電性、仕事関数などの特性が大きく変化する。導電性はキャリア電子濃度と電子移動度の積で表せ、上述したようにＺｒをドープすることによりキャリア電子を増加させる。このため、Ｚｎを適正量未満にすると、導電性の優れた透明導電膜を得ることが困難になる。一方、Ｚｎが適正量を超えて過剰にドープされると、ＺｒはＩｎと置換されず不純物として膜中に存在しキャリア電子の移動度を低下させるため、結果として導電性を劣化させる虞がある。また、Ｚｒの過剰のドープは膜中のＩｎやＺｒの金属成分の酸素に対する比率を高めるため光透過性の劣化も生じさせる虞がある。仕事関数については、Ｚｒの含有量の増加に伴って増大する傾向をとる。以上のことから、インジウム−ジルコニウム酸化膜中のＺｒ含有量が０．５〜８原子％、より好ましくは０．８〜４原子％、インジウム含有量が４０〜５５原子％、より好ましくは４５〜５０原子％であることが望ましい。
【００１２】
前記インジウム−ジルコニウム酸化膜は、例えばＩｎ2Ｏ3ターゲットをＤＣ放電させ、ＺｎＯ2ターゲットをＲＦ放電させる多元ターゲットの使用によるスパッタ成膜する方法を採用することができる。このＺｎＯ2ターゲットをＲＦ放電させてスパッタを行なう際、そのターゲットへの投入電力を変化させることによって、Ｚｎのドープ量を制御することが可能である。
【００１３】
以上、本発明に係る有機ＥＬ表示素子に用いる陽極を構成する透明導電膜は、実質的にインジウムおよびジルコニウムおよび酸素からなり、インジウム錫酸化膜（ＩＴＯ膜）と同等以上の透明性、電気伝導性、さらにＩＴＯ膜に比べて大きな仕事関数を有する。
【００１４】
前記透明導電膜は、酸化インジウム（ＩｎＯx；例えばＩｎ2Ｏ3）に4価の価数をもつＺｒをドープしたインジウム−ジルコニウム酸化膜から構成され、Ｚｒ含有量が０．５〜８原子％、インジウム含有量が４０〜５５原子％である時、透明性、電気伝導性に優れ、大きな仕事関数を発現できる。特に、Ｚｒ含有量が０．８〜４原子％、Ｉｎが４５〜５０原子％の時に仕事関数５ｅＶ以上、比抵抗２．３×１０-3Ω・ｃｍ以下、可視領域（波長４００〜７００ｎｍ）での光透過率８０％以上と良好な特性を有する透明導電膜が得られる。
【００１５】
このような特性を持つ透明導電膜からなる陽極は、その大きな仕事関数を有することから正孔を効率良く正孔輸送層へ注入することができ、かつＥＬ発光層で発せられた光を良好に透過してガラス基板から取り出すことができ、さらには電極として良好に機能させることができる。その結果、このような透明導電膜からなる陽極を備えた有機ＥＬ表示素子は高効率かつ長寿命などの優れた発光特性を有する。
【００１６】
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
（実施例１）
ガラス基板上にマグネトロンスパッタリングを用い、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）ターゲットと酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）ターゲットを同時に放電させることによりインジウム−ジルコニウム酸化膜を形成した。ターゲットサイズは、Ｉｎ2Ｏ3、ＺｒＯ2いずれも直径５インチであり、ガラス基板はコーニング社製商品名；１７３７の基板を用いた。使用したスパッタリング装置は、一つのチャンバー内に複数のスパッタカソードを有し、同一チャンバー内にてＩｎ2Ｏ3ターゲットとＺｒＯ2ターゲットを同時にスパッタ放電させることが可能となっている。Ｉｎ2Ｏ3ターゲットは、ＤＣ放電、ＺｒＯ2ターゲットはＲＦ放電とし、Ｉｎ2Ｏ3放電投入パワーをＤＣ４００Ｗに一定、ＺｒＯ2放電投入パワーをＲＦ０〜４００Ｗで変化させた。以下にスパッタリング条件の詳細を示す。
【００１７】
＜多元スパッタ条件＞
・スパッタガス：アルゴン（Ａｒ）、
・スパッタガス流量：２４ｓｃｃｍ、
・スパッタ圧力：０．５７Ｐａ、
・放電パワー：Ｉｎ2Ｏ3；ＤＣ４００Ｗ（放電電圧−２９５Ｖ、放電電流１．４Ａ）、
ＺｒＯ2；ＲＦ０Ｗ〜４００Ｗ、
・基板温度：室温、
・膜厚：８５ｎｍ。
【００１８】
前記スパッタリング条件にて形成したインジウム−ジルコニウム酸化膜において、ＺｒＯ2放電投入パワーと膜中のＺｒ含有量およびＺｒ／Ｉｎ組成比との関係を図２に示す。膜中元素の定量には、Ｘ線光電子分光装置（Surface Science Instruments社製商品名；ＳＳＸ−１００）を用いた。なお、測定を行う際には予め膜表面をＡｒイオンでスパッタし、表面汚染を除去して測定した。
【００１９】
（比較例１）
ガラス基板上に以下のスパッタリング条件によりＩＴＯ膜を形成した。使用したスパッタリング装置は、実施例１で用いたものと同じで、ターゲットには９０ｗｔ％Ｉｎ2Ｏ3−１０ｗｔ％ＳｎＯ2の焼結体ターゲットを用いた。
【００２０】
＜スパッタ条件＞
・スパッタガス：アルゴン（Ａｒ）＋酸素（Ｏ2）、
・スパッタガス流量：Ａｒ；２４ｓｃｃｍ、Ｏ2；０．５ｓｃｃｍ、
・スパッタ圧力：０．５７Ｐａ、
・放電パワー：ＤＣ５００Ｗ（放電電圧−２７０Ｖ、放電電流１．８５Ａ）、
・基板温度：室温、
・膜厚：１２０ｎｍ。
【００２１】
実施例１で成膜したインジウム−ジルコニウム酸化膜および比較例１で成膜したＩＴＯ膜の仕事関数および比抵抗を図３、光透過率を図４に示す。なお、仕事関数は大気圧光電子分光装置（理研計器製商品名；ＡＣ−１）を用いて測定した。比抵抗は、四探針抵抗測定器（共和理研製商品名Ｋ−７０５ＲＭ）により測定したシート抵抗と膜厚の積から算出した。光透過率は、分光光度計（オリンパス社製商品名；ＯＳＰ−ＳＰ１００）を用い、ガラス基板分の透過率を除いた膜のみの透過率を測定した。
【００２２】
図３および図４か明らかなように実施例１のインジウム−ジルコニウム酸化膜は比較例１のＩＴＯ膜に比べて比抵抗が同程度であるが、仕事関数が大きく、かつ光透過率が４００〜４５０ｎｍの短波長域でも高いことがわかる。
【００２３】
特に、実施例１のインジウム−ジルコニウム酸化膜においてＺｒＯ2ＲＦ放電パワーが２００Ｗのスパッタ条件のとき（Ｚｒ含有量；１．３５原子％、Ｉｎ含有量；４７．７８原子％）、比抵抗が最小の７．４×１０-4Ω・ｃｍとなり、このとき仕事関数は５．３７ｅＶ、光透過率は可視領域全体で８０％と良好な特性が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】有機ＥＬ表示素子の画素部の断面構造を示す図。
【図２】ＺｒＯ2放電投入パワーとインジウム−ジルコニウム酸化膜中のＺｒ含有量およびＺｒ／Ｉｎ組成比との関係を示す図。
【図３】実施例１のインジウム−ジルコニウム酸化膜および比較例１のＩＴＯ膜の仕事関数および比抵抗を示す特性図。
【図４】実施例１のインジウム−ジルコニウム酸化膜および比較例１のＩＴＯ膜の光透過率を示す特性図。
【符号の説明】
【００２５】
１…ガラス基板、２…陽極、４…ＥＬ発光層、６…陰極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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