(57)【要約】【課題】焼成時の下部電極における欠陥発生を抑制する。【解決手段】ＴＦＴ基板１３０と、ＴＦＴ基板１３０上に形成された有機ＥＬ部１４０とを有する有機ＥＬ素子１００である。有機ＥＬ部１４０は、下部電極１１８と、下部電極１１８の上方に配され、有機発光材料を含む発光層を少なくとも含む機能層１２１と、機能層１２１の上方に配された上部電極１２３とを有し、下部電極１１８は、遷移金属含有金属層１１６と、遷移金属含有金属層１１６上に形成されたアルミニウム含有金属層１１７とを有し、アルミニウム含有金属層１１７の厚さは、２８０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板上に形成された有機ＥＬ部とを有し、
前記有機ＥＬ部は、下部電極と、前記下部電極の上方に配され、有機発光材料を含む発光層を少なくとも含む機能層と、前記機能層の上方に配された上部電極とを有し、
前記下部電極は、遷移金属含有金属層と、前記遷移金属含有金属層上に形成されたアルミニウム含有金属層とを有し、
前記アルミニウム含有金属層の厚さは、２８０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である
有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記遷移金属含有金属層の厚さは、４０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下である
請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記遷移金属含有金属層は、タングステン又はモリブデンを含む
請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記ＴＦＴ基板は、前記下部電極と電気的に接続された接続電極を有し、
前記接続電極は、銅を含む
請求項１から３の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記機能層は、遷移金属酸化物からなり、前記アルミニウム含有金属層上に形成されたホール注入層を有し、
前記アルミニウム含有金属層は、アルミニウムのほかにニッケル又はコバルトを含み、前記ホール注入層側の表面には、少なくとも一部に前記ニッケル又はコバルトが析出した状態でアルミニウムの酸化物層が形成されている
請求項１から４の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記アルミニウム含有金属層の前記ホール注入層側の表面において、前記ニッケル又はコバルトは、前記アルミニウムの金属酸化物層中に島状に存在している
請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記アルミニウム含有金属層は、前記遷移金属含有金属層の上に、アルミニウム、アルミニウムニッケル合金、又はアルミニウムコバルト合金をスパッタリングにより堆積させたのち焼成して形成されている
請求項１から６の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子に関し、特に、焼成による電極層における欠陥発生の抑制に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、有機材料の電界発光現象を利用した発光素子であり、有機ＥＬ表示装置は、ＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板上に配置された有機ＥＬ素子を含む有機ＥＬ部とを有する。有機ＥＬ部は、下部電極、上部電極、およびこれらの電極間に配置された有機発光材料を含む発光層を有する。
有機ＥＬ素子は、一般的に多層構造のデバイスである。トップエミッション型有機ＥＬ素子においては、下部電極にアルミニウム含有金属などの光反射性金属材料の層が使用される。この光反射性金属材料層とＴＦＴ基板との間の電気抵抗を下げるために、光反射性金属材料層の下に遷移金属含有金属層を配置して、下部電極を２層構造にする場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１９２４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
下部電極に使用されるアルミニウム含有金属は、抵抗率を低減させるために焼成などの高温処理が必要である。高温処理において、アルミニウム含有金属層および遷移金属含有金属層に大きな熱応力が発生し、これらの層間の線熱膨張率差によって、下部電極にボイド等の欠陥が生じることがある。ここで、ボイドとは、熱処理の際の熱応力により下部電極に生じた微小な穴および亀裂のことである。下部電極にボイドが生じると、その上に形成された発光層を含む機能層に段切れや膜厚の非常に薄い部分が発生し、上部電極と下部電極との間に短絡が生じたり、膜厚の非常に薄い部分に電流が集中して劣化が促進されたりして、滅点が発生するといった問題が誘発される。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、熱処理による下部電極におけるボイド等の欠陥の発生を抑制することができる有機ＥＬ素子および有機ＥＬ素子の製造方法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】
【０００６】
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子は、ＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板上に形成された有機ＥＬ部とを有し、前記有機ＥＬ部は、下部電極と、前記下部電極の上方に配され、有機発光材料を含む発光層を少なくとも含む機能層と、前記機能層の上方に配された上部電極とを有し、前記下部電極は、遷移金属含有金属層と、前記遷移金属含有金属層上に形成されたアルミニウム含有金属層とを有し、前記アルミニウム含有金属層の厚さは、２８０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子によると、アルミニウム含有金属層の厚さが２８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるため、アルミニウム含有金属層におけるボイドの発生を抑制することができる。これにより、滅点の発生が抑制され、高品質の有機ＥＬ素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子の製造過程の一部を模式的に示す部分断面図であって、（ａ）はＴＦＴ基板が用意された状態を示す図であり、（ｂ）はＴＦＴ基板上に遷移金属材料層が成膜された状態を示す図であり、（ｃ）は遷移金属材料層上にアルミニウム材料層が成膜された状態を示す図である。
【図３】図２の続きの製造過程の一部を模式的に示す部分断面図であって、（ａ）はアルミニウム材料層上にホール注入材料層が形成された状態を示す図である。（ｂ）は遷移金属含有金属層、アルミニウム含有金属層、およびホール注入層が形成された状態を示す図である。
【図４】遷移金属含有金属層の有無による下部電極とＴＦＴとの間の接続不良数の違いを示すグラフである。
【図５】アルミニウム含有金属層の膜厚とボイド発生数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
≪本発明の一態様の概要≫
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子は、ＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板上に形成された有機ＥＬ部とを有し、前記有機ＥＬ部は、下部電極と、前記下部電極の上方に配され、有機発光材料を含む発光層を少なくとも含む機能層と、前記機能層の上方に配された上部電極とを有し、前記下部電極は、遷移金属含有金属層と、前記遷移金属含有金属層上に形成されたアルミニウム含有金属層とを有し、前記アルミニウム含有金属層の厚さは、２８０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子によると、アルミニウム含有金属層の厚さが２８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるため、アルミニウム含有金属層におけるボイドの発生を抑制することができる。これにより、滅点の発生が抑制され、高品質の有機ＥＬ素子を得ることができる。
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記遷移金属含有金属層の厚さは、４０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１１】
これにより、アルミニウム含有金属層におけるボイドの発生を抑制することができ、滅点の発生が抑制され、高品質の有機ＥＬ素子を得ることができる。
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記遷移金属含有金属層は、タングステン又はモリブデンを含むことを特徴とする。
これにより、比較的汎用性の高いタングステンを用いて遷移金属含有金属層を形成することができ、製造が容易である。
【００１２】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記ＴＦＴ基板は、前記下部電極と電気的に接続された接続電極を有し、前記接続電極は、銅を含むことを特徴とする。
これにより、電流が流れやすく汎用性の高い材料である銅または銅の合金を用いて接続電極を形成することができ、製造が容易である。
【００１３】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記機能層は、遷移金属酸化物からなり、前記アルミニウム含有金属層上に形成されたホール注入層を有し、前記アルミニウム含有金属層は、アルミニウムのほかにニッケル又はコバルトを含み、前記ホール注入層側の表面には、少なくとも一部に前記ニッケル又はコバルトが析出した状態でアルミニウムの酸化物層が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
これにより、析出したニッケル又はコバルトとホール注入層とが接触して電流が流れやすくなり、良好な発光特性を得ることができる。
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記アルミニウム含有金属層の前記ホール注入層側の表面において、前記ニッケル又はコバルトは、前記アルミニウムの金属酸化物層中に島状に存在していることを特徴とする。
【００１５】
これにより、アルミニウムの金属酸化物層は電気絶縁性が高く電流が流れにくいが、析出したニッケル又はコバルトとホール注入層との間である程度の接触面積を確保することができるので、析出したニッケル又はコバルトとホール注入層との接触部分を介して電流が流れることができ、良好な発光特性を得ることができる。
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記アルミニウム含有金属層は、前記遷移金属含有金属層の上に、アルミニウム、アルミニウムニッケル合金、又はアルミニウムコバルト合金をスパッタリングにより堆積させたのち焼成して形成されていることを特徴とする。
【００１６】
これにより、焼成の際にニッケル又はコバルトがアルミニウム含有金属層の表面に析出して、ホール注入層との間で電流が流れやすくなる。
以下、本発明の実施形態および変形例について具体例を示し、構成および作用・効果について図を用いて説明する。
なお、以下の説明で用いる実施形態および変形例は、本発明の一態様に係る構成および作用・効果を分かりやすく説明するために用いる例示であって、本発明は、その本質的部分以外に何ら以下の実施形態および変形例に限定を受けるものではない。
【００１７】
≪実施形態≫
［１．有機ＥＬ素子の構成］
図１は、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子１００の概略構成を示す一部拡大断面図である。図１に示すように、有機ＥＬ素子１００は、ＴＦＴ基板１３０上に有機ＥＬ部１４０が積層された構造を有するトップエミッション型の有機ＥＬ素子である。
【００１８】
＜ＴＦＴ基板＞
ＴＦＴ基板１３０は、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１００のベースとなる部分であって、基板１０１上に、有機ＥＬ部１４０を駆動するための駆動回路が形成されたものである。ＴＦＴ基板１３０は、基板１０１、ゲート電極１０２およびゲート電極１０３、ゲート絶縁層１０４、チャネル層１０５およびチャネル層１０６、チャネル保護層１０７、ドレイン電極１０８およびドレイン電極１１０、ソース電極１０９およびソース電極１１１、下部パッシベーション層１１２、接続電極１１３、上部パッシベーション層１１４、および層間絶縁層１１５等を備える。
【００１９】
（基板）
基板１０１は、無機材料或いは有機材料からなる。基板１０１の材料としては、例えば、無アルカリガラス、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラス、石英、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン、ポリエステル、シリコーン系樹脂、又はアルミナ等の絶縁性材料が挙げられる。また、有機樹脂フィルムを用いることもできる。
【００２０】
（ゲート電極）
基板１０１上には、ゲート電極１０２、１０３が互いに間隔を開けて形成されている。ゲート電極１０２、１０３の材料としては、例えば、銀とパラジウムと銅との合金、銀とルビジウムと金との合金、モリブデンとクロムの合金（ＭｏＣｒ）、ニッケルとクロムの合金（ＮｉＣｒ）、アルミニウム、アルミニウム合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、銅、モリブデンのいずれかを用いることができる。
【００２１】
（ゲート絶縁層）
ゲート電極１０２、１０３および基板１０１の表面を被覆するように、ゲート絶縁層１０４が形成されている。ゲート絶縁層１０４は、酸化シリコン（ＳｉＯ）等の公知のゲート絶縁体材料からなる。
（チャネル層）
ゲート絶縁層１０４上であって、ゲート電極１０２に対応する部分には、チャネル層１０５が形成されている。また、ゲート絶縁層１０４上であって、ゲート電極１０３に対応する部分には、チャネル層１０６が形成されている。チャネル層１０５、１０６は、ａ−ＩｎＧａＺｎＯ４等のＴＡＯＳ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）からなる。
【００２２】
（チャネル保護層）
チャネル層１０５、１０６およびゲート絶縁層１０４の表面を被覆するように、チャネル保護層１０７が形成されている。チャネル保護層の材料としては、酸化シリコン（ＳｉＯ）等の無機材料等を用いることができる。
（ソース電極、ドレイン電極）
チャネル保護層１０７上には、ドレイン電極１０８および１１０、並びにソース電極１０９および１１１が形成されている。ドレイン電極１０８およびソース電極１０９は、チャネル保護層１０７に形成されたコンタクトホールを通して、チャネル層１０５に接続されている。ドレイン電極１１０およびソース電極１１１は、チャネル保護層１０７に形成されたコンタクトホールを通して、チャネル層１０６に接続されている。ドレイン電極１０８および１１０、並びにソース電極１０９および１１１は、アルミニウム、モリブデン、タングステン、モリブデンタングステン、バナジウム、ルテニウム、金、銅のいずれかの材料からなる。
【００２３】
（下部パッシベーション層）
ドレイン電極１０８および１１０、ソース電極１０９および１１１、並びにチャネル保護層１０７上を被覆するように、下部パッシベーション層１１２が形成されている。下部パッシベーション層１１２は、酸化シリコン（ＳｉＯ）等の無機材料からなる。下部パッシベーション層１１２のソース電極１１１の上方に位置する部分には、コンタクトホール１１２ａが形成されている。
【００２４】
（接続電極）
下部パッシベーション層１１２上およびコンタクトホール１１２ａの側壁に沿うように接続電極１１３が形成されている。接続電極１１３は、下部がコンタクトホール底部においてソース電極１１１に接続され、上部の一部が下部パッシベーション層１１２の上に乗り上げた状態となっている。接続電極１１３は、ソース電極１１１等と共通の材料から形成されてもよい。
【００２５】
（上部パッシベーション層）
接続電極１１３および下部パッシベーション層１１２を被覆するように、上部パッシベーション層１１４が形成されている。上部パッシベーション層１１４は、酸化シリコン（ＳｉＯ）や窒化シリコン（ＳｉＮ）などの無機材料からなる。
（層間絶縁層）
上部パッシベーション層１１４上には、層間絶縁層１１５が形成されている。層間絶縁層１１５は、ポリイミド系樹脂またはアクリル系樹脂等の絶縁材料からなる。
【００２６】
上部パッシベーション層１１４および層間絶縁層１１５には、コンタクトホール１１５ａが形成されており、コンタクトホール１１５ａの底部において接続電極１１３がコンタクトホール内部に露出している。
このように構成されたＴＦＴ基板１３０において、ゲート電極１０２、ゲート絶縁層１０４、チャネル層１０５、ドレイン電極１０８およびソース電極１０９によって薄膜トランジスタＴｒ１が構成されている。またゲート電極１０３、ゲート絶縁層１０４、チャネル層１０６、ドレイン電極１１０およびソース電極１１１によって薄膜トランジスタＴｒ２が構成されている。ＴＦＴ基板１３０において、薄膜トランジスタＴｒ１は選択トランジスタとして用いられ、薄膜トランジスタＴｒ２は駆動トランジスタとして用いられる。
【００２７】
＜有機ＥＬ部＞
有機ＥＬ部１４０は、下部電極１１８（遷移金属含有金属層１１６およびアルミニウム含有金属層１１７）、機能層１２１（ホール注入層１１９および発光層１２０）、バンク１２２、上部電極１２３、および封止層１２４等を備える。
（下部電極）
遷移金属含有金属層１１６およびアルミニウム含有金属層１１７により下部電極１１８が構成されている。
【００２８】
（遷移金属含有金属層）
遷移金属含有金属層１１６は、コンタクトホール１１５ａ内においてコンタクトホール１１５ａの底部に露出した接続電極１１３に接触した状態で形成されており、接続電極１１３との間の電気的接続を実現する役割を主に果たす。遷移金属含有金属層１１６は、例えば、タングステン、モリブデン、鉄等の遷移金属元素を含有する金属あるいは合金からなる。
【００２９】
遷移金属含有金属層１１６の厚みは、一例として４０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下であることが好ましい。この範囲内の厚みであれば、遷移金属含有金属層１１６はコンタクトホール１１５ａを段切れすることなく被覆可能である。本実施形態に係る有機ＥＬ素子１００においては、遷移金属含有金属層１１６の厚みは、例えば、４０ｎｍである。
（アルミニウム含有金属層）
アルミニウム含有金属層１１７は、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１００における反射電極であって、光反射性および導電性を有する材料から成る。本実施形態においては、具体的には、アルミニウムまたはアルミニウム合金から成る。アルミニウム合金の例としては、アルミニウムコバルト合金（例えば、Ａｌ9Ｃｏ2）、又は、アルミニウムニッケル合金（例えば、ＡｌＮｉ3）を用いることが好ましい。アルミニウムコバルト合金、又は、アルミニウムニッケル合金に加えて、例えば、アルミニウム・コバルト・ゲルマニウム・ランタン（Ａｌ−Ｃｏ−Ｇｅ−Ｌａ）合金、アルミニウム・カーボン・マグネシウム（Ａｌ−Ｃ−Ｍｇ）合金や、アルミニウムネオジウム（Ａｌ−Ｎｄ）合金、アルミニウムジルコニウム（Ａｌ−Ｚｒ）合金、アルミニウム銅（Ａｌ−Ｃｕ）合金、アルミニウムシリコン（Ａｌ−Ｓｉ）合金、アルミニウムシリコン−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）合金などを用いてもよい。
【００３０】
アルミニウム含有金属層１１７の厚みは、一例として２８０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることが好ましい。この範囲内の厚みであれば、アルミニウム含有金属層１１７形成後の高温処理におけるボイド発生を抑制することができる。本実施形態に係る有機ＥＬ素子１００においては、アルミニウム含有金属層１１７の厚みは、例えば、２８０ｎｍである。
【００３１】
（バンク）
バンク１２２は、機能層１２１のうち少なくとも発光層１２０が形成される領域を規定し、例えば、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ノボラック型フェノール樹脂等の有機材料、または、酸化シリコン（ＳｉＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の無機材料等からなる。
【００３２】
本実施形態においては、バンク１２２はホール注入層１１９の形成後に形成され、バンク１２２は、ホール注入層１１９の周縁部分を覆っている。
（機能層）
本実施形態に係る有機ＥＬ素子１００においては、機能層１２１は、ホール注入層１１９および発光層１２０から成る。
【００３３】
なお、機能層は、発光層およびホール注入層から成る構成に限定されず、例えば、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層等をさらに備えてもよい。機能層は、少なくとも発光層を備えていればよく、発光層のみから成る構成でもよいし、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１００のように発光層とホール注入層とから成る構成でもよい。さらには、機能層が発光層に加えて、ホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層等のうち全部または一部を備える構成でもよい。
【００３４】
（ホール注入層）
ホール注入層１１９は、発光層１２０に対して下部電極（陽極）１２０側からホールを効率よく注入するための層であり、例えば、酸化モリブデン（ＭｏＯｘ）や酸化タングステン（ＷＯｘ）等の遷移金属酸化物膜で形成されている（ｘは正数）。その他、例えば、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）、イリジウム（Ｉｒ）などの酸化物、あるいは、ＰＥＤＯＴ（ポリチオフェンとポリスチレンスルホン酸との混合物）などの導電性ポリマー材料からなる層を用いてもよい。ホール注入層１１９の厚みは、例えば、０．１〜２０ｎｍ程度である。
【００３５】
ホール注入層１１９を遷移金属の酸化物から構成する場合には、複数の酸化数をとるためこれにより複数の準位をとることができ、その結果、ホール注入が容易になり駆動電圧を低減することができる。特に、酸化タングステン（ＷＯX）を用いることが、ホールを安定的に注入し、且つ、ホールの生成を補助するという機能を有するという観点から望ましい。本実施形態では、酸化タングステン（ＷＯｘ）（ＷＯｘ：約１０［ｎｍ］）を採用している。ただし、層厚はこれに限定されるものではなく、例えば、酸化タングステン（ＷＯｘ）の層厚は、５［ｎｍ］〜３０［ｎｍ］の範囲とすることができる。
【００３６】
（発光層）
発光層１２０は、有機発光材料を含み、電界発光現象を利用して発光する機能を有する。有機発光材料としては、例えば、有機高分子であるＦ８ＢＴ（ｐｏｌｙ（９，９−ｄｉ−ｎ−ｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｅ−ａｌｔ−ｂｅｎｚｏｔｈｉａｄｉａｚｏｌｅ））を用いることができる。なお、有機発光材料は、Ｆ８ＢＴに限定されず、公知の有機材料を含むように構成することが可能である。例えば、特開平５−１６３４８８号公報に記載のオキシノイド化合物、ペリレン化合物、クマリン化合物、アザクマリン化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、ペリノン化合物、ピロロピロール化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、フルオレン化合物、フルオランテン化合物、テトラセン化合物、ピレン化合物、コロネン化合物、キノロン化合物及びアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、ローダミン化合物、クリセン化合物、フェナントレン化合物、シクロペンタジエン化合物、スチルベン化合物、ジフェニルキノン化合物、スチリル化合物、ブタジエン化合物、ジシアノメチレンピラン化合物、ジシアノメチレンチオピラン化合物、フルオレセイン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、セレナピリリウム化合物、テルロピリリウム化合物、芳香族アルダジエン化合物、オリゴフェニレン化合物、チオキサンテン化合物、アンスラセン化合物、シアニン化合物、アクリジン化合物、８−ヒドロキシキノリン化合物の金属錯体、２−ビピリジン化合物の金属錯体、シッフ塩とＩＩＩ族金属との錯体、オキシン金属錯体、希土類錯体等の蛍光物質からなることが好ましい。
【００３７】
（上部電極）
機能層１２１およびバンク１２２を被覆するように、上部電極１２３が形成されている。上部電極１２３は、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等からなり、トップエミッション型の有機ＥＬ素子の場合は、光透過性の材料からなることが好ましい。
【００３８】
なお、本実施形態においては、下部電極１１８が陽極であり、上部電極１２３が陰極である。
（封止層）
封止層１２４は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等の材料からなる。封止層１２４は、有機ＥＬ部１４０等が水分に晒されたり、空気に晒されたりすることを抑制する機能を有する。トップエミッション型の有機ＥＬ素子の場合は、封止層１２４が光透過性の材料で形成されることが好ましい。
【００３９】
［２．有機ＥＬ素子の製造方法］
本実施形態に係る有機ＥＬ素子１００の製造方法は、下部電極１１８の形成工程に特徴を有し、ＴＦＴ基板１３０の製造方法および、下部電極１１８以外の有機ＥＬ部１４０の各構成要素の製造方法については、公知の方法と同様である。従って、以下では下部電極１１８の形成工程にフォーカスして説明する。なお、本実施形態においては、ホール注入層１１９も下部電極１１８と同じ工程で形成されるため、ホール注入層１１９の形成についても併せて説明する。
【００４０】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ）、および図３（ａ），（ｂ）は、下部電極１１８およびホール注入層１１９の形成工程を説明するための部分断面図である。
まず、図２（ａ）に示すようにＴＦＴ基板１３０を用意する。
次に、図２（ｂ）に示すように、ＴＦＴ基板１３０の上面に遷移金属材料層１１６ａを一様に成膜する。遷移金属材料層１１６ａは、例えば、タングステン、モリブデン、鉄等の遷移金属元素を含有する金属あるいは合金からなる。遷移金属材料層１１６ａの成膜方法としては、例えば、スパッタリング法が利用できる。スパッタリング法では、例えば、遷移金属元素を含有する金属あるいは合金製の平板をターゲット部材に使用し、不活性ガスとしてアルゴンガスを使用してもよい。遷移金属材料層１１６ａは、ここでは、例えば、４０ｎｍの膜厚で形成する。
【００４１】
次に、図２（ｃ）に示すように、遷移金属材料層１１６ａの表面に、アルミニウム材料層１１７ａを一様に成膜する。アルミニウム材料層１１７ａは、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる。アルミニウム材料層１１７ａは、遷移金属材料層１１６ａを成膜するスパッタリング法を、遷移金属材料層１１６ａの成膜後もターゲット材を変えて継続することで成膜することができる。アルミニウム材料層１１７ａは、ここでは、例えば、アルミニウムコバルト合金またはアルミニウムニッケル合金を用いて２８０ｎｍの膜厚で形成する。
【００４２】
ここまでの工程で、ＴＦＴ基板１３０上には、遷移金属材料層１１６ａ、アルミニウム材料層１１７ａが一様に積層された状態になる。
次に、焼成処理を行う。この焼成処理は、アルミニウム材料層１１７ａの低抵抗化を図る目的で行われる。焼成の温度は、例えば２３０℃以上であることが好ましい。
焼成処理中には、アルミニウム材料層１１７ａ、遷移金属材料層１１６ａ、層間絶縁層１１５、上部パッシベーション層１１４の熱膨張差に起因する熱応力が生じ、この熱応力が、ボイド発生の原因となる。
【００４３】
焼成後、図３（ａ）に示すように、アルミニウム材料層１１７ａ上にホール注入材料層１１９ａを一様な膜として形成する。本実施形態においては、ホール注入材料層１１９ａは、例えば酸化タングステンを材料として、例えばスパッタ法により形成する。
次に、一様な膜として形成された遷移金属材料層１１６ａ、アルミニウム材料層１１７ａ、およびホール注入材料層１１９ａをパターニングして、図３（ｂ）に示すように、ＴＦＴ基板１３０上に下部電極１１８およびホール注入層１１９を形成する。パターニングの方法としては、例えば、以下の手順により行うことができる。まず、ホール注入材料層１１９ａ上にレジスト層を形成する。レジスト層上に所定形状の開口部を持つマスクを重ね、マスクの上から感光させる。その後、余分なレジストを現像液（例えばＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａ  ｍｅｔｈｙｌ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）水溶液）で洗い出す。これによりレジスト層のパターニングが完了する。その後、ホール注入材料層１１９ａ、アルミニウム材料層１１７ａ、および遷移金属材料層１１６ａをエッチングする。最後に、レジスト層を、例えば有機系剥離液で除去する。
【００４４】
以上のような工程により、本実施形態に係る下部電極１１８を備えた有機ＥＬ素子１００を形成することができる。
なお、アルミニウム材料層１１７ａ形成後の焼成により、アルミニウム材料層１１７ａの上面（ホール注入層１１９が形成される側の主面）には絶縁性の高いアルミニウムの酸化物層が形成されるが、その一部にニッケル又はコバルトが析出する。そして、図３（ａ）のように、焼成後のアルミニウム材料層１１７ａ上にホール注入材料層１１９ａが形成されると、析出したニッケル又はコバルトがホール注入材料層１１９ａと接触する。即ち、図３（ｂ）に示すパターニング後の状態において、アルミニウム含有金属層１１７の上面（ホール注入層１１９側の主面）に析出したニッケル又はコバルトはホール注入層１１９と接触している。その結果、アルミニウム含有金属層１１７の上面全体が絶縁体であるアルミニウムの酸化物で覆われた場合とは異なり、析出したニッケル又はコバルトを介して下部電極１１８とホール注入層１１９との間を電流が流れることができるため、良好な発光特性を得ることができる。
【００４５】
また、焼成は、ホール注入材料層の形成後、パターニングの前に行ってもよい。即ち、アルミニウム材料層１１７ａ形成後に焼成を行わずにホール注入材料層１１９ａを形成し、遷移金属材料層１１６ａ、アルミニウム材料層１１７ａ、およびホール注入材料層１１９ａを焼成した後に、パターニングを行ってもよい。
［３．遷移金属含有金属層の有無によるＴＦＴとの接続不良］
上述したように、アルミニウム含有金属層１１７におけるボイドの発生は、アルミニウム材料層１１７ａ、遷移金属材料層１１６ａ、層間絶縁層１１５、上部パッシベーション層１１４の熱膨張差に起因して焼成処理の際に発生する熱応力が原因であると考えられる。
【００４６】
本実施形態に係る有機ＥＬ素子１００において、アルミニウム含有金属層１１７は遷移金属含有金属層１１６と異なる線熱膨張係数を持って積層されており、層間絶縁層１１５は上部パッシベーション層１１４と異なる線熱膨張係数を持って積層されている、また、遷移金属含有金属層１１６は層間絶縁層１１５と異なる線熱膨張係数を持って積層されている。
【００４７】
ここで、各層の具体的材料として、一例を挙げる。遷移金属含有金属層１１６は、例えば、タングステン、モリブデン、鉄等の遷移金属元素からなる。層間絶縁層１１５はポリイミド系樹脂またはアクリル系樹脂等の絶縁材料からなる。上部パッシベーション層１１４は酸化シリコン（ＳｉＯ）や窒化シリコン（ＳｉＮ）などの無機材料からなる。
また、上記材料の線熱膨張係数は、以下の通りである。
（アルミニウム含有金属層１１７）
アルミニウム含有金属＝２４．０×１０-6／Ｋ
（遷移金属含有金属層１１６）
タングステン＝４．３×１０-6／Ｋ
モリブデン＝４．９×１０-6／Ｋ
鉄＝１１．７×１０-6／Ｋ
（層間絶縁層１１５）
ポリイミド＝２０〜７０×１０-6／Ｋ
アクリル＝７０×１０-6／Ｋ
（上部パッシベーション層１１４）
酸化シリコン（ＳｉＯ）＝０．５×１０-6／Ｋ
窒化シリコン（ＳｉＮ）＝２×１０-6／Ｋ
ここで、例えば、層間絶縁層１１５にポリイミドが用いられ、遷移金属含有金属層１１６を備えずに、層間絶縁層１１５上に直接アルミニウム含有金属層１１７が形成された場合を考える。このような構成の場合、アルミニウム含有金属の線熱膨張係数は２４．０×１０-6／Ｋであり、ポリイミドの線熱膨張係数は２０〜７０×１０-6／Ｋであるので、双方の線熱膨張係数の差が比較的小さい。そのため、熱膨張差に起因して焼成処理の際に発生する熱応力も比較的小さいと考えられ、アルミニウム含有金属層１１７にボイドが発生しにくいと考えられる。
【００４８】
ここで、遷移金属含有金属層１１６を備えた構成と備えない構成とで、下部電極１１８と接続電極１１３との間の電気的接続の違いについて発明者らが行った実験について説明する。なお、ここで、遷移金属含有金属層１１６を備えない構成の場合、下部電極１１８はアルミニウム含有金属層１１７のみから成る。
遷移金属含有金属層１１６を備えた構成（図１に示す本実施形態に係る有機ＥＬ素子１００の構成）の有機ＥＬ素子が基板１０１上にマトリクス状に複数形成された有機ＥＬパネルＡと、遷移金属含有金属層１１６を備えない以外は有機ＥＬ素子１００と同様の構成を有する有機ＥＬ素子が基板１０１上にマトリクス状に有機ＥＬパネルＡと同数形成された有機ＥＬパネルＢとを作成して、実験に供した。下部電極１１８と接続電極１１３との間の電気的接続が不良である場合には、発光層１２０に電流が流れないために当該有機ＥＬ素子は発光せず滅点として観察される。従って、それぞれのパネルに通電して滅点の数を数えることにより、下部電極１１８と接続電極１１３との間の電気的接続を評価した。
【００４９】
なお、接続電極１１３の材料には、Ｃｕ合金を用いた。遷移金属材料層１１６ａの成膜に際しては、ターゲット部材としてタングステン製の平板を用いた。アルミニウム材料層１１７ａの成膜に際しては、ターゲット部材としてアルミニウム合金の一例であるＡｌ−Ｃｏ系合金の平板を用いた。
図４に、電気接続評価実験の結果を示す。同図に示すように、遷移金属含有金属層１１６を備えた有機ＥＬパネルＡと比較して、遷移金属含有金属層１１６を備えない有機ＥＬパネルＢは滅点が多数観察され、下部電極１１８と接続電極１１３との間の電気的接続が良好でないことが窺える。
【００５０】
近年、ＴＦＴの高速化高性能化が進み、ＴＦＴにより多くの電流を流す必要がある。Ｃｕは電流が流れやすいため、このような多くの電力を必要とするＴＦＴの電極材料に適しており、また安価で汎用性が高く、加工も容易であることから接続電極１１３の材料として用いられることが多い。ところが、接続電極１１３にＣｕまたはＣｕ合金を用いた場合、アルミニウム含有金属層形成後の焼成においてＣｕが拡散すると考えられ、Ｃｕの拡散により、コンタクトホール１１５ａの底部、すなわち下部電極１１８と接続電極１１３との界面にボイド（空隙）が生じ、電気接続が悪化する。遷移金属含有金属層１１６はＣｕまたはＣｕ合金の拡散防止の役割を担い、これにより安定した電気接続を可能にしていると考えられる。
【００５１】
この結果から、ＴＦＴの接続電極１１３がＣｕまたはＣｕ合金である場合には、下部電極１１８にはコンタクト層として遷移金属含有金属層１１６が必要であるということがわかる。従って、遷移金属含有金属層１１６を備えない構成を採用することにより、熱膨張差に起因して焼成処理の際に発生する熱応力を抑制し、アルミニウム含有金属層１１７におけるボイドの発生を抑制することは現実的ではない。
【００５２】
［ボイド発生数とアルミニウム含有金属層膜厚の関係］
そこで、遷移金属含有金属層を備えた構成において、アルミニウム含有金属層の膜厚と下部電極１１８におけるボイド発生数との関係を、評価試験を行って調べた。ボイド発生数の評価試験は、次のようにして行った。ＴＦＴ基板１３０上に、図２に示す製造方法で下部電極１１８を形成し、バンク１２２を形成した後に、アルミニウム含有金属層１１７の表面を顕微鏡で観察し、発生したボイドの数を計測した。
【００５３】
なお、ボイド発生数の評価試験に供した試験体においては、遷移金属含有金属層１１６の膜厚は４０ｎｍであり、遷移金属材料層１１６ａの成膜は、ターゲット部材としてタングステン製の平板を用い、スパッタリング法により行った。また、アルミニウム材料層１１７ａの成膜は、ターゲット部材としてアルミニウム合金の一例であるＡｌ−Ｃｏ系合金の平板を用い、スパッタリング法により行った。そして、接続電極１１３の材料には、Ｃｕ合金を用い、層間絶縁層１１５の材料には、ポリイミド系樹脂を用いた。
【００５４】
図５は、下部電極１１８形成後（焼成後）に下部電極１１８に発生したボイドの数とアルミニウム含有金属層膜厚との関係を示す図である。黒塗りの菱形（◆）が各試料のボイド発生数およびアルミニウム含有金属層の膜厚を示し、実線で示す折れ線は、各試料のボイド発生数とアルミニウム含有金属層の膜厚との関係を示す近似折れ線である。
図５に示すように、下部電極１１８に発生するボイドの数は、アルミニウム含有金属層１１７の膜厚が２８０ｎｍ未満の範囲では膜厚が厚くなるに従って減少し、アルミニウム含有金属層１１７の膜厚が２８０ｎｍ以上の範囲では、ボイド発生数は略一定であった。
【００５５】
この結果から、アルミニウム含有金属層１１７の膜厚が厚いほど下部電極１１８におけるボイドの発生が抑制され、好ましくは、アルミニウム含有金属層１１７の膜厚が２８０ｎｍ以上であればボイドの発生を有効に抑制することができることがわかる。これは、アルミニウム含有金属層１１７の膜厚が厚くなると、下部電極１１８に生じる熱応力が小さくなり、ボイドを生じるに至らないためではないかと考えられる。
【００５６】
ここで、アルミニウム含有金属層１１７の膜厚があまり厚すぎると段差が大きくなり、下部電極１１８の上方に形成される層に段切れ等の問題が発生する虞がある。また、アルミニウム含有金属層１１７の膜厚が厚いほどアルミニウム含有金属層１１７の表面粗さが大きくなり、光反射率が低下して光の取出し効率が低下することが知られている。従って、アルミニウム含有金属層１１７の膜厚は、例えば、２８０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であればよく、より好ましくは、２８０ｎｍ以上、３５０ｎｍ以下であればよい。アルミニウム含有金属層１１７の膜厚がこの範囲内であれば、下部電極１１８におけるボイド発生が抑制され、且つ、良好な光取出し効率を実現することができ、高品質な有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００５７】
なお、上記ボイド発生数評価試験においては、遷移金属含有金属層１１６は、タングステンを用いて形成されていたが、これに限られない。タングステンの線熱膨張係数（４．３×１０-6／Ｋ）とモリブデンの線熱膨張係数（４．９×１０-6／Ｋ）は、互いに値が近いことから、遷移金属含有金属層１１６がモリブデンを用いて形成された場合でも、同様の効果が得られると考えられる。即ち、遷移金属含有金属層１１６がモリブデンを用いて形成された場合でも、アルミニウム含有金属層１１７の膜厚が、例えば、２８０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であれば、下部電極１１８におけるボイド発生が抑制され、且つ、良好な光取出し効率を実現することができ、高品質な有機ＥＬ素子を得ることができると考えられる。
【００５８】
≪変形例≫
以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することが出来る。なお、説明の重複を避けるため、各変形例の説明において、実施形態と同じ構成要素については、同符号を付して、その説明を省略する。
【００５９】
（変形例１）
実施形態に係る有機ＥＬ素子１００では、ＴＦＴ基板１３０におけるチャネル層１０５およびチャネル層１０６は、ＴＡＯＳから形成されていた。しかしこれに限られず、ＴＦＴ基板１３０におけるチャネル層１０５、１０６が、ポリシリコンにより形成されていてもよい。この場合、チャネル層１０５、１０６は、例えば、ａ―Ｓｉをレーザー等で結晶化して形成されてもよい。その他の構成は上記実施の形態１と同様であり、チャネル層がポリシリコンから形成される場合においてもＴＡＯＳから形成される場合と同様の効果が得られる。
【００６０】
（変形例２）
実施形態に係る有機ＥＬ素子１００のＴＦＴ基板１３０では、例としてボトムゲート型のＴＦＴ構造を示したが、これに限られず、トップゲート型構造であってもよい。
以上、本発明に係る有機ＥＬ素子について、実施形態および各変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施形態および各変形例に限定されるものではない。上記実施形態および各変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施形態および各変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、例えば、携帯電話用のディスプレイやテレビなどの表示素子に使用される有機ＥＬ素子として利用可能である。特に、ＴＡＯＳ−ＴＦＴや結晶化シリコンを駆動トランジスタに用いることで良好な画像表示性能を発揮することのできる有機ＥＬ素子を期待することが可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１００          有機ＥＬ素子
１０１          基板
１０２、１０３  ゲート電極
１０４          ゲート絶縁層
１０５、１０６  チャネル層
１０７          チャネル保護層
１０８、１１０  ドレイン電極
１０９、１１１  ソース電極
１１２          下部パッシベーション層
１１３          接続電極
１１４          上部パッシベーション層
１１５          層間絶縁層
１１５ａ        コンタクトホール
１１６          遷移金属含有金属層
１１６ａ        遷移金属材料層
１１７          アルミニウム含有金属層
１１７ａ        アルミニウム材料層
１１８          下部電極
１１９ａ        ホール注入材料層
１１９          ホール注入層
１２０          発光層
１２１          機能層
１２２          バンク
１２３          上部電極
１２４          封止層
１３０          ＴＦＴ基板
１４０          有機ＥＬ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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