JP2005135623A - Organic el element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve luminous efficiency and reliability of an organic EL element using a cathode having a metal layer and an oxide conductive layer. <P>SOLUTION: The organic EL element 100 is provided with an anode 2, a cathode 5 having translucency, and an organic EL layer 9 formed between the anode 2 and the cathode 5 containing at least a light-emitting layer 4. The cathode 5 has a metal layer 6 containing a first metal and a low work-function metal, and an oxide conductive layer 7 in that order from the side of the organic EL layer 9. A work function of the low work-function metal is smaller than that of the first metal. The metal layer 6 has a first surface at the side of the organic EL layer 9, and a second surface at the side of the oxide conductive layer 7, and the concentration of the low work-function metal on the first surface is larger than that of the one on the second surface. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子に関する。   The present invention relates to an organic electroluminescence (EL) device.

有機EL素子は、低電圧で駆動でき、また高輝度の発光を実現できることから注目されており、有機EL素子についての研究および開発が盛んに行われている。有機EL素子は、一般に、有機材料を用いて形成された発光層を、少なくとも一方が透光性を有する一対の電極で挟んだ構造を有している。一対の電極の間には、必要に応じて、ホ−ル注入輸送層、電子注入輸送層等が設けられる。   Organic EL elements are attracting attention because they can be driven at a low voltage and can realize light emission with high luminance, and research and development of organic EL elements are actively conducted. In general, an organic EL element has a structure in which a light-emitting layer formed using an organic material is sandwiched between a pair of electrodes each having a light-transmitting property. A hole injecting and transporting layer, an electron injecting and transporting layer, and the like are provided between the pair of electrodes as necessary.

有機EL素子は、例えば表示装置に用いることができる。表示装置の駆動方法には、単純マトリクス方式とアクティブマトリクス方式とがあるが、単純マトリクス方式の表示装置では、デューティー比の増大に応じて、各画素の瞬間輝度を高くする必要があるので、表示パネルが大型になると消費電力が増大するという問題がある。そこで、特に大型の表示パネルが必要な場合には、アクティブマトリクス方式が主に採用される。   The organic EL element can be used for a display device, for example. There are a simple matrix method and an active matrix method for driving the display device. In the display device of the simple matrix method, it is necessary to increase the instantaneous luminance of each pixel as the duty ratio increases. When the panel becomes large, there is a problem that power consumption increases. Therefore, particularly when a large display panel is required, an active matrix system is mainly employed.

有機EL素子を用いたアクティブマトリクス方式の表示装置は、複数の薄膜トランジスタ(以下、「TFT」と略すことがある)が形成された基板と、基板の上に形成された有機EL素子とを有している。TFTは、マトリクス状に配置された複数の画素ごとに形成されている。制御信号によって各画素のTFTをON/OFFさせることにより、有機EL素子の発光状態を画素ごとに制御することができ、その結果、画像を表示できる。このような構成の表示装置では、従来、有機EL素子からの光を、TFT基板の、TFTが形成された側の反対側から取り出す方式(ボトムエミッション方式)が一般的に採用されてきた。   An active matrix display device using an organic EL element has a substrate on which a plurality of thin film transistors (hereinafter may be abbreviated as “TFT”) is formed, and an organic EL element formed on the substrate. ing. The TFT is formed for each of a plurality of pixels arranged in a matrix. By turning on / off the TFT of each pixel by the control signal, the light emission state of the organic EL element can be controlled for each pixel, and as a result, an image can be displayed. In the display device having such a configuration, conventionally, a method (bottom emission method) in which light from an organic EL element is extracted from the side of the TFT substrate opposite to the side on which the TFT is formed has been generally employed.

有機EL素子は、発光層を形成する発光材料の種類によって、低分子型と高分子型とに分類される。低分子型有機EL素子は、低分子発光材料の発光層を有し、高分子型有機EL素子は高分子発光材料の発光層を有する。   Organic EL elements are classified into a low molecular type and a high molecular type depending on the type of light emitting material forming the light emitting layer. The low molecular organic EL element has a light emitting layer of a low molecular light emitting material, and the high molecular organic EL element has a light emitting layer of a polymer light emitting material.

ボトムエミッション方式の低分子型および高分子型有機EL素子では、いずれも、透明陽極として、比較的大きい仕事関数を有するITO(インジウム錫酸化物)やIZO(インジウム亜鉛酸化物)が用いられる。これに対し、好ましい陰極としては、低分子型有機EL素子では、例えばMg(マグネシウム)と銀(Ag)との合金単層膜、LiF等のアルカリ金属のハロゲン化物とAlとの積層膜などが用いられ、高分子型有機EL素子では、例えばCa、Ba等の低仕事関数金属とAl、Ag等の比較的安定な保護金属層との積層膜が用いられる。このように、低分子型有機EL素子と高分子型有機EL素子とでは好ましい陰極材料が異なっている。これは、高分子発光材料のLUMOレベルが低分子発光材料のLUMOレベルよりも小さいため、高分子型有機EL素子では、効率良く電子を注入するために、より仕事関数の低い陰極材料を用いることが好ましいからである。   In the bottom emission type low molecular type and high molecular type organic EL elements, ITO (indium tin oxide) or IZO (indium zinc oxide) having a relatively large work function is used as the transparent anode. On the other hand, as a preferable cathode, in a low molecular type organic EL element, for example, an alloy single layer film of Mg (magnesium) and silver (Ag), a laminated film of an alkali metal halide such as LiF and Al, etc. In the polymer type organic EL element used, a laminated film of a low work function metal such as Ca and Ba and a relatively stable protective metal layer such as Al and Ag is used. Thus, the preferred cathode material differs between the low molecular weight organic EL element and the high molecular weight organic EL element. This is because the LUMO level of the polymer light-emitting material is lower than the LUMO level of the low-molecular light-emitting material, so that a polymer material organic EL device uses a cathode material with a lower work function in order to inject electrons efficiently. Is preferable.

有機EL素子を用いてアクティブマトリクス型フルカラーディスプレイを作製する場合、低分子型有機EL素子では、マスク蒸着を用いて、RGB(赤、緑、青)発光層のパターンを形成する必要がある。そのため、有機EL素子の高精細化(例えば200PPIなど)が困難であり、また、大面積(例えば1m角以上)のガラス基板上に形成しにくいので、そのようなガラス基板を用いた効率的な生産工程を採用できないという課題がある。これに対し、高分子型有機EL素子は、ウェットプロセスで作製できるので、マスク蒸着などを行う必要がない。さらに、インクジェットなどの手法によれば、大面積のガラス基板上に高精細な有機EL素子の形成が可能である。従って、生産性や製造コストの点では、低分子有機EL素子よりも高分子型有機EL素子の方が有利といえる。   When an active matrix type full color display is manufactured using an organic EL element, it is necessary to form an RGB (red, green, blue) light-emitting layer pattern using mask vapor deposition in the low molecular type organic EL element. For this reason, it is difficult to increase the definition of the organic EL element (for example, 200 PPI), and it is difficult to form the organic EL element on a glass substrate having a large area (for example, 1 m square or more). There is a problem that the production process cannot be adopted. On the other hand, since the polymer type organic EL element can be manufactured by a wet process, it is not necessary to perform mask vapor deposition. Furthermore, according to a technique such as inkjet, a high-definition organic EL element can be formed on a large-area glass substrate. Therefore, in terms of productivity and manufacturing cost, it can be said that the polymer organic EL element is more advantageous than the low molecular organic EL element.

ところで、有機EL素子を用いてアクティブマトリクス型表示装置を構成する場合、ボトムエミッション方式を採用すると、以下のような問題がある。   By the way, when an active matrix display device is configured using organic EL elements, there are the following problems when the bottom emission method is employed.

TFTは、通常、ポリシリコン、アモルファスシリコン等からなる半導体層、金属からなる電極などを有しているが、このような半導体層や電極は十分な光透過性をもたない。そのため、TFT基板を介して光を取り出すボトムエミッション方式では、画素面積に対する発光面積の割合(開口率)が小さくなるという問題がある。有機EL表示装置では、画素毎の表示性能のばらつきを抑え、有機EL材料の劣化によるパネル表示輝度の変化をより低減できるという理由から、電流駆動方式が好適に採用されるが、電流駆動方式を採用すると、画素毎に4個のトランジスタが必要となる。よって、よりシンプルであるが画素毎の表示のばらつき等で劣る電圧駆動方式を採用した場合(各画素に2個のトランジスタ)と比べて、さらに開口率が小さくなる(非特許文献1)。   A TFT usually has a semiconductor layer made of polysilicon, amorphous silicon or the like, an electrode made of metal, and the like, but such a semiconductor layer or electrode does not have sufficient light transmittance. Therefore, the bottom emission method in which light is extracted through the TFT substrate has a problem that the ratio of the light emission area to the pixel area (aperture ratio) is small. In the organic EL display device, the current driving method is preferably adopted because the variation in display performance of each pixel is suppressed and the change in panel display luminance due to the deterioration of the organic EL material can be further reduced. If adopted, four transistors are required for each pixel. Therefore, the aperture ratio is further reduced as compared with a case where a voltage driving method which is simpler but inferior in display variation or the like for each pixel (two transistors in each pixel) (Non-Patent Document 1).

そこで、有機EL素子からの光を、基板に形成されたTFTおよび有機EL素子の上方から取り出す方式(トップエミッション方式)を採用した表示装置の構成が提案されている。トップエミッション方式では、上記開口率の問題を防ぐことが可能ではある。しかし、この方式では、有機EL素子の上部電極(陰極)は、第1に光透過性を有する必要がある。第2に、発光層に効率よく電子を注入するためには、上部電極は仕事関数の小さい材料から形成される必要がある。第3に、以下に詳述するように、上部電極の作製プロセスによる下層へのダメージをできるだけ抑制する必要がある。上部電極は、通常、光を透過できるように十分薄い金属膜からなる電子注入用電極と、電子注入用電極の上に形成された透明導電膜との積層構造を有している。透明導電膜は、薄い金属膜である電子注入用電極を保護し、かつ配線抵抗を低減するために設けられている。この透明導電膜の形成には、通常、スパッタ、イオンプレーティング等の比較的高エネルギーの粒子を発生させる方法が使用されるので、下層にある電子注入用電極や発光層等にダメージを与え、その結果、素子特性が劣化するおそれがある。   In view of this, a configuration of a display device employing a TFT (top emission method) in which light from the organic EL element is extracted from above the TFT and the organic EL element formed on the substrate has been proposed. In the top emission method, it is possible to prevent the problem of the aperture ratio. However, in this method, the upper electrode (cathode) of the organic EL element must first have light transmittance. Second, in order to efficiently inject electrons into the light emitting layer, the upper electrode needs to be formed of a material having a small work function. Third, as will be described in detail below, it is necessary to suppress damage to the lower layer due to the upper electrode fabrication process as much as possible. The upper electrode usually has a laminated structure of an electron injection electrode made of a metal film that is sufficiently thin so as to transmit light and a transparent conductive film formed on the electron injection electrode. The transparent conductive film is provided to protect the electron injection electrode, which is a thin metal film, and to reduce wiring resistance. For the formation of this transparent conductive film, a method of generating relatively high energy particles such as sputtering and ion plating is usually used, so that the electron injection electrode and the light emitting layer in the lower layer are damaged, As a result, device characteristics may be deteriorated.

そのような上部電極の構成は従来から種々提案されている。それらの従来の構成は、基本的には、ボトムエミッション方式で良好な特性を実現できる陰極材料や電子注入材料をできるだけそのままトップエミッション方式に転用し、かつそれらの材料から形成される電極層の厚さを小さくすることにより、透光性を実現しようというコンセプトに基づいて考え出されたものである。   Various configurations of such an upper electrode have been conventionally proposed. These conventional configurations basically use cathode materials and electron injection materials that can achieve good characteristics in the bottom emission method as they are in the top emission method as much as possible, and the thickness of the electrode layer formed from these materials. It was devised based on the concept of realizing translucency by reducing the size.

例えば、特許文献2には、ボトムエミッション方式の有機EL素子における陰極材料の1つであるMgとAgとの合金(特許文献1など)を、トップエミッション方式の上部電極に用いることが開示されている。特許文献2の低分子型有機EL素子は、低分子発光層の上に、厚さの十分小さい(10nm)金属層(Mg−Ag層)および透明導電層(IZO層)をこの順に備えている。また、特許文献3には、電子注入層および非晶質透明導電膜の積層構造を有する上部電極を備えた、トップエミッション方式の低分子型有機EL素子が開示されている。   For example, Patent Document 2 discloses that an alloy of Mg and Ag (such as Patent Document 1), which is one of cathode materials in a bottom emission type organic EL element, is used for a top emission type upper electrode. Yes. The low molecular weight organic EL element of Patent Document 2 includes a metal layer (Mg—Ag layer) having a sufficiently small thickness (10 nm) and a transparent conductive layer (IZO layer) in this order on a low molecular light emitting layer. . Patent Document 3 discloses a top emission type low molecular organic EL element including an upper electrode having a laminated structure of an electron injection layer and an amorphous transparent conductive film.

しかしながら、上記特許文献2および3はいずれも、低分子型有機EL素子を用いる場合の上部電極の構成に関するものである。上述したように、高分子型有機EL素子と低分子型有機EL素子とでは、良好な特性を与える電極構成や電極材料が異なるため、高分子型有機EL素子に有用な上部電極の構成を別個に検討する必要がある。   However, both of Patent Documents 2 and 3 above relate to the structure of the upper electrode in the case of using a low molecular organic EL element. As described above, the polymer organic EL element and the low molecular organic EL element have different electrode configurations and electrode materials that give good characteristics. Therefore, the configuration of the upper electrode useful for the polymer organic EL element is different. It is necessary to consider.

また、上記特許文献の電極構成には以下のような問題もある。   Further, the electrode configuration of the above-mentioned patent document has the following problems.

透明導電膜として、透光性、抵抗率の観点からインジウム錫酸化物(ITO)またはインジウム亜鉛酸化物(IZO)を主成分として含む酸化物導電層を用いているが、ITOやIZOからなる良好な酸化物導電層は、成膜装置内に酸素ガスを導入しながら形成されることが一般的である。一方、上部電極は有機EL層に電子を注入するための金属層を有しており、そのような金属層の材料としては、電子の注入効率を向上させるために仕事関数の小さい金属(以下、「低仕事関数金属」という)、例えばマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、バリウム(Ba)等のアルカリ土類金属、アルカリ金属、インジウム(In)、あるいはこれらの金属を含む合金を用いることが多い。そのため、低仕事関数金属からなる金属層を形成し、これを下地として酸化物導電層を形成する場合、成膜装置内に導入される酸素ガスによって、低仕事関数金属が酸化されやすく、その結果、素子特性を劣化させるという問題点がある。また、酸素ガスを導入せずに、Arガスのみを成膜装置内に導入しながら酸化物導電層を形成する場合でも、酸化物導電層に含まれる酸素によって低仕事関数金属が酸化されるため、素子特性が低下する可能性がある。   As the transparent conductive film, an oxide conductive layer containing indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO) as a main component is used from the viewpoint of translucency and resistivity, but it is made of ITO or IZO. Such an oxide conductive layer is generally formed while oxygen gas is introduced into a film forming apparatus. On the other hand, the upper electrode has a metal layer for injecting electrons into the organic EL layer, and as a material for such a metal layer, a metal having a small work function (hereinafter referred to as the following) in order to improve the electron injection efficiency. For example, an alkaline earth metal such as magnesium (Mg), calcium (Ca), barium (Ba), alkali metal, indium (In), or an alloy containing these metals is used. Many. Therefore, when a metal layer made of a low work function metal is formed and an oxide conductive layer is formed using the metal layer as a base, the low work function metal is easily oxidized by the oxygen gas introduced into the film forming apparatus. There is a problem of deteriorating element characteristics. Even when the oxide conductive layer is formed while introducing only Ar gas into the deposition apparatus without introducing oxygen gas, the low work function metal is oxidized by oxygen contained in the oxide conductive layer. There is a possibility that the device characteristics may deteriorate.

従って、特に低仕事関数金属からなる金属層の上にITOなどの酸化物導電層を形成する場合において、金属層の酸化が問題になるが、形成の順序に拘らず、金属層が酸化物導電層と接していると、金属層が酸化されることに伴う特性または信頼性の低下の問題がある。このような金属層の酸化に関する問題は、金属層の材料として、より小さい仕事関数を有する金属を用いる高分子型有機EL素子の場合に、特に深刻である。
特許第2814435号公報 特開2001−85163号公報 特開平10−162959号公報 Shang-Li Chen et al. IDW '01, p.399
Therefore, particularly when an oxide conductive layer such as ITO is formed on a metal layer made of a low work function metal, oxidation of the metal layer becomes a problem. However, regardless of the order of formation, the metal layer is oxide conductive. When in contact with the layer, there is a problem of deterioration in characteristics or reliability due to oxidation of the metal layer. Such a problem relating to the oxidation of the metal layer is particularly serious in the case of a polymer organic EL element using a metal having a smaller work function as the material of the metal layer.
Japanese Patent No. 2814435 JP 2001-85163 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-162959 Shang-Li Chen et al. IDW '01, p.399

本発明の目的は、金属層および酸化物導電層を有する陰極を用いた有機EL素子において、有機EL素子の発光効率および信頼性を向上させることにある。   An object of the present invention is to improve the light emission efficiency and reliability of an organic EL element in an organic EL element using a cathode having a metal layer and an oxide conductive layer.

本発明の有機EL素子は、陽極と、透光性を有する陰極と、前記陽極と前記陰極との間に形成され、少なくとも発光層を含む有機EL層とを備え、前記陰極は、第1の金属および低仕事関数金属を含む金属層と、酸化物導電層とを前記有機EL層側からこの順に有し、前記低仕事関数金属の仕事関数は、前記第1の金属の仕事関数よりも小さく、前記金属層は、前記有機EL層側の第1表面および前記酸化物導電層側の第2表面を有し、前記第1表面における前記低仕事関数金属の濃度は、前記第2表面における前記低仕事関数金属の濃度よりも大きい。   The organic EL device of the present invention includes an anode, a light-transmitting cathode, and an organic EL layer that is formed between the anode and the cathode and includes at least a light-emitting layer. A metal layer including a metal and a low work function metal, and an oxide conductive layer are provided in this order from the organic EL layer side, and the work function of the low work function metal is smaller than the work function of the first metal. The metal layer has a first surface on the organic EL layer side and a second surface on the oxide conductive layer side, and the concentration of the low work function metal on the first surface is the second surface. Greater than the concentration of the low work function metal.

前記第2表面における前記低仕事関数金属の濃度は、30質量%以下であることが好ましい。   The concentration of the low work function metal on the second surface is preferably 30% by mass or less.

前記第1表面における前記低仕事関数金属の濃度は、5質量%以上50質量%以下であることが好ましい。   The concentration of the low work function metal on the first surface is preferably 5% by mass or more and 50% by mass or less.

前記金属層の厚さは0.5nm以上20nm以下である、請求項1から3のいずれかに記載の有機EL素子。   The organic EL element according to any one of claims 1 to 3, wherein a thickness of the metal layer is 0.5 nm or more and 20 nm or less.

前記第1の金属は、Ni、Os、Pt、Pd、Al、AuおよびRhからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属を含んでもよい。また、前記低仕事関数金属は、Ca、Ba、LiおよびCsからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属を含んでもよい。   The first metal may include at least one metal selected from the group consisting of Ni, Os, Pt, Pd, Al, Au, and Rh. The low work function metal may include at least one metal selected from the group consisting of Ca, Ba, Li, and Cs.

前記有機EL素子はトップエミッション型であってもよい。   The organic EL element may be a top emission type.

前記発光層は高分子発光材料を含んでもよい。   The light emitting layer may include a polymer light emitting material.

前記酸化物導電層は、酸素ガスを含むスパッタガスを用いてスパッタリングによって形成されたものであってもよい。   The oxide conductive layer may be formed by sputtering using a sputtering gas containing oxygen gas.

本発明の表示装置は、上記のいずれかの有機EL素子と、前記有機EL素子と電気的に接続された薄膜トランジスタとを備える。   A display device of the present invention includes any one of the organic EL elements described above and a thin film transistor electrically connected to the organic EL element.

本発明によれば、陰極を構成する金属層の有機EL層側表面における仕事関数を小さく保ちつつ、金属層に含まれる低仕事関数金属の酸化を抑制できるので、良好な電子注入効率を有する陰極を形成できる。その結果、有機EL素子の発光効率を向上できる。また、有機EL素子の特性の劣化を抑制できるので、有機EL素子の信頼性を向上できる。   According to the present invention, the work function on the surface of the organic EL layer side of the metal layer constituting the cathode can be kept small, and the oxidation of the low work function metal contained in the metal layer can be suppressed, so that the cathode having good electron injection efficiency. Can be formed. As a result, the light emission efficiency of the organic EL element can be improved. Moreover, since the deterioration of the characteristic of an organic EL element can be suppressed, the reliability of an organic EL element can be improved.

ボトムエミッション方式の高分子型有機EL素子における上部電極(すなわち陰極)には、CaまたはBaと、AgまたはAlとの積層構造がしばしば用いられる。あるいは、LiFとCaとを積層し、その上にさらにAgまたはAlを積層した構造が用いられる。上述したような「ボトムエミッション方式における好適な上部陰極の構成をトップエミッション方式に転用する」という従来のコンセプトに従えば、トップエミッション型の高分子型有機EL素子の好適な上部電極の構造として、次のような構造が考えられる。構造例の1つは、CaまたはBaの上に、AgまたはAlの代わりにITOまたはIZOを積層した構造である。また、他の構造例は、CaまたはBaと、AgまたはAlとの積層構造の上に、ITOやIZOを形成した構造である。本発明者らは、これらの構造例の電極を、各層の作製条件などを変えながら種々形成したが、発光効率に優れた高分子型有機EL素子は得られなかった。   A laminated structure of Ca or Ba and Ag or Al is often used for the upper electrode (that is, the cathode) in the bottom emission type polymer organic EL element. Alternatively, a structure in which LiF and Ca are laminated and Ag or Al is further laminated thereon is used. In accordance with the conventional concept of “converting the configuration of a suitable upper cathode in the bottom emission method to the top emission method” as described above, as the structure of a suitable upper electrode of the top emission type polymer organic EL element, The following structure is conceivable. One example of the structure is a structure in which ITO or IZO is laminated on Ca or Ba instead of Ag or Al. Another structural example is a structure in which ITO or IZO is formed on a laminated structure of Ca or Ba and Ag or Al. The inventors of the present invention formed various electrodes of these structural examples while changing the production conditions of each layer, but a polymer type organic EL device having excellent luminous efficiency could not be obtained.

そこで、本発明者らは、「ボトムエミッション方式における好適な上部陰極の構成をトップエミッション方式に転用する」という従来の技術常識にとらわれず、種々の電極材料および構成について様々な角度から検討を行った。その結果、高分子型有機EL素子に適用可能な、極めて有用な陰極の構成を見出した。   Therefore, the present inventors have examined various electrode materials and configurations from various angles without being bound by the conventional common sense that “the preferred top cathode configuration in the bottom emission method is diverted to the top emission method”. It was. As a result, the present inventors have found a very useful cathode configuration that can be applied to a polymer organic EL element.

(実施形態1)
以下、図面を参照しながら、本発明による有機EL素子の第1の実施形態を説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a first embodiment of an organic EL element according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に示す有機EL素子100は、基板1の上に順次形成された陽極2と、有機EL層9と、陰極5とを有している。有機EL層9は、少なくとも発光層4を有していればよく、単層であっても積層構造を有していてもよい。なお、本実施形態では、有機EL層9は、正孔注入層3および発光層4を基板1の側から順に有している。本実施形態の有機EL素子100では、発光層4からの光は陰極5の上方から取り出される(トップエミッション型)ため、陰極5は透光性を有している。陰極5は、有機EL層9の上に、金属層6と、酸化物を含む酸化物導電層7をこの順で積層した構造を有している。金属層6は、第1の金属および、第1の金属の仕事関数よりも小さい仕事関数を有する低仕事関数金属を含んでいる。また、金属層6の有機EL層9の側の表面(以下、「第1表面」と呼ぶことにする)における低仕事関数金属の濃度は、金属層6の酸化物導電層7の側の表面(以下、「第2表面」と呼ぶことにする)における低仕事関数金属の濃度よりも大きい。   An organic EL element 100 shown in FIG. 1 includes an anode 2, an organic EL layer 9, and a cathode 5 that are sequentially formed on a substrate 1. The organic EL layer 9 only needs to have at least the light emitting layer 4, and may be a single layer or a laminated structure. In the present embodiment, the organic EL layer 9 has the hole injection layer 3 and the light emitting layer 4 in this order from the substrate 1 side. In the organic EL element 100 of the present embodiment, the light from the light emitting layer 4 is extracted from above the cathode 5 (top emission type), so the cathode 5 has translucency. The cathode 5 has a structure in which a metal layer 6 and an oxide conductive layer 7 containing an oxide are stacked in this order on an organic EL layer 9. The metal layer 6 includes a first metal and a low work function metal having a work function smaller than that of the first metal. The concentration of the low work function metal on the surface of the metal layer 6 on the organic EL layer 9 side (hereinafter referred to as “first surface”) is the surface of the metal layer 6 on the oxide conductive layer 7 side. (Hereinafter referred to as the “second surface”) is greater than the concentration of the low work function metal.

有機EL素子100では、低仕事関数金属を含む金属層6を用いて陰極5を構成しているので、陰極5の仕事関数を十分に小さくでき、従って、有機EL層9に効率よく電子を注入できる。また、金属層6は、低仕事関数金属のみからなる金属層ではなく、低仕事関数金属以外に第1の金属を含有していること、かつ、金属層6の第2表面では、低仕事関数金属の濃度が低く抑えられていることにより、酸化物導電層7の形成時における低仕事関数金属の酸化を効果的に抑制できる。そのため、低仕事関数金属の酸化に起因する有機EL素子の発光効率の低下を抑えることができる。本明細書では、「発光効率」は、有機EL素子に入力した電力に対する取り出し光の輝度(光束)とする。   In the organic EL element 100, since the cathode 5 is formed using the metal layer 6 containing a low work function metal, the work function of the cathode 5 can be made sufficiently small. Therefore, electrons are efficiently injected into the organic EL layer 9. it can. In addition, the metal layer 6 is not a metal layer made of only a low work function metal, but contains a first metal in addition to the low work function metal, and the second surface of the metal layer 6 has a low work function. Since the metal concentration is kept low, the oxidation of the low work function metal during the formation of the oxide conductive layer 7 can be effectively suppressed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in light emission efficiency of the organic EL element due to oxidation of the low work function metal. In this specification, “light emission efficiency” is the luminance (light flux) of extracted light with respect to the electric power input to the organic EL element.

発光効率の低下を抑制できれば、要求される輝度を実現するために有機EL素子に入力される電力を小さくできる。そのため、有機EL素子に印加する電流または電圧を低減できるので、有機EL素子の劣化を抑制でき、その結果、有機EL素子の信頼性を向上できる。また、有機EL素子を形成した後においても、金属層6に含まれる低仕事関数金属は、酸化物導電層7の近傍に少ないことから、酸化物導電層7に含まれる酸素によって酸化され難い。そのため、金属層6の抵抗が増大することや電子の注入効率の低下による有機EL素子の劣化を抑えることができ、有機EL素子の信頼性を向上できる。   If the decrease in light emission efficiency can be suppressed, the power input to the organic EL element can be reduced in order to achieve the required luminance. Therefore, since the current or voltage applied to the organic EL element can be reduced, deterioration of the organic EL element can be suppressed, and as a result, the reliability of the organic EL element can be improved. Further, even after the organic EL element is formed, since the low work function metal contained in the metal layer 6 is small in the vicinity of the oxide conductive layer 7, it is difficult to be oxidized by oxygen contained in the oxide conductive layer 7. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the organic EL element due to the increase in the resistance of the metal layer 6 and the decrease in the electron injection efficiency, and the reliability of the organic EL element can be improved.

金属層6の第1表面における低仕事関数金属の濃度は、十分な電子注入効率を確保するためには、5質量%以上であれることが好ましい。一方、金属層6の第1表面における低仕事関数金属の濃度が50質量%以下であれば、低仕事関数金属の酸化をより確実に抑制できるので好ましい。   The concentration of the low work function metal on the first surface of the metal layer 6 is preferably 5% by mass or more in order to ensure sufficient electron injection efficiency. On the other hand, if the concentration of the low work function metal on the first surface of the metal layer 6 is 50% by mass or less, it is preferable because the oxidation of the low work function metal can be more reliably suppressed.

金属層6の第2表面における低仕事関数金属の濃度は、30質量%以下であることが好ましい。これにより、低仕事関数金属の酸化をより確実に抑制できる。第2表面における低仕事関数金属の濃度は実質的にゼロであってもよい。   The concentration of the low work function metal on the second surface of the metal layer 6 is preferably 30% by mass or less. Thereby, oxidation of a low work function metal can be suppressed more reliably. The concentration of the low work function metal at the second surface may be substantially zero.

このように、金属層6のうち有機EL層9に近い部分に、より高い濃度で低仕事関数金属を存在させることにより、特に高分子発光材料を有する発光層4に対して好適に用いられるCaやBaなどの非常に活性であり酸化され易い電極金属の酸化を効果的に抑えることができる。そのため、良好な特性を示す有機EL素子、特に高分子型有機EL素子を提供できる。   In this way, by allowing the low work function metal to exist at a higher concentration in the portion close to the organic EL layer 9 in the metal layer 6, it is preferable to use Ca that is preferably used for the light emitting layer 4 having a polymer light emitting material. It is possible to effectively suppress oxidation of electrode metals such as Ba and Ba which are very active and easily oxidized. Therefore, it is possible to provide an organic EL element exhibiting good characteristics, particularly a polymer type organic EL element.

金属層6が十分な電子注入効率を有するためには、金属層6の厚さは0.5nm以上であることが好ましい。また、金属層6の厚さは20nm以下であることが好ましい。金属層6の厚さが20nm以下であれば、金属層6による有機EL層からの光の吸収率を十分に小さくできるので、透明な有機ELパネルやトップエミッション構造の有機ELパネルが実現可能となる。   In order for the metal layer 6 to have sufficient electron injection efficiency, the thickness of the metal layer 6 is preferably 0.5 nm or more. The thickness of the metal layer 6 is preferably 20 nm or less. If the thickness of the metal layer 6 is 20 nm or less, since the light absorption rate from the organic EL layer by the metal layer 6 can be sufficiently reduced, a transparent organic EL panel or an organic EL panel having a top emission structure can be realized. Become.

本実施形態における第1の金属は、金属層6のホスト金属として用いることができる。金属層6に含まれる第1の金属は、Ni、Os、Pt、Pd、Al、AuおよびRhからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属を含むことが好ましい。これらの金属は安定であり、また、これらの金属から形成された膜は、厚さが小さくても島状構造をとりにくく、被覆性に優れ、かつ低仕事関数金属の酸化を防止する効果に優れているため、高効率の有機EL素子を実現できる。なお、本明細書では、「島状構造をとらない」膜は、一般的に連続した膜を広く含むものとし、例えば、ピンホールなどを有する膜やポーラスな膜であってもよい。   The first metal in the present embodiment can be used as the host metal of the metal layer 6. The first metal contained in the metal layer 6 preferably contains at least one metal selected from the group consisting of Ni, Os, Pt, Pd, Al, Au, and Rh. These metals are stable, and films formed from these metals are less likely to have an island-like structure even with a small thickness, have excellent coverage, and prevent oxidation of low work function metals. Since it is excellent, a highly efficient organic EL element can be realized. In this specification, a film that does not have an island-like structure generally includes a wide range of continuous films, and may be, for example, a film having pinholes or a porous film.

金属層6に含まれる低仕事関数金属は、Ca、Ba、LiおよびCsからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属を含むことが好ましい。これらの金属の仕事関数は、4.0eV以下と小さいので、これらの金属を含む金属層6を構成すると、特に高分子型発光材料を用いた有機EL層に効率よく電子を注入できる。   The low work function metal contained in the metal layer 6 preferably contains at least one metal selected from the group consisting of Ca, Ba, Li and Cs. Since the work function of these metals is as small as 4.0 eV or less, when the metal layer 6 containing these metals is formed, electrons can be efficiently injected particularly into the organic EL layer using the polymer light emitting material.

陰極5は、金属層6および酸化物導電層7を少なくとも1層ずつ含んでいればよく、各層は積層構造を有していてもよい。また、これらの層と機能の異なる他の層をさらに含んでいてもよい。ただし、電子を有機EL層に効率よく注入するためには、金属層6は有機EL層9と接していることが望ましい。   The cathode 5 only needs to include at least one metal layer 6 and one oxide conductive layer 7, and each layer may have a laminated structure. Further, other layers having different functions from these layers may be further included. However, in order to efficiently inject electrons into the organic EL layer, the metal layer 6 is preferably in contact with the organic EL layer 9.

有機EL素子100では、金属層6の第2表面を下地として酸化物導電層7が形成されるが、金属層6と酸化物導電層7との間に、金属層6の酸化を防止する保護用のキャップ層を設けてもよい。好ましくは、保護用のキャップ層を設けず、金属層6の第2表面に接するように酸化物導電層7を設ける。本実施形態では、低仕事関数金属は母材となる金属(Al)と合金を構成しており、また金属層の第2表面における低仕事関数金属(Ca)の濃度が低く制御されているので、キャップ層を設けなくても、すなわち第2表面に低仕事関数金属が露出していても、低仕事関数金属の酸化を十分に抑制できる。また、キャップ層を設けなければ、キャップ層における光の吸収によって取り出し光の明るさが低下するという問題や、キャップ層を形成する工程の追加によって製造プロセスが複雑になり、製造コストが増大するといった問題を防止できる。   In the organic EL element 100, the oxide conductive layer 7 is formed with the second surface of the metal layer 6 as a base, but protection is provided to prevent oxidation of the metal layer 6 between the metal layer 6 and the oxide conductive layer 7. A cap layer may be provided. Preferably, the oxide conductive layer 7 is provided so as to be in contact with the second surface of the metal layer 6 without providing a protective cap layer. In the present embodiment, the low work function metal constitutes an alloy with the metal (Al) as a base material, and the concentration of the low work function metal (Ca) on the second surface of the metal layer is controlled to be low. Even if the cap layer is not provided, that is, even when the low work function metal is exposed on the second surface, the oxidation of the low work function metal can be sufficiently suppressed. Moreover, if the cap layer is not provided, the problem that the brightness of the extracted light decreases due to light absorption in the cap layer, and the manufacturing process becomes complicated due to the addition of the step of forming the cap layer, which increases the manufacturing cost. You can prevent problems.

本実施形態の有機EL素子を、アクティブマトリクス基板の上に形成することにより、表示特性に優れたアクティブマトリクス方式の表示装置を構成できる。   By forming the organic EL element of this embodiment on an active matrix substrate, an active matrix display device having excellent display characteristics can be configured.

有機EL層9は、高分子材料を用いた溶液から形成された有機層を含んでいてもよい。これにより、印刷法やインクジェット法等の真空を用いない薄膜形成法を使用できるので、より低いコストで有機EL素子を作製できる。   The organic EL layer 9 may include an organic layer formed from a solution using a polymer material. Thereby, since the thin film formation method which does not use vacuum, such as a printing method and an inkjet method, can be used, an organic EL element can be produced at lower cost.

有機EL層9における発光層4は、単層構造を有していても多層構造を有していても良い。また、発光層4は、母体材料にドーパントをドープした層であってもよい。   The light emitting layer 4 in the organic EL layer 9 may have a single layer structure or a multilayer structure. The light emitting layer 4 may be a layer in which a base material is doped with a dopant.

本実施形態における有機EL層9は、図1に示すように、正孔注入層3および発光層4を陽極2の側からこの順に有しているが、有機EL層9の構成は、図1に示す構成に限定されない。例えば、有機EL層9は、以下のような構成を有することができる。
(1)有機発光層
(2)正孔輸送層/有機発光層
(3)有機発光層/電子輸送層
(4)正孔輸送層/有機発光層/電子輸送層
(5)正孔注入層/正孔輸送層/有機発光層/電子輸送層
有機EL層9に含まれる発光層4は、一層でもよいし、多層構造を有していてもよい。
As shown in FIG. 1, the organic EL layer 9 in this embodiment has the hole injection layer 3 and the light emitting layer 4 in this order from the anode 2 side. The configuration of the organic EL layer 9 is as shown in FIG. It is not limited to the configuration shown in FIG. For example, the organic EL layer 9 can have the following configuration.
(1) Organic light emitting layer (2) Hole transport layer / organic light emitting layer (3) Organic light emitting layer / electron transport layer (4) Hole transport layer / organic light emitting layer / electron transport layer (5) Hole injection layer / Hole transport layer / organic light emitting layer / electron transport layer The light emitting layer 4 contained in the organic EL layer 9 may be a single layer or may have a multilayer structure.

発光層4に含まれる発光材料は、高分子材料でもよいし、低分子材料でもよく、有機LED素子用の公知の発光材料を用いることができる。公知の発光材料は、低分子発光材料、高分子発光材料、高分子発光材料の前駆体等に分類することができる。それぞれの発光材料の具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらに限定されない。   The light emitting material contained in the light emitting layer 4 may be a polymer material or a low molecular material, and a known light emitting material for an organic LED element can be used. Known light emitting materials can be classified into low molecular light emitting materials, polymer light emitting materials, precursors of polymer light emitting materials, and the like. Specific compounds of the respective light emitting materials are exemplified below, but the present invention is not limited thereto.

低分子発光材料として、4、4’―ビス(2、2’―ジフェニルビニル)―フェニル((DPVBi)等の芳香族ジメチルジエン化合物、5―メチル−2―[2―[4―(5―メチル−2―ベンゾオキサジリル)フェニル]ビニル]ベンゾオキサゾール等のオキサジアゾール化合物、3―(4―ビフェニリル)―4―フェニル−5―t―ブチルフェニルー1、2、4―トリアゾール(TZA)等のトリアゾール化合物、1、4―ビス(2―メチスチリル)ベンゼン等のスチリルベゼン化合物、チオビラジンジオキシド誘導体、ベンゾキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、アントラキノン誘導体等の蛍光性有機材料、アゾメチン亜鉛錯体、(8―ヒドロキシノリナート)アルミニウム錯体等の蛍光性有機金属化合物等を用いることができる。   As low molecular weight light emitting materials, aromatic dimethyldiene compounds such as 4,4′-bis (2,2′-diphenylvinyl) -phenyl ((DPVBi)), 5-methyl-2- [2- [4- (5- Oxadiazole compounds such as methyl-2-benzoxaziryl) phenyl] vinyl] benzoxazole, 3- (4-biphenylyl) -4-phenyl-5-t-butylphenyl-1,2,4-triazole (TZA) ) And other triazole compounds, styryl bezene compounds such as 4-bis (2-methystyryl) benzene, fluorescent organic materials such as thiovirazine dioxide derivatives, benzoquinone derivatives, naphthoquinone derivatives, anthraquinone derivatives, azomethine zinc complexes, (8- Fluorescent organometallic compounds such as hydroxynolinato) aluminum complexes can be used.

高分子発光材料としては、ポリ(2―デシルオキシー1、4―フェニレン)(DO−PPP)、ポリ[2、5―ビス−[2―(N,N,N−トリエチルアンモニウム)エトキシ]―1、4―フェニルーアルト−1、4―フェニルレン]ジブロマイド(PPP−NEt3+)、ポリ[2―(2'―エチルヘキシルオキシ)―5―メトキシー1、4―フェニレンビニレン](MEH−PPV)等を用いることができる。 Polymer light-emitting materials include poly (2-decyloxy-1,4-phenylene) (DO-PPP), poly [2,5-bis- [2- (N, N, N-triethylammonium) ethoxy] -1 4-phenyl-alt-1,4-phenyllene] dibromide (PPP-NEt 3+ ), poly [2- (2′-ethylhexyloxy) -5-methoxy-1,4-phenylenevinylene] (MEH-PPV) ) Etc. can be used.

また、高分子発光材料の前駆体として、ポリ(P−フェニレンビニレン)前駆体(Pre−PPV)、ポリ(P−ナフタレンビニレン)前駆体(Pre−PNV)等を用いることができる。   Moreover, a poly (P-phenylene vinylene) precursor (Pre-PPV), a poly (P-naphthalene vinylene) precursor (Pre-PNV), etc. can be used as a precursor of the polymer light emitting material.

発光層4は、公知の方法で形成できる。例えば、直接真空蒸着法、EB法、MBE法等のドライプロセスを用いて、有機発光材料を堆積させることにより、発光層を形成できる。代わりに、有機発光材料を含む有機発光層形成用溶液を、スピンコート法、ドクターブレード法、吐出コート法、スプレーコート法、インクジェット法、凸版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法、マイクログラビアコート法等のウェットプロセスを用いて付与することにより、発光層を形成してもよい。   The light emitting layer 4 can be formed by a known method. For example, the light emitting layer can be formed by depositing an organic light emitting material using a dry process such as a direct vacuum evaporation method, an EB method, or an MBE method. Instead, a solution for forming an organic light emitting layer containing an organic light emitting material is applied to a spin coating method, a doctor blade method, a discharge coating method, a spray coating method, an ink jet method, a relief printing method, an intaglio printing method, a screen printing method, a micro gravure coating. The light emitting layer may be formed by applying using a wet process such as a method.

ウェットプロセスを用いる場合、有機発光層形成用溶液は、少なくとも1種類の発光材料を含有する溶液であればよく、2種類以上の発光材料を含有していてもよい。また、発光材料の他にレベリング剤、発光アシスト剤、添加剤(ドナー、アクセプター等)電荷輸送剤、発光性のドーパント等を含んでいてもよい。また、有機発光層形成用溶液の溶剤は、発光材料を溶解または分散できる溶剤であれば良く、例えば、純水、メタノール、エタノール、THF(テトラヒドロフラン)、クロロホルム、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン等であってもよい。   In the case of using a wet process, the organic light emitting layer forming solution may be a solution containing at least one kind of light emitting material, and may contain two or more kinds of light emitting materials. Further, in addition to the light emitting material, a leveling agent, a light emission assisting agent, an additive (donor, acceptor, etc.), a charge transport agent, a light emitting dopant, and the like may be included. Further, the solvent of the organic light emitting layer forming solution may be any solvent that can dissolve or disperse the light emitting material, such as pure water, methanol, ethanol, THF (tetrahydrofuran), chloroform, toluene, xylene, trimethylbenzene and the like. May be.

正孔輸送層および電子輸送層(合わせて「電荷輸送層」と呼ぶ)は、それぞれ単層構造を有していても良いし、多層構造を有していても良い。電荷輸送層は、例えば発光層の形成方法として上述したような公知の方法(ドライプロセス、ウェットプロセス)で形成できる。ウェットプロセスで電荷輸送層を形成する場合、電荷輸送層形成用溶液の溶剤は、電荷輸送材料を溶解または分散できる溶剤であれば良く、発光層形成用溶液の溶剤として上記に例示したような溶剤であってもよい。   Each of the hole transport layer and the electron transport layer (collectively referred to as “charge transport layer”) may have a single layer structure or a multilayer structure. The charge transport layer can be formed, for example, by a known method (dry process, wet process) as described above as a method for forming the light emitting layer. When the charge transport layer is formed by a wet process, the solvent of the charge transport layer forming solution may be any solvent that can dissolve or disperse the charge transport material, and the solvent exemplified above as the solvent of the light emitting layer forming solution. It may be.

電荷輸送層に含まれる電荷輸送材料として、公知の材料を用いることができる。以下にこれらの具体的な化合物を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。   As the charge transport material contained in the charge transport layer, a known material can be used. Although these specific compounds are shown below, this invention is not limited to this.

正孔輸送層に含まれる正孔輸送材料として、例えば、ポルフィリン化合物、N,N’−ビス−(3−メチルフェニル)−N,N’−ビス−(フェニル)−ベンジジン(TPD)、N,N’−ジ(ナフタレン−1−イル)−N,N’−ジフェニル−ベンジジン(NPD)等の芳香族第3級アミン化合物、ヒドラゾン化合物、キナクリドン化合物、スチルアミン化合物等の低分子材料、ポリアニリン、3,4−ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンサルフォネート(PEDT/PSS)、ポリ(トリフェニルアミン誘導体)、ポリビニルカルバゾール(PVCz)等の高分子材料、ポリ(P−フェニレンビニレン)前駆体、ポリ(P−ナフタレンビニレン)前駆体等の高分子材料前駆体を用いることができる。   Examples of hole transport materials contained in the hole transport layer include porphyrin compounds, N, N′-bis- (3-methylphenyl) -N, N′-bis- (phenyl) -benzidine (TPD), N, Aromatic tertiary amine compounds such as N′-di (naphthalen-1-yl) -N, N′-diphenyl-benzidine (NPD), low molecular materials such as hydrazone compounds, quinacridone compounds and stilamine compounds, polyaniline, 3 , 4-polyethylenedioxythiophene / polystyrene sulfonate (PEDT / PSS), poly (triphenylamine derivative), polyvinylcarbazole (PVCz) and other polymer materials, poly (P-phenylene vinylene) precursor, poly (P A polymer material precursor such as a (naphthalene vinylene) precursor can be used.

電子輸送層に含まれる電子輸送材料として、例えば、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ベンゾキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、フルオレノン誘導体等の低分子材料、ポリ[オキサジアゾール]等の高分子材料を用いることができる。   As an electron transport material included in the electron transport layer, for example, a low molecular material such as an oxadiazole derivative, a triazole derivative, a benzoquinone derivative, a naphthoquinone derivative, or a fluorenone derivative, or a polymer material such as poly [oxadiazole] is used. it can.

陽極および陰極2、5は、以下に例示するような電極材料から形成できる。   The anode and the cathodes 2 and 5 can be formed from electrode materials as exemplified below.

陽極(陽極)2は、例えば、Au,Ni,Ptのような仕事関数の大きな金属材料やITO,IZO,SnO2のような導電性金属酸化物などの電極材料からなる層であっても良い。また、上記電極材料からなる層を含む多層構造を有していても良い。例えば、陽極2は、上記電極材料からなる層の有機EL層9の側に、この層の導電性を大きく妨げない程度の厚さ(例えば1nm程度)のSiO2層を設けた構造であってもよい。SiO2層の表面は、有機発光層形成用溶液や電荷輸送層形成用溶液との親和性(濡れ性)に優れているため、SiO2層の付加によって、陽極2と有機EL層9との密着性を向上できる。 The anode (anode) 2 may be a layer made of an electrode material such as a metal material having a large work function such as Au, Ni or Pt or a conductive metal oxide such as ITO, IZO or SnO 2. . Moreover, you may have a multilayer structure containing the layer which consists of the said electrode material. For example, the anode 2 has a structure in which an SiO 2 layer having a thickness (for example, about 1 nm) is provided on the organic EL layer 9 side of the layer made of the above electrode material so as not to greatly hinder the conductivity of this layer. Also good. Since the surface of the SiO 2 layer is excellent in affinity (wetting property) with the organic light emitting layer forming solution and the charge transport layer forming solution, the addition of the SiO 2 layer causes the anode 2 and the organic EL layer 9 to be in contact with each other. Adhesion can be improved.

陰極5の金属層6に含まれる低仕事関数金属として、Ca、Ce、Yb、Cs、Rb、Sr、Ba、Al、MgとAgとの合金、AlとLiとの合金等を用いることができる。このうち、仕事関数が4.0eV以下であるCa、Ce、Cs、Rb、Sr、Ba、Mg、Liを用いると、高い電子注入効率が得られる。高分子発光材料の発光層4を形成する場合には、低仕事関数金属として、Ca、Baが好適に用いられる。この低仕事関数金属をホスト金属(第1の金属)にドープすることにより、金属層6を形成することができる。第1の金属としては、化学的に比較的安定な金属、例えばNi、Os、Pt、Pd、Al、Au、Rhを用いて形成されることが好ましい。これにより、金属層6に含まれる低仕事関数金属の酸化を抑制するだけでなく、金属層6自体が酸化されないので、陰極5の劣化を抑制できる。また、金属層6は、可視光全域に亘って約10%以上の透過率を有することが好ましい。例えば、電子ビーム蒸着法によって合成石英基板上に形成したNi膜(厚さ:35nm)は、可視光全域に渡って約10%の透過率を示し、かつ、走査電顕による表面モフォロジ観測では島状形状を示さないことから、被覆性にも優れていることが確認された。上記の他の材料からなる膜も、程度の差は有るものの、良好な透過率および被覆性を有することが確認された。なお、島状構造をとらない膜を形成するためには、形成方法や膜厚にもよるが、島状構造となりにくい金属材料をホスト金属として選択することが好ましい。例えばNi、Al等をホスト金属として用いると、厚さが小さくても島状構造をとらない膜を形成できることを上述の実験で確認している。また、一般に薄膜コーティングに用いられる材料(Os、Pd等)も島状構造となりにくい材料であるため、上記金属層6のホスト金属として用いることができる。   As the low work function metal contained in the metal layer 6 of the cathode 5, Ca, Ce, Yb, Cs, Rb, Sr, Ba, Al, an alloy of Mg and Ag, an alloy of Al and Li, or the like can be used. . Among these, when Ca, Ce, Cs, Rb, Sr, Ba, Mg, and Li having a work function of 4.0 eV or less are used, high electron injection efficiency can be obtained. When forming the light emitting layer 4 of the polymer light emitting material, Ca and Ba are preferably used as the low work function metal. The metal layer 6 can be formed by doping the low work function metal into the host metal (first metal). The first metal is preferably formed using a chemically relatively stable metal such as Ni, Os, Pt, Pd, Al, Au, and Rh. Thereby, not only the oxidation of the low work function metal contained in the metal layer 6 is suppressed, but also the deterioration of the cathode 5 can be suppressed because the metal layer 6 itself is not oxidized. Moreover, it is preferable that the metal layer 6 has a transmittance of about 10% or more over the entire visible light region. For example, a Ni film (thickness: 35 nm) formed on a synthetic quartz substrate by an electron beam evaporation method exhibits a transmittance of about 10% over the entire visible light region, and islands are observed in surface morphology observation by scanning electron microscopy. Since it does not show a shape, it was confirmed that the covering property was also excellent. It was confirmed that the films made of the other materials described above also have good transmittance and covering properties, although there are differences in degree. Note that in order to form a film that does not have an island structure, it is preferable to select a metal material that does not easily form an island structure as a host metal, depending on the formation method and film thickness. For example, when Ni, Al, or the like is used as the host metal, it has been confirmed in the above-described experiment that a film that does not have an island-like structure can be formed even if the thickness is small. In addition, since materials (Os, Pd, etc.) generally used for thin film coating are also materials that do not easily form an island structure, they can be used as the host metal of the metal layer 6.

図1の有機EL素子100はトップエミッション型であるが、基板1としてガラス基板などの透明基板を用いることにより、発光層4からの光を基板1の下側から取り出すこともできる(ボトムエミッション)。この場合でも、低仕事関数金属の濃度を有機EL層側の表面で高く、酸化物導電層側の表面で低くなるように制御することにより、金属層6の酸化を防止できるので、上記と同様の効果が得られる。   The organic EL element 100 of FIG. 1 is a top emission type, but by using a transparent substrate such as a glass substrate as the substrate 1, light from the light emitting layer 4 can be extracted from the lower side of the substrate 1 (bottom emission). . Even in this case, by controlling the concentration of the low work function metal to be high on the surface on the organic EL layer side and low on the surface on the oxide conductive layer side, oxidation of the metal layer 6 can be prevented. The effect is obtained.

本発明の有機EL素子の構成は、高分子型有機EL素子に適用すると特に有利である。前述したように、高分子発光材料を含む発光層4に電子を注入するためには、より低い仕事関数を有する金属が必要となり、そのような金属の酸化を防止できるからである。   The configuration of the organic EL device of the present invention is particularly advantageous when applied to a polymer organic EL device. As described above, in order to inject electrons into the light emitting layer 4 containing the polymer light emitting material, a metal having a lower work function is required, and oxidation of such a metal can be prevented.

ホール注入層としてPEDOT/PSS層を有する高分子型有機EL素子に本発明を適用すると、さらに有利である。その理由を以下に詳しく説明する。   It is further advantageous to apply the present invention to a polymer type organic EL device having a PEDOT / PSS layer as a hole injection layer. The reason will be described in detail below.

高分子型有機EL素子では、ホール注入層の材料としてPEDOT/PSSが好適に用いられる。しかし、よく知られているように、従来の有機EL素子では、PEDOT/PSSに含まれる硫黄(S)が拡散することによって、寿命特性が低下するという問題がある。PEDOT/PSS層には、微量の水分(H2O)が残存している。このH2OとPSSとの脱亜硫酸反応により硫黄化合物が生成され、この硫黄化合物が発光層中に拡散する。拡散した硫黄化合物は、有機EL層と陰極との界面において、陰極(低仕事関数金属)と酸化還元反応を起こす。この酸化還元反応は、有機EL素子に電圧を印加することにより、さらに促進される。酸化還元反応の結果、有機EL層と陰極との界面に新たな金属硫黄化合物が形成され、この新たな金属硫黄化合物が、有機EL素子の寿命特性を低下させる要因となる。特に、高分子型有機EL素子の陰極材料として好適に用いられるCaやBaは、Sとの反応性が高く、それぞれ硫化物(CaS、BaS)を形成し、寿命特性を低下させる。これに対し、本発明によれば、陰極に含まれる低仕事関数金属(例えばCa)は他の金属と合金層を構成している。このように、合金中に含まれる低仕事関数金属はSと反応しにくい(硫化しにくい)と考えられるので、陰極と有機EL層との界面における金属硫黄化合物の生成を抑制でき、その結果、寿命特性を向上できる。 In the polymer organic EL element, PEDOT / PSS is suitably used as the material for the hole injection layer. However, as is well known, the conventional organic EL element has a problem that the life characteristics are deteriorated due to diffusion of sulfur (S) contained in PEDOT / PSS. A trace amount of moisture (H 2 O) remains in the PEDOT / PSS layer. A sulfur compound is generated by the desulfurization reaction of H 2 O and PSS, and the sulfur compound diffuses into the light emitting layer. The diffused sulfur compound causes an oxidation-reduction reaction with the cathode (low work function metal) at the interface between the organic EL layer and the cathode. This oxidation-reduction reaction is further promoted by applying a voltage to the organic EL element. As a result of the oxidation-reduction reaction, a new metal sulfur compound is formed at the interface between the organic EL layer and the cathode, and this new metal sulfur compound becomes a factor that degrades the life characteristics of the organic EL element. In particular, Ca and Ba that are suitably used as the cathode material of the polymer organic EL element have high reactivity with S, and form sulfides (CaS and BaS), respectively, and deteriorate the life characteristics. On the other hand, according to the present invention, the low work function metal (for example, Ca) contained in the cathode constitutes an alloy layer with another metal. Thus, since the low work function metal contained in the alloy is considered to be difficult to react with S (not easily sulfided), it is possible to suppress the formation of a metal sulfur compound at the interface between the cathode and the organic EL layer. Life characteristics can be improved.

<実施例1>
実施例1の有機EL素子(図1)を以下の方法で作製する。
<Example 1>
The organic EL element (FIG. 1) of Example 1 is produced by the following method.

5cm角の絶縁性の基板1の上に、陽極2として、電子ビーム蒸着装置でストライプ状のPt電極(幅:2mm、長さ:5cm、厚さ:約150nm)2を形成する。次に、陽極2の上に、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)とポリスチレンスルフォン酸(PSS)の混合水溶液をスピンコート法により付与し、150℃で20分間乾燥することにより、ホール注入層3を形成する。このとき、溶液の濃度、スピンコート時の回転数などを制御することにより、ホール注入層3の厚さを約60nmとする。次に、ホール注入層3と同様に、ポリフルオレン誘導体の溶液をスピンコート法で付与および乾燥することにより発光層4を形成する。   A striped Pt electrode (width: 2 mm, length: 5 cm, thickness: about 150 nm) 2 is formed as an anode 2 on an insulating substrate 1 of 5 cm square by an electron beam evaporation apparatus. Next, a hole injection layer 3 is formed by applying a mixed aqueous solution of polyethylene dioxythiophene (PEDOT) and polystyrene sulfonic acid (PSS) on the anode 2 by spin coating and drying at 150 ° C. for 20 minutes. To do. At this time, the thickness of the hole injection layer 3 is set to about 60 nm by controlling the concentration of the solution, the number of rotations during spin coating, and the like. Next, similarly to the hole injection layer 3, the light emitting layer 4 is formed by applying and drying a solution of a polyfluorene derivative by a spin coating method.

続いて、発光層4の上に陰極5を形成する。まず、Caを5質量%含むAlを蒸着源(出発材料)として用い、抵抗加熱蒸着法により金属層6(厚さ:10nm)を形成する。金属層6の形状は、陽極2と直交する方向に沿ったストライプ状(幅:2mm、長さ:5cm)とする。この後、酸化物導電層7として、IZO層(厚さ:100nm)をDCスパッタ法により形成する。IZO層の形成は、ターゲットとしてIZO焼結ターゲットを用い、スパッタガスとしてArおよびO2の混合ガスを用いて行う。また、IZO層は金属層6と同じストライプパターンを有するように形成される。これにより、実施例1の有機EL表示装置が得られる。なお、金属層6および酸化物導電(IZO)層7の形成時にはいずれも基板を加熱する処理は行なわないものとする。 Subsequently, the cathode 5 is formed on the light emitting layer 4. First, the metal layer 6 (thickness: 10 nm) is formed by resistance heating vapor deposition using Al containing 5 mass% of Ca as a vapor deposition source (starting material). The shape of the metal layer 6 is a stripe shape (width: 2 mm, length: 5 cm) along the direction orthogonal to the anode 2. Thereafter, an IZO layer (thickness: 100 nm) is formed as the oxide conductive layer 7 by a DC sputtering method. The IZO layer is formed using an IZO sintered target as a target and a mixed gas of Ar and O 2 as a sputtering gas. The IZO layer is formed to have the same stripe pattern as the metal layer 6. Thereby, the organic EL display device of Example 1 is obtained. In addition, when the metal layer 6 and the oxide conductive (IZO) layer 7 are formed, the process of heating the substrate is not performed.

得られた実施例1の有機EL素子に、Pt電極2が正、IZO層7が負になるように直流電圧を印加し、IZO層7の上部からの発光を観察すると、発光層4からの緑色発光が蛍光灯下で観察される。   When a direct current voltage was applied to the obtained organic EL device of Example 1 so that the Pt electrode 2 was positive and the IZO layer 7 was negative, and light emission from the upper part of the IZO layer 7 was observed, Green emission is observed under fluorescent light.

次に、実施例1の有機EL素子と比較するために、図7(a)、(b)に示すように、比較例の有機EL素子を作製する。比較例1の有機EL素子102は、図7(a)に示すように、陰極5の金属層として、CaのみからなるCa層(厚さ:10nm)8を有する点以外は、実施例1の有機EL素子と同様の構成を有し、同様の方法で作製される。Ca層8は、抵抗加熱蒸着により形成される。比較例2の有機EL素子103は、図7(b)に示すように、金属層として、CaのみからなるCa層(厚さ:5nm)20とAlのみからなるAl層(厚さ:5nm)21との積層構造を有する以外は、実施例1の有機EL素子と同様の構成を有し、同様の方法で作製される。なお、Ca層20およびAl層21は、それぞれ抵抗加熱蒸着によって形成される。   Next, in order to compare with the organic EL element of Example 1, as shown in FIGS. 7A and 7B, an organic EL element of a comparative example is fabricated. As shown in FIG. 7A, the organic EL element 102 of Comparative Example 1 is the same as that of Example 1 except that it has a Ca layer (thickness: 10 nm) 8 made of only Ca as the metal layer of the cathode 5. It has the same configuration as the organic EL element and is manufactured by the same method. The Ca layer 8 is formed by resistance heating vapor deposition. As shown in FIG. 7B, the organic EL element 103 of Comparative Example 2 includes a Ca layer (thickness: 5 nm) 20 made of only Ca and an Al layer (thickness: 5 nm) made of only Al as metal layers. Except having a laminated structure with No. 21, it has the same structure as the organic EL element of Example 1, and is produced by the same method. The Ca layer 20 and the Al layer 21 are each formed by resistance heating vapor deposition.

比較例1、2の有機EL素子102、103のそれぞれに、Pt電極2が正、IZO層7が負になるように直流電圧を印加し、IZO層7の上部からの発光を観察すると、暗所でやっと確認できる程度の(輝度の小さい)発光しか得られない。従って、有機EL素子102、103からの光の輝度は、実施例1の有機EL素子からの光の輝度と比べて大幅に低下している。言い換えると、有機EL素子102、103の発光効率は、実施例1の発光効率よりも大幅に低い。電流効率を比較すると、有機EL素子102の電流効率は、実施例1の有機EL素子の電流効率よりも約2桁小さく、有機EL素子103の電流効率は、実施例1の有機EL素子の電流効率よりも約1.5桁小さい。   When a direct-current voltage was applied to each of the organic EL elements 102 and 103 of Comparative Examples 1 and 2 so that the Pt electrode 2 was positive and the IZO layer 7 was negative, and light emission from the top of the IZO layer 7 was observed, Only light emission (low brightness) that can be finally confirmed at a certain place can be obtained. Therefore, the luminance of light from the organic EL elements 102 and 103 is significantly lower than the luminance of light from the organic EL element of Example 1. In other words, the light emission efficiency of the organic EL elements 102 and 103 is significantly lower than the light emission efficiency of Example 1. Comparing the current efficiencies, the current efficiency of the organic EL element 102 is about two orders of magnitude smaller than the current efficiency of the organic EL element of Example 1, and the current efficiency of the organic EL element 103 is the current of the organic EL element of Example 1. About 1.5 orders of magnitude less than efficiency.

この原因は以下のように考えられる。比較例1の有機EL素子102では、IZO層7の形成時に使用したスパッタガス中の酸素により、Ca層8が少なくとも部分的に酸化されて酸化物(絶縁体)になり、その結果、陰極5の電子の注入効率が低下してしまう。そのため、発光層4において、十分な発光が得られない。また、比較例2の有機EL素子103では、Ca層20とIZO層7との間にAl層21を設けることにより、IZO層7の形成時におけるCa層20の酸化を若干抑制できているが、その効果は、CaとAlとの合金層を形成する場合の効果と比べて極めて小さい。従って、Ca層20の酸化に起因して陰極5の電子注入効率が低下することを十分に抑制できない。   The cause is considered as follows. In the organic EL element 102 of Comparative Example 1, the Ca layer 8 is at least partially oxidized to an oxide (insulator) by oxygen in the sputtering gas used when forming the IZO layer 7, and as a result, the cathode 5 The electron injection efficiency is reduced. Therefore, sufficient light emission cannot be obtained in the light emitting layer 4. Further, in the organic EL element 103 of Comparative Example 2, by providing the Al layer 21 between the Ca layer 20 and the IZO layer 7, oxidation of the Ca layer 20 during the formation of the IZO layer 7 can be slightly suppressed. The effect is extremely small compared to the effect in the case of forming an alloy layer of Ca and Al. Therefore, it cannot be sufficiently suppressed that the electron injection efficiency of the cathode 5 is lowered due to the oxidation of the Ca layer 20.

一方、実施例1の有機EL素子では、CaはIZO層7の近傍に低濃度でしか存在しないため、IZO層7の形成時に使用したスパッタガス中の酸素によって酸化されにくい。また、金属層6は、酸化されやすいCaのみからなるCa層ではなく、AlとCaとの合金層である。このように合金中に含まれるCaはさらに酸化されにくい。従って、スパッタガス中の酸素は陰極5にダメージを与えないので、陰極5は有機EL層9に高い効率で電子を注入できる。   On the other hand, in the organic EL element of Example 1, Ca is present only at a low concentration in the vicinity of the IZO layer 7, so that it is not easily oxidized by oxygen in the sputtering gas used when forming the IZO layer 7. The metal layer 6 is not a Ca layer made of only Ca that is easily oxidized, but an alloy layer of Al and Ca. Thus, Ca contained in the alloy is further difficult to be oxidized. Therefore, since oxygen in the sputtering gas does not damage the cathode 5, the cathode 5 can inject electrons into the organic EL layer 9 with high efficiency.

<金属層の組成分析>
以下、実施例1の有機EL素子における金属層6の構成を詳しく調べるために、ガラス基板上に金属層(厚さ:10nm)のみを形成し(「金属層サンプル」とする)、この金属層の深さ方向の組成分析を行ったので、その結果を説明する。金属層は、上述の実施例1の有機EL素子における金属層6の形成方法と同様の方法で形成している。また、金属層の組成分析はオージェ電子分光装置を用いて行う。
<Composition analysis of metal layer>
Hereinafter, in order to examine the configuration of the metal layer 6 in the organic EL element of Example 1 in detail, only a metal layer (thickness: 10 nm) is formed on a glass substrate (referred to as “metal layer sample”), and this metal layer The composition analysis in the depth direction was performed, and the results will be described. The metal layer is formed by the same method as the method for forming the metal layer 6 in the organic EL element of Example 1 described above. The composition analysis of the metal layer is performed using an Auger electron spectrometer.

金属層の組成分析の結果を図2に示す。図2から、金属層のガラス基板1の側の表面におけるCaの濃度は約35質量%であることがわかる。また、蒸着が進むにつれて蒸着されるCaの濃度が減少し、金属層の上面では、Caの濃度は約15質量%であることがわかる。これは、CaとAlとの合金を蒸着源として蒸着を行うと、CaとAlとの蒸気圧の違いにより、Caの方が先に蒸着するためと考えられる。なお、図2では、CaおよびAlの含有量の合計は100質量%よりも小さいが、これは、金属層には酸素を主とする不純物(図示せず)が含まれているからである。   The result of the composition analysis of the metal layer is shown in FIG. FIG. 2 shows that the concentration of Ca on the surface of the metal layer on the glass substrate 1 side is about 35% by mass. It can also be seen that the concentration of Ca deposited decreases as the deposition proceeds, and the Ca concentration is about 15% by mass on the upper surface of the metal layer. This is considered to be because when vapor deposition is performed using an alloy of Ca and Al as a vapor deposition source, Ca is vapor deposited earlier due to the difference in vapor pressure between Ca and Al. In FIG. 2, the total content of Ca and Al is smaller than 100% by mass, because the metal layer contains impurities mainly composed of oxygen (not shown).

従って、実施例1の有機EL素子においては、低仕事関数金属であるCaは、金属層6の発光層4に接する表面近傍には約35質量%の濃度で存在し、金属層6の酸化物導電層7に接する表面近傍には約15質量%の濃度で存在していることが確認できる。   Therefore, in the organic EL element of Example 1, Ca, which is a low work function metal, is present in the vicinity of the surface of the metal layer 6 in contact with the light emitting layer 4 at a concentration of about 35% by mass. It can be confirmed that it exists in the vicinity of the surface in contact with the conductive layer 7 at a concentration of about 15% by mass.

このように合金を出発材料として蒸着すると、単一の蒸着源で、一方の表面付近にのみ低仕事関数金属がドープされ、かつ、低仕事関数金属のドープ濃度がその表面から離れるに従って減少する金属層を形成することができる。また、蒸着源におけるCaの含有量、金属層の形成速度(製膜速度)、蒸着時のシャッターを開けるタイミングを制御することにより、金属層6に含まれるCaの含有量や金属層6におけるCa濃度の勾配を調整できる。さらに、金属層6における酸素を主成分とする不純物の含有量は、金属層6の形成前および形成時の圧力を低く抑えることにより、低減できる。実施例1の有機EL素子では、金属層6における不純物の含有量はCaの含有量と同程度もしくはそれ以上である。このような比較的多い量の不純物が含まれているにもかかわらず、実施例1の有機EL素子は上述したような良好な特性を示す。   In this way, when an alloy is deposited as a starting material, a single deposition source is doped with a low work function metal only near one surface, and the doping concentration of the low work function metal decreases with increasing distance from the surface. A layer can be formed. In addition, by controlling the Ca content in the vapor deposition source, the formation rate of the metal layer (film formation rate), and the timing of opening the shutter during vapor deposition, the Ca content in the metal layer 6 and the Ca in the metal layer 6 are controlled. Concentration gradient can be adjusted. Furthermore, the content of impurities mainly composed of oxygen in the metal layer 6 can be reduced by keeping the pressure before and during the formation of the metal layer 6 low. In the organic EL element of Example 1, the content of impurities in the metal layer 6 is the same as or higher than the content of Ca. Despite the inclusion of such a relatively large amount of impurities, the organic EL device of Example 1 exhibits good characteristics as described above.

<実施例2>
実施例2の有機EL素子は、実施例1の有機EL素子と同様の構成を有し、同様の方法で作製されるが、以下の点で異なる。実施例2の有機EL素子では、金属層6における酸化物導電層7の側の表面(第2表面)のCa濃度が実質的にゼロである。このような金属層6は、金属層6の蒸着条件や厚さを制御することによって形成することができる。ここでは、Caを5質量%含むAlを蒸着源として用い、第2表面のCa濃度が実質的にゼロである金属層(厚さ:15nm)6を形成している。この金属層6について、上述した方法と同様の方法で組成分析を行うと、図8に示すような結果が得られる。
<Example 2>
The organic EL element of Example 2 has the same configuration as the organic EL element of Example 1 and is manufactured by the same method, but differs in the following points. In the organic EL element of Example 2, the Ca concentration on the surface (second surface) of the metal layer 6 on the side of the oxide conductive layer 7 is substantially zero. Such a metal layer 6 can be formed by controlling the deposition conditions and thickness of the metal layer 6. Here, Al containing 5% by mass of Ca is used as a vapor deposition source, and the metal layer (thickness: 15 nm) 6 in which the Ca concentration on the second surface is substantially zero is formed. When the composition analysis is performed on the metal layer 6 by the same method as described above, the result shown in FIG. 8 is obtained.

また、実施例2の有機EL素子に、Pt電極2が正、IZO層7が負になるように直流電圧を印加し、IZO層7の上部からの発光を観察すると、発光層4からの緑色発光が蛍光灯下で観察される。   Further, when a direct current voltage was applied to the organic EL element of Example 2 so that the Pt electrode 2 was positive and the IZO layer 7 was negative, and light emission from the upper part of the IZO layer 7 was observed, the green color from the light emitting layer 4 was observed. Luminescence is observed under fluorescent light.

<金属層6におけるCa濃度の検討1>
次に、金属層6の好適なCa濃度を検討したので、以下に説明する。ここでは、金属層6における有機EL層9の側の表面(第1表面)のCa濃度および酸化物導電層7の側の表面(第2表面)のCa濃度を変化させて、複数のサンプル素子を作製し、それぞれの表面におけるCa濃度とサンプル素子の電流効率との関係を調べることにより、好適なCa濃度の範囲を求める。
<Examination of Ca concentration in metal layer 6>
Next, since the suitable Ca density | concentration of the metal layer 6 was examined, it demonstrates below. Here, a plurality of sample elements are obtained by changing the Ca concentration on the surface (first surface) of the metal layer 6 on the organic EL layer 9 side and the Ca concentration on the surface (second surface) of the oxide conductive layer 7 side. And a suitable range of the Ca concentration is obtained by examining the relationship between the Ca concentration on each surface and the current efficiency of the sample element.

まず、サンプル素子を、上述の実施例1の有機EL素子の作製方法と同様の方法で作製する。ただし、サンプル素子ごとに金属層6におけるCa濃度を変化させるために、蒸着源中のCa濃度、金属層の形成速度、シャッターを開けるタイミング等の金属層形成条件を適宜選択する。金属層6の厚さは10nmとする。   First, a sample element is manufactured by a method similar to the method for manufacturing the organic EL element of Example 1 described above. However, in order to change the Ca concentration in the metal layer 6 for each sample element, the metal layer formation conditions such as the Ca concentration in the vapor deposition source, the formation speed of the metal layer, and the timing of opening the shutter are appropriately selected. The thickness of the metal layer 6 is 10 nm.

続いて、これらのサンプル素子を用いて、金属層6の第1および第2表面におけるCa濃度と、サンプル素子の電流効率(外部電流効率)との関係を調べる。結果を表1に示す。   Subsequently, using these sample elements, the relationship between the Ca concentration on the first and second surfaces of the metal layer 6 and the current efficiency (external current efficiency) of the sample elements is examined. The results are shown in Table 1.

Figure 2005135623
Figure 2005135623

サンプル素子の電流効率(cd/A)は、輝度計で測定した素子サンプルの輝度(単位:cd/m2)、その時の素子サンプルに流れている電流値(単位:A)、および素子の発光面積(単位:m2)から求めることができる。
表1に示す電流効率は、最も高い電流効率を示すサンプル素子No.3の電流効率を1として、規格化した値である。
The current efficiency (cd / A) of the sample element is the luminance (unit: cd / m 2 ) of the element sample measured with a luminance meter, the current value (unit: A) flowing through the element sample at that time, and the light emission of the element It can be determined from the area (unit: m 2 ).
The current efficiency shown in Table 1 is the sample element No. showing the highest current efficiency. This is a normalized value with the current efficiency of 3 as 1.

また、表1に示すCa濃度は、各サンプル素子について、実施例1で説明した金属層サンプルを用いる方法と同様の方法で求めることができる。すなわち、ガラス基板の上に各サンプル素子で形成したものと同様の金属層を形成することにより、複数の金属層サンプルを作製する。この金属層サンプルのそれぞれについて、オージェ電子分光装置を用いて、金属層におけるガラス基板と接している表面のCa濃度を求め、各サンプル素子の第1表面のCa濃度としている。   Further, the Ca concentration shown in Table 1 can be obtained for each sample element by the same method as the method using the metal layer sample described in Example 1. That is, a plurality of metal layer samples are produced by forming a metal layer similar to that formed by each sample element on a glass substrate. About each of this metal layer sample, the Ca concentration of the surface which is in contact with the glass substrate in a metal layer is calculated | required using the Auger electron spectrometer, and it is set as Ca concentration of the 1st surface of each sample element.

いずれのサンプル素子も発光層4からの緑色発光が蛍光灯下で観察され、良好な電流効率を示すが、表1から明らかなように、第1表面におけるCa濃度が5質量%以上50質量%以下であれば、特に良好な電流効率が得られる(サンプル素子No.2〜No.4)。この理由は以下のように考えられる。第1表面におけるCa濃度が例えば50質量%以下であれば、酸化物導電層7を形成する際の酸素や雰囲気の水分等の影響を受けにくくなる。すなわち、Caが酸化されにくくなり、その結果、金属層6の電子注入効率の低下をより確実に防止できる。一方、第1表面のCaの濃度が例えば5質量%以上であれば、金属層の第1表面における仕事関数をより小さくできるので、金属層6の電子注入効率を向上できる。   In any of the sample elements, green light emission from the light emitting layer 4 is observed under a fluorescent lamp and shows good current efficiency. As is clear from Table 1, the Ca concentration on the first surface is 5 mass% or more and 50 mass%. If it is below, especially favorable current efficiency is obtained (sample element No.2-No.4). The reason is considered as follows. If the Ca concentration on the first surface is, for example, 50% by mass or less, it is difficult to be affected by oxygen or moisture in the atmosphere when forming the oxide conductive layer 7. That is, Ca becomes difficult to be oxidized, and as a result, it is possible to more reliably prevent a decrease in the electron injection efficiency of the metal layer 6. On the other hand, when the concentration of Ca on the first surface is, for example, 5% by mass or more, the work function on the first surface of the metal layer can be further reduced, so that the electron injection efficiency of the metal layer 6 can be improved.

<寿命特性の検討>
続いて、本実施形態の有機EL素子の寿命特性を調べたので、その結果を説明する。
<Examination of life characteristics>
Then, since the lifetime characteristic of the organic EL element of this embodiment was investigated, the result is demonstrated.

ここでは、実施例3の有機EL素子を用いる。実施例3の有機EL素子は、酸化物導電層7として、IZO層の代わりにITO層を用いること以外は、実施例1の有機EL素子と同様の構成を有し、同様の方法で作製される。また、比較のために、比較例3の有機EL素子も作製する。比較例3の有機EL素子は、酸化物導電層7として、IZO層の代わりにITO層を用いること以外は、図7(b)を参照しながら説明した比較例2の有機EL素子と同様の構成を有し、同様の方法で作製される。   Here, the organic EL element of Example 3 is used. The organic EL element of Example 3 has the same configuration as the organic EL element of Example 1 except that an ITO layer is used as the oxide conductive layer 7 instead of the IZO layer, and is manufactured by the same method. The For comparison, an organic EL element of Comparative Example 3 is also produced. The organic EL element of Comparative Example 3 is the same as the organic EL element of Comparative Example 2 described with reference to FIG. 7B except that an ITO layer is used as the oxide conductive layer 7 instead of the IZO layer. It has a structure and is manufactured by a similar method.

実施例3の有機EL素子および比較例2の有機EL素子の寿命特性をそれぞれ調べた結果を図6に示す。   The results of examining the lifetime characteristics of the organic EL device of Example 3 and the organic EL device of Comparative Example 2 are shown in FIG.

図6からわかるように、実施例3の有機EL素子の輝度半減寿命は約80時間であるのに対し、比較例3の有機EL素子の輝度半減寿命は約25時間である。このことから、PEDOD/PSS層3を有する高分子型有機EL素子において、金属層6としてCaを含む合金層を設けると、有機EL素子の寿命が約3倍に延びることが確認できる。なお、図示しないが、PEDOT/PSS層を有していない低分子型有機EL素子の場合には、金属層6としてCaドープAl層(合金層)を有する素子の寿命特性と、金属層6としてCa層およびAl層の積層構造を有する素子の寿命特性との間に、図6に示すような顕著な違いは確認されない。   As can be seen from FIG. 6, the luminance half-life of the organic EL element of Example 3 is about 80 hours, whereas the luminance half-life of the organic EL element of Comparative Example 3 is about 25 hours. From this, it can be confirmed that in the polymer organic EL element having the PEDOD / PSS layer 3, when an alloy layer containing Ca is provided as the metal layer 6, the life of the organic EL element is extended about three times. Although not shown, in the case of a low molecular organic EL element not having a PEDOT / PSS layer, the life characteristics of an element having a Ca-doped Al layer (alloy layer) as the metal layer 6 and the metal layer 6 There is no significant difference as shown in FIG. 6 between the lifetime characteristics of the element having the laminated structure of the Ca layer and the Al layer.

これらの結果から、以下のことがわかる。比較例3の有機EL素子では、上述したように、ホール注入層であるPEDOT/PSS層3に含まれる硫黄(S)とCa層20のCaとが反応して金属硫黄化合物(CaSなど)が生成され、その結果、寿命特性が低下している。これに対し、実施例3の有機EL素子では、陰極としてCaを含む合金層を用いることにより、上述したような金属硫黄化合物の生成が抑えられるので、寿命特性の低下を抑制できる。   From these results, the following can be understood. In the organic EL element of Comparative Example 3, as described above, sulfur (S) contained in the PEDOT / PSS layer 3 as the hole injection layer reacts with Ca in the Ca layer 20 to form a metal sulfur compound (CaS or the like). As a result, the life characteristics are degraded. On the other hand, in the organic EL element of Example 3, the use of the alloy layer containing Ca as the cathode can suppress the generation of the metal sulfur compound as described above, and thus can suppress the deterioration of the life characteristics.

(実施形態2)
以下、本発明による有機EL素子の第2の実施形態を説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a second embodiment of the organic EL element according to the present invention will be described.

本実施形態の有機EL素子は、図1を参照して説明した有機EL素子100の構成と同様の構成を有する。ただし、本実施形態の有機EL素子と有機EL素子100とは、金属層6の形成方法の点で異なる。有機EL素子100では、単一の蒸着源を用いて金属層6を形成しているが、本実施形態では、母材となる金属と低仕事関数金属とのマルチソース(複数の蒸着源)を用いた共蒸着により、金属層6を形成する。まず、母材となる金属(例えばAl)を入れた蒸着用ボートと、低仕事関数金属(例えばCa)を入れた蒸着用ボートとをそれぞれ用意する。次いで、母材となる金属と低仕事関数金属との蒸着レートが所望の比率となるように、それぞれの蒸着用ボートに付与する電流を制御しながら、共蒸着を行う。これにより、第1表面と第2表面とで低仕事関数金属の濃度が異なる金属層6(厚さ:例えば10nm)を形成できる。   The organic EL element of this embodiment has the same configuration as that of the organic EL element 100 described with reference to FIG. However, the organic EL element of this embodiment and the organic EL element 100 differ in the point of the formation method of the metal layer 6. FIG. In the organic EL element 100, the metal layer 6 is formed using a single vapor deposition source. However, in this embodiment, a multi-source (a plurality of vapor deposition sources) of a base metal and a low work function metal is used. The metal layer 6 is formed by the co-evaporation used. First, a vapor deposition boat containing a metal (for example, Al) as a base material and a vapor deposition boat containing a low work function metal (for example, Ca) are prepared. Next, co-evaporation is performed while controlling the current applied to each deposition boat so that the deposition rate of the base metal and the low work function metal is a desired ratio. Thereby, the metal layer 6 (thickness: for example, 10 nm) in which the concentration of the low work function metal is different between the first surface and the second surface can be formed.

本実施形態の有機EL素子では、金属層6が共蒸着により形成されるため、金属層6における低仕事関数金属の濃度をより広い範囲で、かつより厳密に制御できる。従って、金属層6の仕事関数を小さく抑えつつ、金属層6の酸化を抑制することにより、優れた電子注入効率を有する金属層6をより確実に形成できる。   In the organic EL element of this embodiment, since the metal layer 6 is formed by co-evaporation, the concentration of the low work function metal in the metal layer 6 can be controlled in a wider range and more strictly. Therefore, the metal layer 6 having excellent electron injection efficiency can be more reliably formed by suppressing the oxidation of the metal layer 6 while keeping the work function of the metal layer 6 small.

<金属層6におけるCa濃度の検討2>
本実施形態では、金属層6のCa濃度がそれぞれ異なる複数のサンプル素子を作製し、Ca濃度とサンプル素子の電流効率との関係をより詳しく調べたので、その結果を説明する。
<Examination of Ca concentration in metal layer 6>
In the present embodiment, a plurality of sample elements having different Ca concentrations in the metal layer 6 were prepared, and the relationship between the Ca concentration and the current efficiency of the sample elements was examined in more detail. The results will be described.

ここでは、複数のサンプル素子を次のような方法で作製する。まず、実施例1の有機EL素子と同様の材料を用いて、同様の方法で、基板1の上に、陽極(Pt)2、正孔注入層3および発光層4を順次形成する。この後、共蒸着により、金属層6としてCaドープAl層を形成する。このとき、まず、金属層6の第2表面におけるCa濃度を10質量%に固定し、金属層6の第1表面におけるCa濃度をサンプル素子ごとに変化させる。同様にして、第2表面におけるCa濃度を30質量%、40質量%に固定した場合についても、第1表面におけるCa濃度をサンプル素子ごとに変化させる。これらのサンプル素子のCa濃度は、金属層6の形成条件(例えば蒸着用ボートに付与する電流の大きさ)により制御する。なお、金属層6の形成条件は、種々の条件下でガラス基板上にCaドープAl層を形成し、各CaドープAl層におけるCa濃度をオージェ電子分光装置で求めた結果から、予め決定しておく。最後に、実施例1の有機EL素子と同様の材料を用いて、同様の方法で、金属層6の上に酸化物導電層7を形成する。   Here, a plurality of sample elements are manufactured by the following method. First, an anode (Pt) 2, a hole injection layer 3, and a light emitting layer 4 are sequentially formed on the substrate 1 by using the same material as that of the organic EL element of Example 1 and the same method. Thereafter, a Ca-doped Al layer is formed as the metal layer 6 by co-evaporation. At this time, first, the Ca concentration on the second surface of the metal layer 6 is fixed to 10 mass%, and the Ca concentration on the first surface of the metal layer 6 is changed for each sample element. Similarly, when the Ca concentration on the second surface is fixed to 30% by mass and 40% by mass, the Ca concentration on the first surface is changed for each sample element. The Ca concentration of these sample elements is controlled by the formation conditions of the metal layer 6 (for example, the magnitude of current applied to the evaporation boat). The formation conditions of the metal layer 6 are determined in advance from the results obtained by forming the Ca-doped Al layer on the glass substrate under various conditions and obtaining the Ca concentration in each Ca-doped Al layer with an Auger electron spectrometer. deep. Finally, the oxide conductive layer 7 is formed on the metal layer 6 by the same method using the same material as the organic EL element of Example 1.

得られた複数のサンプル素子のそれぞれについて、電流効率を測定する。結果を図3に示す。図3の電流効率は、上記方法で作製したサンプル素子のうち最も高い電流効率を示すサンプル素子の電流効率を1として、規格化した値である。   The current efficiency is measured for each of the obtained sample elements. The results are shown in FIG. The current efficiency in FIG. 3 is a value normalized by setting the current efficiency of the sample element showing the highest current efficiency among the sample elements manufactured by the above method to 1.

図3から明らかなように、金属層6の第2表面におけるCa濃度が10質量%および30質量%のサンプル素子は、特に良好な電流効率を示す。これは、酸化物導電層7を形成する下地となる第2表面に存在するCaの量を30質量%以下に抑えることで、酸化物導電層7を形成する際の酸素や雰囲気の水分によるCaの酸化をより効果的に抑制できるからと考えられる。   As is apparent from FIG. 3, sample elements having Ca concentrations of 10 mass% and 30 mass% on the second surface of the metal layer 6 exhibit particularly good current efficiency. This is because the amount of Ca existing on the second surface serving as the base for forming the oxide conductive layer 7 is suppressed to 30% by mass or less, whereby Ca due to oxygen or moisture in the atmosphere when the oxide conductive layer 7 is formed. This is thought to be because the oxidation of can be suppressed more effectively.

また、第2表面におけるCa濃度が10質量%および30質量%であり、かつ第1表面におけるCa濃度が5質量%以上50質量%以下のサンプル素子は、さらに高い電流効率を示すことがわかる。これは、第1表面におけるCa濃度が5質量%以上であれば、金属層6は、有機EL層に効率よく電子を注入するために十分な量のCaを有しているからと考えられる。一方、第1表面におけるCa濃度が50質量%以下であれば、酸化物導電層7を形成する際の酸素や雰囲気の水分によるCaの酸化がより確実に抑制されるため、金属層6が劣化しないからと考えられる。   Moreover, it turns out that the sample element whose Ca concentration in the 2nd surface is 10 mass% and 30 mass%, and Ca concentration in the 1st surface is 5 mass% or more and 50 mass% or less shows still higher current efficiency. This is considered because if the Ca concentration on the first surface is 5% by mass or more, the metal layer 6 has a sufficient amount of Ca to efficiently inject electrons into the organic EL layer. On the other hand, if the Ca concentration on the first surface is 50% by mass or less, the oxidation of Ca due to oxygen and moisture in the atmosphere when forming the oxide conductive layer 7 is more reliably suppressed, so that the metal layer 6 deteriorates. It is thought that it does not.

<金属層6の厚さの検討>
さらに、金属層6の好適な厚さを検討したので、以下に説明する。ここでは、金属層(CaドープAl層)6の厚さがそれぞれ異なる複数のサンプル素子を作製し、金属層6の厚さとサンプル素子の電流効率(外部電流効率)との関係を調べることにより、金属層6の好適な厚さの範囲を求める。
<Examination of the thickness of the metal layer 6>
Furthermore, since the suitable thickness of the metal layer 6 was examined, it demonstrates below. Here, a plurality of sample elements having different thicknesses of the metal layer (Ca-doped Al layer) 6 are produced, and by examining the relationship between the thickness of the metal layer 6 and the current efficiency (external current efficiency) of the sample element, A suitable thickness range of the metal layer 6 is obtained.

これらのサンプル素子の金属層6は、上述したような共蒸着法によって形成する。金属層6を形成する際には、サンプル素子の金属層6の第1表面におけるCa濃度が30質量%、第2表面におけるCa濃度が10質量%となるように、蒸着レートを調整する。また、蒸着レートや蒸着用ボートのシャッターを閉めるタイミングを適宜調整することにより、各サンプル素子における金属層6の厚さを制御する。サンプル素子は、上記の点以外は、実施例1の有機EL素子と同様の構成を有し、同様の方法で作製される。   The metal layer 6 of these sample elements is formed by the co-evaporation method as described above. When the metal layer 6 is formed, the deposition rate is adjusted so that the Ca concentration on the first surface of the metal layer 6 of the sample element is 30% by mass and the Ca concentration on the second surface is 10% by mass. Further, the thickness of the metal layer 6 in each sample element is controlled by appropriately adjusting the vapor deposition rate and the timing for closing the vapor deposition boat shutter. Except for the above points, the sample element has the same configuration as the organic EL element of Example 1, and is manufactured by the same method.

次いで、これらのサンプル素子を用いて、金属層6の厚さとサンプル素子の電流効率との関係を調べる。結果を図4に示す。図4に示す電流効率は、最も高い電流効率を示すサンプル素子の電流効率を1として、規格化した値である。   Next, the relationship between the thickness of the metal layer 6 and the current efficiency of the sample element is examined using these sample elements. The results are shown in FIG. The current efficiency shown in FIG. 4 is a value normalized with the current efficiency of the sample element showing the highest current efficiency as 1.

図4から明らかなように、有機EL素子の電流効率は、金属層6の厚さがゼロからわずかでも増えると急激に上昇し、厚さが20nmを超えると緩やかに減少している。このように、金属層6の厚さが大きくなるにつれて電流効率が緩やかに減少する理由は、金属層6の厚さが大きくなると、金属層6による発光層4からの光の吸収及び反射が増大し、金属層6を透過する光量が減少するからである。また、図4から、金属層6の厚さが0.5nm以上20nm以下のとき、優れた電流効率を有する有機EL素子が得られることがわかる。   As is apparent from FIG. 4, the current efficiency of the organic EL element increases rapidly when the thickness of the metal layer 6 increases slightly from zero, and gradually decreases when the thickness exceeds 20 nm. As described above, the reason why the current efficiency gradually decreases as the thickness of the metal layer 6 increases is that the absorption and reflection of light from the light emitting layer 4 by the metal layer 6 increases as the thickness of the metal layer 6 increases. This is because the amount of light transmitted through the metal layer 6 is reduced. Moreover, FIG. 4 shows that when the thickness of the metal layer 6 is 0.5 nm or more and 20 nm or less, an organic EL element having excellent current efficiency can be obtained.

(実施形態3)
以下、図5を参照して、上記有機EL素子を用いた表示装置の構成を説明する。
(Embodiment 3)
Hereinafter, with reference to FIG. 5, the structure of a display device using the organic EL element will be described.

図5の表示装置200では、アクティブマトリクス基板101の上に有機EL素子100が形成されている。アクティブマトリクス基板101は、基板1と、基板1の上に画素ごとに形成された複数のTFTと、これらのTFTを覆う平坦化膜14とを有している。各TFTは、ゲート電極12と、ゲート電極12の上にゲート絶縁膜13を介して形成された島状半導体層(図示せず)と、島状半導体層の両端部をそれぞれ覆うように設けられたTFT電極(ソース、ドレイン電極)10とを有している(ボトムゲート構造)。各TFTは、ソース配線11’およびゲート配線11と接続されている。平坦化膜14には、各TFTのドレイン電極10に達するスルーホール15が設けられている。平坦化膜14の上には、有機EL素子100が形成されている。有機EL素子100の陽極2は、平坦化膜14の上およびスルーホール15の内部に堆積された導電層をパターニングすることにより、画素ごとに形成されている。各陽極2は、対応するTFTのドレイン電極10とスルーホール15を介して接続されている。これらの陽極2は、各陽極2のそれぞれのエッジ部およびスルーホール15を覆うように形成された絶縁膜16によって互いに絶縁されている。この陽極2および絶縁膜16の上に、ホール注入層3、発光層4、金属層(CaドープAl層)6、および酸化物導電層(IZO層)7がこの順で形成されている。   In the display device 200 of FIG. 5, the organic EL element 100 is formed on the active matrix substrate 101. The active matrix substrate 101 includes a substrate 1, a plurality of TFTs formed for each pixel on the substrate 1, and a planarization film 14 that covers these TFTs. Each TFT is provided so as to cover the gate electrode 12, an island-like semiconductor layer (not shown) formed on the gate electrode 12 via the gate insulating film 13, and both ends of the island-like semiconductor layer. TFT electrodes (source and drain electrodes) 10 (bottom gate structure). Each TFT is connected to the source line 11 ′ and the gate line 11. A through hole 15 reaching the drain electrode 10 of each TFT is provided in the planarizing film 14. An organic EL element 100 is formed on the planarization film 14. The anode 2 of the organic EL element 100 is formed for each pixel by patterning a conductive layer deposited on the planarizing film 14 and inside the through hole 15. Each anode 2 is connected to the corresponding drain electrode 10 of the TFT via a through hole 15. These anodes 2 are insulated from each other by an insulating film 16 formed so as to cover the respective edge portions and through holes 15 of each anode 2. On the anode 2 and the insulating film 16, a hole injection layer 3, a light emitting layer 4, a metal layer (Ca-doped Al layer) 6, and an oxide conductive layer (IZO layer) 7 are formed in this order.

図5の表示装置200は、上記構成を有しているので、低仕事関数金属の酸化に起因する電子注入効率の低下を抑えることにより、高い発光効率を有する。そのため、高精細で明るい表示を実現できる。また、画素ごと(すなわち有機EL素子100ごと)の輝度のばらつきも小さく、高品位な表示が得られる。さらに、表示装置200は、有機EL素子100における金属層6の劣化を抑えることができるので、信頼性が高い。   Since the display device 200 in FIG. 5 has the above-described configuration, the display device 200 has high light emission efficiency by suppressing a decrease in electron injection efficiency due to oxidation of a low work function metal. Therefore, high-definition and bright display can be realized. In addition, the variation in luminance between pixels (that is, for each organic EL element 100) is small, and a high-quality display can be obtained. Furthermore, since the display device 200 can suppress deterioration of the metal layer 6 in the organic EL element 100, the display device 200 has high reliability.

本発明による表示装置の構成は、上記に限定されない。例えば、TFTはトップゲート構造を有していても良い。有機EL素子100の構成も上記に限定されず、図1を参照して説明したような様々な構成を適用できる。また、有機EL素子100を用いて単純マトリクス方式の表示装置を構成することもできる。さらに、表示装置200には、画素ごとに2個のTFTを必要とする電圧駆動方式を採用してもよいし、画素ごとに4個のTFTを必要とする電流駆動方式を採用してもよい。   The configuration of the display device according to the present invention is not limited to the above. For example, the TFT may have a top gate structure. The configuration of the organic EL element 100 is not limited to the above, and various configurations as described with reference to FIG. 1 can be applied. In addition, a simple matrix display device can be formed using the organic EL element 100. Further, the display device 200 may adopt a voltage driving method that requires two TFTs for each pixel, or may adopt a current driving method that requires four TFTs for each pixel. .

実施例4の有機EL表示装置(図5)を以下の方法で作製する。   The organic EL display device (FIG. 5) of Example 4 is manufactured by the following method.

絶縁性基板1の上に、半導体層としてポリシリコンを用いたTFTを形成した後、基板1の表面の凹凸をなくすために平坦化膜14で覆う。次に、平坦化膜14の上および平坦化膜14に設けたスルーホール15の内部に、Ni層2を形成する。Ni層は、スルーホール15によって、TFTのドレイン電極10と接続されている。Ni層のうち平坦化膜14の上に形成された部分の厚さは150nmとする。Ni層を形成した後、Ni層の表面にプラズマ酸化法によりNiO膜(厚さ:1nm)を形成する(図示せず)。これにより、陽極2が形成される。次いで、スルーホール15およびNi電極2のエッジ部を覆うようにSiO2膜を形成する。続いて、この基板に、図1を参照しながら説明した方法と同様の方法で、ホール注入層(厚さ:約60nm)3および発光層4をこの順で形成する。発光層4の上には、AlとCaとの共蒸着により、透光性を有する金属層6を形成する。Alは電子ビーム蒸着法、Caは抵抗加熱蒸着法によりそれぞれ蒸着を行う。まず、第1表面におけるCa濃度が約30質量%となるように、AlおよびCaの蒸着レートの比を80:20に制御し、AlおよびCaの蒸着を同時に開始する。この後、Caの蒸着レートを徐々に下げて、蒸着終了時には、第2表面におけるCa濃度が約10質量%となるように、AlおよびCaの蒸着レートの比を90:10に制御する。これにより、金属層6として、CaがドープされたCaドープAl層(厚さ:10nm)6を形成できる。最後に、IZO層(厚さ:100nm)7を、図1を参照しながら説明した方法と同様の方法で形成する。 A TFT using polysilicon as a semiconductor layer is formed on the insulating substrate 1, and then covered with a planarizing film 14 in order to eliminate unevenness on the surface of the substrate 1. Next, the Ni layer 2 is formed on the planarizing film 14 and inside the through hole 15 provided in the planarizing film 14. The Ni layer is connected to the drain electrode 10 of the TFT through the through hole 15. The thickness of the Ni layer formed on the planarizing film 14 is 150 nm. After forming the Ni layer, a NiO film (thickness: 1 nm) is formed on the surface of the Ni layer by plasma oxidation (not shown). Thereby, the anode 2 is formed. Next, an SiO 2 film is formed so as to cover the through hole 15 and the edge portion of the Ni electrode 2. Subsequently, the hole injection layer (thickness: about 60 nm) 3 and the light emitting layer 4 are formed in this order on the substrate by the same method as described with reference to FIG. On the light emitting layer 4, the translucent metal layer 6 is formed by co-evaporation of Al and Ca. Al is evaporated by electron beam evaporation, and Ca is evaporated by resistance heating evaporation. First, the ratio of the deposition rate of Al and Ca is controlled to 80:20 so that the Ca concentration on the first surface is about 30% by mass, and the deposition of Al and Ca is started simultaneously. Thereafter, the deposition rate of Ca is gradually lowered, and at the end of deposition, the ratio of the deposition rate of Al and Ca is controlled to 90:10 so that the Ca concentration on the second surface is about 10% by mass. Thereby, a Ca-doped Al layer (thickness: 10 nm) 6 doped with Ca can be formed as the metal layer 6. Finally, an IZO layer (thickness: 100 nm) 7 is formed by a method similar to the method described with reference to FIG.

得られた実施例4の表示装置のTFTに制御信号を印加すると、発光層4からの緑色発光がIZO層7の上部から観察される。従って、有機EL素子100の金属層6における酸化が十分に抑制されていることが確認できる。   When a control signal is applied to the TFT of the display device obtained in Example 4, green light emission from the light emitting layer 4 is observed from above the IZO layer 7. Therefore, it can be confirmed that the oxidation in the metal layer 6 of the organic EL element 100 is sufficiently suppressed.

本発明によれば、陰極における低仕事関数金属の酸化を抑制できるので、信頼性が高く、高効率な有機EL素子を提供できる。   According to the present invention, since oxidation of a low work function metal at the cathode can be suppressed, a highly reliable and highly efficient organic EL element can be provided.

本発明は、高分子型有機EL素子に好適に適用できる。高分子型有機EL素子では、より小さい仕事関数を有する金属を用いて陰極を構成するため、そのような金属の酸化を効果的に抑制できる。   The present invention can be suitably applied to a polymer organic EL element. In the polymer type organic EL element, since the cathode is formed using a metal having a smaller work function, oxidation of such a metal can be effectively suppressed.

また、本発明は、トップエミッション型の有機EL素子に好適に適用できる。さらに、このような有機EL素子をアクティブマトリクス方式の表示装置に用いると、時に顕著な効果が得られる。   Further, the present invention can be suitably applied to a top emission type organic EL element. Further, when such an organic EL element is used in an active matrix display device, a remarkable effect is sometimes obtained.

本発明による実施形態1の有機EL素子の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the organic EL element of Embodiment 1 by this invention. 実施例1の有機EL素子における金属層の組成を示すグラフである。3 is a graph showing the composition of a metal layer in the organic EL element of Example 1. FIG. 金属層のCa濃度と有機EL素子の外部電流効率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between Ca density | concentration of a metal layer, and the external current efficiency of an organic EL element. 金属層の厚さと有機EL素子の外部電流効率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the thickness of a metal layer, and the external current efficiency of an organic EL element. 本発明による実施形態3の有機EL表示装置の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the organic electroluminescence display of Embodiment 3 by this invention. 実施例3および比較例3の有機EL素子の寿命特性をそれぞれ示すグラフである。It is a graph which shows the lifetime characteristic of the organic EL element of Example 3 and Comparative Example 3, respectively. (a)および(b)は、比較例の有機EL素子の構成を模式的に示す断面図である。(A) And (b) is sectional drawing which shows typically the structure of the organic EL element of a comparative example. 実施例2の有機EL素子における金属層の組成を示すグラフである。6 is a graph showing the composition of a metal layer in the organic EL element of Example 2.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 陽極
3 ホール注入層
4 発光層
5 陰極
6 金属層
7 酸化物導電層
8 Ca層
9 有機EL層
10 ソース、ドレイン電極
11、11’ 配線
12 ゲートメタル
13 ゲート絶縁膜
14 平坦化膜
15 スルーホール
16 絶縁膜
20 Ca層
21 Al層
100 有機EL素子
101 アクティブマトリクス基板
200 有機EL表示装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Anode 3 Hole injection layer 4 Light emitting layer 5 Cathode 6 Metal layer 7 Oxide conductive layer 8 Ca layer 9 Organic EL layer 10 Source, drain electrode 11, 11 ′ wiring 12 Gate metal 13 Gate insulating film 14 Planarization film 15 Through hole 16 Insulating film 20 Ca layer 21 Al layer 100 Organic EL element 101 Active matrix substrate 200 Organic EL display device

Claims (10)

陽極と、
透光性を有する陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に形成され、少なくとも発光層を含む有機EL層と
を備え、
前記陰極は、第1の金属および低仕事関数金属を含む金属層と、酸化物導電層とを前記有機EL層側からこの順に有し、前記低仕事関数金属の仕事関数は、前記第1の金属の仕事関数よりも小さく、
前記金属層は、前記有機EL層側の第1表面および前記酸化物導電層側の第2表面を有し、前記第1表面における前記低仕事関数金属の濃度は、前記第2表面における前記低仕事関数金属の濃度よりも大きい、
有機EL素子。
The anode,
A light-transmitting cathode;
An organic EL layer formed between the anode and the cathode and including at least a light emitting layer;
The cathode has a metal layer including a first metal and a low work function metal, and an oxide conductive layer in this order from the organic EL layer side, and the work function of the low work function metal is the first work function. Smaller than the work function of metal,
The metal layer has a first surface on the organic EL layer side and a second surface on the oxide conductive layer side, and the concentration of the low work function metal on the first surface is low on the second surface. Greater than the concentration of the work function metal,
Organic EL element.
前記第2表面における前記低仕事関数金属の濃度は30質量%以下である、請求項1に記載の有機EL素子。   The organic EL element according to claim 1, wherein the concentration of the low work function metal on the second surface is 30% by mass or less. 前記第1表面における前記低仕事関数金属の濃度は、5質量%以上50質量%以下である、請求項1または2に記載の有機EL素子。   3. The organic EL element according to claim 1, wherein the concentration of the low work function metal on the first surface is 5% by mass or more and 50% by mass or less. 前記金属層の厚さは0.5nm以上20nm以下である、請求項1から3のいずれかに記載の有機EL素子。   The organic EL element according to any one of claims 1 to 3, wherein a thickness of the metal layer is 0.5 nm or more and 20 nm or less. 前記第1の金属は、Ni、Os、Pt、Pd、Al、AuおよびRhからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属を含む、請求項1から4のいずれかに記載の有機EL素子。   5. The organic EL element according to claim 1, wherein the first metal includes at least one metal selected from the group consisting of Ni, Os, Pt, Pd, Al, Au, and Rh. 前記低仕事関数金属は、Ca、Ba、LiおよびCsからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属を含む、請求項1から5のいずれかに記載の有機EL素子。   The organic EL device according to claim 1, wherein the low work function metal includes at least one metal selected from the group consisting of Ca, Ba, Li, and Cs. 前記有機EL素子はトップエミッション型である、請求項1から6のいずれかに記載の有機EL素子。   The organic EL element according to claim 1, wherein the organic EL element is a top emission type. 前記発光層は高分子発光材料を含む、請求項1から7のいずれかに記載の有機EL素子。   The organic EL device according to claim 1, wherein the light emitting layer includes a polymer light emitting material. 前記酸化物導電層は、酸素ガスを含むスパッタガスを用いてスパッタリングによって形成されたものである、請求項1から8のいずれかに記載の有機EL素子。   The organic EL element according to claim 1, wherein the oxide conductive layer is formed by sputtering using a sputtering gas containing oxygen gas. 請求項1から19のいずれかに記載の有機EL素子と、
前記有機EL素子と電気的に接続された薄膜トランジスタと
を備えた表示装置。
An organic EL device according to any one of claims 1 to 19,
A display device comprising a thin film transistor electrically connected to the organic EL element.
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