(57)【要約】【課題】高効率及び長寿命の発光特性を実現し、欠陥の発生を抑制可能とした有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。【解決手段】陽極３の上に有機層５を形成する工程と、有機層４の上に金属薄膜９ａを形成し、この金属薄膜９ａを少なくとも酸素を含む雰囲気に晒して酸化させることにより、金属酸化物からなる絶縁層９を形成する工程と、絶縁層９の上に陰極４を形成する工程とを含み、絶縁層９を形成する工程において、雰囲気中の水分濃度を１ｐｐｍ以下とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極との間に少なくとも発光層を含む有機層が挟み込まれてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記陰極と前記有機層との間に前記陰極とは異なる材料の酸化物からなる絶縁層が設けられていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記絶縁層は、金属膜を成膜した後に酸化させた金属酸化膜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ッセンス素子。
【請求項３】
前記絶縁層の厚みが３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
陽極と陰極との間に少なくとも発光層を含む有機層が挟み込まれてなる有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、
前記陽極の上に前記有機層を形成する工程と、
前記有機層の上に金属膜を形成し、この金属膜を少なくとも酸素を含む雰囲気に晒して酸化させることにより、金属酸化膜からなる絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の上に前記陰極を形成する工程とを含み、
前記絶縁層を形成する工程において、前記雰囲気中の水分濃度を１ｐｐｍ以下とすることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項５】
前記金属膜は、前記陰極と異なる材料からなることを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子、若しくは請求項４又は５に記載の製造方法により作製された有機エレクトロルミネッセンス素子を備えることを特徴とする電子機器。
【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素子、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法、及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子という。）は、陽極と陰極との間に少なくとも発光層を含む有機層を挟み込み、陽極側から注入された正孔と、陰極側から注入された電子とを発光層内で再結合して、励起状態から失括する際に発光する現象を利用したものである。
【０００３】
ところで、有機ＥＬ素子として、ガラス基板の上に陽極が形成され、この陽極の上に例えば正孔輸送層と発光層と電子輸送層との３層からなる有機層が形成され、この電子輸送層の上に例えばフッ化リチウム（ＬｉＦ）からなる極薄い膜厚の絶縁層が蒸着法により形成され、この絶縁層の上に低仕事関数金属からなる陰極が形成されたものは、バイアス電圧を積極的に印加することで電子注入効率が向上することが知られている。したがって、このような構造を有する有機ＥＬ素子では、上述した絶縁層が介在しない従来の有機ＥＬ素子に比べて、発光開始電圧や発光効率の向上を図ることができる。 
【０００４】
また、このような有機ＥＬ素子において、電子輸送層の上に、膜厚１０ｎｍ以下のＭｇＡｇからなる金属膜を形成し、この金属膜をＯ２又はＯ３に晒して酸化させることにより絶縁層を形成する方法も提案されている（特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開２０００−４０５９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に記載される方法を用いた場合には、金属膜を酸化させる際に雰囲気中の水分の影響を受けてしまい、十分な発光特性や発光寿命が得られないことが本発明者の検証により確認された。すなわち、このような方法を用いて絶縁層を形成する場合には、水分が充分に除去された雰囲気で金属膜の酸化を行わないと、絶縁層上に形成される陰極が剥離したり、ダークスポットと呼ばれる欠陥が生じりするため、初期的には効率の良いものができたとしても、寿命の短いものとなってしまう。さらに、見栄えの良い有機ＥＬ素子を作製することは困難である。
【０００６】
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、高効率及び長寿命の発光特性を実現し、欠陥の発生を抑制可能とした有機エレクトロルミネッセンス素子、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法、及び電子機器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】
【０００７】
この目的を達成するために、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極と陰極との間に少なくとも発光層を含む有機層が挟み込まれてなり、陰極と有機層との間に陰極とは異なる材料の酸化物からなる絶縁層が設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、陰極と有機層との間に絶縁層を設けることで、陰極からの電子注入効率を高めることができ、また、この絶縁層が陰極と異なる材料の酸化物からなることで、陰極に対する材料選択の幅を広げることができ、その結果、長寿命且つ発光効率に優れた有機ＥＬ素子を得ることができる。
【０００８】
また、前記絶縁層は、金属膜を成膜した後に酸化させた金属酸化膜からなることが好ましい。
この場合、陰極と有機層との間に金属酸化膜からなる絶縁層を設けることで、真空蒸着による成膜が困難な酸化物を絶縁層として採用することができ、信頼性の高い有機ＥＬ素子を得ることができる。
【０００９】
また、前記絶縁層の厚みは、３０ｎｍ以下であることが好ましい。
この場合、陰極からの電子注入効率を高めることができ、長寿命且つ発光効率に優れた有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００１０】
一方、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、陽極の上に有機層を形成する工程と、有機層の上に金属膜を形成し、この金属膜を少なくとも酸素を含む雰囲気に晒して酸化させることにより、金属酸化膜からなる絶縁層を形成する工程と、絶縁層の上に陰極を形成する工程とを含み、絶縁層を形成する工程において、雰囲気中の水分濃度を１ｐｐｍ以下とすることを特徴とする。
この方法によれば、雰囲気中の水分濃度を１ｐｐｍ以下とすることで、素子の劣化を抑制し、信頼性の高い有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００１１】
また、前記金属薄膜は、前記陰極と異なる材料からなることが好ましい。
この場合、陰極に対する材料選択の幅を広げることができ、その結果、長寿命且つ発光効率に優れた有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００１２】
一方、本発明に係る電子機器は、前記有機エレクトロルミネッセンス素子又は前記製造方法により作製された有機エレクトロルミネッセンス素子を備えることを特徴とする。
この場合、高効率及び長寿命の発光特性を実現し、欠陥の発生を抑制可能とした有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の説明では図面を用いて各種の構造を例示するが、これらの図面に示される構造は特徴的な部分を分かり易く示すために実際の構造に対して寸法等を異ならせている。
【００１４】
（有機ＥＬ素子）
先ず、本発明を適用した有機ＥＬ素子について説明する。
図１に示すように、本発明を適用した有機ＥＬ素子１は、基板２上に、陽極３と、陰極４と、これら陽極３と陰極４との間に挟み込まれた有機層５とを備えている。また、有機層５は、正孔輸送層６と発光層７と電子輸送層８とを有している。さらに、陰極４と有機層５との間には、絶縁層９が設けられている。すなわち、この有機ＥＬ素子１は、基板２側から順に、陽極３と、正孔輸送層６と、発光層７と、電子輸送層８と、絶縁層９と、陰極４とが積層された構造を有している。
【００１５】
基板２は、光を透過可能な透明あるいは半透明材料、例えば、透明なガラス、石英、サファイア、あるいはポリエステル、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリエーテルケトンなどの透明な合成樹脂などによって形成されている。
【００１６】
陽極３は、印加された電圧によって正孔を正孔輸送層６に注入するものであり、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）などの透明導電膜により形成されている。
【００１７】
陰極４は、発光層７へ効率的に電子注入を行うことができる仕事関数の低い金属、例えばアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）又はカルシウム（Ｃａ）等の金属材料から形成されている。また、これらの金属材料を２種以上含むものであってもよく、異なる金属材料を積層したものであってもよい。
【００１８】
正孔輸送層６は、陽極３の正孔を発光層７に輸送・注入するためのものであり、例えばポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロールなどを用いることができる。更に具体的には、３，４−ポリエチレンジオシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）などを用いることができる。
【００１９】
発光層７は、陽極３から正孔輸送層６を経て注入された正孔と、陰極４から注入された電子とを結合して蛍光を発生させる機能を有する。この発光層７を形成する材料としては、蛍光あるいは燐光を発光することが可能な公知の発光材料を用いることができる。例えば、ポリフルオレン誘導体（ＰＦ）、（ポリ）パラフェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ）、ポリフェニレン誘導体（ＰＰ）、ポリパラフェニレン誘導体（ＰＰＰ）、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、ポリチオフェン誘導体、ポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）などのポリシラン系などを用いることができる。
【００２０】
電子輸送層８は、発光層７に電子を注入する役割を果たすものである。この電子輸送層８を形成する材料としては、例えばオキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン及びその誘導体、ベンゾキノン及びその誘導体、ナフトキノン及びその誘導体、アントラキノン及びその誘導体、テトラシアノアンスラキノジメタン及びその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン及びその誘導体、ジフェノキノン誘導体、８−ヒドロキシキノリン及びその誘導体の金属錯体などを用いることができる。
【００２１】
絶縁層９は、陰極４からの電子注入効率を高めるためのものである。絶縁層９を形成する材料としては、例えばストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、リチウム（Ｌｉ）等の金属材料の酸化物を用いることができる。具体的には、これらの金属材料を蒸着法により有機層５上に成膜し、この有機層５上に成膜された金属膜を酸素（Ｏ）を含む雰囲気に晒すことで酸化させた金属酸化膜からなる。なお、金属膜は、上述した金属材料を２種以上含むものであってもよい。
【００２２】
また、絶縁層９は、陰極４とは異なる材料の酸化物、すなわち陰極４とは異なった金属酸化膜からなることが好ましい。絶縁層９は、陰極４と同じ材料の酸化物に限らず、陰極４とは異なる材料の酸化物とすることで、陰極４に対する材料選択の幅を広げることができる。すなわち、陰極４には、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色に対応する発光層７に対して最適な材料が存在しており、このような材料の選択の幅を広げることによって、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色に対して優れた発光特性を得ることができる。
【００２３】
また、絶縁層９の厚みは、３０ｎｍ以下であることが好ましい。絶縁層９の厚みが３０ｎｍ以下を超えると、電子のトンネル注入が困難となり、陰極４からの電子注入効率が悪くなる。なお、絶縁層９の厚みの下限については、このような電子の注入効果が得られる範囲であればよい。なお、絶縁層９の厚みについて、例えば、有機層５が低分子の場合には５Å程度であり、有機層５が高分子の場合には４０Å程度である。
【００２４】
以上のような構造を有する有機ＥＬ素子１では、いわゆるボトムエミッション型として、この有機ＥＬ素子１が発する光を基板２側から取り出すことができる。すなわち、この有機ＥＬ素子１では、陽極３側から注入された正孔と、陰極４側から注入された電子とを発光層７内で再結合することにより発光し、透明な基板２を通して光が外部に放出される。
【００２５】
ところで、本発明を適用した有機ＥＬ素子１では、陰極４と有機層５との間に絶縁層９を設けることで、陰極４からの電子注入効率を高めることができ、また、この絶縁層９が陰極４と異なる材料の酸化物からなることで、陰極４に対する材料選択の幅を広げることができる。その結果、長寿命且つ発光効率に優れた有機ＥＬ素子１を得ることができる。
【００２６】
（有機ＥＬ素子の製造方法）
次に、本発明を適用した有機ＥＬ素子の製造方法について説明する。
本発明を適用した有機ＥＬ素子１を製造する際は、先ず、図２（ａ）に示すように、透明な基板２上に、透明導電膜を所定の形状にパターニングした陽極３を形成する。なお、この陽極３のパターニングには、透明導電膜を成膜した後に、フォトリソグラフィー技術及びエッチング（ドライエッチング又はウェットエッチング）技術を用いることができる。次に、この陽極３上に、正孔輸送層６、発光層７及び電子輸送層８を順次積層して有機層４を形成する。次に、この有機層５（電子輸送層８）上に、厚み３０ｎｍ以下の金属膜９ａを蒸着により成膜する。なお、この金属膜９ａの成膜に際しては、所望のパターンが形成されたハードマスクを用いることができる。 
【００２７】
次に、図２（ｂ）に示すように、この金属膜９ａが成膜された基板２を酸素（Ｏ）を含む雰囲気に晒して金属膜９ａを酸化させることにより、その金属酸化膜からなる絶縁層９を形成する。具体的に、この絶縁層９は、真空蒸着機（チャンバ）内に酸素（Ｏ２）やオゾン（Ｏ３）を導入することによって金属膜９ａを酸化させる方法、或いは真空蒸着機内から基板２を一旦取り出し、別のチャンバ内で基板２を酸素雰囲気（又は大気雰囲気）に晒して金属膜９ａを酸化させる方法等を用いて形成することができる。
【００２８】
次に、図２（ｃ）に示すように、この絶縁層９が形成された基板２上に、ハードマスクを用いて、所定の膜厚になるまで金属膜の蒸着を行い、陰極４を形成する。以上の工程を経ることによって、上記有機ＥＬ素子１を得ることができる。 
【００２９】
本発明を適用した有機ＥＬ素子１の製造方法では、上述した絶縁層９の形成工程において、金属膜９ａを酸化させる際に水分の影響を受けることがないよう上記雰囲気中の水分濃度を１ｐｐｍ以下としている。すなわち、本発明では、水分が充分に除去された雰囲気下で金属膜９ａを酸化させる。これにより、絶縁層９上に形成される陰極４が剥離したり、ダークスポットと呼ばれる欠陥が生じりするのを防ぐことができる。特に、Ｃａなどの金属膜９ａの場合、その酸化物（ＣａＯ）が水（Ｈ２Ｏ）と反応すると、水酸化物（Ｃａ（ＯＨ）２）となり、上述した絶縁層９としての機能を大幅に低下させることになる。したがって、本発明のように、水分濃度を１ｐｐｍ以下の酸素雰囲気下で金属膜９ａの酸化を行うことで、陰極４からの電子注入効率を高めた絶縁層９を形成することができ、最終的に長寿命且つ発光効率に優れた有機ＥＬ素子１を得ることができる。
【００３０】
以上のように、本発明を適用した有機ＥＬ素子１の製造方法では、絶縁層９となる金属膜９を酸化させる際に、酸素を含む雰囲気中の水分濃度を１ｐｐｍ以下とすることで、素子の劣化を抑制し、信頼性の高い有機ＥＬ素子１を得ることができる。
【００３１】
（電子機器）
次に、本発明を適用した電子機器の一例について説明する。
図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の電子機器の実施形態を示している。
本例の電子機器は、何れも上記有機ＥＬ素子１を表示手段として備えている。
図３（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図３（ａ）において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記有機ＥＬ素子１を用いた表示部を示している。
図３（ｂ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図３（ｂ）において、符号１１００は時計本体を示し、符号１１０１は上記有機ＥＬ素子１を用いた表示部を示している。
図３（ｃ）は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図３（ｃ）において、符号１２００は情報処理装置、符号１２０２はキーボードなどの入力部、符号１２０４は情報処理装置本体、符号１２０６は上記有機ＥＬ素子１を用いた表示部を示している。
図３（ａ）〜（ｃ）に示す電子機器は、上記有機ＥＬ素子１を備えているので、高効率及び長寿命の発光特性を有すると共に、欠陥発生が抑制された表示部を備えた電子機器を実現できる。
【００３２】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
【００３４】
（実施例１）
実施例１では、先ず、陽極として、ＩＴＯ膜がパターニングされたガラス基板を超純水に浸して超音波洗浄を行った後に、ＩＴＯ膜の表面処理として大気プラズマ処理を行った。次に、正孔輸送層として、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ膜を大気雰囲気中でスピンコート方法により成膜した後に、この膜中に含まれる水分を除去するため、１８０℃の大気雰囲気下で１５分間加熱処理を行った。次に、発光層として、ポリフルオレン誘導体膜を大気雰囲気中でスピンコート方法により成膜した後に、この膜中に含まれる有機溶媒を除去するため、１８０℃の不活性ガス雰囲気下で２０分加熱処理を行った。次に、絶縁層として、膜厚４ｎｍのＳｒ膜を真空蒸着機により成膜した後に、水分濃度１ｐｐｍ以下の真空蒸着機内に酸素濃度２０％の雰囲気に基板を晒してＳｒＯ膜を形成した。次に、陰極として、膜厚１０ｎｍのＣａ膜と、この上に膜厚２００ｎｍのＡｌ膜とを形成した。以上の工程を経ることにより、実施例１の有機ＥＬ素子を作製した。
【００３５】
（比較例１）
比較例１では、先ず、陽極として、ＩＴＯ膜がパターニングされたガラス基板を超純水に浸して超音波洗浄を行った後に、ＩＴＯ膜の表面処理として大気プラズマ処理を行った。次に、正孔輸送層として、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ膜を大気雰囲気中でスピンコート方法により成膜した後に、この膜中に含まれる水分を除去するため、１８０℃の大気雰囲気下で１５分間加熱処理を行った。次に、発光層として、ポリフルオレン誘導体膜を大気雰囲気中でスピンコート方法により成膜した後に、この膜中に含まれる有機溶媒を除去するため、１８０℃の不活性ガス雰囲気下で２０分間加熱処理を行った。次に、陰極として、膜厚１０ｎｍのＣａ膜と、この上に膜厚２００ｎｍのＡｌ膜とを形成した。以上の工程を経ることにより、比較例１の有機ＥＬ素子を作製した。
【００３６】
（比較例２）
比較例２では、先ず、陽極として、ＩＴＯ膜がパターニングされたガラス基板を超純水に浸して超音波洗浄を行った後に、ＩＴＯ膜の表面処理として大気プラズマ処理を行った。次に、正孔輸送層として、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ膜を大気雰囲気中でスピンコート方法により成膜した後に、この膜中に含まれる水分を除去するため、１８０℃の大気雰囲気下で１５分間加熱処理を行った。次に、発光層として、ポリフルオレン誘導体膜を大気雰囲気中でスピンコート方法により成膜した後に、この膜中に含まれる有機溶媒を除去するため、１３０℃の不活性ガス雰囲気下で２０分加熱処理を行った。次に、絶縁層として、膜厚４ｎｍのＣａ膜を真空蒸着機により成膜した後に、湿度４０％程度の大気雰囲気に基板を晒してＣａＯ膜を形成した。次に、陰極として、膜厚１０ｎｍのＣａ膜と、この上に膜厚２００ｎｍのＡｌ膜とを形成した。以上の工程を経ることにより、比較例２の有機ＥＬ素子を作製した。
【００３７】
そして、これら実施例１及び比較例１，２の有機ＥＬ素子について、発光輝度、発光効率及び寿命特性を調べた実験結果を表１に示す。なお、表１中において、発光輝度は、両電極間に６Ｖの電圧を印加した場合の値（ｃｄ／ｍ２）を示し、発光効率は、最大電流効率（ｃｄ／Ａ）を示し、寿命特性は、比較例１を基準（１．０）とした場合の相対値を示す。
【００３８】
【表１】
2007235007.tif 000003
【００３９】
表１に示すように、比較例２の有機ＥＬ素子では、比較例１の有機ＥＬ素子よりも発光効率が大幅に向上したものの、寿命特性が大幅に低下することがわかった。これは、Ｃａ膜を水分が存在する大気中に暴露して酸化させたために、その酸化膜であるＣａＯ膜が水分を吸着してしまい、寿命特性に悪影響を与えたものと考えられる。一方、実施例１の有機ＥＬ素子１では、比較例２の有機ＥＬ素子と同様に発光効率が向上することがわかった。さらに、実施例１の有機ＥＬ素子１では、水分濃度を１ｐｐｍ以下とした酸素雰囲気中でＳｒを酸化させることによって、その酸化膜であるＳｒＯ膜の水分による悪影響を抑え、寿命特性が大幅に向上することがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明を適用した有機ＥＬ素子の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す有機ＥＬ素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図３】本発明を適用した電子機器の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…有機ＥＬ素子  ２…基板  ３…陽極  ４…陰極  ５…有機層  ６…正孔輸送層  ７…発光層  ８…電子輸送層  ９…絶縁層  ９ａ…金属薄膜
【図１】
2007235007.tif 000004
【図２】
2007235007.tif 000005
【図３】
2007235007.tif 000006