JP2004014360A - 有機ｅｌ発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】画素短絡およびダークスポットが少なく、かつ発光の外部取り出し効率の高い有機ＥＬ発光素子の提供。
【解決手段】基板と、下部電極と、有機ＥＬ発光層と、上部電極とを含む有機ＥＬ発光素子において、下部電極は、アモルファス合金または微結晶金属を含む平坦性付与層と、反射性金属または合金を含む反射性付与層との２層構造であることを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
【選択図】 図１
【解決手段】基板と、下部電極と、有機ＥＬ発光層と、上部電極とを含む有機ＥＬ発光素子において、下部電極は、アモルファス合金または微結晶金属を含む平坦性付与層と、反射性金属または合金を含む反射性付与層との２層構造であることを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬ発光素子に関する。より詳細には、素子短絡またはダークスポットのような欠陥が少なく、かつ発光の外部取り出し効率の高い有機ＥＬ発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１９８７年にイーストマンコダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇにより２層積層構成のデバイスで高い効率の有機ＥＬ発光素子が発表されて以来（Ｃ． Ｗ． Ｔａｎｇ， Ｓ． Ａ． ＶａｎＳｌｙｋｅ， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ５１， ９１３（１９８７））、現在にいたる間に様々な有機ＥＬ発光素子が開発されて一部実用化し始めている。こうした中で有機ＥＬ発光素子の効率向上は実用上極めて重要な課題である。
【０００３】
基板から光を取り出す所謂「ボトムエミッション」型素子の一例を図５（ａ）に示す。図５（ａ）の素子は、基板２１上に、下部透明電極（陽極）２２、正孔注入層２３、正孔輸送層２４、有機発光層２５、電子輸送層２６、電子注入層２７、および上部電極（陰極）２８が積層されている。有機ＥＬ発光素子では、有機発光層２５からの光は、直接外部に向かう光と一度裏面で反射されて外部に向かう光とに分けられる。発光効率向上のためには、効率的に反射波を利用する必要がある。現在、ボトムエミッション型素子では、上部電極２８である陰極にＡｌが使われることが多い。Ａｌは反射率が高く最適な金属と言える。
【０００４】
近年、有機ＥＬディスプレイにおいては、アクティブマトリックス型の素子の開発が盛んに行われている。アクティブマトリックス駆動は、ＴＦＴ基板を用いてその上に有機ＥＬ発光素子を作製しパネルを実現する。しかし、現状ではＴＦＴや有機ＥＬ発光素子の特性バラツキが大きく、そのためバラツキ補正のために様々な駆動回路が提案されている。こうして、回路が複雑になると一画素を駆動するのに必要なＴＦＴ数が増加してしまう。ＴＦＴ数が増加すると、下部電極の透明な面積部分に占めるＴＦＴ面積は増大し、それにともない光を取り出すための面積が小さくなる。このような状況においては、「ボトムエミッション」型の素子より、光を上部電極側から取り出す「トップエミッション」型の方が有利である。図５（ｂ）にトップエミッション型素子の一例を示す。該素子は、ＴＦＴ基板３１の上に、反射性電極３２、正孔注入性電極３３、正孔注入層３４、正孔輸送層３５、有機発光層３６、電子輸送層３７、電子注入層３８、および上部透明電極（陰極）３９が積層して形成されている。
【０００５】
トップエミッション構造の有機ＥＬ発光素子に関して、上部透明電極（陰極）３９の特許提案は数多く見られるが、下部電極に言及した提案は少ない（例えば、特開２００１−４３９８０号公報）。下部電極で要求される特性は、平坦性、キャリア注入性、および反射率である。通常トップエミッション構造の有機ＥＬ発光素子の下部電極として使用されているのは、金属膜（３２、Ａｌなど）の上に透明導電性酸化物（３３、ＩＴＯなど）を製膜したものか、Ｐｔ電極などに直接有機膜を製膜する方法がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、反射性電極３２として単体の金属を使用する場合、金属の凝集や結晶化等により、表面の凹凸が大きくなってしまい表面平坦性は得られない。下部電極の凹凸（平坦性）はパネルの短絡やダークスポットの原因と言われており、パネルの見た目に特に影響し、実際に量産する際には特に重要なパラメータである。
【０００７】
一般的に反射膜として用いられるＡｌを、ガラス基板に３ｎｍと１００ｎｍ蒸着したときの表面領域（２μｍ角）をＡＦＭにて測定した結果を、表１に示す。表１により、Ａｌが成長するに従って表面凹凸が増加しているのが判る。
【０００８】
【表１】
【０００９】
このように膜成長にしたがって凹凸が増加する理由は、Ａｌが結晶化しやすいためだと考えられる。すなわち、基板表面に到達したＡｌは、表面のある領域を比較的自由に移動できる（表面マイグレーション）。この過程で、吸着ポテンシャルが大きい所があると、そこの滞在時間が長くなり、結果としてその部分の成膜速度が速くなり、凹凸を作り出す原因となる。この吸着ポテンシャルの大きな部分とは、単体の金属の場合、結晶性の高い部分である。
【００１０】
有機ＥＬ発光層をこの反射膜上に作製する際に問題となることは、反射膜表面の凹凸である。有機ＥＬ発光層は全体の厚さが２００ｎｍ程度と薄く、中でも電界の集中する電子輸送層は３０ｎｍ程度ときわめて薄い。したがって、素子を作製する表面の凹凸が激しいと、電界集中が起こり、素子が短絡し、発光不能部（ダークスポット）が形成されてしまう問題がある。
【００１１】
したがって、高品質のトップエミッション方式の有機ＥＬ発光素子を製造する場合に、反射機能、トランジスタへの遮光機能および電極機能を併せ持ち、かつ表面凹凸の小さい反射膜を形成することが重要である。
【００１２】
また、ＴＦＴによるアクティブマトリクス駆動ではなくパッシブマトリクス駆動を行う有機ＥＬ発光素子においても、上記のように極めて薄い有機ＥＬ発光層を用いる。したがってパッシブマトリクス駆動を行う場合においても表面凹凸の小さい反射膜を形成することが重要である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の実施形態である有機ＥＬ発光素子は、基板と、下部電極と、有機ＥＬ発光層と、上部電極とを含む有機ＥＬ発光素子であって、前記下部電極は、アモルファス合金または微結晶金属を含む平坦性付与層と、反射性金属または合金を含む反射性付与層との２層構造であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第２の実施形態である有機ＥＬ発光素子は、基板と、下部電極と、有機ＥＬ発光層と、上部電極とを含む有機ＥＬ発光素子であって、前記下部電極は、アモルファス合金または微結晶金属を含む平坦性付与層と、高反射性金属または合金を含む反射性付与層と、透明導電性酸化物層との３層構造であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態の有機ＥＬ発光素子を図１（ａ）に示す。図１（ａ）の素子は、基板１、平坦性付与層２ａ、反射性付与層２ｒ、有機ＥＬ発光層３、および上部電極４を含み、ここで平坦性付与層２ａおよび反射性付与層２ｒが下部電極２を構成することにより、高い平坦性および高い反射性を有する下部電極を実現した。
【００１６】
本発明の基板は、駆動用のＴＦＴが既に形成されているＴＦＴ基板であってもよい。また、パッシブマトリクス駆動の素子を形成する場合には、ガラス基板、プラスチック基板などを用いることができる。
【００１７】
図３に、実際に低反射率のアモルファス金属（ＮｉＰ）の上に高反射率金属（Ｐｔ）を堆積させた場合のコンピュータシミュレーション結果を示す。低反射率のアモルファス金属の上に堆積させる反射金属の厚さが増加するにつれて、表面の反射率は向上していくことが分かる。特に、４００〜５００ｎｍの波長領域の光の反射が著しく向上する。色変換方式有機ＥＬディスプレイにおいて用いられる青〜青緑色にて発光する有機ＥＬ発光素子において、この反射率の向上は有用である。
【００１８】
平坦な面を有する平坦性付与層２ａを得るための１つの方法は、完全なアモルファス相として平坦性付与層を成長させることである。アモルファス相として成長させる場合には、吸着ポテンシャルの大きな部分が発生しないので、平坦な膜を形成することが可能となる。
【００１９】
アモルファス相として成長する素材として、合金を用いることが現実的である。合金がアモルファス相を形成するためには、合金を構成する元素の混合エンタルピーが負であり、かつ構成元素の原子半径比ｒ／Ｒ（ただし、Ｒ＞ｒである）が０．９以下、好ましくは０．８５以下であることが望ましい。そのような組合せとしては、１）遷移金属−リン合金、２）遷移金属−ボロン合金、および３）遷移金属−ランタノイド合金を用いることができる。なお、本明細書において遷移金属とは、ランタノイドおよびアクチニウム系列を除く周期表第３族〜第１２族の元素を意味する（例えば、周期表の第４周期でいえば、Ｓｃ〜Ｚｎの元素である）。また、本明細書において、ランタノイドとは、原子番号５７（Ｌａ）〜７１（Ｌｕ）までの元素を意味する。また、遷移金属として１つの元素を用いることもできるし、あるいは２つ以上の元素を用いることもできる。本発明において好ましい遷移金属は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕを含み、特に好ましいものはＮｉおよびＣｒである。本発明において特に好ましいアモルファス合金は、ＮｉＰ、ＮｉＢ、ＣｒＰおよびＣｒＢである。
【００２０】
平坦性付与層２ａとして遷移金属−リン合金を用いる場合、該合金は、１０〜５０原子％、好ましくは１２〜３０原子％のリンを含有することができる。平坦性付与層２として遷移金属−ボロン合金を用いる場合、該合金は、１０〜５０原子％、好ましくは１２〜３０原子％のボロンを含有することができる。あるいはまた、平坦性付与層２として遷移金属−ランタノイド合金を用いる場合、該合金は、１０〜５０原子％、好ましくは２５〜５０原子％のランタノイドを含有することができる。
【００２１】
平坦な面を有する平坦性付与層２ａを得るための別の方法は、微結晶構造を採る合金を用いて平坦性付与層を形成することである。微結晶構造の合金の場合、個々の結晶粒が大きく成長しないので、結晶成長による凹凸の増大を抑制することが可能である。本発明において用いることができる微結晶構造の合金は、ＮｉＡｌを含む。
【００２２】
次に、平坦性付与層２ａの上に、反射性金属または合金を含む反射性付与層２ｒが形成される。反射性付与層２ｒは有機ＥＬ発光層３に接触しているので、有機ＥＬ発光層に対するキャリア注入性を有することも重要である。反射性付与層２ｒを形成するのに用いられる金属は、可視光〜近紫外領域、好ましくは３００〜６００ｎｍ、より好ましくは４００〜５００ｎｍの光に対する反射率が高いことが望ましい。反射性金属または合金は、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｐｔ、Ａｕなどの金属、１つ以上の前記金属の合金、または前記金属とアルカリ金属、カルシウムまたはバリウムとの合金など含む。
【００２３】
下部電極２を陽極として用いる場合、反射性付与層２ｒを仕事関数の大きい金属で形成して、有機ＥＬ発光層３に対するホール注入性を向上させることが好ましい。４．８ｅＶ以上の仕事関数を有する金属（Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、ＰｄまたはＣｏ）を用いることが好ましい。
【００２４】
下部電極２を陰極として用いる場合、反射性付与層２ｒを仕事関数の小さい金属または合金で形成することにより、有機ＥＬ発光層３に対する電子注入性を向上させることができる。好ましい金属はＡｌおよびＭｇを含む。また、好ましい合金は、Ａｌ／ＬｉまたはＡｇ／Ｍｇのような、アルカリ金属、アルカリ土類金属の合金を含む。
【００２５】
本発明の反射性付与層２ｒは、反射性を付与すると同時に、表面平坦性を維持することが求められ、０．５〜２０ｎｍの厚さを有することが好ましい。平坦性付与層２ａは、平坦性を付与すると同時に、反射性付与層２ｒと協働して反射性を向上させることが求められ、１〜５００ｎｍの厚さを有することが好ましい。各層が上記のような範囲の厚さを有することにより、反射性および表面平坦性に優れ、かつ基板に対する充分な遮光性を有する下部電極２を形成することが可能となる。
【００２６】
本発明の平坦性付与層２ａおよび反射性付与層２ｒは、蒸着、スパッタ等の従来技術において知られている方法を用いて基板上に形成することができる。
【００２７】
次に、有機ＥＬ発光層３が下部電極２の上に形成される。本発明の有機ＥＬ発光素子においては、有機ＥＬ発光層３は、少なくとも有機発光層１３を含み、必要に応じて、正孔注入層１１、正孔輸送層１２、電子輸送層１４および／または電子注入層１５を有する。図２に有機ＥＬ発光層３の構造の例を示した。図２（ａ）は、下部電極２が陽極の場合であり、反射性付与層２ｒの上に正孔注入層１１が形成され、そして正孔輸送層１２、有機発光層１３、電子輸送層１４および電子注入層１５が積層されている。図２（ｂ）は、下部電極２が陰極の場合であり、反射性付与層２ｒの上に、電子注入層１５、電子輸送層１４、有機発光層１３、正孔輸送層１２、正孔注入層１１が順次積層されている。
【００２８】
上記各層の材料としては、公知のものが使用される。青色から青緑色の発光を得るためには、有機発光層１３中に、例えばベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、べンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、金属キレート化オキソニウム化合物、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物などが好ましく使用される。また、電子注入層としては、キノリン誘導体（たとえば、８−キノリノールを配位子とする有機金属錯体）、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体などを用いることができる。
【００２９】
次に、有機ＥＬ発光層３の上に、上部電極４が形成される。本発明の素子においては、上部電極４を通して光を取り出すので、上部電極４が透明であることが必要である。したがって、本発明の上部電極４として、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の透明導電性酸化物を用いることが好ましい。これらの透明導電性酸化物は、陽極として使用するのに好適な大きな仕事関数を有する。一方、上部電極４を陰極として用いる場合、透明導電性酸化物と有機ＥＬ発光層３の間に、仕事関数が小さい材料の層を設けて、電子注入効率を向上させてもよい。この場合の仕事関数が小さい材料としては、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属、またはこれらのフッ化物等からなる電子注入性の金属、その他の金属との合金や化合物を用いることができる。電子注入効率を向上させるためには、１０ｎｍ以下の厚さの仕事関数が小さい材料の層があれば充分であり、かつ必要とされる透明性を維持する観点からも好ましい。
【００３０】
本発明の第２の実施形態の有機ＥＬ発光素子を図１（ｂ）に示す。図１（ｂ）の素子は、基板１、平坦性付与層２ａ、反射性付与層２ｒ、透明導電性酸化物層２ｔ、有機ＥＬ発光層３、および上部電極４を含み、ここで平坦性付与層２ａ、反射性付与層２ｒおよび透明導電性酸化物層２ｔが下部電極２を構成する。この構成により、優れた平坦性および反射性を有し、かつ下部電極２からの反射光を有効に利用することが可能な有機ＥＬ発光素子を実現した。
【００３１】
下部電極２からの反射光を有効に利用するためには、有機ＥＬ発光層３から上部電極側に出射する光と、有機ＥＬ発光層３から発して下部電極２（反射性付与層２ｒ）で反射して出射する光とが干渉により強め合うことが好ましい。したがって、有機ＥＬ発光層３（有機発光層１３）と下部電極２（反射性付与層２ｒ）との間の層の厚さを調整して、前記の２つの光が強め合うような干渉を起こすようにすることが好ましい。
【００３２】
例として、図１（ｂ）の構成の素子において、有機ＥＬ発光層３が図２（ｂ）の構造の場合を説明する。この場合、有機発光層１３と反射性付与層２ｒとの間にある層は、透明導電性酸化物層２ｔ、電子注入層１５および電子輸送層１４である。これらの各層の厚みをｄｉ、屈折率をｎｉとすると、有機発光層１３から反射性付与層２ｒまでの光学的距離Ｌは、これらの各層の光学的距離の和である式（１）で与えられる。
【００３３】
【数１】
【００３４】
反射性付与層２ｒと透明導電性酸化物層２ｔとの界面で光が反射する際には光の位相が反転するので、素子内部での干渉により強められる光の波長λは、以下の式（２）を満たす。
【００３５】
【数２】
【００３６】
すなわち、有機発光層１３の発光波長λが式（２）を満たすように、電子輸送層１４、電子注入層１５および透明導電性酸化物層２ｔの膜厚を設計すれば、外部量子効率の向上が図られることとなる。しかし、電子注入層１５の厚みは０．５〜１ｎｍ程度と薄くする必要があることに加え、電子輸送層１４の厚みを厚くすると素子の輝度劣化が顕著になるという問題があるために、本発明の有機ＥＬ発光素子では、透明導電性酸化物層２ｔの膜厚を設定して、素子内部で光の強度が減衰することなく外部に光を取り出すことで外部量子効率を向上させることが好ましい。
【００３７】
透明導電性酸化物層２ｔとして好ましい材料は、ＩＴＯまたはＩＺＯのような当該技術において知られている透明導電性酸化物である。透明導電性酸化物層２ｔの膜厚は、有機発光層１３の発光波長および所望される出力光の波長に依存する。また、透明導電性酸化物層２ｔは有機ＥＬ発光層３に接触しているので、有機層に対するキャリア注入性に優れていることが必要である。下部電極２を陽極として用いる場合は、仕事関数の大きい透明導電性酸化物を有機ＥＬ発光層３と接触させることが好ましい。一方、下部電極を陰極として用いる場合には、透明導電性酸化物の上に、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属、あるいはそれらの酸化物、フッ化物、窒化物またはホウ化物の超薄膜（１０ｎｍ以下）を設けて、電子注入性を付与することが可能である。前記電子注入性超薄膜を設けた場合には、該超薄膜を含めて式（２）を満たすことが好ましい。
【００３８】
以上、図２（ｂ）の有機ＥＬ発光層３を有する図１（ｂ）の構成の素子において説明したが、他の構造を有する素子においても、有機発光層１３と反射性付与層２ｒとの間にある層が式（２）を満たすように設計することが可能である。
【００３９】
本実施形態の有機ＥＬ発光素子は、特定の波長の光の反射率のみを大きくさせることができるので、モノクロパネルやエリアカラーパネル、あるいは色変換方式のトップエミッション素子に特に有効である。
【００４０】
本実施形態における基板１、平坦性付与層２ａ、有機ＥＬ発光層３および上部電極４は、第１の実施形態と同様のものを用いることができる。本実施形態における反射性付与層２ｒは、有機ＥＬ発光層３に対するキャリア注入性を考慮する必要がない点を除いて、第１の実施形態と同様である。
【００４１】
好ましくは、本発明の有機ＥＬ発光素子は、上記の各構成要素を周囲環境から隔離するために封止される。封止材料としては、酸素および湿度透過性が低いこと、堅牢性が高いこと、伝熱性が高いこと等が求められる。さらに封止材料を通して有機ＥＬ発光素子からの光を取り出す場合には、有機ＥＬ発光素子の発光に対して透明であることが求められる。例えば、透明な封止基板を、アクリル樹脂などの封止樹脂を用いて有機ＥＬ発光素子に対して接着して、封止を実施することができる。
【００４２】
本発明の有機ＥＬ発光素子は、有機ＥＬ発光層３からの光をそのまま用いてもよいし、あるいは蛍光色変換材料の層を設けて有機ＥＬ発光層３からの光を波長変換して用いてもよい。蛍光色変換材料の層は、上部電極４の上に積層してもよいし、あるいは別の透明基板の上に積層して色変換フィルターを形成し、該色変換フィルターをＥＬ素子の上に貼り合わせてもよい。これらの層形成および貼り合わせ（貼り合わせに必要な層の形成を含む）は慣用の手段を用いて行ってもよい。
【００４３】
また、本発明の有機ＥＬ発光素子は、単一の光を発してもよいし、あるいは異なる色の複数の光を発してもよい。好ましくは、赤、緑、青の各発光部をマトリクス上に配列した色変換フィルターと組み合わせて、ディスプレイとして用いられる。ディスプレイとして用いる場合、ＴＦＴなどのような制御素子を用いてアクティブマトリクス駆動を行ってもよいし、あるいは直交する２つの方向に延びるラインパターンを有する上下の電極を用いてパッシブマトリクス駆動を行ってもよい。
【００４４】
【実施例】
（実施例１）
ガラス基板上に、アモルファス金属としてＮｉ３Ｐを１００ｎｍ積層し、その上に厚さ７ｎｍおよび１４ｎｍのＣｒを積層した。その表面をＡＦＭにより観察して平均粗さを測定し、また波長４５０ｎｍの光の反射率を測定した。表２に測定結果を示す。
【００４５】
（実施例２）
ＮｉＰに代えて、膜厚１００ｎｍのＮｉＡｌを積層したことを除いて、実施例１を繰り返した。表２に測定結果を示す。
【００４６】
【表２】
【００４７】
Ｃｒからなる反射性膜を形成することにより、反射率が向上した。反射率はＣｒの膜厚が大きくなるにつれて、大きくなった。また、Ｃｒを１００ｎｍ積層した場合には平均粗さＲａが著しく増大するのに対して、Ｃｒ膜厚７ｎｍおよび１４ｎｍの場合、平均粗さＲａはほとんど増大せず、良好な反射率と表面平坦性との両立が可能であった。
【００４８】
（実施例３）
ガラス基板上に、アモルファス金属としてＮｉ３Ｐを１００ｎｍ積層し、その上に厚さ１５ｎｍのＣｒおよび厚さ２２０ｎｍのＩＺＯを積層してサンプルを得た。Ｃｒを積層しないことを除いて同様にして、比較対象サンプルを得た。さらに、Ｃｒ層のみを積層したサンプルを得た。それらの表面の反射率の波長依存性を測定し、結果を図４に示した。図４から分かるように、Ｃｒ層のみの場合には、近紫外〜可視域にかけてほぼ均一の反射率を有するのに対し、ＩＺＯ層を設けた２つの例では、４８０ｎｍ付近の反射率を選択的に高くすることができた。また、ＩＺＯ層を設けた２つの例の比較では、反射性金属であるＣｒの層を設けた場合に、４８０ｎｍ付近の反射率を著しく増大させることができた。
【００４９】
（実施例４）
ガラス基板上に、Ｎｉ３Ｐの組成を持つターゲットを用いるスパッタ法により、平坦性付与層２ａとして１００ｎｍの厚さのＮｉ３Ｐ膜を作製した。次に、反射性付与層２ｒとして厚さ７ｎｍのＡｇをスパッタ法にて積層した。さらに、透明導電性酸化物層２ｔとして厚さ２２０ｎｍのＩＺＯをスパッタ法にて積層した。
【００５０】
以上の積層物を通常のフォトプロセスにて、２ｍｍ×２ｍｍの寸法を有するパターンを形成して、下部電極２とした。この下部電極２を陽極として用いる。その後に、この表面を室温において酸素プラズマを用いてクリーニングした。
【００５１】
この陽極上に有機ＥＬ発光層３を成膜した。その構造は、有機膜として正孔注入層１１／正孔輸送層１２／発光層１３／電子輸送層１４／電子注入層１５の５層構造とし、正孔注入層として銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を１００ｎｍ積層し、正孔輸送層として４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）を２０ｎｍ積層した。さらに、発光層として４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）を３０ｎｍ積層し、電子輸送層としてアルミニウムトリス（８−キノリノラート）（Ａｌｑ）を２０ｎｍ積層した。最後に、電子注入層としてＬｉＦを１ｎｍ積層した。
【００５２】
これらの成膜を終了した後、真空を破らずに、スパッタ法にて無定形のＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ（ＺｎＯモル比で５％）を２００ｎｍ作製し、これを陰極とした。これにより、２ｍｍ×２ｍｍの寸法の画素を複数個有する有機ＥＬ発光素子が得られた。
【００５３】
（実施例５）
反射性付与層２ｒとして厚さ７ｎｍのＡｌをスパッタ法にて積層したことを除いて、実施例４を繰り返して有機ＥＬ発光素子を得た。
【００５４】
（実施例６）
反射性付与層２ｒとして厚さ７ｎｍのＣｒをスパッタ法にて積層したことを除いて、実施例４を繰り返して有機ＥＬ発光素子を得た。
【００５５】
（比較例１）
平坦性付与層および反射性付与層の代りに厚さ１００ｎｍのＡｌを積層したことを除いて、実施例４を繰り返して有機ＥＬ発光素子を得た。
【００５６】
（比較例２）
反射性付与層を形成しなかったことを除いて、実施例４を繰り返して有機ＥＬ発光素子を得た。
【００５７】
実施例４〜６および比較例１〜２の有機ＥＬ発光素子に関して、画素中の微小な欠陥について検討した。順方向に電流を流して、画素を顕微鏡で観察すると数μｍ〜数十μｍの非発光の点（ダークスポット）が観察される。比較例１の素子では２ｍｍ角の画素中に平均でおよそ３０個程度のダークスポットが観察されるが、実施例４〜６および比較例２の素子では、いずれもダークスポットが存在しなかった。
【００５８】
次に、実施例４〜６および比較例１〜２の有機ＥＬ発光素子に関して、同一電流密度における輝度について比較した。反射性付与層２ｒを持たない比較例２に比べて、本発明の各実施例はより高い輝度を示し、特に反射性付与層２ｒとしてＡｌまたはＡｇを用いた場合に、従来型のＡｌ反射層を有する比較例１と同等の輝度を示した。
【００５９】
以上の結果を表３にまとめた。本発明にしたがって平坦性付与層および反射性付与層を有する有機ＥＬ発光素子は、ダークスポットがなく、かつ輝度（外部取り出し効率）の高い素子であることが明らかとなった。
【００６０】
【表３】
【００６１】
【発明の効果】
本発明にしたがって、平坦性付与層および反射率付与層の積層構造を有する下部電極を有することにより、画素短絡およびダークスポットが少なく、かつ外部取り出し効率の高い有機ＥＬ発光素子を作製することができた。
【００６２】
さらに、反射率付与層と有機ＥＬ発光層との間に適切な厚さを有する透明導電性酸化物層を設けて特定波長の光の反射率を高めることにより、該特定波長の光の外部取り出し効率が向上した有機ＥＬ発光素子ができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機ＥＬ発光素子の概略断面図であり、（ａ）は第１の実施形態、および（ｂ）は第２の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の有機ＥＬ発光素子の発光層の構造を示す概略断面図であり、（ａ）は下部電極が陽極の場合、および（ｂ）は下部電極が陰極の場合を示す図である。
【図３】本発明の下部電極の効果のコンピュータシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態の下部電極の反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図５】慣用の有機ＥＬ発光素子の構造を示す概略断面図であり、（ａ）はボトムエミッション型、（ｂ）はトップエミッション型の素子を示す図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 下部電極
２ａ 平坦性付与層
２ｒ 反射性付与層
２ｔ 透明導電性酸化物層
３ 有機ＥＬ発光層
４ 上部電極
１１、２３、３４ 正孔注入層
１２、２４、３５ 正孔輸送層
１３、２５、３６ 有機発光層
１４、２６、３７ 電子輸送層
１５、２７、３８ 電子注入層
２１ 透明基板
２２、３９ 透明電極
２８ 上部電極
３１ 基板
３２ 反射性電極
３３ 正孔注入性電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬ発光素子に関する。より詳細には、素子短絡またはダークスポットのような欠陥が少なく、かつ発光の外部取り出し効率の高い有機ＥＬ発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１９８７年にイーストマンコダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇにより２層積層構成のデバイスで高い効率の有機ＥＬ発光素子が発表されて以来（Ｃ． Ｗ． Ｔａｎｇ， Ｓ． Ａ． ＶａｎＳｌｙｋｅ， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ５１， ９１３（１９８７））、現在にいたる間に様々な有機ＥＬ発光素子が開発されて一部実用化し始めている。こうした中で有機ＥＬ発光素子の効率向上は実用上極めて重要な課題である。
【０００３】
基板から光を取り出す所謂「ボトムエミッション」型素子の一例を図５（ａ）に示す。図５（ａ）の素子は、基板２１上に、下部透明電極（陽極）２２、正孔注入層２３、正孔輸送層２４、有機発光層２５、電子輸送層２６、電子注入層２７、および上部電極（陰極）２８が積層されている。有機ＥＬ発光素子では、有機発光層２５からの光は、直接外部に向かう光と一度裏面で反射されて外部に向かう光とに分けられる。発光効率向上のためには、効率的に反射波を利用する必要がある。現在、ボトムエミッション型素子では、上部電極２８である陰極にＡｌが使われることが多い。Ａｌは反射率が高く最適な金属と言える。
【０００４】
近年、有機ＥＬディスプレイにおいては、アクティブマトリックス型の素子の開発が盛んに行われている。アクティブマトリックス駆動は、ＴＦＴ基板を用いてその上に有機ＥＬ発光素子を作製しパネルを実現する。しかし、現状ではＴＦＴや有機ＥＬ発光素子の特性バラツキが大きく、そのためバラツキ補正のために様々な駆動回路が提案されている。こうして、回路が複雑になると一画素を駆動するのに必要なＴＦＴ数が増加してしまう。ＴＦＴ数が増加すると、下部電極の透明な面積部分に占めるＴＦＴ面積は増大し、それにともない光を取り出すための面積が小さくなる。このような状況においては、「ボトムエミッション」型の素子より、光を上部電極側から取り出す「トップエミッション」型の方が有利である。図５（ｂ）にトップエミッション型素子の一例を示す。該素子は、ＴＦＴ基板３１の上に、反射性電極３２、正孔注入性電極３３、正孔注入層３４、正孔輸送層３５、有機発光層３６、電子輸送層３７、電子注入層３８、および上部透明電極（陰極）３９が積層して形成されている。
【０００５】
トップエミッション構造の有機ＥＬ発光素子に関して、上部透明電極（陰極）３９の特許提案は数多く見られるが、下部電極に言及した提案は少ない（例えば、特開２００１−４３９８０号公報）。下部電極で要求される特性は、平坦性、キャリア注入性、および反射率である。通常トップエミッション構造の有機ＥＬ発光素子の下部電極として使用されているのは、金属膜（３２、Ａｌなど）の上に透明導電性酸化物（３３、ＩＴＯなど）を製膜したものか、Ｐｔ電極などに直接有機膜を製膜する方法がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、反射性電極３２として単体の金属を使用する場合、金属の凝集や結晶化等により、表面の凹凸が大きくなってしまい表面平坦性は得られない。下部電極の凹凸（平坦性）はパネルの短絡やダークスポットの原因と言われており、パネルの見た目に特に影響し、実際に量産する際には特に重要なパラメータである。
【０００７】
一般的に反射膜として用いられるＡｌを、ガラス基板に３ｎｍと１００ｎｍ蒸着したときの表面領域（２μｍ角）をＡＦＭにて測定した結果を、表１に示す。表１により、Ａｌが成長するに従って表面凹凸が増加しているのが判る。
【０００８】
【表１】
このように膜成長にしたがって凹凸が増加する理由は、Ａｌが結晶化しやすいためだと考えられる。すなわち、基板表面に到達したＡｌは、表面のある領域を比較的自由に移動できる（表面マイグレーション）。この過程で、吸着ポテンシャルが大きい所があると、そこの滞在時間が長くなり、結果としてその部分の成膜速度が速くなり、凹凸を作り出す原因となる。この吸着ポテンシャルの大きな部分とは、単体の金属の場合、結晶性の高い部分である。
【００１０】
有機ＥＬ発光層をこの反射膜上に作製する際に問題となることは、反射膜表面の凹凸である。有機ＥＬ発光層は全体の厚さが２００ｎｍ程度と薄く、中でも電界の集中する電子輸送層は３０ｎｍ程度ときわめて薄い。したがって、素子を作製する表面の凹凸が激しいと、電界集中が起こり、素子が短絡し、発光不能部（ダークスポット）が形成されてしまう問題がある。
【００１１】
したがって、高品質のトップエミッション方式の有機ＥＬ発光素子を製造する場合に、反射機能、トランジスタへの遮光機能および電極機能を併せ持ち、かつ表面凹凸の小さい反射膜を形成することが重要である。
【００１２】
また、ＴＦＴによるアクティブマトリクス駆動ではなくパッシブマトリクス駆動を行う有機ＥＬ発光素子においても、上記のように極めて薄い有機ＥＬ発光層を用いる。したがってパッシブマトリクス駆動を行う場合においても表面凹凸の小さい反射膜を形成することが重要である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の実施形態である有機ＥＬ発光素子は、基板と、下部電極と、有機ＥＬ発光層と、上部電極とを含む有機ＥＬ発光素子であって、前記下部電極は、アモルファス合金または微結晶金属を含む平坦性付与層と、反射性金属または合金を含む反射性付与層との２層構造であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第２の実施形態である有機ＥＬ発光素子は、基板と、下部電極と、有機ＥＬ発光層と、上部電極とを含む有機ＥＬ発光素子であって、前記下部電極は、アモルファス合金または微結晶金属を含む平坦性付与層と、高反射性金属または合金を含む反射性付与層と、透明導電性酸化物層との３層構造であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態の有機ＥＬ発光素子を図１（ａ）に示す。図１（ａ）の素子は、基板１、平坦性付与層２ａ、反射性付与層２ｒ、有機ＥＬ発光層３、および上部電極４を含み、ここで平坦性付与層２ａおよび反射性付与層２ｒが下部電極２を構成することにより、高い平坦性および高い反射性を有する下部電極を実現した。
【００１６】
本発明の基板は、駆動用のＴＦＴが既に形成されているＴＦＴ基板であってもよい。また、パッシブマトリクス駆動の素子を形成する場合には、ガラス基板、プラスチック基板などを用いることができる。
【００１７】
図３に、実際に低反射率のアモルファス金属（ＮｉＰ）の上に高反射率金属（Ｐｔ）を堆積させた場合のコンピュータシミュレーション結果を示す。低反射率のアモルファス金属の上に堆積させる反射金属の厚さが増加するにつれて、表面の反射率は向上していくことが分かる。特に、４００〜５００ｎｍの波長領域の光の反射が著しく向上する。色変換方式有機ＥＬディスプレイにおいて用いられる青〜青緑色にて発光する有機ＥＬ発光素子において、この反射率の向上は有用である。
【００１８】
平坦な面を有する平坦性付与層２ａを得るための１つの方法は、完全なアモルファス相として平坦性付与層を成長させることである。アモルファス相として成長させる場合には、吸着ポテンシャルの大きな部分が発生しないので、平坦な膜を形成することが可能となる。
【００１９】
アモルファス相として成長する素材として、合金を用いることが現実的である。合金がアモルファス相を形成するためには、合金を構成する元素の混合エンタルピーが負であり、かつ構成元素の原子半径比ｒ／Ｒ（ただし、Ｒ＞ｒである）が０．９以下、好ましくは０．８５以下であることが望ましい。そのような組合せとしては、１）遷移金属−リン合金、２）遷移金属−ボロン合金、および３）遷移金属−ランタノイド合金を用いることができる。なお、本明細書において遷移金属とは、ランタノイドおよびアクチニウム系列を除く周期表第３族〜第１２族の元素を意味する（例えば、周期表の第４周期でいえば、Ｓｃ〜Ｚｎの元素である）。また、本明細書において、ランタノイドとは、原子番号５７（Ｌａ）〜７１（Ｌｕ）までの元素を意味する。また、遷移金属として１つの元素を用いることもできるし、あるいは２つ以上の元素を用いることもできる。本発明において好ましい遷移金属は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕを含み、特に好ましいものはＮｉおよびＣｒである。本発明において特に好ましいアモルファス合金は、ＮｉＰ、ＮｉＢ、ＣｒＰおよびＣｒＢである。
【００２０】
平坦性付与層２ａとして遷移金属−リン合金を用いる場合、該合金は、１０〜５０原子％、好ましくは１２〜３０原子％のリンを含有することができる。平坦性付与層２として遷移金属−ボロン合金を用いる場合、該合金は、１０〜５０原子％、好ましくは１２〜３０原子％のボロンを含有することができる。あるいはまた、平坦性付与層２として遷移金属−ランタノイド合金を用いる場合、該合金は、１０〜５０原子％、好ましくは２５〜５０原子％のランタノイドを含有することができる。
【００２１】
平坦な面を有する平坦性付与層２ａを得るための別の方法は、微結晶構造を採る合金を用いて平坦性付与層を形成することである。微結晶構造の合金の場合、個々の結晶粒が大きく成長しないので、結晶成長による凹凸の増大を抑制することが可能である。本発明において用いることができる微結晶構造の合金は、ＮｉＡｌを含む。
【００２２】
次に、平坦性付与層２ａの上に、反射性金属または合金を含む反射性付与層２ｒが形成される。反射性付与層２ｒは有機ＥＬ発光層３に接触しているので、有機ＥＬ発光層に対するキャリア注入性を有することも重要である。反射性付与層２ｒを形成するのに用いられる金属は、可視光〜近紫外領域、好ましくは３００〜６００ｎｍ、より好ましくは４００〜５００ｎｍの光に対する反射率が高いことが望ましい。反射性金属または合金は、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｐｔ、Ａｕなどの金属、１つ以上の前記金属の合金、または前記金属とアルカリ金属、カルシウムまたはバリウムとの合金など含む。
【００２３】
下部電極２を陽極として用いる場合、反射性付与層２ｒを仕事関数の大きい金属で形成して、有機ＥＬ発光層３に対するホール注入性を向上させることが好ましい。４．８ｅＶ以上の仕事関数を有する金属（Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、ＰｄまたはＣｏ）を用いることが好ましい。
【００２４】
下部電極２を陰極として用いる場合、反射性付与層２ｒを仕事関数の小さい金属または合金で形成することにより、有機ＥＬ発光層３に対する電子注入性を向上させることができる。好ましい金属はＡｌおよびＭｇを含む。また、好ましい合金は、Ａｌ／ＬｉまたはＡｇ／Ｍｇのような、アルカリ金属、アルカリ土類金属の合金を含む。
【００２５】
本発明の反射性付与層２ｒは、反射性を付与すると同時に、表面平坦性を維持することが求められ、０．５〜２０ｎｍの厚さを有することが好ましい。平坦性付与層２ａは、平坦性を付与すると同時に、反射性付与層２ｒと協働して反射性を向上させることが求められ、１〜５００ｎｍの厚さを有することが好ましい。各層が上記のような範囲の厚さを有することにより、反射性および表面平坦性に優れ、かつ基板に対する充分な遮光性を有する下部電極２を形成することが可能となる。
【００２６】
本発明の平坦性付与層２ａおよび反射性付与層２ｒは、蒸着、スパッタ等の従来技術において知られている方法を用いて基板上に形成することができる。
【００２７】
次に、有機ＥＬ発光層３が下部電極２の上に形成される。本発明の有機ＥＬ発光素子においては、有機ＥＬ発光層３は、少なくとも有機発光層１３を含み、必要に応じて、正孔注入層１１、正孔輸送層１２、電子輸送層１４および／または電子注入層１５を有する。図２に有機ＥＬ発光層３の構造の例を示した。図２（ａ）は、下部電極２が陽極の場合であり、反射性付与層２ｒの上に正孔注入層１１が形成され、そして正孔輸送層１２、有機発光層１３、電子輸送層１４および電子注入層１５が積層されている。図２（ｂ）は、下部電極２が陰極の場合であり、反射性付与層２ｒの上に、電子注入層１５、電子輸送層１４、有機発光層１３、正孔輸送層１２、正孔注入層１１が順次積層されている。
【００２８】
上記各層の材料としては、公知のものが使用される。青色から青緑色の発光を得るためには、有機発光層１３中に、例えばベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、べンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、金属キレート化オキソニウム化合物、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物などが好ましく使用される。また、電子注入層としては、キノリン誘導体（たとえば、８−キノリノールを配位子とする有機金属錯体）、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体などを用いることができる。
【００２９】
次に、有機ＥＬ発光層３の上に、上部電極４が形成される。本発明の素子においては、上部電極４を通して光を取り出すので、上部電極４が透明であることが必要である。したがって、本発明の上部電極４として、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の透明導電性酸化物を用いることが好ましい。これらの透明導電性酸化物は、陽極として使用するのに好適な大きな仕事関数を有する。一方、上部電極４を陰極として用いる場合、透明導電性酸化物と有機ＥＬ発光層３の間に、仕事関数が小さい材料の層を設けて、電子注入効率を向上させてもよい。この場合の仕事関数が小さい材料としては、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属、またはこれらのフッ化物等からなる電子注入性の金属、その他の金属との合金や化合物を用いることができる。電子注入効率を向上させるためには、１０ｎｍ以下の厚さの仕事関数が小さい材料の層があれば充分であり、かつ必要とされる透明性を維持する観点からも好ましい。
【００３０】
本発明の第２の実施形態の有機ＥＬ発光素子を図１（ｂ）に示す。図１（ｂ）の素子は、基板１、平坦性付与層２ａ、反射性付与層２ｒ、透明導電性酸化物層２ｔ、有機ＥＬ発光層３、および上部電極４を含み、ここで平坦性付与層２ａ、反射性付与層２ｒおよび透明導電性酸化物層２ｔが下部電極２を構成する。この構成により、優れた平坦性および反射性を有し、かつ下部電極２からの反射光を有効に利用することが可能な有機ＥＬ発光素子を実現した。
【００３１】
下部電極２からの反射光を有効に利用するためには、有機ＥＬ発光層３から上部電極側に出射する光と、有機ＥＬ発光層３から発して下部電極２（反射性付与層２ｒ）で反射して出射する光とが干渉により強め合うことが好ましい。したがって、有機ＥＬ発光層３（有機発光層１３）と下部電極２（反射性付与層２ｒ）との間の層の厚さを調整して、前記の２つの光が強め合うような干渉を起こすようにすることが好ましい。
【００３２】
例として、図１（ｂ）の構成の素子において、有機ＥＬ発光層３が図２（ｂ）の構造の場合を説明する。この場合、有機発光層１３と反射性付与層２ｒとの間にある層は、透明導電性酸化物層２ｔ、電子注入層１５および電子輸送層１４である。これらの各層の厚みをｄｉ、屈折率をｎｉとすると、有機発光層１３から反射性付与層２ｒまでの光学的距離Ｌは、これらの各層の光学的距離の和である式（１）で与えられる。
【００３３】
【数１】
反射性付与層２ｒと透明導電性酸化物層２ｔとの界面で光が反射する際には光の位相が反転するので、素子内部での干渉により強められる光の波長λは、以下の式（２）を満たす。
【００３５】
【数２】
すなわち、有機発光層１３の発光波長λが式（２）を満たすように、電子輸送層１４、電子注入層１５および透明導電性酸化物層２ｔの膜厚を設計すれば、外部量子効率の向上が図られることとなる。しかし、電子注入層１５の厚みは０．５〜１ｎｍ程度と薄くする必要があることに加え、電子輸送層１４の厚みを厚くすると素子の輝度劣化が顕著になるという問題があるために、本発明の有機ＥＬ発光素子では、透明導電性酸化物層２ｔの膜厚を設定して、素子内部で光の強度が減衰することなく外部に光を取り出すことで外部量子効率を向上させることが好ましい。
【００３７】
透明導電性酸化物層２ｔとして好ましい材料は、ＩＴＯまたはＩＺＯのような当該技術において知られている透明導電性酸化物である。透明導電性酸化物層２ｔの膜厚は、有機発光層１３の発光波長および所望される出力光の波長に依存する。また、透明導電性酸化物層２ｔは有機ＥＬ発光層３に接触しているので、有機層に対するキャリア注入性に優れていることが必要である。下部電極２を陽極として用いる場合は、仕事関数の大きい透明導電性酸化物を有機ＥＬ発光層３と接触させることが好ましい。一方、下部電極を陰極として用いる場合には、透明導電性酸化物の上に、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属、あるいはそれらの酸化物、フッ化物、窒化物またはホウ化物の超薄膜（１０ｎｍ以下）を設けて、電子注入性を付与することが可能である。前記電子注入性超薄膜を設けた場合には、該超薄膜を含めて式（２）を満たすことが好ましい。
【００３８】
以上、図２（ｂ）の有機ＥＬ発光層３を有する図１（ｂ）の構成の素子において説明したが、他の構造を有する素子においても、有機発光層１３と反射性付与層２ｒとの間にある層が式（２）を満たすように設計することが可能である。
【００３９】
本実施形態の有機ＥＬ発光素子は、特定の波長の光の反射率のみを大きくさせることができるので、モノクロパネルやエリアカラーパネル、あるいは色変換方式のトップエミッション素子に特に有効である。
【００４０】
本実施形態における基板１、平坦性付与層２ａ、有機ＥＬ発光層３および上部電極４は、第１の実施形態と同様のものを用いることができる。本実施形態における反射性付与層２ｒは、有機ＥＬ発光層３に対するキャリア注入性を考慮する必要がない点を除いて、第１の実施形態と同様である。
【００４１】
好ましくは、本発明の有機ＥＬ発光素子は、上記の各構成要素を周囲環境から隔離するために封止される。封止材料としては、酸素および湿度透過性が低いこと、堅牢性が高いこと、伝熱性が高いこと等が求められる。さらに封止材料を通して有機ＥＬ発光素子からの光を取り出す場合には、有機ＥＬ発光素子の発光に対して透明であることが求められる。例えば、透明な封止基板を、アクリル樹脂などの封止樹脂を用いて有機ＥＬ発光素子に対して接着して、封止を実施することができる。
【００４２】
本発明の有機ＥＬ発光素子は、有機ＥＬ発光層３からの光をそのまま用いてもよいし、あるいは蛍光色変換材料の層を設けて有機ＥＬ発光層３からの光を波長変換して用いてもよい。蛍光色変換材料の層は、上部電極４の上に積層してもよいし、あるいは別の透明基板の上に積層して色変換フィルターを形成し、該色変換フィルターをＥＬ素子の上に貼り合わせてもよい。これらの層形成および貼り合わせ（貼り合わせに必要な層の形成を含む）は慣用の手段を用いて行ってもよい。
【００４３】
また、本発明の有機ＥＬ発光素子は、単一の光を発してもよいし、あるいは異なる色の複数の光を発してもよい。好ましくは、赤、緑、青の各発光部をマトリクス上に配列した色変換フィルターと組み合わせて、ディスプレイとして用いられる。ディスプレイとして用いる場合、ＴＦＴなどのような制御素子を用いてアクティブマトリクス駆動を行ってもよいし、あるいは直交する２つの方向に延びるラインパターンを有する上下の電極を用いてパッシブマトリクス駆動を行ってもよい。
【００４４】
【実施例】
（実施例１）
ガラス基板上に、アモルファス金属としてＮｉ３Ｐを１００ｎｍ積層し、その上に厚さ７ｎｍおよび１４ｎｍのＣｒを積層した。その表面をＡＦＭにより観察して平均粗さを測定し、また波長４５０ｎｍの光の反射率を測定した。表２に測定結果を示す。
【００４５】
（実施例２）
ＮｉＰに代えて、膜厚１００ｎｍのＮｉＡｌを積層したことを除いて、実施例１を繰り返した。表２に測定結果を示す。
【００４６】
【表２】
Ｃｒからなる反射性膜を形成することにより、反射率が向上した。反射率はＣｒの膜厚が大きくなるにつれて、大きくなった。また、Ｃｒを１００ｎｍ積層した場合には平均粗さＲａが著しく増大するのに対して、Ｃｒ膜厚７ｎｍおよび１４ｎｍの場合、平均粗さＲａはほとんど増大せず、良好な反射率と表面平坦性との両立が可能であった。
【００４８】
（実施例３）
ガラス基板上に、アモルファス金属としてＮｉ３Ｐを１００ｎｍ積層し、その上に厚さ１５ｎｍのＣｒおよび厚さ２２０ｎｍのＩＺＯを積層してサンプルを得た。Ｃｒを積層しないことを除いて同様にして、比較対象サンプルを得た。さらに、Ｃｒ層のみを積層したサンプルを得た。それらの表面の反射率の波長依存性を測定し、結果を図４に示した。図４から分かるように、Ｃｒ層のみの場合には、近紫外〜可視域にかけてほぼ均一の反射率を有するのに対し、ＩＺＯ層を設けた２つの例では、４８０ｎｍ付近の反射率を選択的に高くすることができた。また、ＩＺＯ層を設けた２つの例の比較では、反射性金属であるＣｒの層を設けた場合に、４８０ｎｍ付近の反射率を著しく増大させることができた。
【００４９】
（実施例４）
ガラス基板上に、Ｎｉ３Ｐの組成を持つターゲットを用いるスパッタ法により、平坦性付与層２ａとして１００ｎｍの厚さのＮｉ３Ｐ膜を作製した。次に、反射性付与層２ｒとして厚さ７ｎｍのＡｇをスパッタ法にて積層した。さらに、透明導電性酸化物層２ｔとして厚さ２２０ｎｍのＩＺＯをスパッタ法にて積層した。
【００５０】
以上の積層物を通常のフォトプロセスにて、２ｍｍ×２ｍｍの寸法を有するパターンを形成して、下部電極２とした。この下部電極２を陽極として用いる。その後に、この表面を室温において酸素プラズマを用いてクリーニングした。
【００５１】
この陽極上に有機ＥＬ発光層３を成膜した。その構造は、有機膜として正孔注入層１１／正孔輸送層１２／発光層１３／電子輸送層１４／電子注入層１５の５層構造とし、正孔注入層として銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を１００ｎｍ積層し、正孔輸送層として４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）を２０ｎｍ積層した。さらに、発光層として４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）を３０ｎｍ積層し、電子輸送層としてアルミニウムトリス（８−キノリノラート）（Ａｌｑ）を２０ｎｍ積層した。最後に、電子注入層としてＬｉＦを１ｎｍ積層した。
【００５２】
これらの成膜を終了した後、真空を破らずに、スパッタ法にて無定形のＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ（ＺｎＯモル比で５％）を２００ｎｍ作製し、これを陰極とした。これにより、２ｍｍ×２ｍｍの寸法の画素を複数個有する有機ＥＬ発光素子が得られた。
【００５３】
（実施例５）
反射性付与層２ｒとして厚さ７ｎｍのＡｌをスパッタ法にて積層したことを除いて、実施例４を繰り返して有機ＥＬ発光素子を得た。
【００５４】
（実施例６）
反射性付与層２ｒとして厚さ７ｎｍのＣｒをスパッタ法にて積層したことを除いて、実施例４を繰り返して有機ＥＬ発光素子を得た。
【００５５】
（比較例１）
平坦性付与層および反射性付与層の代りに厚さ１００ｎｍのＡｌを積層したことを除いて、実施例４を繰り返して有機ＥＬ発光素子を得た。
【００５６】
（比較例２）
反射性付与層を形成しなかったことを除いて、実施例４を繰り返して有機ＥＬ発光素子を得た。
【００５７】
実施例４〜６および比較例１〜２の有機ＥＬ発光素子に関して、画素中の微小な欠陥について検討した。順方向に電流を流して、画素を顕微鏡で観察すると数μｍ〜数十μｍの非発光の点（ダークスポット）が観察される。比較例１の素子では２ｍｍ角の画素中に平均でおよそ３０個程度のダークスポットが観察されるが、実施例４〜６および比較例２の素子では、いずれもダークスポットが存在しなかった。
【００５８】
次に、実施例４〜６および比較例１〜２の有機ＥＬ発光素子に関して、同一電流密度における輝度について比較した。反射性付与層２ｒを持たない比較例２に比べて、本発明の各実施例はより高い輝度を示し、特に反射性付与層２ｒとしてＡｌまたはＡｇを用いた場合に、従来型のＡｌ反射層を有する比較例１と同等の輝度を示した。
【００５９】
以上の結果を表３にまとめた。本発明にしたがって平坦性付与層および反射性付与層を有する有機ＥＬ発光素子は、ダークスポットがなく、かつ輝度（外部取り出し効率）の高い素子であることが明らかとなった。
【００６０】
【表３】
【発明の効果】
本発明にしたがって、平坦性付与層および反射率付与層の積層構造を有する下部電極を有することにより、画素短絡およびダークスポットが少なく、かつ外部取り出し効率の高い有機ＥＬ発光素子を作製することができた。
【００６２】
さらに、反射率付与層と有機ＥＬ発光層との間に適切な厚さを有する透明導電性酸化物層を設けて特定波長の光の反射率を高めることにより、該特定波長の光の外部取り出し効率が向上した有機ＥＬ発光素子ができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機ＥＬ発光素子の概略断面図であり、（ａ）は第１の実施形態、および（ｂ）は第２の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の有機ＥＬ発光素子の発光層の構造を示す概略断面図であり、（ａ）は下部電極が陽極の場合、および（ｂ）は下部電極が陰極の場合を示す図である。
【図３】本発明の下部電極の効果のコンピュータシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態の下部電極の反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図５】慣用の有機ＥＬ発光素子の構造を示す概略断面図であり、（ａ）はボトムエミッション型、（ｂ）はトップエミッション型の素子を示す図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 下部電極
２ａ 平坦性付与層
２ｒ 反射性付与層
２ｔ 透明導電性酸化物層
３ 有機ＥＬ発光層
４ 上部電極
１１、２３、３４ 正孔注入層
１２、２４、３５ 正孔輸送層
１３、２５、３６ 有機発光層
１４、２６、３７ 電子輸送層
１５、２７、３８ 電子注入層
２１ 透明基板
２２、３９ 透明電極
２８ 上部電極
３１ 基板
３２ 反射性電極
３３ 正孔注入性電極
Claims (6)
- 基板と、下部電極と、有機ＥＬ発光層と、上部電極とを含む有機ＥＬ発光素子において、
前記下部電極は、アモルファス合金または微結晶金属を含む平坦性付与層と、反射性金属または合金を含む反射性付与層との２層構造であることを特徴とする有機ＥＬ発光素子。 - 前記反射性付与層の膜厚は、０．５〜２０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ発光素子。
- 前記下部電極は陽極であり、前記反射性付与層は４．８ｅＶ以上の仕事関数を有する金属または合金を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ発光素子。
- 前記反射性付与層と前記有機ＥＬ発光層との間に透明導電性酸化物層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ発光素子。
- 前記下部電極は陽極であることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ発光素子。
- 前記下部電極は陰極であり、前記透明導電性酸化物層と前記有機ＥＬ発光層との間に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、あるいはそれらの酸化物、フッ化物、窒化物またはホウ化物で構成される層をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ発光素子。
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