(57)【要約】【課題】金属層および酸化物導電層を有する陰極を用いた有機ＥＬ素子の発光効率および信頼性を向上させる。【解決手段】有機ＥＬ素子１００は、陽極２と、透光性を有する陰極５と、陽極２と陰極５との間に形成された、少なくとも発光層４を含む有機ＥＬ層９とを備え、陰極５は、第１の金属を含む第１の金属層６と、第２の金属を含む第２の金属層７と、酸化物を含む酸化物導電層８とを前記有機ＥＬ層９の側からこの順に有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、
透光性を有する陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に形成され、少なくとも発光層を含む有機ＥＬ層と
を備え、
前記陰極は、第１の金属を含む第１の金属層と、第２の金属を含む第２の金属層と、酸化物を含む酸化物導電層とを前記有機ＥＬ層側からこの順に有する、有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記第２の金属の仕事関数は、前記第１の金属の仕事関数よりも大きい、請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記第２の金属層は、１０％以上の可視光透過率を有する、請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記第２の金属層は、前記第１の金属層の表面を略完全に覆っている、請求項１から３のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記第２の金属層の厚さが１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である、請求項１から４のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記第１の金属層および前記第２の金属層の厚さの合計が３５ｎｍ以下である、請求項１から５のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記酸化物導電層は前記酸化物を主成分としており、前記酸化物はインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）またはインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）である、請求項１から６のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
前記第２の金属は、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、ＡｕおよびＲｈからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属を含む、請求項１から７のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記酸化物導電層は、酸素ガスを含むスパッタガスを用いてスパッタリングによって形成されたものである、請求項１から８に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】
前記有機ＥＬ層は、高分子材料を含む溶液を用いて形成された有機層を含む、請求項１から９のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の有機ＥＬ素子と、
薄膜トランジスタと
を備えた表示装置。
【請求項１２】
陽極と、
透光性を有する陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に形成され、少なくとも発光層を含む有機ＥＬ層と
を備え、
前記陰極は、金属層と、前記金属層の酸化を抑制できる導電層と、酸化物を含む酸化物導電層とを前記有機ＥＬ層側からこの順に有する、有機ＥＬ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）素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、低電圧で駆動でき、また高輝度の発光が可能であることから、有機ＥＬ素子についての研究および開発が盛んに行われている。有機ＥＬ素子は、一般に、少なくとも一方が透光性を有する一対の電極で、有機材料を用いて形成された発光層を挟んだ構造を有している。一対の電極の間には、必要に応じて、ホ−ル注入輸送層、電子注入輸送層等が設けられる。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、例えば表示装置に用いることができる。表示装置の駆動方法には、単純マトリクス方式とアクティブマトリクス方式とがあるが、単純マトリクス方式の表示装置では、デューティー比の増大に応じて、各画素の瞬間輝度を高くする必要があるので、表示パネルが大型になると消費電力が増大するという問題がある。そこで、特に大型の表示パネルが必要な場合には、アクティブマトリクス方式が主に採用される。
【０００４】
有機ＥＬ素子を用いたアクティブマトリクス方式の表示装置は、複数の薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」と略すことがある）が形成された基板と、基板の上に形成された有機ＥＬ素子とを有している。ＴＦＴは、マトリクス状に配置された複数の画素ごとに形成されている。制御信号によって各画素のＴＦＴをＯＮ／ＯＦＦさせることにより、有機ＥＬ素子の発光状態を画素ごとに制御することができ、その結果、画像を表示できる。このような構成の表示装置には、有機ＥＬ素子からの光を、ＴＦＴが形成された面と反対側の基板表面から取り出す方式（ボトムエミッション方式）と、基板に形成されたＴＦＴおよび有機ＥＬ素子の上方から取り出す方式（トップエミッション方式）とがある。
【０００５】
ＴＦＴは、通常、ポリシリコン、アモルファスシリコン等からなる半導体層、金属からなる電極などを有しているが、このような半導体層や電極は十分な光透過性をもたない。そのため、ＴＦＴを介して光を取り出すボトムエミッション方式では、画素面積に対する発光面積の割合（開口率）が小さくなるという問題がある。有機ＥＬ表示装置では、画素毎の表示性能のばらつきを抑え、有機ＥＬ材料の劣化によるパネル表示輝度の変化をより低減できるという理由から、電流駆動方式が好適に採用されるが、電流駆動方式を採用すると、画素毎に４個のトランジスタが必要となる。よって、よりシンプルであるが画素毎の表示のばらつき等で劣る電圧駆動方式を採用した場合（各画素に２個のトランジスタ）と比べて、さらに開口率が小さくなる（非特許文献１）。
【０００６】
トップエミッション方式では、上記開口率の問題を防ぐことが可能ではある。しかし、この方式では、有機ＥＬ素子の上部電極は光透過性を有する必要がある。上部電極は、通常、光を透過できるように十分薄い金属膜からなる電子注入用電極（陰極）と、電子注入用電極の上に形成された透明導電膜との積層構造を有している。透明導電膜は、薄い金属膜である電子注入用電極を保護し、かつ配線抵抗を低減するために設けられている。この透明導電膜の形成には、通常、スパッタ、イオンプレーティング等の比較的高エネルギーの粒子を発生させる方法が使用されるので、下層にある電子注入用電極や発光層等にダメージを与え、その結果、素子特性が劣化するおそれがある。
【０００７】
透明導電膜を形成する際の下層へのダメージを防ぐために、上部電極の構造として、例えば、電子注入陰極層（金属膜）と非晶質透明導電膜との積層構造（特許文献１）や、低仕事関数絶縁層（ＬｉＯ2）／陰極（Ａｇ）／透明導電膜の積層構造（特許文献２）が開示されている。
【０００８】
しかしながら、これらの特許文献に開示された上部電極の構造には以下の問題点がある。
【０００９】
透明導電膜として、透光性、抵抗率の観点からインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）またはインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）を主成分として含む酸化物導電層が用いられる。ＩＴＯやＩＺＯからなる良好な酸化物導電層は、成膜装置内に酸素ガスを導入しながら形成されることが一般的である。一方、上部電極は有機ＥＬ層に電子を注入するための金属層を有しており、そのような金属層の材料としては、電子の注入効率を向上させるために仕事関数の小さい金属、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）等のアルカリ土類金属、アルカリ金属、インジウム（Ｉｎ）、あるいはこれらの金属を含む合金を用いることが多い。そのため、低仕事関数金属からなる金属層を形成し、これを下地として酸化物導電層を形成する場合、成膜装置内に導入される酸素ガスによって、低仕事関数金属が酸化されやすく、その結果、素子特性を劣化させるという問題点がある。また、酸素ガスを導入せずに、Ａｒガスのみを成膜装置内に導入しながら酸化物導電層を形成する場合でも、酸化物導電層は金属酸化物であるので、酸化物導電層に含まれる酸素によって低仕事関数金属が酸化されるため、素子特性が低下する可能性がある。
【００１０】
上述したように、特に低仕事関数金属からなる金属層の上にＩＴＯなどの酸化物導電層を形成する場合において、金属層の酸化が問題になるが、形成の順序に拘らず、金属層が酸化物導電層と接していると、金属層が酸化されることに伴う特性または信頼性の低下の問題がある。
【特許文献１】特開平１０−１６２９５９号公報
【特許文献２】特開２００１−８５１６３号公報
【非特許文献１】Shang-Li Chen et al. IDW '01, p.399
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、金属層および酸化物導電層を有する陰極を用いた有機ＥＬ素子において、有機ＥＬ素子の発光効率および信頼性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の有機ＥＬ素子は、陽極と、透光性を有する陰極と、前記陽極と前記陰極との間に形成され、少なくとも発光層を含む有機ＥＬ層とを備え、前記陰極は、第１の金属を含む第１の金属層と、第２の金属を含む第２の金属層と、酸化物を含む酸化物導電層とを前記有機ＥＬ層側からこの順に有する。
【００１３】
ある好ましい実施形態において、前記第２の金属の仕事関数は、前記第１の金属の仕事関数よりも大きい。
【００１４】
前記第２の金属層は、１０％以上の可視光透過率を有することが好ましい。
【００１５】
前記第２の金属層は、前記第１の金属層の表面を略完全に覆っていることが好ましい。
【００１６】
ある好ましい実施形態において、前記第２の金属層の厚さが１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【００１７】
前記第１の金属層および前記第２の金属層の厚さの合計が３５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
前記酸化物導電層は前記酸化物を主成分としており、前記酸化物はインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）またはインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）であってもよい。
【００１９】
前記第２の金属は、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、ＡｕおよびＲｈからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属を含んでもよい。
【００２０】
前記酸化物導電層は、酸素ガスを含むスパッタガスを用いてスパッタリングによって形成されたものであってもよい。
【００２１】
前記有機ＥＬ層は、高分子材料を含む溶液を用いて形成された有機層を含んでもよい。
【００２２】
本発明の表示装置は、上記のいずれかに記載の有機ＥＬ素子と、薄膜トランジスタとを備える。
【００２３】
本発明の他の有機ＥＬ素子は、陽極と、透光性を有する陰極と、前記陽極と前記陰極との間に形成され、少なくとも発光層を含む有機ＥＬ層とを備え、前記陰極は、金属層と、前記金属層の酸化を抑制できる導電層と、酸化物を含む酸化物導電層とを前記有機ＥＬ層側からこの順に有する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、有機ＥＬ素子の陰極において、第１の金属層と酸化物導電層との間に第２の金属層が設けられており、第１の金属層は酸化物導電層と直接接していないので、第１の金属層の酸化を抑制することができる。また、第１の金属層を形成した後に酸化物導電層を形成する場合には、酸化物導電層を形成する際における第１の金属層の酸化を抑制できる。
【００２５】
このように、第１の金属層の酸化が抑制されることから、第１の金属層の電子注入効率の低下を抑制でき、その結果、有機ＥＬ素子の発光効率を向上できる。また、有機ＥＬ素子の特性の劣化を抑制できるので、有機ＥＬ素子の信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図を参照しながら、本発明による有機ＥＬ素子の実施形態を説明する。
【００２７】
（実施形態１）
図１に示す有機ＥＬ素子１００は、基板１の上に順次形成された陽極２と、有機ＥＬ層９と、陰極５とを有している。本実施形態では、有機ＥＬ層９は発光層４およびホール輸送層３から形成されているが、有機ＥＬ層９は少なくとも発光層４を含んでいればよく、図１の構成に限定されない。本実施形態の有機ＥＬ素子１００では、発光層４からの光は陰極５の上方から取り出される（トップエミッション型）ため、陰極５は透光性を有している。陰極５は、有機ＥＬ層９の上に、第１の金属層６、第２の金属層７および酸化物を含む酸化物導電層８をこの順で積層した３層構造を有している。第１の金属層６は第１の金属、第２の金属層７は第２の金属をそれぞれ含んでいる。
【００２８】
図１の有機ＥＬ素子１００では、第１の金属層６と酸化物導電層８との間に第２の金属層７を配置することにより、酸化物導電層８を形成する際に第１の金属層６が酸化することを防止できる。従って、第１の金属層６の酸化に起因する有機ＥＬ素子の発光効率の低下を抑えることができる。本明細書では、「発光効率」は、有機ＥＬ素子に入力した電力に対する取り出し光の輝度（光束）とする。発光効率の低下を抑制できれば、要求される輝度を実現するために有機ＥＬ素子に入力される電力を小さくできる。従って、有機ＥＬ素子に印加する電流または電圧を低減できるので、有機ＥＬ素子の劣化を抑制でき、その結果、有機ＥＬ素子の信頼性を向上できる。また、有機ＥＬ素子を形成した後においても、第１の金属層６は酸化物導電層８と直接接していないことから、酸化物導電層８に含まれる酸素によって酸化され難い。そのため、第１の金属層６の抵抗が増大することや電子の注入効率の低下による有機ＥＬ素子の劣化を抑えることができ、有機ＥＬ素子の信頼性を向上できる。
【００２９】
第２の金属の仕事関数は、第１の金属の仕事関数よりも大きいことが好ましい。このように、第１の金属層６の材料として、仕事関数の小さい、すなわち電子注入効率の高い金属を用いつつ、第２の金属層７の材料として、仕事関数の大きい、すなわち酸化されにくい金属を用いることにより、第１の金属層６の電子注入効率を下げることなく第１の金属層６の酸化を防ぐことができる。第２の金属は、例えばＮｉ、Ｏｓ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、ＡｕおよびＲｈからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属を含む。
【００３０】
第２の金属層７は、酸化物導電層８を形成する際や形成した後において、第１の金属層６の酸化を抑制する機能を示し得るものであればよい。第２の金属層７は、１０％以上の可視光透過率を有することが好ましい。第２の金属層７が１０％以上の可視光透光性を有していると、透明な有機ＥＬパネルやトップエミッション構造の有機ＥＬパネルが実現可能となる。第２の金属層７は、第１の金属層６の表面を略完全に覆っていることが好ましい。これにより、第１の金属層６の酸化をより効果的に防止できる。なお、第２の金属層７は、第１の金属層６の表面を少なくとも部分的に覆っていれば、第１の金属層６の酸化を部分的に抑制できるので、例えば、第２の金属層７はポーラスな膜であってもよい。第２の金属層７の厚さは、好ましくは１０ｎｍ以上である。第２の金属層７の厚さが１０ｎｍ以上であれば、第１の金属層６の酸化をより確実に防止できる。一方、第２の金属層７の厚さが、好ましくは３０ｎｍ以下である。第２の金属層７の厚さが３０ｎｍを超えると、第２の金属層７の光吸収が大きくなり、可視光に対して十分な透光性を確保できないおそれがある。
【００３１】
また、第１の金属層６および第２の金属層７の厚さの合計は、３５ｎｍ以下であることが好ましい。これらの厚さの合計が３５ｎｍ以下であれば、透明な有機ＥＬパネルやトップエミッション構造の有機ＥＬパネルが実現可能となる。
【００３２】
酸化物導電層８は酸化物を主成分としている。例えば、酸化物導電層８は、微量の不純物を除いて実質的に略１００％の酸化物のみから形成される。
【００３３】
第２の金属層７の代わりに、第１の金属層６の酸化を防止する機能を示し得る、金属層以外の導電層（導電性酸化物からなる層など）を設けてもよい。または、そのような機能を有する絶縁層でもよい。絶縁層を用いる場合は、第１の金属層６と酸化物導電層８との導電性が保持されるように、絶縁層の厚さを十分に小さくするとよい。
【００３４】
有機ＥＬ層９は、高分子材料を用いた溶液から形成された有機層を含んでいてもよい。これにより、印刷法やインクジェット法等の真空を用いない薄膜形成法を使用できるので、より低いコストで有機ＥＬ素子を作製できる。
【００３５】
有機ＥＬ層９は発光層４を含んでいれば良く、単層構造を有していても多層構造を有していても良い。本実施形態における有機ＥＬ層９は、例えば下記の構成を有するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（１）有機発光層
（２）正孔輸送層／有機発光層
（３）有機発光層／電子輸送層
（４）正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層
（５）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層
有機ＥＬ層９に含まれる発光層４は、一層でもよいし、多層構造を有していてもよい。また、発光層４は、母体材料にドーパントをドープした層であってもよい。
【００３６】
発光層４に含まれる発光材料として、有機ＬＥＤ素子用の公知の発光材料を用いることができる。公知の発光材料は、低分子発光材料、高分子発光材料、高分子発光材料の前駆体等に分類することができる。それぞれの発光材料の具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらに限定されない。
【００３７】
低分子発光材料として、４、４’―ビス（２、２’―ジフェニルビニル）―フェニル（（ＤＰＶＢｉ）等の芳香族ジメチルジエン化合物、５―メチル−２―［２―［４―（５―メチル−２―ベンゾオキサジリル）フェニル］ビニル］ベンゾオキサゾール等のオキサジアゾール化合物、３―（４―ビフェニリル）―４―フェニル−５―ｔ―ブチルフェニルー１、２、４―トリアゾール（ＴＺＡ）等のトリアゾール化合物、１、４―ビス（２―メチスチリル）ベンゼン等のスチリルベゼン化合物、チオビラジンジオキシド誘導体、ベンゾキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、アントラキノン誘導体等の蛍光性有機材料、アゾメチン亜鉛錯体、（８―ヒドロキシノリナート）アルミニウム錯体等の蛍光性有機金属化合物等を用いることができる。
【００３８】
高分子発光材料としては、ポリ（２―デシルオキシー１、４―フェニレン）（ＤＯ−ＰＰＰ）、ポリ［２、５―ビス−［２―（Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリエチルアンモニウム）エトキシ］―１、４―フェニルーアルト−１、４―フェニルレン］ジブロマイド（ＰＰＰ−ＮＥｔ3+）、ポリ[２―（２'―エチルヘキシルオキシ）―５―メトキシー１、４―フェニレンビニレン]（ＭＥＨ−ＰＰＶ）等を用いることができる。
【００３９】
また、高分子発光材料の前駆体として、ポリ（Ｐ−フェニレンビニレン）前駆体（Ｐｒｅ−ＰＰＶ）、ポリ（Ｐ−ナフタレンビニレン）前駆体（Ｐｒｅ−ＰＮＶ）等を用いることができる。
【００４０】
発光層４は、公知の方法で形成できる。例えば、直接真空蒸着法、ＥＢ法、ＭＢＥ法等のドライプロセスを用いて、有機発光材料を堆積させることにより、発光層を形成できる。代わりに、有機発光材料を含む有機発光層形成用溶液を、スピンコート法、ドクターブレード法、吐出コート法、スプレーコート法、インクジェット法、凸版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法、マイクログラビアコート法等のウェットプロセスを用いて付与することにより、発光層を形成してもよい。
【００４１】
ウェットプロセスを用いる場合、有機発光層形成用溶液は、少なくとも１種類の発光材料を含有する溶液であればよく、２種類以上の発光材料を含有していてもよい。また、発光材料の他にレベリング剤、発光アシスト剤、添加剤（ドナー、アクセプター等）電荷輸送剤、発光性のドーパント等を含んでいてもよい。また、有機発光層形成用溶液の溶剤は、発光材料を溶解または分散できる溶剤であれば良く、例えば、純水、メタノール、エタノール、ＴＨＦ(テトラヒドロフラン)、クロロホルム、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン等であってもよい。
【００４２】
正孔輸送層および電子輸送層（合わせて「電荷輸送層」と呼ぶ）は、それぞれ単層構造を有していても良いし、多層構造を有していても良い。電荷輸送層は、例えば発光層の形成方法として上述したような公知の方法（ドライプロセス、ウェットプロセス）で形成できる。ウェットプロセスで電荷輸送層を形成する場合、電荷輸送層形成用溶液の溶剤は、電荷輸送材料を溶解または分散できる溶剤であれば良く、発光層形成用溶液の溶剤として上記に例示したような溶剤であってもよい。
【００４３】
電荷輸送層に含まれる電荷輸送材料として、公知の材料を用いることができる。以下にこれらの具体的な化合物を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４４】
正孔輸送層に含まれる正孔輸送材料として、例えば、ポルフィリン化合物、Ｎ，Ｎ’−ビス−（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス−（フェニル）−ベンジジン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＤ）等の芳香族第３級アミン化合物、ヒドラゾン化合物、キナクリドン化合物、スチルアミン化合物等の低分子材料、ポリアニリン、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンサルフォネート（ＰＥＤＴ／ＰＳＳ）、ポリ（トリフェニルアミン誘導体）、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＣｚ）等の高分子材料、ポリ（Ｐ−フェニレンビニレン）前駆体、ポリ（Ｐ−ナフタレンビニレン）前駆体等の高分子材料前駆体を用いることができる。
【００４５】
電子輸送層に含まれる電子輸送材料として、例えば、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ベンゾキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、フルオレノン誘導体等の低分子材料、ポリ［オキサジアゾール］等の高分子材料を用いることができる。
【００４６】
第１および陰極２、５は、以下に例示するような公知の電極材料から形成できる。
【００４７】
陽極（陽極）２は、例えば、Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｔのような仕事関数の大きな金属材料やＩＴＯ，ＩＺＯ，ＳｎＯ2のような導電性金属酸化物などの電極材料からなる層であっても良い。また、上記電極材料からなる層を含む多層構造を有していても良い。例えば、陽極２は、上記電極材料からなる層の有機ＥＬ層９の側に、この層の導電性を大きく妨げない程度の厚さ（例えば１ｎｍ程度）のＳｉＯ2層を設けた構造であってもよい。ＳｉＯ2層の表面は、有機発光層形成用溶液や電荷輸送層形成用溶液との親和性（濡れ性）に優れているため、ＳｉＯ2層の付加によって、陽極２と有機ＥＬ層９との密着性を向上できる。
【００４８】
陰極（陰極）５のうち有機ＥＬ層９と接する層（第１の金属層）６は、仕事関数の低い金属を少なくとも含有することが好ましく、第１の金属層６の材料として、Ｃａ、Ｃｅ、Ｙｂ、Ｃｓ、Ｒｂ、Ｂａ、Ａｌ、ＭｇとＡｇとの合金、ＡｌとＬｉとの合金等を用いることができる。陰極２のうち、第１の金属層６と酸化物導電層８との間に位置する層（第２の金属層）７は、化学的に比較的安定な金属、例えばＮｉ、Ｏｓ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ａｕ、Ｒｈを用いて形成されることが好ましい。これにより、第１の金属層６の酸化を抑制するだけでなく、第２の金属層７自体が酸化されたり、第２の金属層７と第１の金属層６とが反応したりしないので、陰極２の劣化を抑制できる。また、第２の金属層７は、可視光全域に渡って１０％以上の透過率を有することが好ましい。さらに、第１の金属層６の酸化を防止するためには、第２の金属層７は、第１の金属層６に対して優れた被覆性を有することが好ましい。例えば、電子ビーム蒸着法によって合成石英基板上に形成したＮｉ膜（厚さ：３５ｎｍ）は、可視光全域に渡って約１０％の透過率を示し、かつ、走査電顕による表面モフォロジ観測では島状形状を示さないことから、被覆性にも優れていることが確認された。上記の他の材料からなる膜も、程度の差は有るものの、良好な透過率および被覆性を有することが確認された。なお、本明細書では、「島状構造をとらない」膜は、一般的に連続した膜を広く含むものとし、例えば、ピンホールなどを有する膜やポーラスな膜であってもよい。第２の金属層７として、島状構造をとらない膜を形成するためには、形成方法や膜厚にもよるが、島状構造となりにくい材料を第２の金属層７の材料として選択することが好ましい。第２の金属層７の材料として、例えばＮｉ、Ａｌ等を用いると、厚さが小さくても島状構造をとらない膜を形成できることを上述の実験で確認している。また、一般に薄膜コーティングに用いられる材料（Ｏｓ、Ｐｄ等）も島状構造となりにくい材料であるため、第２の金属層７の材料として用いることができる。
【００４９】
図１の有機ＥＬ素子１００はトップエミッション型であるが、基板１としてガラス基板などの透明基板を用いることにより、発光層４からの光を基板１の下側から取り出すこともできる（ボトムエミッション）。この場合でも、第２の金属層７により第１の金属層６の酸化を防止することにより、上記と同様の効果が得られる。
【００５０】
陰極５は、第１および第２の金属層６、７および酸化物を含む導電層８を少なくとも１層ずつ含んでいればよく、各層は積層構造を有していてもよい。また、これらの層と機能の異なる他の層をさらに含んでいてもよい。
【００５１】
以下、本実施形態の有機ＥＬ素子の特性を評価した結果を説明する。
【００５２】
まず、実施例１の有機ＥＬ素子（図１）を作製する。
【００５３】
５ｃｍ角の絶縁性の基板１の上に、電子ビーム蒸着装置を用いて、ストライプ状のＰｔ電極（幅：２ｍｍ、長さ：５ｃｍ、厚さ：約１５０ｎｍ）２を形成する。次に、Ｐｔ電極２の上に、抵抗加熱蒸着法を用いてＮＰＤ（ホール輸送）層３（厚さ：約６０ｎｍ）およびＡｌｑ3（発光）層４（厚さ：約６０ｎｍ）をこの順に形成する。ＮＰＤ層３およびＡｌｑ3層４の形状は、いずれも３ｃｍ角とする。この後、以下に説明する方法で、ＭｇとＡｇとの合金層６、Ｎｉ層７およびＩＴＯ層８からなる透光性の陰極５を形成する。陰極５の形状は、Ｐｔ電極２と直交する方向に沿ったストライプ状（幅：２ｍｍ、長さ：５ｃｍ）とする。まず、第１の金属層として、厚さが約５ｎｍのＭｇとＡｇとの合金層６を形成する。ＭｇとＡｇとの合金層６の形成は、モル濃度比が約１０：１の割合になるようＭｇとＡｇとの蒸着レートを制御しながら、メタルマスクを用いて抵抗加熱共蒸着法で行う。続いて、第３の金属層として、Ｎｉ層７（厚さ：１０ｎｍ、透過率：６０％）を、ＭｇとＡｇとの合金層６と同じメタルマスクを用いて電子ビーム蒸着法で形成する。最後に、透明電極層として、ＭｇとＡｇとの合金層６およびＮｉ層と同じストライプパターンを有するＩＴＯ層８をＤＣスパッタ法で形成する。ＩＴＯ層８の厚さは１００ｎｍとする。ＤＣスパッタ法では、ターゲットとしてＩＴＯ焼結ターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒとＯ2の混合ガスを用いる。なお、ＭｇとＡｇとの合金層６、Ｎｉ層７およびＩＴＯ層８のいずれを形成する際にも、基板１の加熱は特に行わない。これにより、実施例１の有機ＥＬ素子が完成する。
【００５４】
次に、実施例１の有機ＥＬ素子と比較するために、図２に示すように、比較例１の有機ＥＬ素子を作製する。比較例１の有機ＥＬ素子は、陰極５がＮｉ層７を有さず、ＭｇとＡｇとの合金層６およびＩＴＯ層８のみからなる点以外は、実施例１の有機ＥＬ素子と同様の構成を有し、同様の方法で作製される。
【００５５】
上記で得られた実施例１および比較例１の有機ＥＬ素子のそれぞれに、Ｐｔ電極２が正、ＩＴＯ層８が負になるように直流電圧を印加すると、いずれの有機ＥＬ素子においても、発光層であるＡｌｑ3層４から緑色の発光が観察された。このとき、実施例１の有機ＥＬ素子では、ＩＴＯ層８の上部で観察されるＡｌｑ3層４からの光の輝度は、印加電圧：１０Ｖで１００ｃｄ／ｍ2であった。これに対し、比較例１の有機ＥＬ素子では、ＩＴＯ層８の上部で観察されるＡｌｑ3層４からの光の輝度は、印加電圧：１０Ｖで１０ｃｄ／ｍ2であり、実施例１の有機ＥＬ素子の輝度と比べて大幅に低下していた。この原因は以下のように考えられる。比較例１の有機ＥＬ素子では、ＩＴＯ層８の形成時に使用したスパッタガス中の酸素により、ＭｇとＡｇとの合金層６が部分的に酸化されて酸化物になり、その結果、陰極５の電子の注入効率が低下してしまう。そのため、発光層４において、十分な発光が得られない。一方、実施例１の有機ＥＬ素子では、ＩＴＯ層８の形成時に使用したスパッタガス中の酸素は、比較的安定なＮｉ層と反応せず、また、Ｎｉ層に阻まれてＭｇとＡｇとの合金層６に達しにくいので、ＭｇとＡｇとの合金層６とも反応し難い。すなわち、スパッタガス中の酸素は陰極５（特に、ＭｇとＡｇとの合金層６）にダメージを与えないので、陰極５は有機ＥＬ層９に高い効率で電子を注入できる。
【００５６】
(実施形態２)
以下、図３を参照して、上記有機ＥＬ素子を用いた表示装置の構成を説明する。
【００５７】
図３の表示装置２００では、アクティブマトリクス基板１０１の上に有機ＥＬ素子１００が形成されている。アクティブマトリクス基板１０１は、基板１と、基板１の上に画素ごとに形成された複数のＴＦＴと、これらのＴＦＴを覆う平坦化膜１４とを有している。各ＴＦＴは、ゲート電極１２と、ゲート電極１２の上にゲート絶縁膜１３を介して形成された島状半導体層（図示せず）と、島状半導体層の両端部をそれぞれ覆うように設けられたＴＦＴ電極（ソース、ドレイン電極）１０とを有している（ボトムゲート構造）。各ＴＦＴは、ソース配線１１’およびゲート配線１１と接続されている。平坦化膜１４には、各ＴＦＴのドレイン電極１０に達するスルーホール１５が設けられている。平坦化膜１４の上には、有機ＥＬ素子１００が形成されている。有機ＥＬ素子１００の陽極２は、平坦化膜１４の上およびスルーホール１５の内部に堆積された導電層をパターニングすることにより、画素ごとに形成されている。各陽極２は、対応するＴＦＴのドレイン電極１０とスルーホール１５を介して接続されている。これらの陽極２は、各陽極２のそれぞれのエッジ部およびスルーホール１５を覆うように形成された絶縁膜１６によって互いに絶縁されている。この陽極２および絶縁膜１６の上に、ホール注入層３ａ、発光層４、第１の金属層６、第２の金属層７および酸化物導電層８がこの順で形成されている。
【００５８】
図３の表示装置２００は、上記構成を有しているので、発光効率が高く、高精細で明るい表示を実現できる。また、有機ＥＬ素子１００における陰極５の劣化を抑えることができるので、信頼性が高い。
【００５９】
本発明による表示装置の構成は、上記に限定されない。例えば、ＴＦＴはトップゲート構造を有していても良い。有機ＥＬ素子１００の構成も上記に限定されず、図１を参照して説明したような様々な構成を適用できる。また、有機ＥＬ素子１００を用いて単純マトリクス方式の表示装置を構成することもできる。さらに、表示装置２００には、画素ごとに２個のＴＦＴを必要とする電圧駆動方式を採用してもよいし、画素ごとに４個のＴＦＴを必要とする電流駆動方式を採用してもよい。
【００６０】
以下、本実施形態の有機ＥＬ表示装置の特性を評価した結果を説明する。
【００６１】
まず、実施例２の有機ＥＬ表示装置（図３）を作製する。
【００６２】
絶縁性基板１の上に、半導体層としてポリシリコンを用いたＴＦＴを形成した後、基板１の表面の凹凸をなくすために平坦化膜１４で覆う。次に、平坦化膜１４の上および平坦化膜１４に設けたスルーホール１５の内部に、Ｎｉ電極（陽極）２を形成する。Ｎｉ電極２は、スルーホール１５によって、ＴＦＴのドレイン電極１０と接続されている。Ｎｉ電極２のうち平坦化膜１４の上に形成された部分の厚さは１５０ｎｍとする。この後、スルーホール１５およびＮｉ電極２のエッジ部を覆うようにＳｉＯ2膜を形成する。続いて、この基板に、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）の混合水溶液をスピンコート法により付与し、１５０℃で２０分間乾燥することにより、ホール注入層３ａを形成する。このとき、溶液の濃度、スピンコート時の回転数などを制御することにより、ホール注入層３ａの厚さを約６０ｎｍとする。次に、ホール注入層３ａと同様に、ポリフルオレン誘導体の溶液をスピンコート法で付与および乾燥することにより発光層４を形成する。発光層４の上には、透光性の陰極５として、Ｃａ層（厚さ：５ｎｍ）６、Ｏｓ層（厚さ：１０ｎｍ）７およびＩＴＯ層（厚さ：１５０ｎｍ）８を同じマスクを用いて順次形成する。本実施例では、Ｃａ層６は抵抗加熱蒸着法、Ｏｓ層７はプラズマコーティング法、およびＩＴＯ層８はスパッタ法を用いてそれぞれ形成する。Ｏｓ層７の透過率は５０％である。これにより、有機ＥＬ表示装置が得られる。
【００６３】
次に、実施例２と比較するために、比較例２の有機ＥＬ表示装置（図示せず）を作製する。比較例２の有機ＥＬ表示装置は、Ｃａ層（厚さ：１０ｎｍ）６およびＩＴＯ層（厚さ：１５０ｎｍ）８からなる陰極５を有している（すなわち、第２の金属層であるＯｓ層７を有していない）点以外は、実施例２の有機ＥＬ表示装置と同様の構成を有し、同様の方法で作製される。
【００６４】
実施例２および比較例２の表示装置のそれぞれにおいて、ＴＦＴに制御信号を印加すると、そのＴＦＴと同じ画素に位置する有機ＥＬ素子１００の発光層４に電圧が印加されて発光した。実施例２の表示装置では、有機ＥＬ素子１００への印加電圧が１０Ｖのとき、ＩＴＯ層８の上で観測された発光層４からの光の輝度は約１００ｃｄ／ｍ2であった。これに対し、比較例２の表示装置では、発光層４への電圧印加により発光は観測されたが、均一に発光する面積が小さかったため、輝度の測定が困難であった。
【００６５】
この原因は以下のように考えられる。比較例２における有機ＥＬ表示装置では、ＩＴＯ層８の形成時に使用した酸素ガスにより、Ｃａ層６が酸化されて絶縁層として機能するようになり、その結果、Ｃａ層６から有機ＥＬへ電子が注入され難くなる。そのため、発光層４において、十分な発光が得られない。一方、実施例２における有機ＥＬ素子１００では、実施例１で説明したように、Ｃａ層６は、ＩＴＯ層８の形成時に使用した酸素ガスによって酸化されないので、電極５は有機ＥＬ層９へ高い効率で電子を注入できる。従って、実施例２の表示装置では、高輝度の表示が安定して得られる。また、有機ＥＬ素子１００ごとの輝度のばらつきも小さく、高品位な表示が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明によれば、第１の金属層と酸化物導電層とを有する陰極における第１の金属層の酸化を抑制できるので、信頼性が高く、高効率な有機ＥＬ素子を提供できる。
【００６７】
本発明は、特にトップエミッション型の有機ＥＬ素子に好適に適用できる。また、このような有機ＥL素子をアクティブマトリクス方式の表示装置に用いると、時に顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明による実施形態の有機ＥＬ素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】比較例１の有機ＥＬ素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明による実施形態の有機ＥＬ表示装置の構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１      基板
２      陽極（陽極）
３      ホール輸送層
３ａ    ホール注入層
４      発光層
５      陰極（陰極）
６      第１の金属層
７      第２の金属層
８      酸化物導電層
９      有機ＥＬ層
１０    ソース、ドレイン電極
１１、１１’    配線
１２    ゲートメタル
１３    ゲート絶縁膜
１４    平坦化膜
１５    スルーホール
１６    絶縁膜
１００  有機ＥＬ素子
１０１  アクティブマトリクス基板
２００  有機ＥＬ表示装置
【図１】
2005071696.tif 000003
【図２】
2005071696.tif 000004
【図３】
2005071696.tif 000005