CN103053040B - 有机el元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种有机EL元件,能够耐受有机EL显示面板的量产工艺,且能实现优异的空穴注入效率,在低电压驱动下具有高发光效率。具体而言,在基板(1)的一面依次层叠阳极(2)、空穴注入层(4)、缓冲层(6A)、发光层(6B)、阴极(8)而构成有机EL元件(1000)。在空穴注入层(4)的表面形成堤(5)以使得包围所述缓冲层(6A)以上的结构。空穴注入层(4)通过溅射成膜氧化钨薄膜而形成。此时,将氧化钨成膜为在其电子态中在比价电子带最低的结合能低1.8~3.6eV的结合能区域内存在占有能级,降低相对于所述缓冲层的空穴注入势垒。在此,在由所述堤(5)规定的区域形成所述功能层侧的表面的一部分与其他部分相比更位于所述阳极一侧的凹陷构造,由所述堤的一部分覆盖所述凹陷构造的凹部的边缘。

Description

有机EL元件
技术领域
本发明涉及作为电发光元件的有机电致发光元件(以下,称为“有机EL元件”),尤其涉及用于在从低辉度(brightness)到光源用途等的高辉度的大辉度范围中以低电力进行驱动的技术。
背景技术
近年来,使用有机半导体的各种功能元件的研究开发得到不断进展。
作为代表性的功能元件,存在有机EL元件。有机EL元件是电流驱动型的发光元件,具有如下结构:在由阳极和阴极构成的一对电极对之间设有包含有机材料而成的功能层。功能层包括发光层、缓冲层等。有时在功能层与阳极之间配设用于注入空穴的空穴注入层。为了驱动而在电极对之间施加电压,利用通过从阳极注入到功能层的空穴和从阴极注入到功能层的电子的复合而产生的电致发光现象。具有因进行自发光而视觉识别性高、且因是完全固体元件而耐振动性优异等的特点,因此,作为各种显示装置中的发光元件或作为光源的利用而受到关注。
有机EL元件根据使用的功能层材料的种类而被大致分为两种类型。第一种是蒸镀型有机EL元件,其主要将低分子材料作为功能层材料,是通过蒸镀法等真空工艺来使该材料成膜而成的。第二种是涂敷型有机EL元件,其将高分子材料或薄膜形成性好的低分子材料作为功能层材料,是通过喷墨法或照相凹版(gravure)印刷法等湿法工艺来使该材料成膜而成的。
到目前为止,由于发光材料的发光效率高、驱动寿命长等理由,蒸镀型有机EL元件的开发较为领先(例如,参照专利文献1、2),在移动电话用显示器、小型电视机等方面已经开始实用化。
蒸镀型有机EL元件适于小型有机EL面板的用途,但例如应用于100英寸级的全色(full color,彩色)大型有机EL面板是非常困难的。其主要原因在于制造技术。在使用蒸镀型有机EL元件制造有机EL面板的情况下,一般在分别按各颜色(例如R、G、B(红、绿、蓝))来成膜发光层时使用掩模蒸镀法。但是,当面板面积大时,由于掩模和玻璃基板的热膨胀系数的差异等,难以确保掩模的定位精度,因此无法制作正常的显示器。为了克服这些问题,有在整个面使用白色的发光层材料、设置RGB滤色器(滤色片)来避免分别制作的方法,但在该情况下,取出的光为发光量的1/3,因此原理上存在功耗增大的缺点。
于是,对于该有机EL面板的大型化,开始尝试使用涂敷型有机EL元件来实现。如上所述,在涂敷型有机EL元件中,通过湿法工艺制作功能层材料。在该工艺中,在预定位置分别涂敷功能层时的位置精度基本上不依赖于基板尺寸,因此具有对于大型化的技术障碍低的优点。
另一方面,还盛行着提高有机EL元件的发光效率的研究开发。为了以高效率、低功耗且高亮度使有机EL元件发光,从电极向功能层高效地注入载流子(空穴和电子)是重要的。一般,要使载流子高效地注入,在各个电极与功能层之间设置用于降低注入时的能垒(energy barrier)的注入层是有效的。其中,作为空穴注入层,使用以酞菁铜、氧化钼为代表的蒸镀膜和/或PEDOT等涂敷膜。有报告指出:尤其在使用氧化钼的有机EL元件中,空穴注入效率得到改善,寿命得到改善(例如参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献1:日本特许3369615号公报
专利文献2:日本特许3789991号公报
专利文献3:日本特开2005-203339公报
非专利文献1:Jingze Li et al.,Synthetic Metals151,141(2005)
非专利文献2:渡边宽己,其他,有机EL讨论会第7次例会预备稿集、17(2008)
非专利文献3:Hyunbok Lee et al.、Applied Physics Letters93,043308(2008)
非专利文献4:小泉健二其他,第56次应用物理学关系联合讲演会预备稿集、30p-ZA-11(2009)
非专利文献5:中山泰生其他,有机EL讨论会第7次例会预备稿集、5(2008)
发明内容
发明要解决的问题
然而,在具有上述优点的涂敷型有机EL元件中,要求比现状更好的低电压驱动性和提高发光效率。特别是,在制造涂敷型有机EL元件的情况下,要求空穴注入效率的进一步改善和寿命的进一步改善。
本发明是鉴于以上问题而完成的发明,目的在于提供一种有机EL元件,其空穴注入层与功能层之间的空穴注入势垒低,能发挥优异的空穴注入效率,由此能够期待良好的低电压驱动。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题,本发明的一种方式的结构为,具备:阳极;阴极;功能层,其配置在所述阳极与所述阴极之间,由包括使用有机材料形成的发光层的1层或多层构成;空穴注入层,其配置在所述阳极与所述功能层之间;和规定所述发光层的堤,所述空穴注入层包含氧化钨,在比价电子带最低的结合能低1.8~3.6eV的结合能区域内具有占有能级,所述空穴注入层在由所述堤规定的区域形成为所述功能层侧的表面的一部分与其他部分相比更位于所述阳极一侧的凹陷构造,所述凹陷构造中的凹部的边缘由所述堤的一部分覆盖。
发明的效果
在本发明的一种方式的有机EL元件中,空穴注入层构成为包含氧化钨。进一步,该空穴注入层构成为在其电子态中在比价电子带最低的结合能低1.8~3.6eV的结合能区域内具有占有能级。由于存在该占有能级,能够将空穴注入层与功能层之间的空穴注入势垒抑制得较小。其结果,本发明的一种方式的有机EL元件的空穴注入效率高,能以低电压进行驱动,并且能期待发挥优异的发光效率。
然而,在空穴注入层由具有上述的预定的占有能级的氧化钨构成的情况下,会产生在制造工序中空穴注入层的膜厚减小(以下,记为“膜减少”)的特有且新的问题,有可能导致由堤规定的区域的发光部面内的辉度不均和/或元件寿命的降低等,有可能对发光特性产生影响。
与此相对,在上述的本发明的一种方式的有机EL元件中,空穴注入层形成为功能层侧的表面的一部分与其他的表面部分相比更位于阳极一侧的凹陷构造,进而,由于空穴注入层的凹陷构造的边缘被堤的一部分覆盖,所以能够缓和该边缘部的电场集中。由此,能够防止辉度不均和元件寿命的降低等问题的产生,能够将对发光特性的影响的产生防患于未然。
附图说明
图1是表示实施方式涉及的有机EL元件的结构的示意剖视图。
图2是表示单空穴元件的结构的示意剖视图。
图3是表示单空穴元件的驱动电压对于空穴注入层的成膜条件的依赖性的坐标图。
图4是表示单空穴元件的施加电压和电流密度的关系曲线的器件特性图。
图5是表示制作的有机EL元件的施加电压和电流密度的关系曲线的器件特性图。
图6是表示制作的有机EL元件的电流密度和发光强度的关系曲线的器件特性图。
图7是表示光电子分光测量用的样品的结构的示意剖视图。
图8是表示氧化钨的UPS光谱的图。
图9是表示氧化钨的UPS光谱的图。
图10是表示图9的UPS光谱的微分曲线的图。
图11是表示曝露于大气的氧化钨的UPS光谱的图。
图12是合并表示本发明的氧化钨的UPS光谱和XPS光谱的图。
图13是氧化钨和α-NPD的界面能量图解。
图14是用于说明空穴注入层和功能层的注入位置的效果的图。
图15是表示空穴注入层的膜减少量和膜密度的关系的坐标图。
图16是用于说明获得本发明的一种方式的经过的剖视图。
图17是表示本发明实施方式2涉及的有机EL显示器的一部分的俯视图。
图18是示意表示本发明实施方式2涉及的有机EL显示器的一部分剖面的剖视图。
图19是图18中的由单点划线包围的B部的放大剖视图。
图20是说明本发明实施方式2涉及的有机EL显示器的制造方法的工序图。
图21是说明本发明实施方式2涉及的有机EL显示器的制造方法的工序图。
图22是说明本发明实施方式2涉及的有机EL显示器的制造方法的工序图。
图23是示意表示本发明的变形例涉及的有机EL显示器的一部分剖面的剖视图。
图24是说明本发明的变形例涉及的有机EL显示器的制造方法的工序图。
图25是示意表示本发明的变形例涉及的有机EL显示器的一部分剖面的剖视图。
图26是表示本发明的变形例涉及的有机EL显示器的一部分的俯视图。
图27是表示本发明的变形例涉及的有机EL显示器的一部分的剖视图。
标号说明
1TFT基板;2阳极;3ITO(氧化铟锡)层;4空穴注入层(氧化钨层);4a凹部;4b凹部的底面;4c凹部的边缘;4d凹部的侧面;4e空穴注入层的上面不凹陷的区域;5堤;5a、5b堤的底面;5c堤的底面的水平面;5d覆盖部;6A缓冲层;6B发光层;7电子注入层;8阴极;8A钡层;8B铝层;9封止层;10基板;10a、10b、10c有机EL元件;11薄膜;12堤材料层;13空穴输送层;55像素堤;55a堤部件;55b堤部件;56a1、56a2、56b1、56b2、56c1、56c2发光层;65线堤;66a、66b、66c发光层;70导电性硅基板;80氧化钨层;100有机EL显示器;1000有机EL元件;1000A光电子分光测定用样品;1000B单空穴元件。
具体实施方式
本发明的一种方式的有机EL元件具备:阳极;阴极;功能层,其配置在所述阳极与所述阴极之间,由包括使用有机材料形成的发光层的1层或多层构成;空穴注入层,其配置在所述阳极与所述功能层之间;和规定所述发光层的堤,所述空穴注入层包含氧化钨,在比价电子带最低的结合能低1.8~3.6eV的结合能区域内具有占有能级,所述空穴注入层在由所述堤规定的区域形成为所述功能层侧的表面的一部分与其他部分相比更位于所述阳极一侧的凹陷构造,所述凹陷构造中的凹部的边缘由所述堤的一部分覆盖。
另外,作为本发明的另一种方式,可以因为存在所述占有能级,在所述空穴注入层和所述功能层的层叠界面,所述功能层的最高被占轨道的结合能被定位在所述占有能级的结合能的附近。
另外,作为本发明的另一种方式,在所述空穴注入层和所述功能层的层叠界面,所述占有能级的结合能与所述功能层的最高被占轨道的结合能之差可以在±0.3eV以内。
另外,作为本发明的另一种方式,在UPS光谱中,所述空穴注入层可以在比价电子带最低的结合能低1.8~3.6eV的结合能区域内具有隆起的形状。
另外,在XPS光谱中,所述空穴注入层可以在比价电子带最低的结合能低1.8~3.6eV的结合能区域内具有隆起的形状。
另外,作为本发明的另一种方式,在UPS光谱的微分光谱中,所述空穴注入层可以在整个比价电子带最低的结合能低2.0~3.2eV的结合能区域具有表现为与指数函数不同的函数的形状。
另外,作为本发明的另一种方式,所述功能层可以包含胺系材料。
另外,作为本发明的另一种方式,所述功能层可以是输送空穴的空穴输送层、和用于调整光学特性或阻碍电子的用途的缓冲层的至少任一方。
另外,作为本发明的另一种方式,所述空穴注入层的所述占有能级可以存在于比价电子带最低的结合能低2.0~3.2eV的结合能区域内。
另外,作为本发明的另一种方式,可以为:所述堤的一部分达到所述空穴注入层的凹陷构造的凹部底面,所述堤的侧面从到达所述凹部底面的到达点到顶点为上行斜面。
另外,作为本发明的另一种方式,所述堤的一部分可以不到达所述空穴注入层的凹陷构造的凹部底面。
另外,作为本发明的另一种方式,所述空穴注入层可以沿着所述堤的底面向所述堤的侧方延伸。
另外,作为本发明的另一种方式,所述空穴注入层的所述凹部的边缘可以为由所述空穴注入层的上面不凹陷的区域和所述凹部的侧面形成的凸角部分。
另外,作为本发明的另一种方式,可以为:所述堤具有拨液性,所述空穴注入层具有亲液性。。
另外,作为本发明的另一种方式,作为本发明的一种方式的显示装置可以具备上述有机EL元件。
另外,作为本发明的另一种方式,作为本发明的一种方式的有机EL元件的制造方法,包括:第2工序,对所述阳极成膜氧化钨层,将由氩气和氧气构成的气体作为溅射装置的溅射室内的气体来使用,在所述气体的总压为大于2.7Pa且7.0Pa以下、氧气分压与总压之比为50%以上且70%以下、并且靶每单位面积的投入电力密度为1W/cm2以上且2.8W/cm2以下的成膜条件下成膜所述氧化钨层;第3工序,在所述氧化钨层上形成由构成堤的材料形成的堤材料层;第4工序,除去所述堤材料层的一部分,使所述氧化钨层的一部分露出,使所述氧化钨层的上面的一部分与上面的其他部分相比更位于所述阳极一侧,形成具有内底面和与所述内底面连续的内侧面的凹陷部;第5工序,通过对所述氧化钨层上的所述堤材料层的残留部实施热处理,对所述堤材料层的残留部赋予流动性,使构成所述堤的材料从所述残留部延伸到所述凹陷部的凹部的边缘;第6工序,在所述热处理工序之后,在露出的所述氧化钨层上形成包括发光层的功能层;以及第7工序,在所述功能层的上方形成阴极。
另外,作为本发明的另一种方式,在作为本发明的一种方式的有机EL元件的制造方法中,可以通过在所述第2工序,将所述氧化钨层成膜为:其UPS光谱在比价电子带最低的结合能低1.8~3.6eV的结合能区域内具有隆起的形状。
另外,作为本发明的另一种方式,在作为本发明的一种方式的有机EL元件的制造方法中,可以将所述氧化钨层成膜为:其UPS光谱的微分光谱在整个比价电子带最低的结合能低2.0~3.2eV的结合能区域具有表现为与指数函数不同的函数的形状。
以下,说明本发明实施方式的有机EL元件,然后叙述本发明的各性能确认实验的结果和考察。
各附图中的部件比例尺与实际不同。
〈实施方式1〉
(有机EL元件的结构)
图1是表示本实施方式的有机EL元件1000的结构的示意剖视图。
有机EL元件1000是通过湿法工艺涂敷功能层来制造的涂敷型元件,具有如下结构:空穴注入层4和各种功能层(在此为缓冲层6A和发光层6B)在相互层叠的状态下介于由阳极2和阴极8构成的电极对之间,所述各种功能层是包含具有预定功能的有机材料而成的。
具体而言,如图1所示,有机EL元件1000是对于基板1的一侧主面按如下顺序层叠阳极2、空穴注入层4、缓冲层6A、发光层6B、阴极8(钡层8A和铝层8B)而构成的。
基板1例如使用钠钙玻璃(soda glass)、无荧光玻璃、磷酸系玻璃、硼酸系玻璃、石英、丙烯系树脂(acrylic resin)、苯乙烯系树脂、聚碳酸酯系树脂、环氧系树脂、聚乙烯、聚酯、硅系树脂或者氧化铝(alumina)等绝缘性材料来构成。在其一方的表面形成有预定的TFT布线。
阳极2可以由例如APC(银、钯、铜的合金)、ARA(银、铷、金的合金)、MoCr(钼与铬的合金)、NiCr(镍与铬的合金)等形成。在顶部发射型的发光元件的情况下,优选由高反射性的材料形成。
(空穴注入层)
空穴注入层4由厚度30nm的氧化钨薄膜(层)形成。在其组成式(WOx)中,x是大致在2<x<3的范围内的实数。
空穴注入层4优选尽量仅由氧化钨构成,但也可以含有通常水平下可混入的程度的极微量的杂质。
在此,该空穴注入层4在特定的成膜条件下成膜。由此,在其电子态中,在价电子带(价带)的上端、即比价电子带最低的结合能低1.8~3.6eV的结合能区域内存在占有能级。该占有能级相当于空穴注入层4的最高占有能级,即,其结合能范围最接近空穴注入层4的费米面(Fermi Surface)。因此,以下将该占有能级称为“费米面附近的占有能级”。
由于存在该费米面附近的占有能级,在空穴注入层4和功能层(在此为缓冲层6A)的层叠界面实现了所谓的界面能级连续,缓冲层6A的最高被占轨道的结合能与空穴注入层4的所述费米面附近的占有能级的结合能大致相等。
在此所说的“大致相等”和“实现了界面能级连续”是指:在空穴注入层4和缓冲层6A的界面处,所述费米面附近的占有能级最低的结合能与所述最高被占轨道最低的结合能之差在±0.3eV以内的范围内。
进一步,在此所说的“界面”是指:包括空穴注入层4的表面和距该表面0.3nm以内的距离的缓冲层6A的区域。
另外,所述费米面附近的占有能级优选存在于整个空穴注入层4,但至少存在于与缓冲层6A的界面即可。
(堤)
在空穴注入层4的表面形成有由绝缘性的有机材料(例如丙烯系树脂、聚酰亚胺系树脂、酚醛清漆型酚树脂等)形成的堤5,使得形成具有一定的梯形剖面的线条(stripe)构造或井字形构造。在由各堤5区划的空穴注入层4的表面形成有功能层,所述功能层包括缓冲层6A和与RGB中任意一种颜色对应的发光层6B。如图1所示,在将有机EL元件1000应用于有机EL面板的情况下,以与RGB的各色对应的一系列的3个元件1000作为1个单位(像素,pixel),在基板1上排列设置多个单位的该一系列的3个元件1000。
此外,堤5不是本发明中必须的结构,在作为单体使用有机EL元件1000等情况下不需要堤5。
(缓冲层)
缓冲层6A由厚度20nm的作为胺系有机高分子的TFB(poly(9,9-di-n-octylfluorene-alt-(1,4-phenylene-((4-sec-butylphenyl)imino)-1,4-phenylene))构成。
(发光层)
发光层6B由厚度70nm的作为有机高分子的F8BT(poly(9,9-di-n-octylfluorene-alt-benzothiadiazole))构成。但是,发光层6B不限于由该材料构成的结构,可以构成为包含公知的有机材料。例如,可列举出日本特开平5-163488号公报所记载的类喔星(oxinoid)化合物、苝化合物、香豆素化合物、氮杂香豆素化合物、噁唑化合物、噁二唑化合物、紫环酮(perinone)化合物、吡咯并吡咯化合物、萘化合物、蒽化合物、芴化合物、荧蒽化合物、并四苯化合物、芘化合物、晕苯化合物、喹诺酮化合物及氮杂喹诺酮化合物、吡唑啉衍生物及吡唑啉酮衍生物、若丹明化合物、(chrysene)化合物、菲化合物、环戊二烯化合物、茋化合物、二苯基苯醌化合物、苯乙烯基化合物、丁二烯化合物、双氰亚甲基吡喃化合物、双氰亚甲基噻喃化合物、荧光素化合物、吡喃鎓化合物、噻喃鎓化合物、硒吡喃鎓化合物、碲吡喃鎓化合物、芳香族坎利酮化合物、低聚亚苯基化合物、噻吨化合物、花青苷化合物、吖啶化合物、8-羟基喹啉化合物的金属配合物、2,2’-联吡啶化合物的金属配合物、席夫碱与III族金属的配合物、8-羟基喹啉(喔星)金属配合物、稀土类配合物等荧光物质等。
(功能层)
本发明中的功能层是指输送空穴的空穴输送层、通过所注入的空穴和电子复合而发光的发光层、用于调整光学特性或阻碍电子的用途的缓冲层等中的任意一个、或者两层以上的这些层的组合或所有的层。本发明以空穴注入层为对象,但有机EL元件除空穴注入层以外还存在上述的空穴输送层、发光层等的各自发挥所需功能的层。功能层是指作为本发明的对象的空穴注入层以外的有机EL元件所需的层。
(其他电极、基板等)
阴极8是层叠厚度5nm的钡层8A和厚度100nm的铝层8B而构成的。
在阳极2和阴极8连接有电源11,从外部对有机EL元件1000供电。
基板1可由无碱玻璃、钠玻璃、无荧光玻璃、磷酸系玻璃、硼酸系玻璃、石英、丙烯系树脂、苯乙烯系树脂、聚碳酸酯系树脂、环氧系树脂、聚乙烯、聚酯、硅系树脂或氧化铝等绝缘性材料中的任一材料形成。
(有机EL元件的作用和效果)
在具有以上结构的有机EL元件1000中,由于在空穴注入层4存在所述费米面附近的占有能级,与缓冲层6A之间的空穴注入势垒小。因此,当驱动时对有机EL元件1000施加电压时,能以低电压且较平稳顺利地使空穴从空穴注入层4中的所述费米面附近的占有能级向缓冲层6A的最高被占轨道注入,能发挥高空穴注入效率。
对于将氧化钨作为空穴注入层来使用的结构本身,过去已经有过报告(参照非专利文献1)。但是,该报告中得到的最佳的空穴注入层的膜厚为0.5nm左右,影响电压电流特性的膜厚依赖性也较大,对量产大型有机EL面板程度的实用性没有启示。进一步,也未启示在空穴注入层积极地形成费米面附近的占有能级。本发明与现有技术大不相同之处在于,在由化学性较稳定且也耐受大型有机EL面板的量产工艺的氧化钨形成的空穴注入层中,存在预定的费米面附近的占有能级,由此得到优异的空穴注入效率,在有机EL元件中实现了低电压驱动。
接着,例示有机EL元件1000整体的制造方法。
(有机EL元件的制造方法)
首先,将基板1载置于溅射成膜装置的溅射室内。然后,向室内导入预定的溅射气体,通过反应性溅射法成膜厚度50nm的由ITO形成的阳极2。
接着,成膜空穴注入层4,优选通过反应性溅射法来成膜。特别是在对需要大面积成膜的大型有机EL面板应用本发明的情况下,当通过蒸镀法等进行成膜时,有可能会导致膜厚等产生不匀。当通过反应性溅射法进行成膜,则容易避免产生这样的成膜不匀。
具体而言,将靶替换为金属钨,实施反应性溅射法。向溅射室内导入氩气作为溅射气体,导入氧气作为反应性气体。在该状态下,通过高电压将氩离子化,使其冲撞靶。此时,通过溅射现象放出的金属钨与氧气反应而成为氧化钨,成膜在基板1的阳极2上。
该成膜条件如后所述,气压(总压)为大于2.7Pa且7.0Pa以下,氧气分压与总压之比为50%以上且70%以下,并且,靶每单位面积的投入电力(投入电力密度(投入功率密度))优选设定为1W/cm2以上且2.8W/cm2以下。经过该工序而形成空穴注入层4,所述空穴注入层4在比价电子带最低的结合能低1.8~3.6eV的结合能区域内具有占有能级。
接着,作为堤材料,准备例如感光性的抗蚀剂材料、优选含有氟系材料的光致抗蚀剂材料。在空穴注入层4上均匀地涂敷该堤材料,预烘焙后,重叠具有预定形状的开口部(要形成的堤的图案)的掩模。然后,从掩模上方使其感光之后,用显影液洗出未固化的多余的堤材料。最后用纯水进行清洗,从而完成堤5。
在此,在本实施方式中,空穴注入层4由对碱溶液、水、有机溶剂等具有耐受性的氧化钨构成。因此,在堤形成工序中,即使已经形成的空穴注入层4与该溶液、纯水等接触,也能够抑制由溶解、变质、分解等造成的损伤。这样,通过维持空穴注入层4的形态,也能够在有机EL元件1000完成之后经由该空穴注入层4向缓冲层6A高效地进行空穴注入,能够良好地实现低电压驱动。
接着,在相邻的堤5之间露出的空穴注入层4的表面,通过例如喷墨法或照相凹版印刷法的湿法工艺,滴下含有胺系有机分子材料的组成物墨,使溶剂挥发而将溶剂除去。由此形成缓冲层6A。
接着,在缓冲层6A的表面用同样的方法滴下含有有机发光材料的组成物墨,使溶剂挥发而将溶剂除去。由此形成发光层6B。
缓冲层6A、发光层6B的形成方法不限于此,也可以通过喷墨法、照相凹版印刷法以外的方法、例如分墨法、喷嘴涂敷法、旋涂法、凹版印刷、凸版印刷等公知方法来滴下、涂敷墨。
接着,在发光层6B的表面通过真空蒸镀法来成膜钡层8A、铝层8B。由此,形成阴极8。
虽然图1中未图示,但以抑制有机EL元件1000曝露于大气为目的,可以在阴极8的表面还设置封止层,或者设置在空间上使元件1000整体与外部隔离的封止罐。封止层可由例如SiN(氮化硅)、SiON(氮氧化硅)等材料形成,设置成内部封止元件1000。在使用封止罐的情况下,封止罐例如可以由与基板1同样的材料形成,在密闭空间内设置吸附水分等的吸气剂(getter)。
经过以上的工序,完成有机EL元件1000。
〈各种实验和考察〉
(关于氧化钨的成膜条件)
本实施方式中,通过在预定的成膜条件下成膜构成空穴注入层4的氧化钨,使空穴注入层4存在上述的费米面附近的占有能级,减少空穴注入层4与缓冲层6A之间的空穴注入势垒,使得能够对有机EL元件1000进行低电压驱动。
作为用于得到这样的性能的氧化钨的成膜方法,考虑适宜设定成如下的成膜条件而通过反应性溅射法来成膜,即:使用DC磁控管溅射装置,靶为金属钨,对基板温度不进行控制,溅射室内气体由氩气和氧气构成,气压(总压)为大于2.7Pa且7.0Pa以下,氧气分压与总压之比为50%以上且70%以下,并且,靶每单位面积的投入电力(投入电力密度)为1W/cm2以上且2.8W/cm2以下。
上述成膜条件的有效性通过以下各实验得到了确认。
首先,为了切实地评价从空穴注入层4向缓冲层6A的空穴注入效率的成膜条件依赖性,作为评价器件,制作了单空穴元件。
在有机EL元件中,形成电流的载流子是空穴和电子这两者,因此,有机EL元件的电特性上,除空穴电流以外,还反映着电子电流。但是,在单空穴元件中,由于来自阴极的电子的注入受阻,所以几乎不流动电子电流,所有电流大致仅由空穴电流构成,即载流子被视为大致仅为空穴,适合评价空穴注入效率。
具体制作的单空穴元件是将图1的有机EL元件1000中的阴极8如图2所示的阴极9那样置换成金的元件。即,如图2所示,在基板1上形成由厚度50nm的ITO薄膜形成的阳极2,进一步在阳极2上依次层叠由厚度30nm的氧化钨形成的空穴注入层4、由厚度20nm的作为胺系有机高分子的TFB形成的缓冲层6A、由厚度70nm的作为有机高分子的F8BT形成的发光层6B、由厚度100nm的金形成的阴极9。由于是评价器件,所以省略了堤5。
在该制作工序中,空穴注入层4使用DC磁控管溅射装置而通过反应性溅射法来成膜。溅射室内气体由氩气和氧气的至少一种构成,靶使用了金属钨。对基板温度不进行控制,氩气分压、氧气分压、总压用各气体的流量来调节。成膜条件如以下的表1所示,使总压、氧气分压以及投入电力(接入功率)的各条件变化,由此得到具备在各成膜条件下成膜的空穴注入层4的单空穴元件1000B(元件No.1~14)。此后,氧气分压表示为与总压的比(%)。
[表1]
各单空穴元件1000B的成膜条件
元件No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
氧气分压(%) 70 50 100 50 70 100 70 50 100 50 70 30 30 50
总压(Pa) 2.7 4.8 1.7 1.7 2.7 1.7 2.7 4.8 1.7 2.7 1.7 1.7 2.7 4.8
投入电力(W) 500 500 500 500 250 250 1000 1000 1000 500 500 500 500 250
T-S(mm) 113 113 113 113 113 113 113 113 113 113 113 113 113 113
成膜速率(nm/s) 0.164 0.14 0.111 0.181 0.057 0.308 0.311 0.246 0.154 0.153 0.364 0.177 0.049
膜厚(nm) 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30
表2中示出上述DC磁控管溅射装置的投入电力与投入电力密度的关系。
[表2]
投入电力(W) 投入电力密度(W/cm2
250 1.4
500 2.8
1000 5.6
将制作的各单空穴元件1000B与直流电源DC连接,并施加了电压。使此时的施加电压变化,将与电压值相应地流动的电流值换算成元件的每单位面积的值(电流密度)。以下,将“驱动电压”设为电流密度为10mA/cm2时的施加电压。
可以说该驱动电压越小,空穴注入层4的空穴注入效率越高。原因认为在于,在各单空穴元件1000B中,由于空穴注入层4以外的各部位的制作方法相同,所以除了空穴注入层4以外的相邻的两个层之间的空穴注入势垒是一定的。另外,通过其他实验确认了该实验中使用的阴极2和空穴注入层4为欧姆连接。因此,由空穴注入层4的成膜条件引起的驱动电压的差异强有力地反映了从空穴注入层4向缓冲层6A的空穴注入效率。
表3是通过该实验得到的各单空穴元件1000B的相对于总压、氧气分压、投入电力的各成膜条件的驱动电压的值。表3中,各单空穴元件1000B的元件编号(No.)用圆圈数字来表示。
[表3]
各单空穴元件1000B的成膜条件与驱动电压(电流密度10mA/cm2时的施加电压值)
*圆圈数字是元件编号,括弧外的数值是投入电力,括弧内的数值是驱动电压
另外,图3的(a)~(c)是汇总各单空穴元件1000B的驱动电压的成膜条件依赖性的坐标图。图3的(a)中的各点从左向右表示元件No.4、10、2的驱动电压。图3的(b)中的各点从左向右表示表示元件No.13、10、1的驱动电压。再有,图3的(c)中的各点从左向右表示元件No.14、2、8的驱动电压。
在该实验中,在总压为2.7Pa且氧气分压为100%的情况下、总压为4.8Pa且氧气分压为30%的情况下、总压为4.8Pa且氧气分压为70%的情况下、总压为4.8Pa且氧气分压为100%的情况下,均由于气体流量等溅射装置的制约而不能进行成膜。
首先,对于驱动电压的总压依赖性,如从图3的(a)可知,在氧气分压50%、投入电力500W的条件下,至少在总压为大于2.7Pa且4.8Pa以下的范围内,能够确认到驱动电压的明确的下降。通过其他实验可知,该倾向至少持续到总压为7.0Pa以下的范围。因此,可以说总压优选设定在大于2.7Pa且7.0Pa以下的范围内。
接着,对于驱动电压的氧气分压依赖性,如从图3的(b)可知,在总压为2.7Pa、投入电力为500W的条件下,至少在氧气分压为50%以上且70%以下的范围内,能够确认到氧气分压的上升和驱动电压的下降。但是,当氧气分压上升至上述范围以上时,通过其他实验能确认到驱动电压反而上升。因此,可以说氧气分压优选为50%以上且将上限抑制在70%左右。
接着,对于驱动电压的投入电力依赖性,如从图3的(c)可知,在总压为4.8Pa、氧气分压为50%的条件下,能够确认到投入电力超过500W时驱动电压急剧上升。因此,认为投入电力优选抑制为500W以下。当观察表3的元件No.1、3时,能确认如下结果:即使投入电力为500W,当总压为2.7Pa以下,驱动电压也会上升。
接着,图4示出了各单空穴元件1000B中作为代表的元件No.14、1、7的电流密度-施加电压曲线。图中纵轴为电流密度(mA/cm2),横轴为施加电压(V)。元件No.14满足上述的总压、氧气分压、投入电力的全部的优选条件。另一方面,元件No.1、7不满足上述优选条件的一部分。
在此,为了以下的说明,对于空穴注入层4(和后述的氧化钨层80)的成膜条件,将元件No.14的成膜条件称作成膜条件A,将元件No.1的成膜条件称作成膜条件B,将元件No.7的成膜条件称作成膜条件C。另外,相应地,在图4和表3中也将元件No.14记述为HOD-A,将元件No.1记述为HOD-B,将元件No.7记述为HOD-C。
如图4所示,HOD-A与HOD-B、HOD-C相比,电流密度-施加电压曲线的上升最早,另外,能以最低的施加电压得到高电流密度。即,HOD-A与HOD-B、HOD-C相比,空穴注入效率明显优异。HOD-A是各单空穴元件1000B中驱动电压最低的元件。
以上是与单空穴元件1000B中的空穴注入层4的空穴注入效率有关的验证,单空穴元件1000B的结构除阴极以外与图1的有机EL元件1000完全相同。因此,在有机EL元件1000中,从空穴注入层4向缓冲层6A的空穴注入效率的成膜条件依赖性本质上也与单空穴元件1000B相同。为了确认该情况,制作了使用成膜条件A、B、C下的空穴注入层4的各有机EL元件1000。
具体制作的各有机EL元件的结构1如图1所示,在基板1上形成由厚度50nm的ITO薄膜形成的阳极2,进一步在阳极2上依次层叠有由厚度30nm的氧化钨形成的空穴注入层4、由厚度20nm的作为胺系有机高分子的TFB形成的缓冲层6A、由厚度70nm的作为有机高分子的F8BT形成的发光层6B、由厚度5nm的钡和厚度100nm的铝形成的阴极8。由于是评价器件,所以省略了堤5。
将制作的成膜条件A、B、C下的各有机EL元件1000与直流电源DC连接,并施加了电压。图5中示出了表示此时的施加电压和将与各个电压值相应地流动的电流值换算成元件的每单位面积的值时的关系的电流密度-施加电压曲线。图中纵轴是电流密度(mA/cm2),横轴是施加电压(V)。
为了以下的说明,在图5中将成膜条件A的有机EL元件1000记述为BPD-A,将成膜条件B的有机EL元件1000记述为BPD-B,将成膜条件C的有机EL元件1000记述为BPD-C。
如图5所示,BPD-A与BPD-B、BPD-C相比,电流密度-施加电压曲线的上升最早,另外,能以最低的施加电压得到高电流密度。这是与作为各个相同的成膜条件下的单空穴元件的HOD-A、HOD-B、HOD-C同样的倾向。
进一步,针对上述制作的各有机EL元件1000,图6中示出了表示与电流密度的变化相应的发光强度的关系的发光强度-电流密度曲线。图中,纵轴是发光强度(cd/A),横轴是电流密度(mA/cm2)。根据该图6,至少在测量出的电流密度的范围内确认了BPD-A的发光强度最高。
根据以上结果,确认了空穴注入层4的空穴注入效率的成膜条件依赖性在有机EL元件1000中也与单空穴元件1000B的情况同样起作用。即,确认了:在该实验的有机EL元件1000中,当在使用DC磁控管溅射装置、靶为金属钨、基板温度不进行控制、溅射室内气体由氩气和氧气构成、总压为大于2.7Pa且7.0Pa以下、且氧气分压与总压之比为50%以上且70%以下、投入电力密度为1W/cm2以上且2.8W/cm2以下的成膜条件下通过反应性溅射法来成膜构成空穴注入层4的氧化钨时,从空穴注入层4向缓冲层6A的空穴注入效率高,由此能实现优异的低电压驱动和高发光效率。
在上述中,对于投入电力的条件,基于表2而还用投入电力密度进行了表示。在使用与本实验中使用的DC磁控管溅射装置不同的DC磁控管溅射装置的情况下,通过与靶的尺寸相应地调节投入电力以使得投入电力密度成为上述条件,能够与本实验同样地得到空穴注入效率优异的由氧化钨形成的空穴注入层4。此外,总压、氧气分压不依赖于装置和/或靶的尺寸。
另外,在通过反应性溅射法成膜空穴注入层4时,在配置于室温环境下的溅射装置中,没有特意地设定基板温度。因此,至少成膜前,基板温度是室温。但是,在成膜中,基板温度有可能上升几十度左右。
在成膜条件A下制作了空穴注入层4的有机EL元件1000是本实施方式的有机EL元件1000,具有上述的费米面附近的占有能级。对此,以下将进行考察。
(关于空穴注入层的电子态)
在构成本实施方式的有机EL元件1000的空穴注入层4的氧化钨中,存在上述费米面附近的占有能级。该费米面附近的占有能级是通过调整前面的实验中所示出的成膜条件而形成的。以下详细进行说明。
进行了如下实验:对在前述的成膜条件A、B、C下成膜的氧化钨中的上述费米面附近的占有能级的存在进行了确认。
在各成膜条件下制作了光电子分光测量用的样品。作为该样品的结构,如图7所示的1A,在导电性硅基板70上,通过上述的反应性溅射法成膜了厚度10nm的氧化钨层80(相当于空穴注入层4)。以下,将成膜条件A的样品1A记述为样品A,将成膜条件B的样品1A记述为样品B,将成膜条件C的样品1A记述为样品C。
样品A、B、C均在溅射装置内成膜氧化钨层80之后,被转移到与该溅射装置连结且填充有氮气的手套箱(glove box)内,保持不曝露于大气的状态。然后,在该手套箱内封入到转移容器中,安装到光电子分光装置。由此,使氧化钨层80在成膜后不曝露于大气中而实施了紫外光电子分光(UPS)测量。
在此,通常,UPS光谱反映了测量对象物的从表面到深度几纳米的价电子带等的占有能级的状态。因此,在本实验中,使用UPS来观察氧化钨层80的表层中的占有能级的状态。
UPS测量条件如下。此外,在样品A、B、C中使用了导电性硅基板70,因此在测量中没有发生充电(charge up)。测量点间隔为0.05eV。
光源:He I射线
偏压:无
出射角:基板法线方向
图8中示出样品A的氧化钨层80的UPS光谱。横轴的结合能的原点为基板7的费米面,将左方向作为正向。
以下,使用图8来说明氧化钨层80的各占有能级。
一般而言,在氧化钨所呈现的UPS光谱中,最大且陡峭的上升是唯一确定的。将通过该上升的拐点的切线设为线(i),将其与横轴的交点设为点(iii)。由此,氧化钨的UPS光谱被分为从点(iii)起位于高结合能侧的区域(x)和位于低结合能侧(即费米面侧)的区域(y)。
在此,根据以下的表4中示出的氧化钨层80的组成比,样品A、B、C中,钨原子与氧原子的数量的比率均大致为1:3。该组成比通过X射线光电子分光(XPS)来求出。具体而言,使用该光电子分光装置,与上述UPS测量同样地,使氧化钨层80不曝露于大气中而进行XPS测量,估计出从氧化钨层80的表面到深度几纳米的钨与氧的组成比。表4中还一并记载了氧化钨层80的成膜条件。
[表4]
样品 样品A 样品B 样品C
成膜条件 成膜条件A 成膜条件B 成膜条件C
总压(Pa) 4.8 2.7 2.7
氧气分压(%) 50 70 70
投入电力(W) 250 500 1000
组成比(氧÷钨) 3.0 2.9 2.8
根据该组成比,可认为在样品A、B、C中均是:氧化钨层80至少在从表面到深度几纳米以内的范围内具有以三氧化钨为基本的原子配置,也即是,作为基本构造具有氧原子相对于钨原子以8面体配位结合而成的歪的金红石构造(8面体互相共有顶点的氧原子的构造)。因此,图8中的区域(x)是三氧化钨结晶或者其结晶秩序混乱(但是结合(键)不断开,保持着上述基本构造)的非晶质具有的基于上述基本构造的占有能级,是与所谓的价电子带对应的区域。另外,本申请发明人进行了氧化钨层80的X射线吸收微细构造(XAFS)测量,确认了在样品A、B、C中都形成有上述基本构造。
因此,图8中的区域(y)对应于价电子带与导带之间的带隙,但如本UPS光谱所示,可知在氧化钨的该区域中有时也存在与价电子带不同的占有能级。这是基于与上述基本构造不同的其他构造的能级,是所谓的带隙间能级(in-gap state或gap state)。
接着,图9中示出样品A、B、C中的各氧化钨层80的区域(y)的UPS光谱。对于图9所示的光谱的强度,用位于比图8中的点(iii)高3~4eV左右的高结合能侧的峰(ii)的峰顶值进行了标准化。在图9中,还在与图8的点(iii)相同的横轴位置上示出了点(iii)。横轴表示为以点(iii)为基准的相对值(相对结合能),从左向右(费米面侧)示出了结合能变低。
如图9所示,在样品A的氧化钨层80中,在从比点(iii)低大约3.6eV的结合能的位置到比点(iii)低大约1.8eV的结合能的位置为止的区域中,能够确认存在峰。在图中用点(iv)表示该峰的明确的上升位置。在样品B、C中无法确认到这样的峰。
本发明通过将这样在UPS光谱中比点(iii)低1.8~3.6eV左右的结合能的区域内具有隆起(不限于峰)的构造的氧化钨作为空穴注入层来使用,能够在有机EL元件中发挥优异的空穴注入效率。
在此,可知该隆起的程度越陡峭,空穴注入效率越高。因此,如图9所示,可以说比点(iii)低2.0~3.2eV左右的结合能的区域作为比较容易确认该隆起构造且该隆起较陡峭的区域是尤其重要的。
以下,将UPS光谱中的该隆起构造称为“费米面附近的隆起构造”。与该费米面附近的隆起构造对应的占有能级是上述的“费米面附近的占有能级”。
接着,为了使上述费米面附近的隆起构造更加明确,计算出图9所示的样品A、B、C的UPS光谱中的标准化强度的微分。
具体而言,使用曲线解析软件IGOR Pro6.0,对图9所示的UPS光谱进行11次二项式平滑(binomial smoothing)(平滑系数为1),然后进行了基于中心差分法的微分处理。这是为了使UPS测量时的本底噪声等的偏差原因平滑化,使微分曲线平滑,使下述的讨论易于理解。
图10中示出了通过该处理得到的微分曲线。图10中的点(iii)、(iv)是与图9相同的横轴位置。
根据图10所示的微分曲线,在样品B、C的氧化钨层80中,在从能用光电子分光装置测量的结合能到点(iv)为止的区域(v)中,微分值只是在0附近上下波动,进一步,在从点(iv)到高结合能侧大约1.2eV的区域(vi)中,朝向高结合能侧,微分值只是大致在增加率的增大同时逐渐增大。并且,该区域(v)、(vi)中的样品B、C的各微分曲线的形状与作为该各微分曲线的原始曲线的图9所示的样品B、C的UPS光谱大致相似。因此,可以说样品B、C的区域(v)、(vi)中的UPS光谱和其微分曲线的形状是指数函数的形状。
另一方面,在样品A的氧化钨层80中,从点(iv)附近向点(iii)看到急剧的上升,区域(v)、(vi)中的微分曲线的形状与指数函数的曲线的形状明显不同。对于这样的样品A,在图9的微分前的光谱中,也能够确认到具有从点(iv)附近开始隆起、而且与指数函数的光谱形状不同的费米面附近的隆起构造。
换句话说,这样的样品A的特性是,在比价电子带最低的结合能低大约1.8~3.6eV的范围内存在费米面附近的占有能级,特别是在比价电子带最低的结合能低大约2.0~3.2eV的范围内能够在UPS光谱中明确确认到对应的费米面附近的隆起构造。
接着,针对成膜后未曝露于大气中而测量了图9的UPS光谱的样品A、B、C的氧化钨层80,在常温下进行了一小时的大气曝露。然后,重新进行UPS测量,对由此导致的光谱的变化进行了确认。图11中示出上述区域(y)中的UPS光谱。横轴的取法与图9是同样的,图中的点(iii)、(iv)是与图9相同的横轴位置。
根据图11所示的UPS光谱,在样品B、C的氧化钨层80中,与大气曝露前同样地不存在费米面附近的隆起构造。相对于此,在样品A的氧化钨层80中,虽然大气曝露后强度和/或光谱形状能看出变化,但是依然能够确认到存在费米面附近的隆起构造。由此可知,对于样品A,即使进行一定时间的大气曝露,也能够维持大气曝露前的特性,相对于周边环境氛围具有一定的稳定性。
以上,对针对样品A、B、C测量出的UPS光谱进行了讨论,但在XPS或硬X射线光电子分光测量中也能够同样地确认到上述费米面附近的隆起构造。
图12是样品A的氧化钨层80的上述大气曝露后的XPS光谱。为了比较,重叠描绘了样品A的氧化钨层80的UPS光谱(与图8相同)。
XPS测量条件中,除光源为Al Kα射线以外与前述的UPS测量条件是同样的。在图12中,图中的点(iii)是与图8相同的横轴位置,横轴与图9同样地用以点(iii)为基准的相对结合能来表示。另外,图12中用(i)’表示XPS光谱中与图8的(i)相当的线。
如图12所示,在XPS光谱中,也与UPS光谱的情况同样地,在比价电子带最低的结合能低大约1.8~3.6eV的范围内,作为相当的大小的隆起构造,能够明确地确认到在样品A的氧化钨层80中存在费米面附近的隆起构造。通过其他实验,在硬X射线光电子分光中也同样能确认到费米面附近的隆起构造。
在上述测量中,作为光电子分光测量用的样品,使用了与图1所示的有机EL元件1000的构造不同的、在导电性硅基板70上形成氧化钨层80而成的样品1A(图7)。这只是用于防止测量中的充电的措施,并不是将本发明的有机EL元件的构造限定为该结构。
根据本申请发明人进行的其他实验,使用具有图1所示的有机EL元件1000的结构(在基板1的一面依次形成有由ITO形成的阳极2和由氧化钨形成的空穴注入层4的结构)的样品,在进行了UPS、XPS测量的情况下,测量中发生了充电。
但是,当并用消除充电的中和枪时,虽然空穴注入层4的各占有能级呈现的结合能的绝对值(例如将光电子分光装置本身的费米面作为原点时的结合能的值)有时与样品1A的氧化钨层80不同,但是至少在从带隙到价电子带最低的结合能的范围内,能得到与样品1A同样的形状的光谱。
(关于空穴注入效率的考察)
在由氧化钨形成的空穴注入层中,根据UPS光谱等能够认为:能够作为费米面附近的隆起构造来得以确认的费米面附近的占有能级对空穴注入效率起作用的原理为如下所述。
在氧化钨的薄膜、结晶所能看到的上述费米面附近的占有能级是因氧缺陷和/或其类似的构造而产生的,这一点根据实验和第一原理计算的结果已有大量的报告。
具体而言,推测为是因结合轨道和/或5d轨道而产生的,所述结合轨道是因缺乏氧原子而形成的相邻的钨原子的5d轨道彼此的结合轨道,所述5d轨道是不被氧原子封端而存在于膜表面和/或膜内的钨原子单体的5d轨道。推测:当这些5d轨道是半占或者非占状态时,则在与有机分子接触时,为了相互的能量稳定化,会从有机分子的最高被占轨道抽出电子。
实际上,有报告指出:在氧化钨和具有催化作用和/或电致变色、光致变色等多个共同的物性的氧化钼中,在其薄膜上层叠由有机低分子的α-NPD形成的层时,电子从α-NPD分子向氧化钼薄膜移动(参照非专利文献2)。
本申请发明人认为,与相邻的钨原子的5d轨道彼此的结合轨道相比,氧化钨中结合能更低的钨原子单体的半占5d轨道或者与其类似的构造相当于费米面附近的占有能级。
图13是本发明的具有费米面附近的占有能级的氧化钨层与α-NPD层的界面的能量图解。
图13中,首先示出了该氧化钨层(相当于空穴注入层)中的价电子带最低的结合能(图中记为“价电子带上端”)和费米面附近的占有能级的上升位置的结合能(图中记为“in-gap state上端”)。在UPS光谱中,价电子带上端相当于图8的点(iii),in-gap state上端相当于图9的点(iv)。
并且,还示出了在该氧化钨层上层叠了α-NPD(相当于功能层)时的α-NPD层的厚度与α-NPD的最高被占轨道的结合能及真空能级的关系。在此,α-NPD的最高被占轨道的结合能是指UPS光谱中的该最高被占轨道的峰的上升位置的结合能。
具体而言,针对在ITO基板上成膜的该氧化钨层,一边在光电子分光装置和与该装置连结的超高真空蒸镀装置之间使基板往返,一边反复进行UPS测量和α-NPD的超高真空蒸镀,从而得到图13的能量图解。由于在UPS测量中没有确认到充电,因此在图13中将纵轴的结合能标记为以ITO基板的费米面为原点的绝对值。
从图13可知,在α-NPD层的厚度为至少0~0.3nm的范围内,也即是在该氧化钨层与α-NPD层的界面附近,该氧化钨层的in-gap state上端和α-NPD的最高被占轨道的结合能大致相等,可以说为互相的能级连续的状态(以下将其称作“界面能级连续”)。在此所说的“相等”实际上包含少许的差,具体而言是指±0.3eV以内的范围。
进一步,图13示出了上述界面能级连续不是偶然的而是通过氧化钨和α-NPD的相互作用而实现的。
例如,界面中的真空能级的变化(真空能级位移)示出根据其变化的方向在界面形成有以氧化钨层侧为负、以α-NPD层侧为正的双电层。另外,由于其真空能级位移的大小非常大、为接近2eV,所以认为双电层是由于类似化学结合(化学键)的作用而形成的是妥当的。即,上述界面能级连续应该认为是通过氧化钨和α-NPD的相互作用来实现的。
本申请发明人作为具体的相互作用推测出以下的机理。
首先,费米面附近的占有能级如上所述是由钨原子的5d轨道产生的。以下,将其称为“隆起构造的W5d轨道”。
在该氧化钨层的表面,当α-NPD分子的最高被占轨道靠近隆起构造的W5d轨道时,为了相互的能量稳定化,电子从α-NPD分子的最高被占轨道向隆起构造的W5d轨道移动。由此,在界面形成双电层,引起真空能级位移、界面能级连续。
进一步,具体而言,α-NPD分子的最高被占轨道的概率密度偏向胺构造的氮原子而分布,且构成为以该氮原子的非共有电子对为主成分,这作为第一原理计算的结果已有大量的报告。据此,推测:在该氧化钨层和胺系有机分子层的界面处,电子从胺构造的氮原子的非共有电子对向隆起构造的W5d轨道移动。
作为支持上述推测的报告,有如下报告:如前所述在具有与氧化钨共同的物性的氧化钼的蒸镀膜与作为胺系有机分子的NPB、α-NPD、F8BT的各界面处,存在与图13所示的氧化钨层和α-NPD层的界面能级连续同样的界面能级连续(参照非专利文献3、4、5)。
能够根据以上的界面能级连续来说明本发明的有机EL元件的空穴注入层具有的优异的空穴注入效率。即,在由具有费米面附近的占有能级的氧化钨形成的空穴注入层和相邻的功能层之间发生界面能级连续,费米面附近的占有能级的上升位置的结合能和功能层的最高被占轨道的结合能大致相等。在其连续的能级之间引起空穴注入。因此,向功能层的最高被占轨道注入空穴时的空穴注入势垒几乎等于零。
但是,难以认为完全没有作为形成费米面附近的占有能级的主要原因的氧缺陷和/或其类似的构造的氧化钨这样的物质是实际存在的。例如,认为在前述的样品B、C等、光电子分光光谱中没有费米面附近的隆起构造的氧化钨中的氧缺陷和/或其类似的构造虽然是极少量的、然而却是依然存在的,这是妥当的。
对此,使用图14来说明如前面的实验所示那样具有相当于样品A的氧化钨层80的空穴注入层4的单空穴元件HOD-A及有机EL元件BPD-A呈现优异的空穴注入效率的理由。
在氧化钨层层叠功能层时,要使构成功能层的有机分子的最高被占轨道和氧化钨层的费米面附近的占有能级进行相互作用,在界面处,需要有机分子中最高被占轨道的概率密度高的部位(例如胺系有机分子中的胺构造的氮原子。图中用“注入位置(y)”来表示)和氧化钨层的氧缺陷和/或其类似的构造(图中用“注入位置(x)”来表示)接近(接触)至相互作用的距离。
但是,如图14的(b)所示,即使在前述的样品B、C等的、不存在费米面附近的隆起构造的氧化钨层中存在注入位置(x),其数量密度也小得达不到在UPS光谱中呈现费米面附近的隆起构造的程度。因此,注入位置(y)与注入位置(x)接触的可能性非常低。由于在注入位置(x)和注入位置(y)接触的地方注入空穴,所以可知样品B、C的空穴注入效率极差。
相对于此,如图14的(a)所示,在前述的样品A等的具有费米面附近的隆起构造的氧化钨层中存在丰富的注入位置(y)。因此可知注入位置(y)和注入位置(x)接触的可能性高,空穴注入效率高。
对以上所述进行总结,如下所述来说明本发明的有机EL元件具有优异的空穴注入效率。
首先,由氧化钨形成的空穴注入层在其光电子分光光谱中具有费米面附近的隆起构造。这意味着在其表面存在不少氧缺陷和/或其类似的构造。
并且,费米面附近的占有能级本身从构成相邻的功能层的有机分子夺取电子,由此具有与有机分子的最高被占轨道实现界面能级连续的作用。
因此,当在空穴注入层的表面具有不少氧缺陷和/或其类似的构造时,则费米面附近的占有能级和有机分子的最高被占轨道的概率密度高的部位相接触的概率高,能有效地产生界面能级连续作用,呈现出优异的空穴注入效率。
(关于空穴注入层的膜减少)
本申请发明人为了确认经过堤形成工序的有机EL元件的特性,除了上述的评价器件(省略了堤5的构造)以外,还制作了新添加堤5的有机EL元件1000(图1)来进行实验。其结果,确认了能够如上述评价器件那样进行低电压驱动、发光特性得以良好地提高。
在此,本申请发明人对所制作的有机EL元件进行了确认,结果发现:空穴注入层的厚度与刚形成该层后相比变薄(以下,记为“膜减少”)。在此,本申请发明人推测为该空穴注入层的膜减少是由于堤形成工序而发生的。于是,为了查明空穴注入层的膜减少现象,还进行了以下的确认实验。
作为具体的方法,首先在玻璃基板上通过溅射法成膜了由成为空穴注入层的氧化钨构成的层(成膜条件为与单空穴元件相同的条件)。然后,在该空穴注入层上,基于旋涂法层叠(室温、2500rpm/25sec)由预定的树脂材料(东京应化工业株式会社制“TFR”系列)构成的树脂材料层,然后经过烘培处理(100℃、90sec)来进行了制作。接着,进行了显影处理(使用TMAH2.38%溶液、显影时间60sec)以及清洗处理(使用纯水、清洗时间60sec)。然后,剥离树脂材料层。该树脂材料层的配设和显影处理、清洗处理是设想实际的堤形成工序而确定的。
将该实验条件和结果表示在表5中。另外,在图15中示出表示表5中的膜密度与膜减少量的关系的坐标图。
[表5]
样品 样品A 样品B 样品C
总压(Pa) 4.8 2.7 2.7
Ar:O2 100:100 43:100 43:100
投入电力(W) 250 500 1000
膜密度(g/cm3 5.43 6.09 6.33
膜减少量(nm) 57.7 25 20.9
备考/成膜装置 SMD SOLCIET SOLCIET
如表5的实验结果所示,作为空穴注入层的氧化钨层相对于刚成膜后的膜厚(80nm)而最终成为23nm左右的膜厚。由此,确认到实际上由于膜减少而达到约57nm左右的膜厚量的氧化钨层消失(参考特性最好的样品A)。
另外,如图15所示,氧化钨层的膜减少量与膜密度之间存在相当的因果关系,可知膜密度越低、膜减少量越大。
该理由虽然当前还不明确,但根据表4、5和图15的坐标图可知,氧化钨层的发光特性等膜特性越好,膜密度越低。通过本申请发明人进行的其他的研究,能够推测为:氧化钨层由于在层中具有因氧欠缺导致的构造而膜密度降低,能获得良好的空穴注入性,因此能够实现元件的低电压驱动。
另外,本申请发明人调查了氧化钨层的膜减少原因,结果判明了:由于在显影处理或清洗处理中使用的溶剂,使得氧化钨层溶解而发生了膜减少。如上所述当氧化钨层具有因氧欠缺而形成的构造时,则膜密度降低,但这也被认为是由于在层内形成有大量的微小的结晶构造。认为:由于这样形成有大量的微小的结晶构造,使得形成堤时的成膜工艺中所使用的溶剂(显影液、清洗液等)容易浸入到氧化钨层中,因此发生膜减少。
通常,当发生如上所述的膜减少时,则难以管理氧化钨层的膜厚,另外,也担心对元件完成后的空穴注入特性产生某种影响。因此,在假设本领域技术人员知悉了这样的空穴注入层的膜减少的产生的情况下,估计会犹豫是否使用氧化钨构成空穴注入层。
然而,本申请发明人就针对这一点进行了专心研究,结果发现:通过例如适当地改变显影条件(使显影液浓度从2.38%降低到0.2%左右)或适当地改变烘培条件,能够调节氧化钨层的膜减少量。由此,能够实现考虑了膜减少的氧化钨层的膜厚控制。于是,本申请发明人以该空穴注入层的膜减少量的调节涉及的技术为根据,进一步对现实的发光元件的试制进行研究,确认了以下的技术事项。
作为发光元件的试制步骤,首先在阳极上形成包含氧化钨的空穴注入层。在该空穴注入层上层叠堤材料层,然后,将堤材料层图案形成为具有用于形成功能层的开口部的预定形状(此时实施曝光、显影、清洗各处理)。然后,在与所述开口部对应的位置成膜功能层。在功能层上形成阴极。
对通过该方法得到的元件的构造进行了确认,确认了:在空穴注入层的与所述开口部对应的区域,形成氧化钨溶解而成的凹陷,由此空穴注入层构成为作为整体而具有凹陷构造。
在此,得到了如下见解:当形成了空穴注入层的凹部构造时,则在驱动发光元件的情况下,在阳极与阴极之间产生的电场会集中到位于所述开口部的端部侧的凹陷构造的边缘部,有可能导致发光部面内的辉度不均、寿命低下等,有可能导致损害发光特性。
于是,本申请发明人如以下的实施方式所示构想为通过堤的形状来防止在这样的凹陷构造的边缘发生电场集中的不良的结构。
接着,以与实施方式1不同之处为中心对本发明的其他实施方式进行说明。
<实施方式2>
(有机EL显示器的整体结构)
图17是表示本发明实施方式2涉及的有机EL显示器的一部分的俯视图。
有机EL显示器100为呈矩阵状配置具备RGB的任一发光层的有机EL元件10a、10b、10c(相当于实施方式1的有机EL元件1000)而成的顶部发射型的有机EL显示器。各有机EL元件作为子像素发挥功能,一组RGB三色的有机EL元件作为像素来发挥功能。
在图17的例子中,采用了井字状的像素堤55,通过在Y轴方向延伸的堤部件55a对在X轴方向相邻的发光层56a1、56b1、56c1进行区划,并且对发光层56a2、56b2、56c2进行区划。
另一方面,通过在X方向延伸的堤部件55b对在Y轴方向相邻的发光层56a1、56a2进行区划,对发光层56b1、56b2进行区划,并且对发光层56c1、56c2进行区划。
图18是示意表示本发明实施方式涉及的有机EL显示器的一部分剖面的剖视图,示出了图17的A-A剖面。图19是图18中的由单点划线包围的B部的放大剖视图。
作为与实施方式1的元件1000的不同之处,在阳极2的上面隔着ITO层3配设有空穴注入层4。另外,省略缓冲层6A,在发光层6B上配设有电子注入层7,在阴极8上配设有封止层9。
在基板1上,呈矩阵状形成有阳极2,在阳极2上按如下顺序层叠有ITO(氧化铟锡)层3以及空穴注入层4。此外,相对于ITO层3仅层叠在阳极2上,空穴注入层4不仅形成在阳极2上,还形成在基板1的整个上面。
ITO层3介于阳极2和空穴注入层4之间,具有使各层间的接合性良好的功能。
在阳极2的周边上部隔着空穴注入层4形成有堤5,在由堤5规定的区域内层叠有发光层6B。进而,在发光层6B上,电子注入层7、阴极8以及封止层9形成为分别越过由堤5规定的区域而与相邻的有机EL元件10a、10b、10c的电子注入层7、阴极8以及封止层9各自连续。
电子注入层7具有将从阴极8注入的电子向发光层6B输送的功能,例如,优选由钡、酞菁、氟化锂或者这些物质的组合来形成。
阴极8在此为单层构造,例如由ITO、IZO(氧化铟锌)等形成。在顶部发射型的发光元件的情况下,优选由光透射性的材料形成。
封止层9具有能够抑制发光层6B等暴露于水分中或者暴露于空气中的功能,例如由SiN(氮化硅)、SiON(氮氧化硅)等材料形成。在顶部发射型的发光元件的情况下,优选由光透射性的材料形成。
(关于空穴注入层)
空穴注入层4与实施方式1中的空穴注入层是同样的,由通过能够获得良好的空穴注入特性的成膜条件成膜的氧化钨(WOx)层构成。在此,如图19所示,空穴注入层4沿堤5的底面5a、5b向侧方延伸出去,并且上面的一部分凹陷而形成凹部4a。作为凹部4a的内底面部的底面4b比堤底面5a的水平面5c低。凹部4a由底面4b和与其连续的作为内侧面部的侧面4d构成,凹部4a的深度大致为5nm~30nm左右。凹部的边缘4c是由空穴注入层4的上面不凹陷的区域4e和凹部的侧面4d形成的凸角部分,被作为堤5的一部分的覆盖部5d覆盖。
因为凹部的边缘4c相对于凹部的底面4b突出,所以当假设凹部的边缘4c不被绝缘性的覆盖部5d覆盖时,则会在此处发生电场集中而在发光层6B局部流动电流,其结果,会产生发光面内的辉度不均和/或由发光层6B的局部劣化导致的产品寿命变短的问题。但是,在本实施方式中,因为凹部的边缘4c被绝缘性的覆盖部5d覆盖,所以能够抑制这样的问题的产生。此外,为了有效地抑制电场集中,优选使覆盖部5d的厚度(从凹部的边缘4c到发光层6B的最短距离)为2nm~5nm。
另外,与作为一例而示出的如图19所示的棱边(edge)形状相比,通过使凹部的边缘4c的形状为多边形或带有圆角的形状,能够进一步抑制电场集中。
另外,在本实施方式中,覆盖部5d到达凹部4a的底面4b,堤5的侧面从到达凹部底面4b的到达点到顶点为上行斜面。由此,在通过喷墨法等印刷技术形成发光层6B的情况下,能够使墨易于进入由堤规定的区域内的角落处,能够抑制空隙等的产生。
<获得本发明涉及的一种方式的经过>
在此,使用附图具体说明上述的“空穴注入层的膜减少”一项中记载的内容。
图16是表示有机EL显示器的制造工序的剖视图。图16的(a)示出了在TFT基板1上形成有阳极2、ITO层3、空穴注入层4以及堤5的状态。另外,图16的(b)进一步示出了形成有发光层6B、电子注入层7、阴极8以及封止层9的状态。
根据在电荷注入输送层(在本例中是空穴注入层4)应用了氧化钨的结构,在堤5的形成过程中,在空穴注入层4的上面形成凹部4a(参照图16的(a))。在该状态下形成了发光层6B的情况下(参照图16的(b)),在发光时电场会集中到凹部的边缘4c附近。其结果,有时会在发光层6B局部流动电流,由于产生该局部的电流,恐怕会产生发光面内的辉度不均和/或由局部劣化导致的寿命变短的问题。
上述的课题以及见解是应用了氧化钨的有机EL元件中特有的,并且,认为到目前为止一直是不清楚的,这是具有技术上的意义的。
如上所述,通过一系列的研究以及探讨,本发明人想到了如下的技术特征:通过用堤的一部分覆盖在包含氧化钨的电荷注入输送层形成的凹部的边缘,抑制发光时电荷集中到凹部的边缘附近,其结果,抑制发光层中局部流动电流。
<有机EL显示器的制造方法>
图20~图22是说明本发明实施方式涉及的有机EL显示器的制造方法的工序图。
首先,如图20的(a)所示,在基板1上通过例如溅射法形成Ag薄膜,通过例如光刻法将该Ag薄膜图案化,由此呈矩阵状形成阳极2。此外,Ag薄膜也可以通过真空蒸镀法等来形成。
接下来,如图20的(b)所示,通过例如溅射法形成ITO薄膜,通过例如光刻法将该ITO薄膜图案化,由此形成ITO层3。接着,使用包含WOx或MoxWyOz的组成物通过真空蒸镀、溅射等技术来形成WOx或MoxWyOz的薄膜11。
接下来,如图20的(c)所示,在薄膜11上形成堤材料层12,除去堤材料层12的一部分而使薄膜11的一部分露出。对于堤材料层12的形成,可以通过例如涂敷等来进行形成。对于堤材料层12的除去,可以通过在堤材料层12上形成抗蚀剂图案、然后对其进行蚀刻来进行除去。抗蚀剂图案在蚀刻后通过例如水系或非水系的剥离剂来除去。
接下来,使用纯水清洗蚀刻残渣。此时,由于作为构成薄膜11的材料的WOx或MoxWyOz具有容易溶于纯水的性质,所以如图21的(a)所示,薄膜11的露出部分被侵蚀而形成凹陷构造。其结果,形成具备凹部4a的空穴注入层4。
接下来,如图21的(b)所示,实施热处理,对堤材料层12的残留部赋予某种程度的流动性,使堤材料从残留部延伸至凹部的边缘4c。由此,凹部的边缘4c被覆盖部5d覆盖。热处理例如可以采用热风处理(heatcure)。对于热风处理的温度以及时间,考虑堤材料的种类和/或所需的覆盖部5d的厚度等来适当地设定即可。然后,根据需要,对堤材料层12的残留部表面实施例如通过氟等离子体等进行的拨液处理,形成堤5。
接下来,如图21的(c)所示,在由堤5规定的区域内通过例如喷墨法来滴下包含有机EL材料的组成物墨(下面简称为“墨”),使该墨干燥而形成发光层6B。另外,也可以通过分墨法、喷嘴涂敷(nozzle coat)法、旋涂法、凹版印刷、凸版印刷等来滴下墨。
接下来,如图22的(a)所示,通过例如真空蒸镀法形成成为电子注入层7的钡薄膜,如图22的(b)所示,通过例如溅射来形成成为阴极8的ITO薄膜,如图22的(c)所示,进一步形成封止层9。
根据上述制造方法,即使在制造过程中在空穴注入层4的露出部分形成了凹部4a,由于凹部的边缘4c被覆盖部5d覆盖,然后形成发光层6B,所以也能够抑制电场集中到凹部的边缘4c。
以上基于实施方式进行了说明,但本发明不限于这些实施方式。例如可以考虑以下的变形例。
(1)在上述实施方式中,作为构成空穴注入层4的材料,使用WOx或MoxWyOz进行了说明,但一般而言,因为金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物容易被纯水侵蚀,所以在使用Mo(钼)、W(钨)以外的金属的情况下,也能够通过应用本实施方式来起到同样的效果。
(2)在上述实施方式中,空穴注入层在清洗时被纯水侵蚀而形成了凹部,但当采用本发明时,即使通过除此以外的理由形成了凹部,也能够得到抑制电场集中到凹部的边缘的效果。除此以外的理由例如可列举出:空穴注入层在蚀刻时被蚀刻液侵蚀的情况;在抗蚀剂剥离时被剥离剂侵蚀的情况等。这样,在空穴注入层由会被形成堤时所使用的液体侵蚀的材料构成的情况下、更详细而言在由在空穴注入层的一部分露出的状态下会被所使用的液体侵蚀的材料构成的情况下,本发明是有效的。
(3)在上述实施方式中,从堤延伸出去的覆盖部超过凹部的边缘4c而到达凹部的底面4b,但本发明只要是覆盖凹部的边缘4c,则不限于上述结构。例如,如图23所示,也可以为覆盖部5d不到达凹部的底面4b。在采用了图23的结构的情况下,因为可以使堤材料不流到凹部底面,所以能够使热处理的温度和时间为低温且短时间。
在上述实施方式中,作为形成空穴注入层4的凹部4a的方法的一例,示出了由堤形成工序中的显影清洗来形成,但本发明作为其他的形成方法也可以使用掩模图案化等。
(4)在图21的(a)中,堤材料12的斜面的下端与凹部的边缘4c一致,但不限于一定是这样的。有时也如图24的(a)所示,根据堤材料,通过堤材料12的斜面后退,使不凹陷的区域4e的一部分露出。在该情况下,也通过对堤材料12适当地实施热处理而由堤材料的一部分覆盖凹部的边缘4c即可(参照图24的(b))。
(5)在上述实施方式中,作为电荷注入输送层,仅空穴注入层4插入在阳极与发光层之间,但本发明不限于此。例如,如图25所示,也可以在空穴注入层4上形成空穴输送层13,将它们作为电荷注入输送层而插入在阳极与发光层之间。在该情况下,在空穴输送层13的上面形成凹部,由覆盖部覆盖形成于空穴输送层的凹部的边缘。
进一步,也可以电荷注入输送层仅由空穴注入层构成,在阳极与发光层之间夹有该空穴注入层以及构成功能层的空穴输送层。具体而言,如图27的部分B所示,也可以在空穴注入层4的凹部4a的边缘4c被堤5的覆盖部5d覆盖的状态下,在空穴注入层4的凹部4a上涂敷包含空穴输送材料的墨而形成空穴输送层13,在该空穴输送层13上涂敷包含发光材料的墨而形成发光层6。
此外,空穴输送层是厚度10nm~20nm左右的层,具有将从空穴注入层注入的空穴向有机发光层内输送的功能。作为空穴输送层而使用空穴输送性的有机材料。空穴输送性的有机材料是具有通过分子间的电荷移动反应来传递所生成的正孔的性质的有机物质。该物质有时也被称为p-型有机半导体。
空穴输送层可以是高分子材料也可以是低分子材料,通过湿式印刷法来成膜。优选包含在形成作为上层的有机发光层时使得该空穴输送层不容易溶出(洗脱)到有机发光层的交联剂。作为正孔输送性的材料的例子,可使用包含芴部位和三烯丙胺(triallylamine)部位的共聚物、低分子量的三烯丙胺衍生物。作为交联剂的例子,可以使用二季戊四醇六丙烯酸酯(dipentaerythritol hexaacrylate)等。在该情况下,优选由掺杂了聚苯乙烯磺酸的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT-PSS)和/或其衍生物(共聚物等)形成。
(6)在上述实施方式中,由Ag薄膜形成了阳极2,因此在其上形成ITO层3。在将阳极2为铝系材料时,可以取消ITO层3而使阳极为单层构造。
(7)在上述实施方式中,作为具备多个发光元件的发光装置,以有机EL显示器为例进行了说明,但本发明不限于此,也可以适用于照明装置等。
(8)在上述实施方式中,采用所谓的像素堤(井字形状堤),但本发明不限于此。例如,可以采用线堤(线状的堤)。在图26的例子中,采用了线堤65,对在X轴方向上相邻的发光层66a、66b、66c进行了划分。此外,如图26所示,在采用线堤65的情况下,虽然在Y轴方向上相邻的发光层彼此不通过堤部件进行规定,但通过适当地设定驱动方法、阳极尺寸以及间隔等,能够使之相互不影响而进行发光。
(9)在上述实施方式中,以顶部发射型进行了说明,但不限于此,也可以是底部发射型。
(10)在上述实施方式中,在发光层与阴极之间仅插入了电子注入层,但除此以外也可以插入电子输送层。
(11)上实施方式中,作为堤材料而使用了有机材料,但也可以使用无机材料。
在该情况下,与使用有机材料的情况同样地,例如可以通过涂敷等来形成堤材料层。可以在堤材料层上形成抗蚀剂图案,之后使用预定的蚀刻液(四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液等)来进行蚀刻,由此除去堤材料层。抗蚀剂图案在蚀刻之后例如通过水系或者非水系的剥离剂来除去。接着,使用纯水来清洗蚀刻残渣。此时,作为构成薄膜的材料的WOx或者MoxWyOz具有容易溶于纯水、TMAH溶液的性质,因此与图21的(a)所示的情况同样地,薄膜的露出部分被侵蚀而形成凹陷构造。其结果,形成具备凹部的空穴注入层。因此,在作为堤材料使用无机材料的情况下,也能够与使用有机材料的情况同样地应用本发明。
(其他事项)
本说明书中言及的“占有能级”是指由至少1个电子占据的电子轨道的电子能级,内含所谓的半占轨道的能级。
本发明的有机EL元件不限于元件单独使用的结构。也可以通过将多个有机EL元件作为像素而集成在基板上,从而构成有机EL面板。这样的有机EL显示器可以通过适当地设定各个元件中的各层的膜厚来加以实施。
产业上的可利用性
本发明的有机EL元件能利用于移动电话所使用的显示器、电视机等的显示元件、各种光源等。在任何用途中,都能够作为在从低辉度到光源用途等的高辉度的大辉度范围内进行低电压驱动的有机EL元件来进行应用。根据这样的高性能,能够广泛用作家庭用或公共设施、或者业务用的各种显示装置、电视机装置、便携式电子设备用显示器、照明光源等。

Claims (17)

1.一种有机EL元件,具备:
阳极;
阴极;
功能层,其配置在所述阳极与所述阴极之间,由包括使用有机材料形成的发光层的1层或多层构成;
空穴注入层,其配置在所述阳极与所述功能层之间;和
规定所述发光层的堤,
所述空穴注入层包含氧化钨,在比价带最低的结合能低1.8~3.6eV的结合能区域内具有占有能级,
所述空穴注入层在由所述堤规定的区域形成为所述功能层侧的表面的一部分比其他部分更接近所述阳极的凹陷构造,
所述凹陷构造中的凹部的边缘由所述堤的一部分覆盖。
2.根据权利要求1所述的有机EL元件,
在所述空穴注入层和所述功能层的层叠界面,所述占有能级的结合能与所述功能层的最高被占轨道的结合能之差在±0.3eV以内。
3.根据权利要求1所述的有机EL元件,
在UPS光谱中,所述空穴注入层在比价带最低的结合能低1.8~3.6eV的结合能区域内具有隆起的形状。
4.根据权利要求1所述的有机EL元件,
在XPS光谱中,所述空穴注入层在比价带最低的结合能低1.8~3.6eV的结合能区域内具有隆起的形状。
5.根据权利要求1所述的有机EL元件,
在UPS光谱的微分光谱中,所述空穴注入层在比价带最低的结合能低2.0~3.2eV的结合能区域具有表现为与指数函数不同的函数而隆起的形状。
6.根据权利要求1所述的有机EL元件,
所述功能层包含胺系材料。
7.根据权利要求1所述的有机EL元件,
所述功能层是输送空穴的空穴输送层和用于调整光学特性或阻碍电子的用途的缓冲层的至少任一方。
8.根据权利要求1所述的有机EL元件,
所述空穴注入层的所述占有能级存在于比价带最低的结合能低2.0~3.2eV的结合能区域内。
9.根据权利要求1所述的有机EL元件,
所述堤的一部分达到所述空穴注入层的凹陷构造的凹部底面,所述堤的侧面从到达所述凹部底面的到达点到顶点为上行斜面。
10.根据权利要求1所述的有机EL元件,
所述堤的一部分不到达所述空穴注入层的凹陷构造的凹部底面。
11.根据权利要求1所述的有机EL元件,
所述空穴注入层沿着所述堤的底面向所述堤的侧方延伸。
12.根据权利要求1所述的有机EL元件,
所述空穴注入层的所述凹部的边缘为由所述空穴注入层的上面不凹陷的区域和所述凹部的侧面形成的凸角部分。
13.根据权利要求1所述的有机EL元件,
所述堤具有拨液性,所述空穴注入层具有亲液性。
14.一种显示装置,具备权利要求1~13中任意一项所述的有机EL元件。
15.一种有机EL元件的制造方法,包括:
第1工序,准备阳极;
第2工序,对所述阳极成膜氧化钨层,将由氩气和氧气构成的气体作为溅射装置的溅射室内的气体来使用,在所述气体的总压为大于2.7Pa且小于等于7.0Pa、氧气分压与总压之比为50%以上且70%以下、并且靶每单位面积的投入电力密度为1W/cm2以上且2.8W/cm2以下的成膜条件下成膜所述氧化钨层;
第3工序,在所述氧化钨层上形成由构成堤的材料形成的堤材料层;
第4工序,除去所述堤材料层的一部分,使所述氧化钨层的一部分露出,使所述氧化钨层的上面的一部分比上面的其他部分更接近所述阳极,形成具有内底面和与所述内底面连续的内侧面的凹陷部;
第5工序,通过对所述氧化钨层上的所述堤材料层的残留部实施热处理,对所述堤材料层的残留部赋予流动性,使构成所述堤的材料从所述残留部延伸到所述凹陷部的凹部的边缘;
第6工序,在所述热处理工序之后,在露出的所述氧化钨层上形成包括发光层的功能层;以及
第7工序,在所述功能层的上方形成阴极。
16.根据权利要求15所述的有机EL元件的制造方法,
在所述第2工序中,将所述氧化钨层成膜为:其UPS光谱在比价带最低的结合能低1.8~3.6eV的结合能区域内具有隆起的形状。
17.根据权利要求15所述的有机EL元件的制造方法,
在所述第2工序中,将所述氧化钨层成膜为:其UPS光谱的微分光谱在整个比价带最低的结合能低2.0~3.2eV的结合能区域具有表现为与指数函数不同的函数而隆起的形状。
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