JP2004311403A - エレクトロルミネセンス素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の有機EL素子は、トップエミッション型のエレクトロルミネセンス素子であり、基板1と、基板1表面に設けられた電極2と、電極2表面に設けられた正孔注入層3と、正孔注入層3表面に設けられた発光層4と、発光層4上に設けられた、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の金属化合物と還元剤とが還元反応して形成された還元反応部5と、還元反応部5上に設けられた透明導電膜8と、を有している。還元反応部5は、発光層4に対する電子注入性の向上を発現させる機能を有している。
【選択図】 図1
Description
この有機EL素子は、通常、2つの電極に有機層が挟まれた構造で構成されている。
このようなトップエミッション型の有機EL素子は、ガラス基板上に形成される、駆動に必要な回路等が放射光の透過の障害にならず、開口率を向上させ、高輝度・高精細を実現するものとなる。
すなわち、上記構成では、有機膜の素子のトップ(陰極側)から光を取り出すため、キャリア注入効果、すなわち電子の注入効果を持つ電子注入層として、アルカリまたはアルカリ土類金属を薄く付けている。この電子注入層は、膜厚が薄いために抵抗が高く、これをそのまま電極として用いるのは難しい。したがって、その上部に透過率の高い透明導電膜(透明電極、例えば、ITO(Indium Tin Oxide):酸化インジウムスズ)をスパッタによって形成している。
そのため、ITOをスパッタリングプロセスで作製すると、酸素雰囲気でのスパッタ効果によってアルカリまたはアルカリ土類金属が酸化され、電子の注入効率が低下して素子特性が劣化してしまう。
アルミニウムは比較的安定であり導電性も高いので、これが還元反応後に未反応物として還元反応部中に残留しても、これは透明導電膜の形成時に酸化されにくく、したがって導電性の低下が抑制される。また、未反応物として残留したアルミニウムは、透明導電膜とともに電極として機能するようになる。
還元反応後に未反応物として還元反応部中に残留する還元剤が多ければ、還元反応部での透明性(光透過率)の低下の度合いが高くなる。逆に、未反応物として還元反応部中に残留する還元剤が少なければ、還元反応部での透明性(光透過率)の低下は抑えられる。そこで、この還元反応部についての可視光の透過率が50%を越えるように形成することにより、光透過性が向上して発光強度が高まるとともに、未反応の還元剤に由来する透明導電膜形成時の酸化による還元剤の酸化物が少なくなり、この酸化物による導電性の低下が抑えられて良好な発光特性が得られるようになる。
前述したようにアルミニウムは比較的安定であり導電性も高いので、これが還元反応後に未反応物として還元反応部中に残留しても、これは透明導電膜の形成時に酸化されにくく、したがって導電性の低下が抑制される。また、未反応物として残留したアルミニウムは、透明導電膜とともに電極として機能するようになる。
このようにすれば、厚さを0.5nm以上とすることにより、還元剤と反応して十分な量のアルカリ金属またはアルカリ土類金属を生成し、これがドーピング材となることで良好な電子注入性を発揮させるようになる。また、10nm以下であることにより、還元剤と反応して生成したアルカリ金属またはアルカリ土類金属がより確実に発光層側に移動してドーピング材となり、したがってこのアルカリ金属またはアルカリ土類金属が還元反応部中に残留し、透明導電膜形成時に酸化されてしまうことで導電性が低下してしまうことがより確実に抑えられる。
基板1は、トップエミッション型の有機EL素子であれば、不透明な半導体または絶縁性基板等である(また、点灯時に両面から発光する透明有機EL素子であれば、透明なガラス基板である)。
正孔注入層3は、電極2から供給される正孔を、効率よく発光層4に、すなわち有機EL層に注入するためのものである。
このため、正孔注入層3は、真空準位に対して仕事関数の大きい材料、例えば、膜厚50nm〜100nmのトリフェニルアミン誘導体等により形成されている。
還元反応部5は、後述するように発光層4に対する電子注入性の向上を発現させる機能を有したもので、金属化合物層と還元剤としての還元性金属とが還元反応したことにより、形成されたものである。
透明導電膜8は、配線等に用いられる透明な導電膜であり、膜厚100nm程度のITOによって形成されたものである。
また、これにより還元反応部5は、特にこのように電子注入性向上を発現させるべく、生成金属を発光層4側にドープした後には、この金属とは別の生成物である還元性金属化合物(上記例ではAlF3)がその主成分となり、未反応の還元性金属や、アルカリあるいはアルカリ土類金属、さらには発光層4側に移動しきれなかった生成金属を一部に含有するものとなる。
まず、絶縁膜である基板1表面に、膜厚100nmの例えばCuの電極2をスパッタ法により堆積させる。
また、真空蒸着法により、上記電極2の表面に、正孔注入層3として膜厚60nmのトリフェニルジアミンを形成する。
さらに、この正孔注入層3の表面に、発光層4として膜厚40nmのジスチリルビフェニルを形成する。
続いて、このLiFからなる金属化合物層6の表面上に、図2(b)に示すように還元性金属層7として、金属化合物層6と同様に厚さの膜厚5nmのAlを10−6Torr程度の真空下での真空蒸着法によって堆積させる。
前述したように、未反応物として還元反応部5中に残留する還元性金属(還元剤)が少なければ、還元反応部での透明性(光透過率)の低下が抑えられる。したがって、還元性金属層7を過剰な厚さに形成せず、金属化合物層6の厚さに対応した適宜な厚さとすることにより、還元反応部5中に残留する還元性金属(還元剤)を少なくしてこの還元反応部5についての可視光の透過率を、50%を越えるように形成することができる。そして、このような透過率に形成することにより、光透過性を向上して発光強度を高めることができるのはもちろん、未反応の還元剤に由来する透明導電膜形成時の酸化による還元剤の酸化物を少なくし、この酸化物による導電性の低下を抑えて良好な発光特性を得ることができるようになる。
このようにして得られた有機EL素子にあっては、還元反応部5が発光層4に対する電子注入性の向上を発現させる機能を有するものとなっていることから、良好な発光特性を有するものとなる。
また、還元性金属(還元剤)は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の金属化合物層と還元反応することで酸化されるので、その後これの上に透明導電膜としてITOを設けても、その際のプロセスにて酸化されることがほとんどなく、したがって光透過性の低下を抑制することができる。
次に、実験として形成した有機EL素子の評価について説明する。
ここでは、有機EL素子として、上述した透明導電膜8を形成せず、還元性金属層7として膜厚200nmのAlを蒸着し、このAl膜に還元性金属層7としての機能と電極(透明導電膜8)としての機能を両方持たせた。また、金属化合物層6の膜厚、すなわちLiFの膜厚については、0.5nm,1nm,3nm,5nmの4種類を形成した。なお、電極2については膜厚100nmのITOで形成し、また基板1については厚さ1mmの研磨ガラスを用いた。また、正孔注入層3、発光層4については前記実施形態で示したものを用いた。
この結果から、還元性金属層7として、5nmの膜厚のAlを還元性金属層7として用いたとすると、このAlの透過率が80%であるため、トップエミッション型として、絶縁性基板上に有機EL素子を作製した場合にも、十分実用的な発光強度を得ることが可能である。
また、金属化合物層6としてLiFを、その厚さが2nm、4nm、6nm、10nm、12nmとなるように成膜し、それ以外は実験例1と同様に構成して、5種類の有機EL素子を作製した。
得られた5種類の有機El素子について、その発光効率(最大効率)を測定したところ、LiFの膜厚が2nmのものでは9.2lm/W、4nmのものでは6.4lm/W、6nmのものでは4.4lm/W、10nmのものでは3.7lm/Wであり、12nmのものでは発光が認められなかった。
この結果から、金属化合物層6について10nmを越える厚さに形成すると、還元反応後に電子注入性の向上効果が認められなかった。したがって、金属化合物層6の厚さについては、その上限値を10nmとするのが望ましいことが確認された。
6…金属化合物層、7…還元性金属層、8…透明導電膜
Claims (6)
- エレクトロルミネセンス素子であり、
基板と、
該基板表面に設けられた電極と、
該電極表面に設けられた正孔注入層と、
該正孔注入層表面に設けられた発光層と、
該発光層上に設けられた、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の金属化合物と還元剤とが還元反応して形成された還元反応部と、
該還元反応部上に設けられた透明導電膜と、を有し、
上記還元反応部が、上記発光層に対する電子注入性の向上を発現させる機能を有することを特徴とするエレクトロルミネセンス素子。 - 上記還元剤がアルミニウムであることを特徴する請求項1記載のエレクトロルミネセンス素子。
- 上記還元反応部についての可視光の透過率が50%を越えることを特徴とする請求項1又は2記載のエレクトロルミネセンス素子。
- エレクトロルミネセンス素子の製造方法であり、
基板表面に電極を設ける工程と、
該電極表面に正孔注入層を設ける工程と、
該正孔注入層表面に有機膜の発光層を形成する工程と、
該発光層表面にアルカリ金属またはアルカリ土類金属の金属化合物層を設ける工程と、
該アルカリ金属またはアルカリ土類金属の金属化合物層の上に還元剤を設け、上記アルカリ金属またはアルカリ土類金属の金属化合物と還元剤とを還元反応させて還元反応部を形成する工程と、
該還元反応部表面に透明導電膜を形成する工程と、
を有することを特徴するエレクトロルミネセンス素子の製造方法。 - 上記還元剤がアルミニウムであることを特徴する請求項4記載のエレクトロルミネセンス素子の製造方法。
- 上記アルカリ金属またはアルカリ土類金属の金属化合物層の厚さを、0.5nm〜10nmの範囲に形成することを特徴とする請求項4又は5記載のエレクトロルミネセンス素子の製造方法。
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