JP2004171957A - 有機ｅｌ素子及び有機ｅｌ表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】寿命特性に優れた有機ＥＬ素子及び有機ＥＬ表示装置を提供すること。
【解決手段】本発明の有機ＥＬ素子３０は、陽極３１と、前記陽極３１に対向した陰極３２と、前記陽極３１と前記陰極３２との間に介在し且つ発光層を含んだ有機物層３３とを具備し、前記陰極３２は、前記有機物層３３に対向した保護導体層３２ｂと、前記保護導体層３２ｂと前記有機物層３３との間に介在し且つ前記保護導体層３２ｂの材料とは異なる材料からなる主導体層３２ａと、前記保護導体層３２ｂと前記主導体層３２ａとの間に介在して前記保護導体層３２ｂの構成元素が前記主導体層３２ａ中へと拡散するのを抑制する外側バリア層３２ｄとを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図２
【解決手段】本発明の有機ＥＬ素子３０は、陽極３１と、前記陽極３１に対向した陰極３２と、前記陽極３１と前記陰極３２との間に介在し且つ発光層を含んだ有機物層３３とを具備し、前記陰極３２は、前記有機物層３３に対向した保護導体層３２ｂと、前記保護導体層３２ｂと前記有機物層３３との間に介在し且つ前記保護導体層３２ｂの材料とは異なる材料からなる主導体層３２ａと、前記保護導体層３２ｂと前記主導体層３２ａとの間に介在して前記保護導体層３２ｂの構成元素が前記主導体層３２ａ中へと拡散するのを抑制する外側バリア層３２ｄとを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子及び有機ＥＬ表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の情報化社会の進展に伴い、各種モバイル機器や端末機器は益々普及し、それらに搭載される表示装置への低消費電力化の要求は高まる一方である。陰極および陽極間に発光層を含む有機物層を挟持した構造の有機ＥＬ素子は、自発光型の面発光ダイオード（非特許文献１を参照のこと）であり、１０Ｖ以下の低電圧印加により発光を生じさせることや、青、緑、赤の３色をはじめとする様々な発光色を実現することができる。これらの点から、有機ＥＬ表示装置は、液晶表示装置に代わる次世代平面表示装置の有力候補として注目を集めている。しかしながら、多くの有機ＥＬ表示装置では一万時間以下で輝度が半減してしまう。すなわち、現状の有機ＥＬ表示装置は、液晶表示装置と比較すると、パネル寿命が未だ不満足なレベルにある。
【０００３】
有機ＥＬ素子の輝度半減寿命τは、有機ＥＬ表示装置で所望のパネル正面輝度Ｌを得るために必要な有機ＥＬ素子の駆動電流密度であるＪの大きさと密接に関連し、経験的に次式に従うことが知られている。なお、下記等式において、ηは有機ＥＬ素子の発光効率を示している。
τ∝１／Ｊ＝η／Ｌ …（１）
上記の式（１）から明らかなように、駆動電流密度が増すほど輝度劣化が速く進行する。したがって、輝度Ｌを一定値に保ちつつ有機ＥＬ素子の信頼性（寿命）を高めるには、発光効率ηを改善する必要がある。
【０００４】
ところで、有機ＥＬ素子の発光効率ηは以下の式で表される。
η＝Φｅ−ｈ×ΦＲ×ΦＯＵＴ …（２）
ここで、Φｅ−ｈは電子・正孔の注入バランス、ΦＲは発光層材料の再結合発光効率、ΦＯＵＴは光取出し効率である。ΦＲはＲ，Ｇ，Ｂの各発光材料の発光能力で決まる値であり、ΦＯＵＴはデバイスの３次元構造で決まる値である。したがって、材料やデバイス構造を変更せずに発光効率ηを高めるには、電子・正孔注入バランスΦｅ−ｈを改善することが有効である。
【０００５】
電子・正孔バランスΦｅ−ｈを高める方法としては、陰極構造を最適化する方法が一般的である。従来、有機ＥＬ素子３０の陰極としては、図５（ａ）に示す有機物層３３の陽極３１と対向する側にコンタクト層（以下、Ｘ層と表記する）３２ｘおよび陰極導体層（以下、Ｙ層と表記する）３２ｙを積層したＹ／Ｘ構造の二層陰極（特許文献１を参照のこと）や、図５（ｂ）に示すように更にＹ層上に保護導体層（以下、Ｍ層と表記する）３２ｍを備えたＭ／Ｙ／Ｘ構造の三層陰極（特許文献２を参照のこと）が知られている。
【０００６】
図５（ａ）に示すＹ／Ｘ陰極３２のうち、Ｙ層３２ｙの材料としてＡｌを使用し、Ｘ層３２ｘの材料としてＬｉＦを使用したＡｌ／ＬｉＦ陰極は、低分子発光層を含んだ有機ＥＬ素子で使用されている代表的な陰極である。Ａｌ／ＬｉＦ陰極は低分子用のＡｌｑ３電子輸送層に対する電子注入性に優れ、Φｅ−ｈ〜１が報告されている。しかしながら、Ａｌ／ＬｉＦ陰極はＡｌｑ３以外の低分子電子輸送層や、高分子発光層に対する電子注入性が低い。本発明者らの研究によれば、電子注入量を決める陰極界面の電子注入障壁高さは、Ｘ層３２ｘに用いる材料の種類に強く依存する。高分子発光層とＬｉＦ層とを組み合わせると、この障壁が高くなり、電子が殆ど注入されない。このような理由から、Ａｌ／ＬｉＦ陰極を使用した場合、高分子有機ＥＬ素子、並びに、Ａｌｑ３以外の電子輸送層を持つ低分子有機ＥＬ素子では高い発光効率ηを実現することができず、よって寿命が短いという問題があった。
【０００７】
他方、図５（ｂ）に示すＭ／Ｙ／Ｘ陰極３２のうち、Ｍ層３２ｍの材料として酸化されにくく安定なＡｌを使用し、Ｙ層３２ｙの材料としてＣａを使用し、Ｘ層３２ｘの材料としてＬｉＦを使用したＡｌ／Ｃａ／ＬｉＦ陰極は、高分子有機ＥＬ素子で使用されている代表的な陰極である。このＡｌ／Ｃａ／ＬｉＦ陰極３２では、先のＡｌ／ＬｉＦ陰極３２に仕事関数の小さいＣａ層を追加した構造となっており、これは、陰極界面の電子注入障壁高さを減らして電子注入量を増加させるためと推測される。しかしながら、この陰極３２を使用した場合であっても、高分子発光層に対する電子注入性を十分に改善できる訳ではない。そのため、Ａｌ／Ｃａ／ＬｉＦ陰極を使用した場合でも、Ａｌ／ＬｉＦ陰極を使用した場合と同様に、高分子有機ＥＬ素子、並びに、Ａｌｑ３以外の電子輸送層を持つ低分子有機ＥＬ素子では高い発光効率ηを実現することができず、よって寿命が短いという問題があった。しかも、上記の通り、Ａｌ／Ｃａ／ＬｉＦ陰極はＡｌ／ＬｉＦ陰極に化学反応性に富んだＣａ層を追加した構造を有しているため、時間の経過とともにＣａ原子がＡｌ層やＬｉＦ層に拡散し、陰極の劣化に起因して寿命が短くなるという問題もあった。
【０００８】
【非特許文献１】
Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ及びＳ．Ａ．ＶａｎＳｌｙｋｅ著，「アプライド・フィジカル・レター（Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．）」，１９８７年，第５１巻，ｐ．９１３
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−７４５８６号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開２０００−１６４３５９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、寿命特性に優れた有機ＥＬ素子及び有機ＥＬ表示装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面によると、陽極と、前記陽極に対向した陰極と、前記陽極と前記陰極との間に介在し且つ発光層を含んだ有機物層とを具備し、前記陰極は、前記有機物層に対向した保護導体層と、前記保護導体層と前記有機物層との間に介在し且つ前記保護導体層の材料とは異なる材料からなる主導体層と、前記保護導体層と前記主導体層との間に介在して前記保護導体層の構成元素が前記主導体層中へと拡散するのを抑制する外側バリア層とを備えたことを特徴とする有機ＥＬ素子が提供される。
【００１３】
本発明の第２の側面によると、陽極と、前記陽極に対向した陰極と、前記陽極と前記陰極との間に介在し且つ発光層を含んだ有機物層とを具備し、前記陰極は、前記有機物層に対向した保護導体層と、前記保護導体層と前記有機物層との間に介在した主導体層と、前記保護導体層と前記主導体層との間に介在し且つ絶縁体または半導体からなる外側バリア層とを備えたことを特徴とする有機ＥＬ素子が提供される。
【００１４】
第１及び第２の側面において、陰極は、主導体層と有機物層との間に介在し且つ半導体または絶縁体からなるコンタクト層をさらに備えていてもよい。この場合、陰極は、主導体層とコンタクト層との間に介在し且つ主導体層の構成元素がコンタクト層中へと拡散すること及び／またはコンタクト層の構成元素が主導体層中へと拡散することを抑制する内側バリア層をさらに備えていてもよい。或いは、陰極は、主導体層とコンタクト層との間に介在し且つ半導体または絶縁体からなる内側バリア層をさらに備え、コンタクト層の材料と内側バリア層の材料とは互いに異なっていてもよい。
【００１５】
本発明の第３の側面によると、陽極と、前記陽極に対向した陰極と、前記陽極と前記陰極との間に介在し且つ発光層を含んだ有機物層とを具備し、前記陰極は、前記有機物層に対向した主導体層と、前記主導体層と前記有機物層との間に介在し且つ半導体または絶縁体からなるコンタクト層と、前記主導体層と前記コンタクト層との間に介在し且つ半導体または絶縁体からなる内側バリア層とを備え、前記コンタクト層の材料と前記内側バリア層の材料とは互いに異なっていることを特徴とする有機ＥＬ素子が提供される。
【００１６】
本発明の第４の側面によると、陽極と、前記陽極に対向した陰極と、前記陽極と前記陰極との間に介在し且つ発光層を含んだ有機物層とを具備し、前記陰極は、前記有機物層に対向した主導体層と、前記主導体層と前記有機物層との間に介在し且つ半導体または絶縁体からなるコンタクト層と、前記主導体層と前記コンタクト層との間に介在し且つ前記主導体層の構成元素が前記コンタクト層中へと拡散すること及び／または前記コンタクト層の構成元素が前記主導体層中へと拡散することを抑制する内側バリア層とを備え、前記コンタクト層の材料と前記内側バリア層の材料とは互いに異なっていることを特徴とする有機ＥＬ素子が提供される。
【００１７】
第３及び第４の側面において、陰極は、主導体層上に主導体層の材料とは異なる材料からなる保護導体層をさらに備えていてもよい。
【００１８】
本発明の第５の側面によると、第１乃至第４の側面の何れか１つに係る有機ＥＬ素子を複数と、前記複数の有機ＥＬ素子を支持した基板とを具備したことを特徴とする有機ＥＬ表示装置が提供される。
【００１９】
第５の側面において、複数の有機ＥＬ素子は、発光層の発光色が互いに異なる第１乃至第３有機ＥＬ素子を含んでいてもよい。
【００２０】
本発明の第６の側面によると、第１乃至第４の側面の何れか１つに係る有機ＥＬ素子を複数と前記複数の有機ＥＬ素子を支持した基板とを具備し、前記複数の有機ＥＬ素子は前記発光層の発光色が互いに異なる第１乃至第３有機ＥＬ素子を含み、前記コンタクト層の材料は前記第１乃至第３有機ＥＬ素子間で互いに等しく、前記内側バリア層の材料は前記第１乃至第３有機ＥＬ素子間で互いに等しいことを特徴とする有機ＥＬ表示装置が提供される。
【００２１】
外側バリア層の電子親和力は、保護導体層の仕事関数及び主導体層の仕事関数よりも小さくてもよい。外側バリア層は、１族元素と１６族元素との化合物、１族元素と１７族元素との化合物、２族元素と１７族元素との化合物、及び、１族元素と２族元素と１７族元素との化合物からなる群より選択される化合物を含有していてもよい。外側バリア層の膜厚は２０ｎｍ以下であってもよい。
【００２２】
コンタクト層は、１族元素と１７族元素とを含んだ化合物を含有していてもよい。
【００２３】
内側バリア層の電子親和力は、前記主導体層の仕事関数及びコンタクト層の電子親和力よりも小さくてもよい。内側バリア層の電子有効質量は、コンタクト層の電子有効質量よりも大きくてもよい。内側バリア層は、１族元素と１６族元素との化合物、１族元素と１７族元素との化合物、２族元素と１７族元素との化合物、及び、１族元素と２族元素と１７族元素との化合物からなる群より選択される化合物を含有していてもよい。内側バリア層はコンタクト層よりも厚くてもよい。
【００２４】
外側バリア層の材料と内側バリア層の材料とは同一であってもよい。外側バリア層と主導体層と内側バリア層とは同一の金属元素を含有していてもよい。
【００２５】
なお、ここで使用する用語「族」は、元素を１乃至１８族に分類した長周期型周期表における「族」である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同様または類似する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２７】
まず、第１及び第２の実施形態に共通する事項について説明する。
図１は、本発明の第１及び第２の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図である。図１に示す有機ＥＬ表示装置１は、アレイ基板２と封止基板３とをシール層４を介して対向させた構造を有している。シール層４は封止基板３の周縁に沿って設けられており、それにより、アレイ基板２と封止基板３との間に密閉された空間を形成している。この空間は、Ａｒガスなどの希ガスやＮ２ガスのような不活性ガスで満たされている。
【００２８】
アレイ基板２は、基板１１を有している。基板１１上には、アンダーコート層として、例えば、ＳｉＮｘ層１２とＳｉＯ２層１３とが順次積層されている。アンダーコート層１３上には、チャネル及びソース・ドレインが形成されたポリシリコン層のような半導体層１４、ゲート絶縁膜１５、及びゲート電極１６が順次積層されており、それらはトップゲート型の薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）２０を構成している。
【００２９】
ゲート絶縁膜１５及びゲート電極１６上には、ＳｉＯ２などからなる層間絶縁膜２１が設けられている。層間絶縁膜２１上には電極配線（図示せず）及びソース・ドレイン電極２３が設けられており、それらは、ＳｉＮｘなどからなるパッシベーション膜２４で埋め込まれている。なお、ソース・ドレイン電極２３は、層間絶縁膜２１に設けられたコンタクトホールを介してＴＦＴ２０のソース・ドレインに電気的に接続されている。
【００３０】
パッシベーション膜２４上には、陽極（透明画素電極）３１及び隔壁絶縁層２６が並置されている。隔壁絶縁層２６は、例えばシリコン窒化物やシリコン酸化物のような無機絶縁材料などからなる親水性の絶縁層２６ａと、例えば有機絶縁材料などからなる撥水性の絶縁層２６ｂとを順次積層した構造を有している。また、隔壁絶縁層２６には、それぞれの陽極３１に対応して開口が設けられている。
【００３１】
隔壁絶縁層２６の開口内で露出した陽極３１上には、有機物層３３が設けられている。有機物層３３は、例えば、赤、緑、または青色に発光する有機発光層を含んでいる。有機物層３３は、発光層と陽極３１との間に、正孔注入層や正孔輸送層のように陽極３１から発光層への正孔の注入を媒介する役割を果たす導電性有機物層をさらに含むことができる。また、有機物層３３は、発光層と後述する陰極３２との間に、電子注入層のように陰極３２から発光層への電子の注入を媒介する役割を果たす導電性有機物層をさらに含むことができる。
【００３２】
隔壁絶縁層２６及び有機物層３３上には陰極３２が共通電極として設けられており、この陰極３２はパッシベーション膜２４及び隔壁絶縁層２６に設けられたコンタクトホール（図示せず）を介して共通電極取り出し配線に電気的に接続されている。それぞれの有機ＥＬ素子３０は、これら陽極３１，有機物層３３，陰極３２で構成されている。
【００３３】
次に、第１及び第２の実施形態について個々に説明する。なお、これら実施形態は、陰極３２に互いに異なる構造を採用することのみにおいて相違している。したがって、以下、主として、陰極３２の構造について説明する。
【００３４】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置で利用可能な有機ＥＬ素子の構造の一例を概略的に示す断面図である。図２に示す有機ＥＬ素子３０において、陰極３２は、有機物層３３に対向した主導体層３２ａと、主導体層３２ａ上に設けられた保護導体層３２ｂと、主導体層３２ａと有機物層３３との間に介在したコンタクト層３２ｃと、主導体層３２ａと保護導体層３２ｂとの間に介在した外側バリア層３２ｄとを備えている。
【００３５】
主導体層３２ａは、陰極３２の主要部であり、例えば、仕事関数が小さい金属材料からなる。主導体層３２ａの材料としては、例えば、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素であるＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなどの単体金属、または上記元素を少なくとも１種類以上含む多元系金属、または上記元素を含む単体金属や多元系金属を複数層含む多層金属などを挙げることができる。また、主導体層３２ａの厚さは、通常、１ｎｍ乃至１００ｎｍ程度である。
【００３６】
保護導体層３２ｂは、主導体層３２ａなどを水分や酸素などとの接触による酸化劣化から保護する役割を果たすとともに、陰極３２の抵抗を低減する役割を果たす。保護導体層３２ｂの材料としては、例えば、主導体層３２ａよりも仕事関数が大きい金属材料を使用することができ、そのような金属材料としては、例えば、ＡｇやＡｌなどを挙げることができる。また、保護導体層３２ｂの厚さは、通常、５０ｎｍ乃至１０００ｎｍ程度である。
【００３７】
コンタクト層３２ｃは、後述するように、陰極３２から有機物層３３への電子注入障壁高さを決定する。コンタクト層３２ｃの材料は、半導体または絶縁体である。コンタクト層３２ｃに好適な材料の多くは、その電子親和力の大きさが主導体層３２ａの材料の仕事関数よりも小さい。さらに、コンタクト層３２ｃに好適な材料の多くは、単体ではなく化合物である。コンタクト層３２ｃの材料としては、例えば、１族元素と１６族元素との化合物、１族元素と１７族元素との化合物、２族元素と１７族元素との化合物、及び、１族元素と２族元素と１７族元素との化合物などを挙げることができる。また、コンタクト層３２ｃの厚さは、通常、０．１ｎｍ乃至１０ｎｍ程度である。なお、第１の実施形態において、コンタクト層３２ｃは任意の構成要素である。
【００３８】
外側バリア層３２ｄは、主導体層３２ａの構成元素が保護導体層３２ｂ中へと拡散すること、及び、保護導体層３２ｂの構成元素が主導体層３２ａ中へと拡散することを抑制する。外側バリア層３２ｄの材料は、主導体層３２ａや保護導体層３２ｂの材料とは異なる無機材料であり、典型的には半導体または絶縁体である。また、外側バリア層３２ｄに好適な材料の多くは、その電子親和力の大きさが主導体層３２ａの材料や保護導体層３２ｂの材料の仕事関数よりも小さい。さらに、外側バリア層３２ｄに好適な材料の多くは、単体ではなく化合物である。外側バリア層３２ｄの材料としては、例えば、１族元素と１６族元素との化合物、１族元素と１７族元素との化合物、２族元素と１７族元素との化合物、及び、１族元素と２族元素と１７族元素との化合物などを挙げることができる。
【００３９】
さて、本実施形態では、例えば、図１に示す有機ＥＬ表示装置１の有機ＥＬ素子３０に、図２に示す構造を採用する。そのような構造を採用すると、以下に説明するように、優れた寿命特性を実現することができる。
【００４０】
図５（ｂ）に示すＭ／Ｙ／Ｘ構造の陰極では、陰極形成直後からＹ層３２ｙに含まれる低仕事関数金属とＭ層３２ｍに含まれる高仕事関数金属との合金化が起こる。そのため、Ｙ層３２ｙの仕事関数（電子注入障壁）が徐々に増加し、有機物層３３への電子注入量は時間と共に減少する。その結果、陰極起因の効率低下や短寿命化が生じる。
【００４１】
これに対し、図２に示す有機ＥＬ素子３０において、外側バリア層３２ｄは、主導体層３２ａの構成元素が保護導体層３２ｂ中へと拡散すること、及び、保護導体層３２ｂの構成元素が主導体層３２ａ中へと拡散することを抑制する。したがって、主導体層３２ａに含まれる金属と保護導体層３２ｂに含まれる金属との合金化などに起因した陰極構造の劣化を抑制することができ、陰極に起因した発光効率の低下や短寿命化を抑制可能となる。すなわち、優れた寿命特性を実現することができる。
【００４２】
ここで、外側バリア層３２ｄが、保護導体層３２ｂに含まれる第１金属と主導体層３２ａに含まれる第２金属との合金化を抑制する役割や、保護導体層３２ｂの構成元素が主導体層３２ａ中へと拡散するのを抑制する役割を果たしているかは、例えば、以下の方法により確認することができる。すなわち、外側バリア層３２ｄを設けた有機ＥＬ素子３０と外側バリア層３２ｄを設けていない以外は同様の構造を有する有機ＥＬ素子との間で、所定の条件下での連続点灯後に、保護導体層３２ｂの主導体層３２ａ側の表面領域及び／または主導体層３２ａの保護導体層３２ｂ側の表面領域の組成を比較する。
【００４３】
例えば、外側バリア層３２ｄを設けていない有機ＥＬ素子３０を常温で電流密度を０．１Ａ／ｃｍ２として１００時間連続点灯した後、主導体層３２ａにおけるその一構成元素，例えば第２金属，の濃度（第１濃度）に対し、保護導体層３２ｂの主導体層３２ａ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内における上記元素の濃度（第２濃度）が１／３以上であり、且つ、保護導体層３２ｂの主導体層３２ａからの距離が２ｎｍ以上の範囲内における上記元素の濃度（第３濃度）が１／５以上であるとする。この場合、外側バリア層３２ｄを設けることにより、先と同条件下での連続点灯後における第１濃度に対する第２濃度の比が１／１０以下となれば、外側バリア層３２ｄは先の役割を果たしているということができる。なお、これら濃度の比は、例えば、断面ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）とＦＩＢ（電界イオンビーム）とを組み合わせて所望の断面を露出させ、その断面について、空間分解能を例えば〜１ｎｍ程度としたＡＥＳ（オージェ電子分光法）やＥＤＸＤ（エネルギー分散性Ｘ線回折）などによる分析を行うことにより調べることができる。
【００４４】
本実施形態では、上記の通り、主導体層３２ａと保護導体層３２ｂとの間に外側バリア層３２ｄを介在させることにより、主導体層３２ａと保護導体層３２ｂとの間でそれらの構成元素が移動するのを抑制可能とする。この外側バリア層３２ｄのバリア能は、外側バリア層３２ｄに使用する材料に依存しており、外側バリア層３２ｄの材料として、常温・常圧下において安定であり且つ絶縁性、半絶縁性、または半導性の固体材料，すなわち絶縁体または半導体，を使用した場合に特に優れたバリア能を実現することができることが多い。例えば、外側バリア層３２ｄの材料として、Ｌｉ２ＯやＮａ２Ｓのような１族元素と１６族元素との化合物、ＣｓＦやＣｓＣｌのような１族元素と１７族元素との化合物、ＢａＦ２やＢａＣｌ２やＢａＣｌｘＦ２−ｘのような２族元素と１７族元素との化合物、或いは、ＫＭｇＦ３のような１族元素と２族元素と１７族元素との化合物を使用した場合，特には、ＣｓＦやＣｓＣｌのような１族元素と１７族元素との化合物を使用した場合，に極めて優れたバリア能を実現することができる。
【００４５】
また、外側バリア層３２ｄのバリア能は、その膜厚にも依存している。通常、外側バリア層３２ｄの膜厚がおよそ１ｎｍ以上である場合に特に優れたバリア能を実現することができることが多い。なお、外側バリア層３２ｄに関して例示した上記材料は、主導体層３２ａや保護導体層３２ｂに用いる材料と比較して、導電率が数十桁程度低い。そのため、外側バリア層３２ｄを挿入することにより、有機ＥＬ素子３０の動作電圧（消費電力）が上昇することが懸念される。しかしながら、外側バリア層３２ｄの膜厚がおよそ２０ｎｍ以下であれば、保護導体層／外側バリア層／主導体層による電圧降下は動作電圧に殆ど影響を与えないことが確かめられている。
【００４６】
本実施形態において、主導体層３２ａが含有する金属元素と外側バリア層３２ｄが含有する金属元素とは同一であることが好ましい。この場合、有機ＥＬ素子３０の製造が容易になるのに加え、例え、主導体層３２ａと外側バリア層３２ｄとの間でそれらを構成する金属元素の拡散が生じたとしても、それらの特性が大きく変化することはない。
【００４７】
上記の構造で以下の構成を採用すると、先に説明した陰極構造の劣化をより効果的に抑制可能となるのに加え、発光色が互いに異なる有機ＥＬ素子，例えば、赤色に発光する有機ＥＬ素子と緑色に発光する有機ＥＬ素子と青色に発光する有機ＥＬ素子，の全てで、高い発光効率を実現することができる。したがって、さらに優れた寿命特性を実現することが可能となる。これについては、以下に詳細に説明する。
【００４８】
これまでの研究では、図５（ａ），（ｂ）に示す陰極３２でＸ層３２ｘが果たす役割は十分に明らかにされていなかった。本発明者らの研究によれば、Ｘ層３２ｘは、有機物層３３に含まれる層のうち陰極３２に最も近いもの（発光層若しくは電子注入層）の伝導帯の底と、陰極金属［図５（ａ）、図５（ｂ）に示すＹ層３２ｙ］の仕事関数との差，すなわち電子注入障壁高さ，を決定する役割を果たしている。電子注入障壁高さが低いほど、動作電圧は低下し、有機物層３３に電子が注入され易くなる。しかしながら、Ｘ層３２ｘの材料としてＬｉＦを使用した場合、発光色が赤色及び緑色の発光層に対する障壁高さが大きく、したがって、動作電圧が高く、電子注入量は少なかった。
【００４９】
電子注入障壁を決めるモデルは半導体分野では種々提案されているが、本発明者らが系統的にＸ層３２ｘの材料を振って動作電圧を調べたところ、有機ＥＬ素子では以下の２つのモデルが支配的であることが判明した。すなわち、第１のモデルは半導体分野でよく知られたＭ／Ｉ／Ｓ型接合モデル［図５（ａ）に示す構造では、Ｍ／Ｉ／Ｓ構造のＭ層，Ｉ層，Ｓ層は、Ｍ層３２ｍ、Ｘ層３２ｘ、有機物層３３にそれぞれ対応し、図５（ｂ）に示す構造では、Ｍ／Ｉ／Ｓ構造のＭ層，Ｉ層，Ｓ層は、Ｙ層３２ｙ、Ｘ層３２ｘ、有機物層３３にそれぞれ対応している］であり、第２のモデルはＸ層３２ｘ界面での電気二重層による障壁低下モデルである［電気二重層モデルに関する参考文献； Ｔ． Ｅ． Ｆｅｕｃｈｔｗａｎｇ， Ｄ． Ｐａｕｄｙａｌ， ａｎｄ Ｗ． Ｐｏｎｇ， Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｂ ２６， １６０８ （１９８２）］。前者の接合モデルにおけるＸ層材料のキーパラメータは主に電子親和力であり、電子親和力が大きいほど電子注入障壁は低下し、動作電圧は下がる。他方、後者におけるＸ層材料のキーパラメータは主に電子の有効質量であり、有効質量が低下するほど電子注入障壁は低下し、動作電圧は下がる。
【００５０】
本発明者らの研究によると、高分子の発光材料では、赤，緑，青の発光層毎に第１及び第２モデルの何れが支配的であるかが異なっていることが判明した。すなわち発光色が赤色の発光層については、動作電圧はＸ層材料の電子親和力に強く相関し、第１モデルが支配的であった。また、発光色が青色の発光層では、動作電圧と有効質量とは強く相関し、第２モデルが支配的であった。さらに、発光色が緑色の発光層については、動作電圧は電子親和力と有効質量の両者に依存し、第１及び第２モデルの双方が作用するという結果が得られた。なお、赤，緑，青の発光層毎に接合モデルが異なる理由は今のところ明らかでない。
【００５１】
以上の説明から明らかなように、Ｘ層３２ｘ（図２に示す構造のコンタクト層３２ｃ）の材料として、電子親和力が大きく且つ電子の有効質量が小さい材料を使用することにより、赤，緑，青の発光層の全てで、電子注入障壁高さを低減することができる。例えば、コンタクト層３２ｃの材料として、Ｌｉ２Ｏのような１族元素と１６族元素との化合物や、ＬｉＦとＮａＦとを除くＣｓＦやＲｂＦのような１族元素と１７族元素との化合物などを使用した場合、赤，緑，青の発光層の全てで、特に低い電子注入障壁高さを実現することができる。そして、赤、緑、青の画素でコンタクト層３２ｃに同一の材料を用いた場合であっても、それらの全てで高い発光効率を実現することができ、したがって、さらに優れた寿命特性を実現することが可能となる。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第１の実施形態で説明したように、主導体層３２ａと保護導体層３２ｂとの間における構成元素の拡散などに起因した陰極の劣化は、それらの間に外側バリア層３２ｄを介在させることに抑制可能である。しかしながら、図２の構造では、主導体層３２ａとコンタクト層３２ｃとの間における構成元素の拡散などに起因した陰極の劣化を抑制することはできない。これに対しては、以下に説明する構造が有効である。
【００５３】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置で利用可能な有機ＥＬ素子の構造の一例を概略的に示す断面図である。図３に示す有機ＥＬ素子３０は、主導体層３２ａとコンタクト層３２ｃとの間に内側バリア層３２ｅをさらに備えていること以外は図２に示す有機ＥＬ素子３０と同様の構造を有している。
【００５４】
この有機ＥＬ素子３０において、内側バリア層３２ｅは、主導体層３２ａの構成元素がコンタクト層３２ｃ中へと拡散すること、及び／または、コンタクト層３２ｃの構成元素が主導体層３２ａ中へと拡散することを抑制する役割を果たす。したがって、主導体層３２ａとコンタクト層３２ｃとの間における構成元素の拡散などに起因した陰極の劣化を抑制することができ、陰極に起因した発光効率の低下や短寿命化を抑制可能となる。すなわち、優れた寿命特性を実現することができる。
【００５５】
ここで、内側バリア層３２ｅが、主導体層３２ａとコンタクト層３２ｃとの間における構成元素の拡散を抑制する役割を果たしているかは、例えば、以下の方法により確認することができる。すなわち、内側バリア層３２ｅを設けた有機ＥＬ素子３０と内側バリア層３２ｅを設けていない以外は同様の構造を有する有機ＥＬ素子との間で、所定の条件下での連続点灯後に、コンタクト層３２ｃの主導体層３２ａ側の表面領域及び／または主導体層３２ａのコンタクト層３２ｃ側の表面領域の組成を比較する。
【００５６】
例えば、内側バリア層３２ｅを設けていない有機ＥＬ素子３０を第１の実施形態で説明したのと同様の条件下で連続点灯した後、主導体層３２ａにおけるその一構成元素，例えば第２金属，の濃度（第４濃度）に対し、コンタクト層３２ｃの主導体層３２ａ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内における上記元素の濃度（第５濃度）が１／３以上であり、且つ、コンタクト層３２ｃの主導体層３２ａからの距離が２ｎｍ以上の範囲内における上記元素の濃度（第６濃度）が１／５以上であるとする。この場合、内側バリア層３２ｅを設けることにより、先と同条件下での連続点灯後における第４濃度に対する第５濃度の比が１／１０以下となれば、内側バリア層３２ｅは先の役割を果たしているということができる。なお、これら濃度の比は、例えば、断面ＴＥＭとＦＩＢとを組み合わせて所望の断面を露出させ、その断面について、空間分解能を例えば〜１ｎｍ程度としたＡＥＳやＥＤＸＤなどによる分析を行うことにより調べることができる。
【００５７】
内側バリア層３２ｅは、主導体層３２ａやコンタクト層３２ｃの材料とは異なる無機材料からなる。この内側バリア層３２ｅのバリア能は、内側バリア層３２ｅに使用する材料、或いは、内側バリア層３２ｅに使用する材料と主導体層３２ａやコンタクト層３２ｃに使用する材料との組み合わせに依存している。例えば、常温・常圧下において安定であり且つ絶縁性、半絶縁性、または半導性の固体材料、すなわち絶縁体または半導体を使用した場合に特に優れたバリア能を実現することができる。また、内側バリア層３２ｅに好適な材料の多くは、その電子親和力の大きさが主導体層３２ａの材料の仕事関数やコンタクト層３２ｃの材料の電子親和力よりも小さいか、或いは、その電子有効質量がコンタクト層３２ｃの電子有効質量よりも大きい。さらに、内側バリア層３２ｅに好適な材料の多くは、単体ではなく化合物である。
【００５８】
主導体層３２ａやコンタクト層３２ｃに使用する材料の組み合わせにもよるが、例えば、内側バリア層３２ｅの材料として、Ｌｉ２ＯやＮａ２Ｓのような１族元素と１６族元素との化合物、ＣｓＦやＣｓＣｌのような１族元素と１７族元素との化合物、ＢａＦ２やＢａＣｌ２やＢａＣｌｘＦ２−ｘのような２族元素と１７族元素との化合物、或いは、ＫＭｇＦ３のような１族元素と２族元素と１７族元素との化合物を使用した場合、優れたバリア能を実現できることが多い。
【００５９】
また、内側バリア層３２ｅのバリア能は、その膜厚にも依存している。通常、内側バリア層３２ｅの膜厚がおよそ１ｎｍ以上である場合に特に優れたバリア能を実現することができる。
【００６０】
但し、内側バリア層３２ｅに関して例示した上記材料と、先に示したコンタクト層３２ｃに用いる材料とは、いずれも主導体層３２ａに用いる材料と比較して導電率が数十桁程度低い。そのため、内側バリア層３２ｅを追加挿入することにより、有機ＥＬ素子３０の動作電圧（消費電力）が上昇することが懸念される。しかしながら、通常、内側バリア層３２ｅとコンタクト層３２ｃの合計膜厚が０．１ｎｍ乃至１０ｎｍの範囲内にあれば、内側バリア層３２ｅを設けることにより生じる電圧降下は動作電圧に殆ど影響を与えないことが確かめられている。
【００６１】
主導体層３２ａ及びコンタクト層３２ｃの材料として、それぞれ，先に例示したもの，例えばＢａ及びＣｓＦ，を使用した場合、内側バリア層３２ｅの材料としてＢａＦ２のような２族元素と１７族元素との化合物（コンタクト層３２ｃの材料とは異なるもの）を使用することにより、赤、緑、青色の発光層間で電子注入障壁高さをより良好にバランスさせることができる。したがって、より優れた寿命特性を実現することが可能となる。
【００６２】
主導体層３２ａとコンタクト層３２ｃとの間で構成元素が拡散することに起因した陰極３２の劣化は、主導体層３２ａが含有する金属元素とコンタクト層３２ｃが含有する金属元素とが同一である場合に比べ、それらが異なっている場合において遥かに深刻である。したがって、内側バリア層３２ｅは、後者の場合に特に有用である。
【００６３】
本実施形態において、外側バリア層３２ｄの材料と内側バリア層３２ｅの材料とは同一であることが好ましい。このような構造を有する有機ＥＬ素子３０は製造が容易である。
【００６４】
本実施形態において、主導体層３２ａが含有する金属元素と外側バリア層３２ｄが含有する金属元素とは同一であることが好ましい。この場合、第１の実施形態で説明したように、有機ＥＬ素子３０の製造が容易になるのに加え、例え、主導体層３２ａと外側バリア層３２ｄとの間でそれらを構成する金属元素の拡散が生じたとしても、それらの特性が大きく変化することはない。同様に、本実施形態において、主導体層３２ａが含有する金属元素と内側バリア層３２ｅが含有する金属元素とは同一であることが好ましい。この場合、有機ＥＬ素子３０の製造が容易になるのに加え、例え、主導体層３２ａと内側バリア層３２ｅとの間でそれらを構成する金属元素の拡散が生じたとしても、それらの特性が大きく変化することはない。
【００６５】
なお、第２の実施形態において、外側バリア層３２ｄ及び保護導体層３２ｂは任意の構成要素である。すなわち、主導体層３２ａと保護導体層３２ｂとの間に外側バリア層３２ｄが介在していなくてもよい。また、主導体層３２ａ上に外側バリア層３２ｄ及び保護導体層３２ｂを設けなくてもよい。
【００６６】
第１及び第２の実施形態で上述した陰極３２を構成する各層は、例えば、蒸着法のような気相堆積法を用いて形成することができる。なお、蒸着法によりコンタクト層３２を形成する場合、その蒸着レートは０．０５Å／ｓｅｃ以下とすることが好ましい。これについては、図４を参照しながら説明する。
【００６７】
図４は、コンタクト層３２の成膜時の蒸着レートと有機ＥＬ素子３０の電流効率との関係の一例を示すグラフである。図中、横軸は図２に示す陰極３２のコンタクト層３２を成膜する際の蒸着レートを示し、縦軸はコンタクト層３２をその蒸着レートで成膜してなる有機ＥＬ素子３０の電流効率を示している。なお、図４には、コンタクト層３２の膜厚を一定とし、蒸着レートのみを変化させた場合に得られたデータを示している。
【００６８】
図４に示すように、蒸着レートが０．０５Å／ｓｅｃよりも高い場合、蒸着レートが高くなるのに応じて電流効率は低下する。これに対し、蒸着レートが０．０５Å／ｓｅｃ以下であれば、蒸着レートの高低に拘らず、高い電流効率を実現することができる。
【００６９】
上記の実施形態では、陽極３１をパッシベーション膜２４上に設けたが、陽極３１は層間絶縁膜２１上に、つまり信号線と陽極３１とを同一平面上に設けてもよい。また、上記実施形態では有機ＥＬ表示装置１を下面発光型としたが、上面発光型とすることもできる。さらに、アレイ基板２を対向基板３によりシーリングする場合、基板間の空間に乾燥剤を封入することで、素子の長寿命化を図ることも可能であり、また、対向基板３とアレイ基板２との間に樹脂を充填して放熱特性を向上させることもできる。加えて、上記実施形態では、有機ＥＬ素子３０が保護導体層３２ｂを含んだ場合について説明したが、保護導体層３２ｂは必ずしも設ける必要はない。例えば、２つの複数の有機物層３３を積層し、それらの間に陰極３２を介在させ、それらの積層体を一対の陽極３１で挟持する場合などには、保護導体層３２ｂを設けなくてもよい。
【００７０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
本実施例では、図１に示す有機ＥＬ表示装置１を以下に説明する方法により作製した。なお、本実施例では、有機ＥＬ素子３０に図２に示す構造を採用した。また、本実施例では、表示部の対角サイズを２．２インチとし、精細度は１３０ｐｐｉ（ｐｉｘｅｌ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）とした。さらに、本実施例では、有機ＥＬ素子３０を発光色が赤，緑，青色の三種の素子で構成し、有機ＥＬ表示装置１をフルカラータイプとした。
【００７１】
まず、ガラス基板１１のアンダーコート層１１，１２が形成された面に対し、通常のＴＦＴ形成プロセスと同様に成膜とパターニングとを繰り返し、ＴＦＴ２０、層間絶縁膜２１、電極配線（図示せず）、共通電極取り出し配線（図示せず）、ソース・ドレイン電極２３、及びパッシベーション膜２４を形成した。
【００７２】
次に、パッシベーション膜２４上に、スパッタリング法を用いてＩＴＯ膜を形成した。続いて、このＩＴＯ膜を、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることにより陽極３１を得た。なお、陽極３１は、マスクスパッタリング法により形成してもよい。
【００７３】
次いで、基板１１の陽極３１を形成した面に、各画素の発光部に対応して開口を有する親水層２６ａを形成した。続いて、基板１１の陽極３１を形成した面に、感光性樹脂を塗布し、得られた塗膜をパターン露光及び現像することにより、各画素の発光部に対応して開口を有する撥水層２６ｂを形成した。
【００７４】
以上のようにして、親水層２６ａと撥水層２６ｂとを積層してなる隔壁絶縁層２６を得た。なお、隔壁絶縁層２６を形成した基板１１にはＣＦ４／Ｏ２プラズマガスを用いた表面処理を施し、撥水層２６ｂの表面をフッ素化した。
【００７５】
次に、隔壁絶縁層２６が形成するそれぞれの液溜めに、インクジェット法によりバッファ層形成用インクを吐出し、それにより得られる液膜を加熱することによりバッファ層を形成し。続いて、赤、緑、青色の画素に対応したバッファ層上に、それぞれ、赤、緑、青色の発光層形成用インクをインクジェット法により吐出し、それにより得られる液膜を加熱することにより発光層を形成した。以上のようにして、有機物層３３を得た。
【００７６】
次いで、基板１１の有機物層３３を形成した面に、真空蒸着法により、ＬｉＦ、Ｂａ、ＢａＦ２、及びＡｌを順次成膜した（ＢａＦ２の電子親和力はＢａの仕事関数及びＡｌの仕事関数よりも小さく、ＬｉＦの電子親和力はＢａの仕事関数よりも小さい）。これにより、図２に示すように、コンタクト層３２ｃ、主導体層３２ａ、外側バリア層３２ｄ、及び保護導体層３２ｂを順次積層してなる陰極３２を得た。なお、本例では、コンタクト層３２ｃの厚さは０．５ｎｍとし、主導体層３２ａの厚さは７ｎｍとし、外側バリア層３２ｄの厚さは２ｎｍとし、保護導体層３２ｂの厚さは３００ｎｍとした。以上のようにして、ＴＦＴアレイ基板２を完成した。
【００７７】
その後、ガラス基板３の一方の主面の周縁部に紫外線硬化型樹脂を塗布してシール層４を形成した。次いで、ガラス基板３とアレイ基板２とを、ガラス基板３のシール層４を設けた面とアレイ基板２の陰極３２を設けた面とが対向するようにドライ窒素雰囲気中で貼り合せた。さらに、紫外線照射によりしてシール層を硬化させることにより、図１に示す有機ＥＬ表示装置１を完成した。
【００７８】
次に、この有機ＥＬ表示装置１について、モノクロ点灯させたときの発光効率と発光寿命とを測定した。なお、これらの測定に際しては、赤、緑、青色に発光する有機ＥＬ素子３０のそれぞれの初期輝度が２００ｃｄ／ｃｍ２となるように駆動電流を設定した。また、発光寿命は、輝度が初期輝度に対して半減するまでの時間とした。以下の表１に、その結果を示す。
【００７９】
【表１】
【００８０】
上記表１に示すように、赤及び青色の有機ＥＬ素子３０の発光効率は緑色の有機ＥＬ素子３０の発光効率に比べると低かったが、発光寿命はそれら有機ＥＬ素子３０の何れにおいても１１，０００時間を超えた。すなわち、優れた寿命特性を実現することができた。
【００８１】
次に、上記と同様の方法により作製した有機ＥＬ表示装置１を常温で電流密度を０．１Ａ／ｃｍ２として１００時間連続点灯した。その後、主導体層３２ａにおけるＢａ濃度に対する、保護導体層３２ｂの主導体層３２ａ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、保護導体層３２ｂにおけるＡｌ濃度に対する、主導体層３２ａの保護導体層３２ｂ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＡｌ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／１０未満であった。
【００８２】
次いで、上記の連続点灯後の有機ＥＬ表示装置１について、主導体層３２ａにおけるＢａ濃度に対する、コンタクト層３２ｃの主導体層３２ａ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、コンタクト層３２ｃにおけるＬｉ濃度に対する、主導体層３２ａのコンタクト層３２ｃ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＬｉ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／３を超えていた。
【００８３】
さらに、主導体層３２ａにおけるＢａ濃度に対する、コンタクト層３２ｃの主導体層３２ａ側表面からの距離が２ｎｍ以上の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、コンタクト層３２ｃにおけるＬｉ濃度に対する、主導体層３２ａのコンタクト層３２ｃ側表面からの距離が２ｎｍ以上の範囲内におけるＬｉ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／５を超えていた。
【００８４】
（比較例）
有機ＥＬ素子３０に図５（ｂ）に示す構造を採用したこと以外は実施例１で説明したのと同様の方法により図１に示す有機ＥＬ表示装置１を作製した。なお、本例では、Ｘ層３２ｘ、Ｙ層３２ｙ、及びＭ層３２ｍの材料に、ＬｉＦ、Ｂａ、及びＡｌを使用した。また、Ｘ層３２ｘ、Ｙ層３２ｙ、及びＭ層３２ｍの厚さは、実施例１に係る有機ＥＬ素子３０のコンタクト層３２ｃ、主導体層３２ａ、及び保護導体層３２ｂの厚さと同等とした。
【００８５】
次に、この有機ＥＬ表示装置１について、先に説明したのと同一の条件で発光効率と発光寿命とを測定した。その結果を以下の表２に示す。
【００８６】
【表２】
【００８７】
上記表２に示すように、本比較例に係る有機ＥＬ表示装置１では、実施例１に係る有機ＥＬ表示装置１に対し、赤、緑、青色の有機ＥＬ素子３０の全てで効率は８０％程度であり、寿命は６０％程度であった。以上の結果から、バリア層３２ｄが、発光効率及び発光寿命を向上させるうえで極めて有用であることが分かる。
【００８８】
次に、上記と同様の方法により作製した有機ＥＬ表示装置１について、実施例１で説明したのと同様の条件で連続点灯した。その後、Ｙ層３２ｙにおけるＢａ濃度に対する、Ｍ層３２ｍのＹ層３２ｙ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、Ｍ層３２ｍにおけるＡｌ濃度に対する、Ｙ層３２ｙのＭ層３２ｍ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＡｌ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／３を超えていた。
【００８９】
また、Ｙ層３２ｙにおけるＢａ濃度に対する、Ｍ層３２ｍのＹ層３２ｙ側表面からの距離が２ｎｍ以上の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、Ｍ層３２ｍにおけるＡｌ濃度に対する、Ｙ層３２ｙのＭ層３２ｍ側表面からの距離が２ｎｍ以上の範囲内におけるＡｌ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／５を超えていた。
【００９０】
さらに、Ｙ層３２ｙにおけるＢａ濃度に対する、Ｘ層３２ｘのＹ層３２ｙ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、Ｘ層３２ｘにおけるＬｉ濃度に対する、Ｙ層３２ｙのＸ層３２ｘ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＬｉ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／３を超えていた。
【００９１】
また、Ｙ層３２ｙにおけるＢａ濃度に対する、Ｘ層３２ｘのＹ層３２ｙ側表面からの距離が２ｎｍ以上の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、Ｘ層３２ｘにおけるＬｉ濃度に対する、Ｙ層３２ｙのＸ層３２ｘ側表面からの距離が２ｎｍ以上の範囲内におけるＬｉ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／５を超えていた。
【００９２】
（実施例２）
コンタクト層３２ｃの材料としてＣｓＦを使用したこと以外は実施例１で説明したのと同様の方法により図１に示す有機ＥＬ表示装置１を作製した。この有機ＥＬ表示装置１についても、先に説明したのと同一の条件で発光効率と発光寿命とを測定した。その結果を以下の表３に示す。
【００９３】
【表３】
【００９４】
上記表３に示すように、本実施例に係る有機ＥＬ表示装置１では、実施例１に係る有機ＥＬ表示装置１に対し、赤色の有機ＥＬ素子３０における効率は１８０％程度であり、緑色の有機ＥＬ素子３０における効率は１６０％程度であった。また、本実施例に係る有機ＥＬ表示装置１では、実施例１に係る有機ＥＬ表示装置１に対し、赤色の有機ＥＬ素子３０における寿命は２００％程度であり、緑色の有機ＥＬ素子３０における寿命は１６０％程度であった。以上の結果から、コンタクト層３２ｃの材料を適宜選択することにより、発光効率及び発光寿命を著しく向上させることが可能となることが分かる。
【００９５】
次に、上記と同様の方法により作製した有機ＥＬ表示装置１について、実施例１で説明したのと同様の条件で連続点灯した。その後、主導体層３２ａにおけるＢａ濃度に対する、保護導体層３２ｂの主導体層３２ａ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、保護導体層３２ｂにおけるＡｌ濃度に対する、主導体層３２ａの保護導体層３２ｂ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＡｌ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／１０未満であった。
【００９６】
また、主導体層３２ａにおけるＢａ濃度に対する、コンタクト層３２ｃの主導体層３２ａ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、コンタクト層３２ｃにおけるＣｓ濃度に対する、主導体層３２ａのコンタクト層３２ｃ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＣｓ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／３を超えていた。
【００９７】
さらに、主導体層３２ａにおけるＢａ濃度に対する、コンタクト層３２ｃの主導体層３２ａ側表面からの距離が２ｎｍ以上の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、コンタクト層３２ｃにおけるＣｓ濃度に対する、主導体層３２ａのコンタクト層３２ｃ側表面からの距離が２ｎｍ以上の範囲内におけるＣｓ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／５を超えていた。
【００９８】
（実施例３）
有機ＥＬ素子３０に図３に示す構造を採用したこと以外は実施例１で説明したのと同様の方法により図１に示す有機ＥＬ表示装置１を作製した。なお、本例では、コンタクト層３２ｃ、内側バリア層３２ｅ、主導体層３２ａ、外側バリア層３２ｄ、及び保護導体層３２ｂの材料に、ＣｓＦ、ＢａＦ２、Ｂａ、ＢａＦ２、及びＡｌをそれぞれ使用した（ＢａＦ２の電子親和力はＣｓＦの電子親和力よりも小さく、ＣｓＦの電子有効質量はＢａＦ２の電子有効質量よりも小さい）。また、本例では、コンタクト層３２ｃの厚さは０．５ｎｍとし、内側バリア層３２ｅの厚さは２ｎｍとし、主導体層３２ａの厚さは７ｎｍとし、外側バリア層３２ｄの厚さは２ｎｍとし、保護導体層３２ｂの厚さは３００ｎｍとした。
【００９９】
次に、この有機ＥＬ表示装置１について、先に説明したのと同一の条件で発光効率を測定した。その結果を、以下の表４に示す。なお、以下の表４には、実施例２に係る有機ＥＬ表示装置１について得られた発光効率も示している。また、表４において、括弧内の数値は標準偏差を示している。
【０１００】
【表４】
【０１０１】
上記表４に示すように、実施例２に係る有機ＥＬ表示装置１と実施例３に係る有機ＥＬ表示装置１との間で、赤及び緑色の有機ＥＬ素子３０に関する発光効率に統計学的な差はなかった。しかしながら、実施例３に係る有機ＥＬ表示装置１では、実施例２に係る有機ＥＬ表示装置１に比べ、青色の有機ＥＬ素子３０に関する発光効率が有意に高かった。
【０１０２】
また、本実施例に係る有機ＥＬ表示装置１について、先に説明したのと同一の条件で発光寿命を測定した。その結果、実施例２に係る有機ＥＬ表示装置１と実施例３に係る有機ＥＬ表示装置１との間で、赤及び緑色の有機ＥＬ素子３０に関する発光寿命はほぼ同等であった。しかしながら、実施例３に係る有機ＥＬ表示装置１では、実施例２に係る有機ＥＬ表示装置１に比べ、青色の有機ＥＬ素子３０に関する発光寿命が高かった。以上の結果から、外側バリア層３２ｄと内側バリア層３２ｅとを、保護導体層３２ｂと主導体層３２ａとの間及び主導体層３２ａとコンタクト層３２ｃとの間にそれぞれ挿入することにより、発光効率及び発光寿命をさらに向上させることが可能となることが分かる。
【０１０３】
次に、上記と同様の方法により作製した有機ＥＬ表示装置１について、実施例１で説明したのと同様の条件で連続点灯した。その後、主導体層３２ａにおけるＢａ濃度に対する、保護導体層３２ｂの主導体層３２ａ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、保護導体層３２ｂにおけるＡｌ濃度に対する、主導体層３２ａの保護導体層３２ｂ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＡｌ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／１０未満であった。
【０１０４】
さらに、主導体層３２ａにおけるＢａ濃度に対する、コンタクト層３２ｃの主導体層３２ａ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、コンタクト層３２ｃにおけるＣｓ濃度に対する、主導体層３２ａのコンタクト層３２ｃ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＣｓ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／１０未満であった。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、有機ＥＬ素子の陰極に、保護導体層と主導体層との間に外側バリア層が介在した構造及び／または主導体層とコンタクト層との間に内側バリア層が介在した構造を採用する。これにより、バリア層を挟む一対の層の間でそれらの構成元素が拡散するのを抑制することができ、したがって、陰極の劣化を抑制することが可能となる。
すなわち、本発明によると、寿命特性に優れた有機ＥＬ素子及び有機ＥＬ表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置で利用可能な有機ＥＬ素子の構造の一例を概略的に示す断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置で利用可能な有機ＥＬ素子の構造の一例を概略的に示す断面図。
【図４】コンタクト層の成膜時の蒸着レートと有機ＥＬ素子の電流効率との関係の一例を示すグラフ。
【図５】（ａ），（ｂ）は、従来の有機ＥＬ素子を概略的に示す断面図。
【符号の説明】
１…有機ＥＬ表示装置
２…アレイ基板
３…封止基板
４…シール層
１１…基板
１２…アンダーコート層
１３…アンダーコート層
１４…半導体層
１５…ゲート絶縁膜
１６…ゲート電極
２０…ＴＦＴ
２１…層間絶縁膜
２３…ソース・ドレイン電極
２４…パッシベーション膜
２６…隔壁絶縁層
２６ａ…絶縁層
２６ｂ…絶縁層
３０…有機ＥＬ素子
３１…陽極
３２…陰極
３２ａ…主導体層
３２ｂ…保護導体層
３２ｃ…コンタクト層
３２ｄ…外側バリア層
３２ｅ…内側バリア層
３２ｍ…Ｍ層
３２ｘ…Ｘ層
３２ｙ…Ｙ層
３３…有機物層
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子及び有機ＥＬ表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の情報化社会の進展に伴い、各種モバイル機器や端末機器は益々普及し、それらに搭載される表示装置への低消費電力化の要求は高まる一方である。陰極および陽極間に発光層を含む有機物層を挟持した構造の有機ＥＬ素子は、自発光型の面発光ダイオード（非特許文献１を参照のこと）であり、１０Ｖ以下の低電圧印加により発光を生じさせることや、青、緑、赤の３色をはじめとする様々な発光色を実現することができる。これらの点から、有機ＥＬ表示装置は、液晶表示装置に代わる次世代平面表示装置の有力候補として注目を集めている。しかしながら、多くの有機ＥＬ表示装置では一万時間以下で輝度が半減してしまう。すなわち、現状の有機ＥＬ表示装置は、液晶表示装置と比較すると、パネル寿命が未だ不満足なレベルにある。
【０００３】
有機ＥＬ素子の輝度半減寿命τは、有機ＥＬ表示装置で所望のパネル正面輝度Ｌを得るために必要な有機ＥＬ素子の駆動電流密度であるＪの大きさと密接に関連し、経験的に次式に従うことが知られている。なお、下記等式において、ηは有機ＥＬ素子の発光効率を示している。
τ∝１／Ｊ＝η／Ｌ …（１）
上記の式（１）から明らかなように、駆動電流密度が増すほど輝度劣化が速く進行する。したがって、輝度Ｌを一定値に保ちつつ有機ＥＬ素子の信頼性（寿命）を高めるには、発光効率ηを改善する必要がある。
【０００４】
ところで、有機ＥＬ素子の発光効率ηは以下の式で表される。
η＝Φｅ−ｈ×ΦＲ×ΦＯＵＴ …（２）
ここで、Φｅ−ｈは電子・正孔の注入バランス、ΦＲは発光層材料の再結合発光効率、ΦＯＵＴは光取出し効率である。ΦＲはＲ，Ｇ，Ｂの各発光材料の発光能力で決まる値であり、ΦＯＵＴはデバイスの３次元構造で決まる値である。したがって、材料やデバイス構造を変更せずに発光効率ηを高めるには、電子・正孔注入バランスΦｅ−ｈを改善することが有効である。
【０００５】
電子・正孔バランスΦｅ−ｈを高める方法としては、陰極構造を最適化する方法が一般的である。従来、有機ＥＬ素子３０の陰極としては、図５（ａ）に示す有機物層３３の陽極３１と対向する側にコンタクト層（以下、Ｘ層と表記する）３２ｘおよび陰極導体層（以下、Ｙ層と表記する）３２ｙを積層したＹ／Ｘ構造の二層陰極（特許文献１を参照のこと）や、図５（ｂ）に示すように更にＹ層上に保護導体層（以下、Ｍ層と表記する）３２ｍを備えたＭ／Ｙ／Ｘ構造の三層陰極（特許文献２を参照のこと）が知られている。
【０００６】
図５（ａ）に示すＹ／Ｘ陰極３２のうち、Ｙ層３２ｙの材料としてＡｌを使用し、Ｘ層３２ｘの材料としてＬｉＦを使用したＡｌ／ＬｉＦ陰極は、低分子発光層を含んだ有機ＥＬ素子で使用されている代表的な陰極である。Ａｌ／ＬｉＦ陰極は低分子用のＡｌｑ３電子輸送層に対する電子注入性に優れ、Φｅ−ｈ〜１が報告されている。しかしながら、Ａｌ／ＬｉＦ陰極はＡｌｑ３以外の低分子電子輸送層や、高分子発光層に対する電子注入性が低い。本発明者らの研究によれば、電子注入量を決める陰極界面の電子注入障壁高さは、Ｘ層３２ｘに用いる材料の種類に強く依存する。高分子発光層とＬｉＦ層とを組み合わせると、この障壁が高くなり、電子が殆ど注入されない。このような理由から、Ａｌ／ＬｉＦ陰極を使用した場合、高分子有機ＥＬ素子、並びに、Ａｌｑ３以外の電子輸送層を持つ低分子有機ＥＬ素子では高い発光効率ηを実現することができず、よって寿命が短いという問題があった。
【０００７】
他方、図５（ｂ）に示すＭ／Ｙ／Ｘ陰極３２のうち、Ｍ層３２ｍの材料として酸化されにくく安定なＡｌを使用し、Ｙ層３２ｙの材料としてＣａを使用し、Ｘ層３２ｘの材料としてＬｉＦを使用したＡｌ／Ｃａ／ＬｉＦ陰極は、高分子有機ＥＬ素子で使用されている代表的な陰極である。このＡｌ／Ｃａ／ＬｉＦ陰極３２では、先のＡｌ／ＬｉＦ陰極３２に仕事関数の小さいＣａ層を追加した構造となっており、これは、陰極界面の電子注入障壁高さを減らして電子注入量を増加させるためと推測される。しかしながら、この陰極３２を使用した場合であっても、高分子発光層に対する電子注入性を十分に改善できる訳ではない。そのため、Ａｌ／Ｃａ／ＬｉＦ陰極を使用した場合でも、Ａｌ／ＬｉＦ陰極を使用した場合と同様に、高分子有機ＥＬ素子、並びに、Ａｌｑ３以外の電子輸送層を持つ低分子有機ＥＬ素子では高い発光効率ηを実現することができず、よって寿命が短いという問題があった。しかも、上記の通り、Ａｌ／Ｃａ／ＬｉＦ陰極はＡｌ／ＬｉＦ陰極に化学反応性に富んだＣａ層を追加した構造を有しているため、時間の経過とともにＣａ原子がＡｌ層やＬｉＦ層に拡散し、陰極の劣化に起因して寿命が短くなるという問題もあった。
【０００８】
【非特許文献１】
Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ及びＳ．Ａ．ＶａｎＳｌｙｋｅ著，「アプライド・フィジカル・レター（Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．）」，１９８７年，第５１巻，ｐ．９１３
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−７４５８６号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開２０００−１６４３５９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、寿命特性に優れた有機ＥＬ素子及び有機ＥＬ表示装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面によると、陽極と、前記陽極に対向した陰極と、前記陽極と前記陰極との間に介在し且つ発光層を含んだ有機物層とを具備し、前記陰極は、前記有機物層に対向した保護導体層と、前記保護導体層と前記有機物層との間に介在し且つ前記保護導体層の材料とは異なる材料からなる主導体層と、前記保護導体層と前記主導体層との間に介在して前記保護導体層の構成元素が前記主導体層中へと拡散するのを抑制する外側バリア層とを備えたことを特徴とする有機ＥＬ素子が提供される。
【００１３】
本発明の第２の側面によると、陽極と、前記陽極に対向した陰極と、前記陽極と前記陰極との間に介在し且つ発光層を含んだ有機物層とを具備し、前記陰極は、前記有機物層に対向した保護導体層と、前記保護導体層と前記有機物層との間に介在した主導体層と、前記保護導体層と前記主導体層との間に介在し且つ絶縁体または半導体からなる外側バリア層とを備えたことを特徴とする有機ＥＬ素子が提供される。
【００１４】
第１及び第２の側面において、陰極は、主導体層と有機物層との間に介在し且つ半導体または絶縁体からなるコンタクト層をさらに備えていてもよい。この場合、陰極は、主導体層とコンタクト層との間に介在し且つ主導体層の構成元素がコンタクト層中へと拡散すること及び／またはコンタクト層の構成元素が主導体層中へと拡散することを抑制する内側バリア層をさらに備えていてもよい。或いは、陰極は、主導体層とコンタクト層との間に介在し且つ半導体または絶縁体からなる内側バリア層をさらに備え、コンタクト層の材料と内側バリア層の材料とは互いに異なっていてもよい。
【００１５】
本発明の第３の側面によると、陽極と、前記陽極に対向した陰極と、前記陽極と前記陰極との間に介在し且つ発光層を含んだ有機物層とを具備し、前記陰極は、前記有機物層に対向した主導体層と、前記主導体層と前記有機物層との間に介在し且つ半導体または絶縁体からなるコンタクト層と、前記主導体層と前記コンタクト層との間に介在し且つ半導体または絶縁体からなる内側バリア層とを備え、前記コンタクト層の材料と前記内側バリア層の材料とは互いに異なっていることを特徴とする有機ＥＬ素子が提供される。
【００１６】
本発明の第４の側面によると、陽極と、前記陽極に対向した陰極と、前記陽極と前記陰極との間に介在し且つ発光層を含んだ有機物層とを具備し、前記陰極は、前記有機物層に対向した主導体層と、前記主導体層と前記有機物層との間に介在し且つ半導体または絶縁体からなるコンタクト層と、前記主導体層と前記コンタクト層との間に介在し且つ前記主導体層の構成元素が前記コンタクト層中へと拡散すること及び／または前記コンタクト層の構成元素が前記主導体層中へと拡散することを抑制する内側バリア層とを備え、前記コンタクト層の材料と前記内側バリア層の材料とは互いに異なっていることを特徴とする有機ＥＬ素子が提供される。
【００１７】
第３及び第４の側面において、陰極は、主導体層上に主導体層の材料とは異なる材料からなる保護導体層をさらに備えていてもよい。
【００１８】
本発明の第５の側面によると、第１乃至第４の側面の何れか１つに係る有機ＥＬ素子を複数と、前記複数の有機ＥＬ素子を支持した基板とを具備したことを特徴とする有機ＥＬ表示装置が提供される。
【００１９】
第５の側面において、複数の有機ＥＬ素子は、発光層の発光色が互いに異なる第１乃至第３有機ＥＬ素子を含んでいてもよい。
【００２０】
本発明の第６の側面によると、第１乃至第４の側面の何れか１つに係る有機ＥＬ素子を複数と前記複数の有機ＥＬ素子を支持した基板とを具備し、前記複数の有機ＥＬ素子は前記発光層の発光色が互いに異なる第１乃至第３有機ＥＬ素子を含み、前記コンタクト層の材料は前記第１乃至第３有機ＥＬ素子間で互いに等しく、前記内側バリア層の材料は前記第１乃至第３有機ＥＬ素子間で互いに等しいことを特徴とする有機ＥＬ表示装置が提供される。
【００２１】
外側バリア層の電子親和力は、保護導体層の仕事関数及び主導体層の仕事関数よりも小さくてもよい。外側バリア層は、１族元素と１６族元素との化合物、１族元素と１７族元素との化合物、２族元素と１７族元素との化合物、及び、１族元素と２族元素と１７族元素との化合物からなる群より選択される化合物を含有していてもよい。外側バリア層の膜厚は２０ｎｍ以下であってもよい。
【００２２】
コンタクト層は、１族元素と１７族元素とを含んだ化合物を含有していてもよい。
【００２３】
内側バリア層の電子親和力は、前記主導体層の仕事関数及びコンタクト層の電子親和力よりも小さくてもよい。内側バリア層の電子有効質量は、コンタクト層の電子有効質量よりも大きくてもよい。内側バリア層は、１族元素と１６族元素との化合物、１族元素と１７族元素との化合物、２族元素と１７族元素との化合物、及び、１族元素と２族元素と１７族元素との化合物からなる群より選択される化合物を含有していてもよい。内側バリア層はコンタクト層よりも厚くてもよい。
【００２４】
外側バリア層の材料と内側バリア層の材料とは同一であってもよい。外側バリア層と主導体層と内側バリア層とは同一の金属元素を含有していてもよい。
【００２５】
なお、ここで使用する用語「族」は、元素を１乃至１８族に分類した長周期型周期表における「族」である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同様または類似する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２７】
まず、第１及び第２の実施形態に共通する事項について説明する。
図１は、本発明の第１及び第２の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図である。図１に示す有機ＥＬ表示装置１は、アレイ基板２と封止基板３とをシール層４を介して対向させた構造を有している。シール層４は封止基板３の周縁に沿って設けられており、それにより、アレイ基板２と封止基板３との間に密閉された空間を形成している。この空間は、Ａｒガスなどの希ガスやＮ２ガスのような不活性ガスで満たされている。
【００２８】
アレイ基板２は、基板１１を有している。基板１１上には、アンダーコート層として、例えば、ＳｉＮｘ層１２とＳｉＯ２層１３とが順次積層されている。アンダーコート層１３上には、チャネル及びソース・ドレインが形成されたポリシリコン層のような半導体層１４、ゲート絶縁膜１５、及びゲート電極１６が順次積層されており、それらはトップゲート型の薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）２０を構成している。
【００２９】
ゲート絶縁膜１５及びゲート電極１６上には、ＳｉＯ２などからなる層間絶縁膜２１が設けられている。層間絶縁膜２１上には電極配線（図示せず）及びソース・ドレイン電極２３が設けられており、それらは、ＳｉＮｘなどからなるパッシベーション膜２４で埋め込まれている。なお、ソース・ドレイン電極２３は、層間絶縁膜２１に設けられたコンタクトホールを介してＴＦＴ２０のソース・ドレインに電気的に接続されている。
【００３０】
パッシベーション膜２４上には、陽極（透明画素電極）３１及び隔壁絶縁層２６が並置されている。隔壁絶縁層２６は、例えばシリコン窒化物やシリコン酸化物のような無機絶縁材料などからなる親水性の絶縁層２６ａと、例えば有機絶縁材料などからなる撥水性の絶縁層２６ｂとを順次積層した構造を有している。また、隔壁絶縁層２６には、それぞれの陽極３１に対応して開口が設けられている。
【００３１】
隔壁絶縁層２６の開口内で露出した陽極３１上には、有機物層３３が設けられている。有機物層３３は、例えば、赤、緑、または青色に発光する有機発光層を含んでいる。有機物層３３は、発光層と陽極３１との間に、正孔注入層や正孔輸送層のように陽極３１から発光層への正孔の注入を媒介する役割を果たす導電性有機物層をさらに含むことができる。また、有機物層３３は、発光層と後述する陰極３２との間に、電子注入層のように陰極３２から発光層への電子の注入を媒介する役割を果たす導電性有機物層をさらに含むことができる。
【００３２】
隔壁絶縁層２６及び有機物層３３上には陰極３２が共通電極として設けられており、この陰極３２はパッシベーション膜２４及び隔壁絶縁層２６に設けられたコンタクトホール（図示せず）を介して共通電極取り出し配線に電気的に接続されている。それぞれの有機ＥＬ素子３０は、これら陽極３１，有機物層３３，陰極３２で構成されている。
【００３３】
次に、第１及び第２の実施形態について個々に説明する。なお、これら実施形態は、陰極３２に互いに異なる構造を採用することのみにおいて相違している。したがって、以下、主として、陰極３２の構造について説明する。
【００３４】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置で利用可能な有機ＥＬ素子の構造の一例を概略的に示す断面図である。図２に示す有機ＥＬ素子３０において、陰極３２は、有機物層３３に対向した主導体層３２ａと、主導体層３２ａ上に設けられた保護導体層３２ｂと、主導体層３２ａと有機物層３３との間に介在したコンタクト層３２ｃと、主導体層３２ａと保護導体層３２ｂとの間に介在した外側バリア層３２ｄとを備えている。
【００３５】
主導体層３２ａは、陰極３２の主要部であり、例えば、仕事関数が小さい金属材料からなる。主導体層３２ａの材料としては、例えば、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素であるＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなどの単体金属、または上記元素を少なくとも１種類以上含む多元系金属、または上記元素を含む単体金属や多元系金属を複数層含む多層金属などを挙げることができる。また、主導体層３２ａの厚さは、通常、１ｎｍ乃至１００ｎｍ程度である。
【００３６】
保護導体層３２ｂは、主導体層３２ａなどを水分や酸素などとの接触による酸化劣化から保護する役割を果たすとともに、陰極３２の抵抗を低減する役割を果たす。保護導体層３２ｂの材料としては、例えば、主導体層３２ａよりも仕事関数が大きい金属材料を使用することができ、そのような金属材料としては、例えば、ＡｇやＡｌなどを挙げることができる。また、保護導体層３２ｂの厚さは、通常、５０ｎｍ乃至１０００ｎｍ程度である。
【００３７】
コンタクト層３２ｃは、後述するように、陰極３２から有機物層３３への電子注入障壁高さを決定する。コンタクト層３２ｃの材料は、半導体または絶縁体である。コンタクト層３２ｃに好適な材料の多くは、その電子親和力の大きさが主導体層３２ａの材料の仕事関数よりも小さい。さらに、コンタクト層３２ｃに好適な材料の多くは、単体ではなく化合物である。コンタクト層３２ｃの材料としては、例えば、１族元素と１６族元素との化合物、１族元素と１７族元素との化合物、２族元素と１７族元素との化合物、及び、１族元素と２族元素と１７族元素との化合物などを挙げることができる。また、コンタクト層３２ｃの厚さは、通常、０．１ｎｍ乃至１０ｎｍ程度である。なお、第１の実施形態において、コンタクト層３２ｃは任意の構成要素である。
【００３８】
外側バリア層３２ｄは、主導体層３２ａの構成元素が保護導体層３２ｂ中へと拡散すること、及び、保護導体層３２ｂの構成元素が主導体層３２ａ中へと拡散することを抑制する。外側バリア層３２ｄの材料は、主導体層３２ａや保護導体層３２ｂの材料とは異なる無機材料であり、典型的には半導体または絶縁体である。また、外側バリア層３２ｄに好適な材料の多くは、その電子親和力の大きさが主導体層３２ａの材料や保護導体層３２ｂの材料の仕事関数よりも小さい。さらに、外側バリア層３２ｄに好適な材料の多くは、単体ではなく化合物である。外側バリア層３２ｄの材料としては、例えば、１族元素と１６族元素との化合物、１族元素と１７族元素との化合物、２族元素と１７族元素との化合物、及び、１族元素と２族元素と１７族元素との化合物などを挙げることができる。
【００３９】
さて、本実施形態では、例えば、図１に示す有機ＥＬ表示装置１の有機ＥＬ素子３０に、図２に示す構造を採用する。そのような構造を採用すると、以下に説明するように、優れた寿命特性を実現することができる。
【００４０】
図５（ｂ）に示すＭ／Ｙ／Ｘ構造の陰極では、陰極形成直後からＹ層３２ｙに含まれる低仕事関数金属とＭ層３２ｍに含まれる高仕事関数金属との合金化が起こる。そのため、Ｙ層３２ｙの仕事関数（電子注入障壁）が徐々に増加し、有機物層３３への電子注入量は時間と共に減少する。その結果、陰極起因の効率低下や短寿命化が生じる。
【００４１】
これに対し、図２に示す有機ＥＬ素子３０において、外側バリア層３２ｄは、主導体層３２ａの構成元素が保護導体層３２ｂ中へと拡散すること、及び、保護導体層３２ｂの構成元素が主導体層３２ａ中へと拡散することを抑制する。したがって、主導体層３２ａに含まれる金属と保護導体層３２ｂに含まれる金属との合金化などに起因した陰極構造の劣化を抑制することができ、陰極に起因した発光効率の低下や短寿命化を抑制可能となる。すなわち、優れた寿命特性を実現することができる。
【００４２】
ここで、外側バリア層３２ｄが、保護導体層３２ｂに含まれる第１金属と主導体層３２ａに含まれる第２金属との合金化を抑制する役割や、保護導体層３２ｂの構成元素が主導体層３２ａ中へと拡散するのを抑制する役割を果たしているかは、例えば、以下の方法により確認することができる。すなわち、外側バリア層３２ｄを設けた有機ＥＬ素子３０と外側バリア層３２ｄを設けていない以外は同様の構造を有する有機ＥＬ素子との間で、所定の条件下での連続点灯後に、保護導体層３２ｂの主導体層３２ａ側の表面領域及び／または主導体層３２ａの保護導体層３２ｂ側の表面領域の組成を比較する。
【００４３】
例えば、外側バリア層３２ｄを設けていない有機ＥＬ素子３０を常温で電流密度を０．１Ａ／ｃｍ２として１００時間連続点灯した後、主導体層３２ａにおけるその一構成元素，例えば第２金属，の濃度（第１濃度）に対し、保護導体層３２ｂの主導体層３２ａ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内における上記元素の濃度（第２濃度）が１／３以上であり、且つ、保護導体層３２ｂの主導体層３２ａからの距離が２ｎｍ以上の範囲内における上記元素の濃度（第３濃度）が１／５以上であるとする。この場合、外側バリア層３２ｄを設けることにより、先と同条件下での連続点灯後における第１濃度に対する第２濃度の比が１／１０以下となれば、外側バリア層３２ｄは先の役割を果たしているということができる。なお、これら濃度の比は、例えば、断面ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）とＦＩＢ（電界イオンビーム）とを組み合わせて所望の断面を露出させ、その断面について、空間分解能を例えば〜１ｎｍ程度としたＡＥＳ（オージェ電子分光法）やＥＤＸＤ（エネルギー分散性Ｘ線回折）などによる分析を行うことにより調べることができる。
【００４４】
本実施形態では、上記の通り、主導体層３２ａと保護導体層３２ｂとの間に外側バリア層３２ｄを介在させることにより、主導体層３２ａと保護導体層３２ｂとの間でそれらの構成元素が移動するのを抑制可能とする。この外側バリア層３２ｄのバリア能は、外側バリア層３２ｄに使用する材料に依存しており、外側バリア層３２ｄの材料として、常温・常圧下において安定であり且つ絶縁性、半絶縁性、または半導性の固体材料，すなわち絶縁体または半導体，を使用した場合に特に優れたバリア能を実現することができることが多い。例えば、外側バリア層３２ｄの材料として、Ｌｉ２ＯやＮａ２Ｓのような１族元素と１６族元素との化合物、ＣｓＦやＣｓＣｌのような１族元素と１７族元素との化合物、ＢａＦ２やＢａＣｌ２やＢａＣｌｘＦ２−ｘのような２族元素と１７族元素との化合物、或いは、ＫＭｇＦ３のような１族元素と２族元素と１７族元素との化合物を使用した場合，特には、ＣｓＦやＣｓＣｌのような１族元素と１７族元素との化合物を使用した場合，に極めて優れたバリア能を実現することができる。
【００４５】
また、外側バリア層３２ｄのバリア能は、その膜厚にも依存している。通常、外側バリア層３２ｄの膜厚がおよそ１ｎｍ以上である場合に特に優れたバリア能を実現することができることが多い。なお、外側バリア層３２ｄに関して例示した上記材料は、主導体層３２ａや保護導体層３２ｂに用いる材料と比較して、導電率が数十桁程度低い。そのため、外側バリア層３２ｄを挿入することにより、有機ＥＬ素子３０の動作電圧（消費電力）が上昇することが懸念される。しかしながら、外側バリア層３２ｄの膜厚がおよそ２０ｎｍ以下であれば、保護導体層／外側バリア層／主導体層による電圧降下は動作電圧に殆ど影響を与えないことが確かめられている。
【００４６】
本実施形態において、主導体層３２ａが含有する金属元素と外側バリア層３２ｄが含有する金属元素とは同一であることが好ましい。この場合、有機ＥＬ素子３０の製造が容易になるのに加え、例え、主導体層３２ａと外側バリア層３２ｄとの間でそれらを構成する金属元素の拡散が生じたとしても、それらの特性が大きく変化することはない。
【００４７】
上記の構造で以下の構成を採用すると、先に説明した陰極構造の劣化をより効果的に抑制可能となるのに加え、発光色が互いに異なる有機ＥＬ素子，例えば、赤色に発光する有機ＥＬ素子と緑色に発光する有機ＥＬ素子と青色に発光する有機ＥＬ素子，の全てで、高い発光効率を実現することができる。したがって、さらに優れた寿命特性を実現することが可能となる。これについては、以下に詳細に説明する。
【００４８】
これまでの研究では、図５（ａ），（ｂ）に示す陰極３２でＸ層３２ｘが果たす役割は十分に明らかにされていなかった。本発明者らの研究によれば、Ｘ層３２ｘは、有機物層３３に含まれる層のうち陰極３２に最も近いもの（発光層若しくは電子注入層）の伝導帯の底と、陰極金属［図５（ａ）、図５（ｂ）に示すＹ層３２ｙ］の仕事関数との差，すなわち電子注入障壁高さ，を決定する役割を果たしている。電子注入障壁高さが低いほど、動作電圧は低下し、有機物層３３に電子が注入され易くなる。しかしながら、Ｘ層３２ｘの材料としてＬｉＦを使用した場合、発光色が赤色及び緑色の発光層に対する障壁高さが大きく、したがって、動作電圧が高く、電子注入量は少なかった。
【００４９】
電子注入障壁を決めるモデルは半導体分野では種々提案されているが、本発明者らが系統的にＸ層３２ｘの材料を振って動作電圧を調べたところ、有機ＥＬ素子では以下の２つのモデルが支配的であることが判明した。すなわち、第１のモデルは半導体分野でよく知られたＭ／Ｉ／Ｓ型接合モデル［図５（ａ）に示す構造では、Ｍ／Ｉ／Ｓ構造のＭ層，Ｉ層，Ｓ層は、Ｍ層３２ｍ、Ｘ層３２ｘ、有機物層３３にそれぞれ対応し、図５（ｂ）に示す構造では、Ｍ／Ｉ／Ｓ構造のＭ層，Ｉ層，Ｓ層は、Ｙ層３２ｙ、Ｘ層３２ｘ、有機物層３３にそれぞれ対応している］であり、第２のモデルはＸ層３２ｘ界面での電気二重層による障壁低下モデルである［電気二重層モデルに関する参考文献； Ｔ． Ｅ． Ｆｅｕｃｈｔｗａｎｇ， Ｄ． Ｐａｕｄｙａｌ， ａｎｄ Ｗ． Ｐｏｎｇ， Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｂ ２６， １６０８ （１９８２）］。前者の接合モデルにおけるＸ層材料のキーパラメータは主に電子親和力であり、電子親和力が大きいほど電子注入障壁は低下し、動作電圧は下がる。他方、後者におけるＸ層材料のキーパラメータは主に電子の有効質量であり、有効質量が低下するほど電子注入障壁は低下し、動作電圧は下がる。
【００５０】
本発明者らの研究によると、高分子の発光材料では、赤，緑，青の発光層毎に第１及び第２モデルの何れが支配的であるかが異なっていることが判明した。すなわち発光色が赤色の発光層については、動作電圧はＸ層材料の電子親和力に強く相関し、第１モデルが支配的であった。また、発光色が青色の発光層では、動作電圧と有効質量とは強く相関し、第２モデルが支配的であった。さらに、発光色が緑色の発光層については、動作電圧は電子親和力と有効質量の両者に依存し、第１及び第２モデルの双方が作用するという結果が得られた。なお、赤，緑，青の発光層毎に接合モデルが異なる理由は今のところ明らかでない。
【００５１】
以上の説明から明らかなように、Ｘ層３２ｘ（図２に示す構造のコンタクト層３２ｃ）の材料として、電子親和力が大きく且つ電子の有効質量が小さい材料を使用することにより、赤，緑，青の発光層の全てで、電子注入障壁高さを低減することができる。例えば、コンタクト層３２ｃの材料として、Ｌｉ２Ｏのような１族元素と１６族元素との化合物や、ＬｉＦとＮａＦとを除くＣｓＦやＲｂＦのような１族元素と１７族元素との化合物などを使用した場合、赤，緑，青の発光層の全てで、特に低い電子注入障壁高さを実現することができる。そして、赤、緑、青の画素でコンタクト層３２ｃに同一の材料を用いた場合であっても、それらの全てで高い発光効率を実現することができ、したがって、さらに優れた寿命特性を実現することが可能となる。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第１の実施形態で説明したように、主導体層３２ａと保護導体層３２ｂとの間における構成元素の拡散などに起因した陰極の劣化は、それらの間に外側バリア層３２ｄを介在させることに抑制可能である。しかしながら、図２の構造では、主導体層３２ａとコンタクト層３２ｃとの間における構成元素の拡散などに起因した陰極の劣化を抑制することはできない。これに対しては、以下に説明する構造が有効である。
【００５３】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置で利用可能な有機ＥＬ素子の構造の一例を概略的に示す断面図である。図３に示す有機ＥＬ素子３０は、主導体層３２ａとコンタクト層３２ｃとの間に内側バリア層３２ｅをさらに備えていること以外は図２に示す有機ＥＬ素子３０と同様の構造を有している。
【００５４】
この有機ＥＬ素子３０において、内側バリア層３２ｅは、主導体層３２ａの構成元素がコンタクト層３２ｃ中へと拡散すること、及び／または、コンタクト層３２ｃの構成元素が主導体層３２ａ中へと拡散することを抑制する役割を果たす。したがって、主導体層３２ａとコンタクト層３２ｃとの間における構成元素の拡散などに起因した陰極の劣化を抑制することができ、陰極に起因した発光効率の低下や短寿命化を抑制可能となる。すなわち、優れた寿命特性を実現することができる。
【００５５】
ここで、内側バリア層３２ｅが、主導体層３２ａとコンタクト層３２ｃとの間における構成元素の拡散を抑制する役割を果たしているかは、例えば、以下の方法により確認することができる。すなわち、内側バリア層３２ｅを設けた有機ＥＬ素子３０と内側バリア層３２ｅを設けていない以外は同様の構造を有する有機ＥＬ素子との間で、所定の条件下での連続点灯後に、コンタクト層３２ｃの主導体層３２ａ側の表面領域及び／または主導体層３２ａのコンタクト層３２ｃ側の表面領域の組成を比較する。
【００５６】
例えば、内側バリア層３２ｅを設けていない有機ＥＬ素子３０を第１の実施形態で説明したのと同様の条件下で連続点灯した後、主導体層３２ａにおけるその一構成元素，例えば第２金属，の濃度（第４濃度）に対し、コンタクト層３２ｃの主導体層３２ａ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内における上記元素の濃度（第５濃度）が１／３以上であり、且つ、コンタクト層３２ｃの主導体層３２ａからの距離が２ｎｍ以上の範囲内における上記元素の濃度（第６濃度）が１／５以上であるとする。この場合、内側バリア層３２ｅを設けることにより、先と同条件下での連続点灯後における第４濃度に対する第５濃度の比が１／１０以下となれば、内側バリア層３２ｅは先の役割を果たしているということができる。なお、これら濃度の比は、例えば、断面ＴＥＭとＦＩＢとを組み合わせて所望の断面を露出させ、その断面について、空間分解能を例えば〜１ｎｍ程度としたＡＥＳやＥＤＸＤなどによる分析を行うことにより調べることができる。
【００５７】
内側バリア層３２ｅは、主導体層３２ａやコンタクト層３２ｃの材料とは異なる無機材料からなる。この内側バリア層３２ｅのバリア能は、内側バリア層３２ｅに使用する材料、或いは、内側バリア層３２ｅに使用する材料と主導体層３２ａやコンタクト層３２ｃに使用する材料との組み合わせに依存している。例えば、常温・常圧下において安定であり且つ絶縁性、半絶縁性、または半導性の固体材料、すなわち絶縁体または半導体を使用した場合に特に優れたバリア能を実現することができる。また、内側バリア層３２ｅに好適な材料の多くは、その電子親和力の大きさが主導体層３２ａの材料の仕事関数やコンタクト層３２ｃの材料の電子親和力よりも小さいか、或いは、その電子有効質量がコンタクト層３２ｃの電子有効質量よりも大きい。さらに、内側バリア層３２ｅに好適な材料の多くは、単体ではなく化合物である。
【００５８】
主導体層３２ａやコンタクト層３２ｃに使用する材料の組み合わせにもよるが、例えば、内側バリア層３２ｅの材料として、Ｌｉ２ＯやＮａ２Ｓのような１族元素と１６族元素との化合物、ＣｓＦやＣｓＣｌのような１族元素と１７族元素との化合物、ＢａＦ２やＢａＣｌ２やＢａＣｌｘＦ２−ｘのような２族元素と１７族元素との化合物、或いは、ＫＭｇＦ３のような１族元素と２族元素と１７族元素との化合物を使用した場合、優れたバリア能を実現できることが多い。
【００５９】
また、内側バリア層３２ｅのバリア能は、その膜厚にも依存している。通常、内側バリア層３２ｅの膜厚がおよそ１ｎｍ以上である場合に特に優れたバリア能を実現することができる。
【００６０】
但し、内側バリア層３２ｅに関して例示した上記材料と、先に示したコンタクト層３２ｃに用いる材料とは、いずれも主導体層３２ａに用いる材料と比較して導電率が数十桁程度低い。そのため、内側バリア層３２ｅを追加挿入することにより、有機ＥＬ素子３０の動作電圧（消費電力）が上昇することが懸念される。しかしながら、通常、内側バリア層３２ｅとコンタクト層３２ｃの合計膜厚が０．１ｎｍ乃至１０ｎｍの範囲内にあれば、内側バリア層３２ｅを設けることにより生じる電圧降下は動作電圧に殆ど影響を与えないことが確かめられている。
【００６１】
主導体層３２ａ及びコンタクト層３２ｃの材料として、それぞれ，先に例示したもの，例えばＢａ及びＣｓＦ，を使用した場合、内側バリア層３２ｅの材料としてＢａＦ２のような２族元素と１７族元素との化合物（コンタクト層３２ｃの材料とは異なるもの）を使用することにより、赤、緑、青色の発光層間で電子注入障壁高さをより良好にバランスさせることができる。したがって、より優れた寿命特性を実現することが可能となる。
【００６２】
主導体層３２ａとコンタクト層３２ｃとの間で構成元素が拡散することに起因した陰極３２の劣化は、主導体層３２ａが含有する金属元素とコンタクト層３２ｃが含有する金属元素とが同一である場合に比べ、それらが異なっている場合において遥かに深刻である。したがって、内側バリア層３２ｅは、後者の場合に特に有用である。
【００６３】
本実施形態において、外側バリア層３２ｄの材料と内側バリア層３２ｅの材料とは同一であることが好ましい。このような構造を有する有機ＥＬ素子３０は製造が容易である。
【００６４】
本実施形態において、主導体層３２ａが含有する金属元素と外側バリア層３２ｄが含有する金属元素とは同一であることが好ましい。この場合、第１の実施形態で説明したように、有機ＥＬ素子３０の製造が容易になるのに加え、例え、主導体層３２ａと外側バリア層３２ｄとの間でそれらを構成する金属元素の拡散が生じたとしても、それらの特性が大きく変化することはない。同様に、本実施形態において、主導体層３２ａが含有する金属元素と内側バリア層３２ｅが含有する金属元素とは同一であることが好ましい。この場合、有機ＥＬ素子３０の製造が容易になるのに加え、例え、主導体層３２ａと内側バリア層３２ｅとの間でそれらを構成する金属元素の拡散が生じたとしても、それらの特性が大きく変化することはない。
【００６５】
なお、第２の実施形態において、外側バリア層３２ｄ及び保護導体層３２ｂは任意の構成要素である。すなわち、主導体層３２ａと保護導体層３２ｂとの間に外側バリア層３２ｄが介在していなくてもよい。また、主導体層３２ａ上に外側バリア層３２ｄ及び保護導体層３２ｂを設けなくてもよい。
【００６６】
第１及び第２の実施形態で上述した陰極３２を構成する各層は、例えば、蒸着法のような気相堆積法を用いて形成することができる。なお、蒸着法によりコンタクト層３２を形成する場合、その蒸着レートは０．０５Å／ｓｅｃ以下とすることが好ましい。これについては、図４を参照しながら説明する。
【００６７】
図４は、コンタクト層３２の成膜時の蒸着レートと有機ＥＬ素子３０の電流効率との関係の一例を示すグラフである。図中、横軸は図２に示す陰極３２のコンタクト層３２を成膜する際の蒸着レートを示し、縦軸はコンタクト層３２をその蒸着レートで成膜してなる有機ＥＬ素子３０の電流効率を示している。なお、図４には、コンタクト層３２の膜厚を一定とし、蒸着レートのみを変化させた場合に得られたデータを示している。
【００６８】
図４に示すように、蒸着レートが０．０５Å／ｓｅｃよりも高い場合、蒸着レートが高くなるのに応じて電流効率は低下する。これに対し、蒸着レートが０．０５Å／ｓｅｃ以下であれば、蒸着レートの高低に拘らず、高い電流効率を実現することができる。
【００６９】
上記の実施形態では、陽極３１をパッシベーション膜２４上に設けたが、陽極３１は層間絶縁膜２１上に、つまり信号線と陽極３１とを同一平面上に設けてもよい。また、上記実施形態では有機ＥＬ表示装置１を下面発光型としたが、上面発光型とすることもできる。さらに、アレイ基板２を対向基板３によりシーリングする場合、基板間の空間に乾燥剤を封入することで、素子の長寿命化を図ることも可能であり、また、対向基板３とアレイ基板２との間に樹脂を充填して放熱特性を向上させることもできる。加えて、上記実施形態では、有機ＥＬ素子３０が保護導体層３２ｂを含んだ場合について説明したが、保護導体層３２ｂは必ずしも設ける必要はない。例えば、２つの複数の有機物層３３を積層し、それらの間に陰極３２を介在させ、それらの積層体を一対の陽極３１で挟持する場合などには、保護導体層３２ｂを設けなくてもよい。
【００７０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
本実施例では、図１に示す有機ＥＬ表示装置１を以下に説明する方法により作製した。なお、本実施例では、有機ＥＬ素子３０に図２に示す構造を採用した。また、本実施例では、表示部の対角サイズを２．２インチとし、精細度は１３０ｐｐｉ（ｐｉｘｅｌ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）とした。さらに、本実施例では、有機ＥＬ素子３０を発光色が赤，緑，青色の三種の素子で構成し、有機ＥＬ表示装置１をフルカラータイプとした。
【００７１】
まず、ガラス基板１１のアンダーコート層１１，１２が形成された面に対し、通常のＴＦＴ形成プロセスと同様に成膜とパターニングとを繰り返し、ＴＦＴ２０、層間絶縁膜２１、電極配線（図示せず）、共通電極取り出し配線（図示せず）、ソース・ドレイン電極２３、及びパッシベーション膜２４を形成した。
【００７２】
次に、パッシベーション膜２４上に、スパッタリング法を用いてＩＴＯ膜を形成した。続いて、このＩＴＯ膜を、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることにより陽極３１を得た。なお、陽極３１は、マスクスパッタリング法により形成してもよい。
【００７３】
次いで、基板１１の陽極３１を形成した面に、各画素の発光部に対応して開口を有する親水層２６ａを形成した。続いて、基板１１の陽極３１を形成した面に、感光性樹脂を塗布し、得られた塗膜をパターン露光及び現像することにより、各画素の発光部に対応して開口を有する撥水層２６ｂを形成した。
【００７４】
以上のようにして、親水層２６ａと撥水層２６ｂとを積層してなる隔壁絶縁層２６を得た。なお、隔壁絶縁層２６を形成した基板１１にはＣＦ４／Ｏ２プラズマガスを用いた表面処理を施し、撥水層２６ｂの表面をフッ素化した。
【００７５】
次に、隔壁絶縁層２６が形成するそれぞれの液溜めに、インクジェット法によりバッファ層形成用インクを吐出し、それにより得られる液膜を加熱することによりバッファ層を形成し。続いて、赤、緑、青色の画素に対応したバッファ層上に、それぞれ、赤、緑、青色の発光層形成用インクをインクジェット法により吐出し、それにより得られる液膜を加熱することにより発光層を形成した。以上のようにして、有機物層３３を得た。
【００７６】
次いで、基板１１の有機物層３３を形成した面に、真空蒸着法により、ＬｉＦ、Ｂａ、ＢａＦ２、及びＡｌを順次成膜した（ＢａＦ２の電子親和力はＢａの仕事関数及びＡｌの仕事関数よりも小さく、ＬｉＦの電子親和力はＢａの仕事関数よりも小さい）。これにより、図２に示すように、コンタクト層３２ｃ、主導体層３２ａ、外側バリア層３２ｄ、及び保護導体層３２ｂを順次積層してなる陰極３２を得た。なお、本例では、コンタクト層３２ｃの厚さは０．５ｎｍとし、主導体層３２ａの厚さは７ｎｍとし、外側バリア層３２ｄの厚さは２ｎｍとし、保護導体層３２ｂの厚さは３００ｎｍとした。以上のようにして、ＴＦＴアレイ基板２を完成した。
【００７７】
その後、ガラス基板３の一方の主面の周縁部に紫外線硬化型樹脂を塗布してシール層４を形成した。次いで、ガラス基板３とアレイ基板２とを、ガラス基板３のシール層４を設けた面とアレイ基板２の陰極３２を設けた面とが対向するようにドライ窒素雰囲気中で貼り合せた。さらに、紫外線照射によりしてシール層を硬化させることにより、図１に示す有機ＥＬ表示装置１を完成した。
【００７８】
次に、この有機ＥＬ表示装置１について、モノクロ点灯させたときの発光効率と発光寿命とを測定した。なお、これらの測定に際しては、赤、緑、青色に発光する有機ＥＬ素子３０のそれぞれの初期輝度が２００ｃｄ／ｃｍ２となるように駆動電流を設定した。また、発光寿命は、輝度が初期輝度に対して半減するまでの時間とした。以下の表１に、その結果を示す。
【００７９】
【表１】
上記表１に示すように、赤及び青色の有機ＥＬ素子３０の発光効率は緑色の有機ＥＬ素子３０の発光効率に比べると低かったが、発光寿命はそれら有機ＥＬ素子３０の何れにおいても１１，０００時間を超えた。すなわち、優れた寿命特性を実現することができた。
【００８１】
次に、上記と同様の方法により作製した有機ＥＬ表示装置１を常温で電流密度を０．１Ａ／ｃｍ２として１００時間連続点灯した。その後、主導体層３２ａにおけるＢａ濃度に対する、保護導体層３２ｂの主導体層３２ａ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、保護導体層３２ｂにおけるＡｌ濃度に対する、主導体層３２ａの保護導体層３２ｂ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＡｌ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／１０未満であった。
【００８２】
次いで、上記の連続点灯後の有機ＥＬ表示装置１について、主導体層３２ａにおけるＢａ濃度に対する、コンタクト層３２ｃの主導体層３２ａ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、コンタクト層３２ｃにおけるＬｉ濃度に対する、主導体層３２ａのコンタクト層３２ｃ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＬｉ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／３を超えていた。
【００８３】
さらに、主導体層３２ａにおけるＢａ濃度に対する、コンタクト層３２ｃの主導体層３２ａ側表面からの距離が２ｎｍ以上の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、コンタクト層３２ｃにおけるＬｉ濃度に対する、主導体層３２ａのコンタクト層３２ｃ側表面からの距離が２ｎｍ以上の範囲内におけるＬｉ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／５を超えていた。
【００８４】
（比較例）
有機ＥＬ素子３０に図５（ｂ）に示す構造を採用したこと以外は実施例１で説明したのと同様の方法により図１に示す有機ＥＬ表示装置１を作製した。なお、本例では、Ｘ層３２ｘ、Ｙ層３２ｙ、及びＭ層３２ｍの材料に、ＬｉＦ、Ｂａ、及びＡｌを使用した。また、Ｘ層３２ｘ、Ｙ層３２ｙ、及びＭ層３２ｍの厚さは、実施例１に係る有機ＥＬ素子３０のコンタクト層３２ｃ、主導体層３２ａ、及び保護導体層３２ｂの厚さと同等とした。
【００８５】
次に、この有機ＥＬ表示装置１について、先に説明したのと同一の条件で発光効率と発光寿命とを測定した。その結果を以下の表２に示す。
【００８６】
【表２】
上記表２に示すように、本比較例に係る有機ＥＬ表示装置１では、実施例１に係る有機ＥＬ表示装置１に対し、赤、緑、青色の有機ＥＬ素子３０の全てで効率は８０％程度であり、寿命は６０％程度であった。以上の結果から、バリア層３２ｄが、発光効率及び発光寿命を向上させるうえで極めて有用であることが分かる。
【００８８】
次に、上記と同様の方法により作製した有機ＥＬ表示装置１について、実施例１で説明したのと同様の条件で連続点灯した。その後、Ｙ層３２ｙにおけるＢａ濃度に対する、Ｍ層３２ｍのＹ層３２ｙ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、Ｍ層３２ｍにおけるＡｌ濃度に対する、Ｙ層３２ｙのＭ層３２ｍ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＡｌ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／３を超えていた。
【００８９】
また、Ｙ層３２ｙにおけるＢａ濃度に対する、Ｍ層３２ｍのＹ層３２ｙ側表面からの距離が２ｎｍ以上の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、Ｍ層３２ｍにおけるＡｌ濃度に対する、Ｙ層３２ｙのＭ層３２ｍ側表面からの距離が２ｎｍ以上の範囲内におけるＡｌ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／５を超えていた。
【００９０】
さらに、Ｙ層３２ｙにおけるＢａ濃度に対する、Ｘ層３２ｘのＹ層３２ｙ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、Ｘ層３２ｘにおけるＬｉ濃度に対する、Ｙ層３２ｙのＸ層３２ｘ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＬｉ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／３を超えていた。
【００９１】
また、Ｙ層３２ｙにおけるＢａ濃度に対する、Ｘ層３２ｘのＹ層３２ｙ側表面からの距離が２ｎｍ以上の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、Ｘ層３２ｘにおけるＬｉ濃度に対する、Ｙ層３２ｙのＸ層３２ｘ側表面からの距離が２ｎｍ以上の範囲内におけるＬｉ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／５を超えていた。
【００９２】
（実施例２）
コンタクト層３２ｃの材料としてＣｓＦを使用したこと以外は実施例１で説明したのと同様の方法により図１に示す有機ＥＬ表示装置１を作製した。この有機ＥＬ表示装置１についても、先に説明したのと同一の条件で発光効率と発光寿命とを測定した。その結果を以下の表３に示す。
【００９３】
【表３】
上記表３に示すように、本実施例に係る有機ＥＬ表示装置１では、実施例１に係る有機ＥＬ表示装置１に対し、赤色の有機ＥＬ素子３０における効率は１８０％程度であり、緑色の有機ＥＬ素子３０における効率は１６０％程度であった。また、本実施例に係る有機ＥＬ表示装置１では、実施例１に係る有機ＥＬ表示装置１に対し、赤色の有機ＥＬ素子３０における寿命は２００％程度であり、緑色の有機ＥＬ素子３０における寿命は１６０％程度であった。以上の結果から、コンタクト層３２ｃの材料を適宜選択することにより、発光効率及び発光寿命を著しく向上させることが可能となることが分かる。
【００９５】
次に、上記と同様の方法により作製した有機ＥＬ表示装置１について、実施例１で説明したのと同様の条件で連続点灯した。その後、主導体層３２ａにおけるＢａ濃度に対する、保護導体層３２ｂの主導体層３２ａ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、保護導体層３２ｂにおけるＡｌ濃度に対する、主導体層３２ａの保護導体層３２ｂ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＡｌ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／１０未満であった。
【００９６】
また、主導体層３２ａにおけるＢａ濃度に対する、コンタクト層３２ｃの主導体層３２ａ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、コンタクト層３２ｃにおけるＣｓ濃度に対する、主導体層３２ａのコンタクト層３２ｃ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＣｓ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／３を超えていた。
【００９７】
さらに、主導体層３２ａにおけるＢａ濃度に対する、コンタクト層３２ｃの主導体層３２ａ側表面からの距離が２ｎｍ以上の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、コンタクト層３２ｃにおけるＣｓ濃度に対する、主導体層３２ａのコンタクト層３２ｃ側表面からの距離が２ｎｍ以上の範囲内におけるＣｓ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／５を超えていた。
【００９８】
（実施例３）
有機ＥＬ素子３０に図３に示す構造を採用したこと以外は実施例１で説明したのと同様の方法により図１に示す有機ＥＬ表示装置１を作製した。なお、本例では、コンタクト層３２ｃ、内側バリア層３２ｅ、主導体層３２ａ、外側バリア層３２ｄ、及び保護導体層３２ｂの材料に、ＣｓＦ、ＢａＦ２、Ｂａ、ＢａＦ２、及びＡｌをそれぞれ使用した（ＢａＦ２の電子親和力はＣｓＦの電子親和力よりも小さく、ＣｓＦの電子有効質量はＢａＦ２の電子有効質量よりも小さい）。また、本例では、コンタクト層３２ｃの厚さは０．５ｎｍとし、内側バリア層３２ｅの厚さは２ｎｍとし、主導体層３２ａの厚さは７ｎｍとし、外側バリア層３２ｄの厚さは２ｎｍとし、保護導体層３２ｂの厚さは３００ｎｍとした。
【００９９】
次に、この有機ＥＬ表示装置１について、先に説明したのと同一の条件で発光効率を測定した。その結果を、以下の表４に示す。なお、以下の表４には、実施例２に係る有機ＥＬ表示装置１について得られた発光効率も示している。また、表４において、括弧内の数値は標準偏差を示している。
【０１００】
【表４】
上記表４に示すように、実施例２に係る有機ＥＬ表示装置１と実施例３に係る有機ＥＬ表示装置１との間で、赤及び緑色の有機ＥＬ素子３０に関する発光効率に統計学的な差はなかった。しかしながら、実施例３に係る有機ＥＬ表示装置１では、実施例２に係る有機ＥＬ表示装置１に比べ、青色の有機ＥＬ素子３０に関する発光効率が有意に高かった。
【０１０２】
また、本実施例に係る有機ＥＬ表示装置１について、先に説明したのと同一の条件で発光寿命を測定した。その結果、実施例２に係る有機ＥＬ表示装置１と実施例３に係る有機ＥＬ表示装置１との間で、赤及び緑色の有機ＥＬ素子３０に関する発光寿命はほぼ同等であった。しかしながら、実施例３に係る有機ＥＬ表示装置１では、実施例２に係る有機ＥＬ表示装置１に比べ、青色の有機ＥＬ素子３０に関する発光寿命が高かった。以上の結果から、外側バリア層３２ｄと内側バリア層３２ｅとを、保護導体層３２ｂと主導体層３２ａとの間及び主導体層３２ａとコンタクト層３２ｃとの間にそれぞれ挿入することにより、発光効率及び発光寿命をさらに向上させることが可能となることが分かる。
【０１０３】
次に、上記と同様の方法により作製した有機ＥＬ表示装置１について、実施例１で説明したのと同様の条件で連続点灯した。その後、主導体層３２ａにおけるＢａ濃度に対する、保護導体層３２ｂの主導体層３２ａ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、保護導体層３２ｂにおけるＡｌ濃度に対する、主導体層３２ａの保護導体層３２ｂ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＡｌ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／１０未満であった。
【０１０４】
さらに、主導体層３２ａにおけるＢａ濃度に対する、コンタクト層３２ｃの主導体層３２ａ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＢａ濃度の比を調べた。また、コンタクト層３２ｃにおけるＣｓ濃度に対する、主導体層３２ａのコンタクト層３２ｃ側表面からの距離が２ｎｍ未満の範囲内におけるＣｓ濃度の比を調べた。その結果、これら比は１／１０未満であった。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、有機ＥＬ素子の陰極に、保護導体層と主導体層との間に外側バリア層が介在した構造及び／または主導体層とコンタクト層との間に内側バリア層が介在した構造を採用する。これにより、バリア層を挟む一対の層の間でそれらの構成元素が拡散するのを抑制することができ、したがって、陰極の劣化を抑制することが可能となる。
すなわち、本発明によると、寿命特性に優れた有機ＥＬ素子及び有機ＥＬ表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置で利用可能な有機ＥＬ素子の構造の一例を概略的に示す断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置で利用可能な有機ＥＬ素子の構造の一例を概略的に示す断面図。
【図４】コンタクト層の成膜時の蒸着レートと有機ＥＬ素子の電流効率との関係の一例を示すグラフ。
【図５】（ａ），（ｂ）は、従来の有機ＥＬ素子を概略的に示す断面図。
【符号の説明】
１…有機ＥＬ表示装置
２…アレイ基板
３…封止基板
４…シール層
１１…基板
１２…アンダーコート層
１３…アンダーコート層
１４…半導体層
１５…ゲート絶縁膜
１６…ゲート電極
２０…ＴＦＴ
２１…層間絶縁膜
２３…ソース・ドレイン電極
２４…パッシベーション膜
２６…隔壁絶縁層
２６ａ…絶縁層
２６ｂ…絶縁層
３０…有機ＥＬ素子
３１…陽極
３２…陰極
３２ａ…主導体層
３２ｂ…保護導体層
３２ｃ…コンタクト層
３２ｄ…外側バリア層
３２ｅ…内側バリア層
３２ｍ…Ｍ層
３２ｘ…Ｘ層
３２ｙ…Ｙ層
３３…有機物層
Claims (21)
- 陽極と、前記陽極に対向した陰極と、前記陽極と前記陰極との間に介在し且つ発光層を含んだ有機物層とを具備し、
前記陰極は、前記有機物層に対向した保護導体層と、前記保護導体層と前記有機物層との間に介在し且つ前記保護導体層の材料とは異なる材料からなる主導体層と、前記保護導体層と前記主導体層との間に介在して前記保護導体層の構成元素が前記主導体層中へと拡散するのを抑制する外側バリア層とを備えたことを特徴とする有機ＥＬ素子。 - 陽極と、前記陽極に対向した陰極と、前記陽極と前記陰極との間に介在し且つ発光層を含んだ有機物層とを具備し、
前記陰極は、前記有機物層に対向した保護導体層と、前記保護導体層と前記有機物層との間に介在した主導体層と、前記保護導体層と前記主導体層との間に介在し且つ絶縁体または半導体からなる外側バリア層とを備えたことを特徴とする有機ＥＬ素子。 - 前記外側バリア層の電子親和力は前記保護導体層の仕事関数及び前記主導体層の仕事関数よりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記外側バリア層は、１族元素と１６族元素との化合物、１族元素と１７族元素との化合物、２族元素と１７族元素との化合物、及び、１族元素と２族元素と１７族元素との化合物からなる群より選択される化合物を含有したことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記外側バリア層の膜厚は２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記陰極は前記主導体層と前記有機物層との間に介在し且つ半導体または絶縁体からなるコンタクト層をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記陰極は前記主導体層と前記コンタクト層との間に介在し且つ前記主導体層の構成元素が前記コンタクト層中へと拡散すること及び／または前記コンタクト層の構成元素が前記主導体層中へと拡散することを抑制する内側バリア層をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記陰極は前記主導体層と前記コンタクト層との間に介在し且つ半導体または絶縁体からなる内側バリア層をさらに備え、前記コンタクト層の材料と前記内側バリア層の材料とは互いに異なっていることを特徴とする請求項６に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記外側バリア層の材料と前記内側バリア層の材料とは同一であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記外側バリア層と前記主導体層と前記内側バリア層とは同一の金属元素を含有したことを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。
- 陽極と、前記陽極に対向した陰極と、前記陽極と前記陰極との間に介在し且つ発光層を含んだ有機物層とを具備し、
前記陰極は、前記有機物層に対向した主導体層と、前記主導体層と前記有機物層との間に介在し且つ半導体または絶縁体からなるコンタクト層と、前記主導体層と前記コンタクト層との間に介在し且つ半導体または絶縁体からなる内側バリア層とを備え、前記コンタクト層の材料と前記内側バリア層の材料とは互いに異なっていることを特徴とする有機ＥＬ素子。 - 陽極と、前記陽極に対向した陰極と、前記陽極と前記陰極との間に介在し且つ発光層を含んだ有機物層とを具備し、
前記陰極は、前記有機物層に対向した主導体層と、前記主導体層と前記有機物層との間に介在し且つ半導体または絶縁体からなるコンタクト層と、前記主導体層と前記コンタクト層との間に介在し且つ前記主導体層の構成元素が前記コンタクト層中へと拡散すること及び／または前記コンタクト層の構成元素が前記主導体層中へと拡散することを抑制する内側バリア層とを備え、前記コンタクト層の材料と前記内側バリア層の材料とは互いに異なっていることを特徴とする有機ＥＬ素子。 - 前記陰極は前記主導体層上に前記主導体層の材料とは異なる材料からなる保護導体層をさらに備えたことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記内側バリア層の電子親和力は前記主導体層の仕事関数及び前記コンタクト層の電子親和力よりも小さいことを特徴とする請求項７乃至請求項１３の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記内側バリア層の電子有効質量は前記コンタクト層の電子有効質量よりも大きいことを特徴とする請求項７乃至請求項１４の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記コンタクト層は１族元素と１７族元素とを含んだ化合物を含有したことを特徴とする請求項６乃至請求項１５の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記内側バリア層は、１族元素と１６族元素との化合物、１族元素と１７族元素との化合物、２族元素と１７族元素との化合物、及び、１族元素と２族元素と１７族元素との化合物からなる群より選択される化合物を含有したことを特徴とする請求項７乃至請求項１６の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記内側バリア層は前記コンタクト層よりも厚いことを特徴とする請求項７乃至請求項１７の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。
- 請求項１乃至請求項１８の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子を複数と、前記複数の有機ＥＬ素子を支持した基板とを具備したことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
- 前記複数の有機ＥＬ素子は前記発光層の発光色が互いに異なる第１乃至第３有機ＥＬ素子を含んだことを特徴とする請求項１９に記載の有機ＥＬ表示装置。
- 請求項７乃至請求項１８の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子を複数と前記複数の有機ＥＬ素子を支持した基板とを具備し、前記複数の有機ＥＬ素子は前記発光層の発光色が互いに異なる第１乃至第３有機ＥＬ素子を含み、前記コンタクト層の材料は前記第１乃至第３有機ＥＬ素子間で互いに等しく、前記内側バリア層の材料は前記第１乃至第３有機ＥＬ素子間で互いに等しいことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
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