JP2011040173A - 有機エレクトロルミネセンス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】封止膜を必要以上に厚くしなくても、上部電極のパッシベーション性能を向上させて工程の複雑化やコストの増大を解消できるとともに、設計の自由度を向上できるトップエミッション構造の有機ＥＬ装置を提供する。
【解決手段】トップエミッション構造の有機ＥＬ表示装置１において、光透過性を有する陰極５を、有機層４上に積層され仕事関数の小さな材料を含む内側電極１０と、内側電極１０上に積層され光透過率の高い材料からなる外側電極１１とで構成する。外側電極１１の膜密度を、外側電極１１を構成する材料の真密度に対し８５％〜９５％に設定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、上部電極側から光を取り出すトップエミッション構造の有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ:Electro Luminescence）装置の改良に関するものである。

トップエミッション構造の有機ＥＬ表示装置や有機ＥＬ照明装置は、支持基板上に陽極、有機層及び陰極（透明電極）が順に積層された有機ＥＬ素子を備え、上記透明電極は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide:インジウム亜鉛酸化物）等の透明導電膜で構成されて有機ＥＬ素子の光取出し側最表面に位置し、ＳｉＯＮ（シリコンオキシナイトライド）、ＳｉＮ（窒化ケイ素）等のシリコン系の封止膜で覆われている。これにより、有機層への水分の浸入を防止している。

一方、特許文献１には、有機ＥＬ素子の上部電極であるＡｌ電極の欠陥部をレーザーで選択的に修復し、Ａｌ陰極に封止性能を持たせるようにした有機ＥＬ表示装置が開示されている。

また、特許文献２には、有機ＥＬ素子の上部電極を緻密度が互いに異なる２層のＡｌ電極で構成することで、酸素又は水分に対するパッシベーション機能を向上させるようにした有機ＥＬ表示装置が開示されている。

特開２００３−２５７６３４号公報（段落００３８欄〜段落００４１欄、図２） 特開２００４−３５６０９５号公報（段落００１４欄、段落００１７欄、図１）

しかし、ＩＴＯやＩＺＯ等の透明導電膜は、一般に膜欠陥や低密度のために、それ自体での封止性能が低く、したがって、素子全体としての封止性能を確保するためには、封止膜を厚膜化せざるを得ず、少なくとも５００ｎｍ程度、一般的には１μｍ以上の膜厚が必要と言われている。しかし、封止膜を厚膜化すると、工程の複雑化及びコストの増大を招くばかりか、設計の自由度が低下する。

一方、上記特許文献１，２は、下部電極側（基板側）から光を取り出すボトムエミッション構造の有機ＥＬ表示装置であり、Ａｌ電極で構成された上部電極は透明電極ではなく不透明であるため、上部電極側から光を取り出すトップエミッション構造の有機ＥＬ表示装置や有機ＥＬ照明装置には適用することができない。

この発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、封止膜を必要以上に厚くしなくても、上部電極のパッシベーション性能を向上させて工程の複雑化やコストの増大を解消できるとともに、設計の自由度を向上できるトップエミッション構造の有機ＥＬ装置を提供することである。

上記の目的を達成するため、この発明は、上部電極の膜密度を適正な値に設定するとともに、その成膜条件を適正に設定することを特徴とする。

具体的には、この発明は、支持基板上に反射電極としての陽極、有機層及び光透過性を有する陰極が順に積層された有機エレクトロルミネセンス素子を備え、かつ該有機エレクトロルミネセンス素子が光透過性を有する封止膜で覆われ、上記陰極側から光を取り出すトップエミッション構造の有機エレクトロルミネセンス装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、上記陰極は、上記有機層上に積層され仕事関数の小さな材料を含む内側電極と、該内側電極上に積層され光透過率の高い材料からなる外側電極とからなり、上記外側電極の膜密度は、当該外側電極を構成する材料の真密度に対し８５％〜９５％に設定されていることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、上記外側電極の膜厚は、５０ｎｍ〜３００ｎｍに設定されていることを特徴とする。

第３の発明は、第１又は２の発明において、上記有機層及び封止膜の屈折率は、１．８０〜２．０５であり、上記外側電極の屈折率も、１．８０〜２．０５に設定されていることを特徴とする。

第４の発明は、第１〜３のいずれか１つの発明において、上記内側電極は、仕事関数の小さな材料からなり上記有機層に電子を注入する電子注入用電極と、該電子注入用電極上に積層され当該電極を保護する保護電極とからなることを特徴とする。

第５の発明は、第１〜４のいずれか１つの発明において、上記外側電極は、ターゲットに照射されるイオンビームのエネルギー密度が２Ｗ／ｃｍ^２〜７Ｗ／ｃｍ^２に設定されたイオンビームスパッタリング成膜法により成膜されたものであることを特徴とする。

第６の発明は、第１〜４のいずれか１つの発明において、上記外側電極は、ソースに照射されるイオンビームのエネルギー密度が２００Ｗ／ｃｍ^２〜５００Ｗ／ｃｍ^２に設定されたイオンプレーティング成膜法により成膜されたものであることを特徴とする。

第１の発明によれば、光透過性を有する陰極を構成する外側電極の膜密度を、当該外側電極を構成する材料の真密度に対し８５％〜９５％に設定したので、欠陥がなく封止性能の高い膜を実現でき、よって、封止膜を必要以上に厚膜化せずに済み、工程及びコストを低減できるとともに、設計の自由度を向上できる。

第２の発明によれば、外側電極の膜厚が５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲にあることで、外側電極そのものの封止性能及び光透過率を適正に確保できる。

第３の発明によれば、一般に、有機層及び封止膜の屈折率が１．８０〜２．０５であり、外側電極の屈折率もこの範囲内にあって上記有機層や封止膜の屈折率と大きな差がなく、界面反射率の低下や光の閉じこもりを防止でき、光取出し効率及び視野角特性の向上、ひいては消費電力の低減ができる。

第４の発明によれば、仕事関数の小さな材料からなる電子注入用電極により、有機層に効率良く電子を注入でき、保護電極により上記電子注入用電極の酸化を抑制して有機層からの光取出し効率の低下を抑制できる。

第５，６の発明によれば、外側電極成膜時のイオンビームのエネルギー密度を、イオンビームスパッタリング成膜法では２Ｗ／ｃｍ^２〜７Ｗ／ｃｍ^２に、イオンプレーティング成膜法では２００Ｗ／ｃｍ^２〜５００Ｗ／ｃｍ^２にそれぞれ設定することで、外側電極の膜密度を当該外側電極を構成する材料の真密度に対し８５％〜９５％に確実に設定することができる。

実施形態１に係る有機エレクトロルミネセンス表示装置を模式的に示す断面図である。 実施形態１に係る有機エレクトロルミネセンス表示装置の製造工程図である。 実施形態１で用いたイオンビームスパッタリング成膜装置の構成図である。 実施形態１においてイオンビームパワーを変えて外側電極を成膜したときの印加電圧と電流密度との関係を示す片対数グラフである。 実施形態１においてイオンビームパワーを変えて外側電極を成膜したときの印加電圧と輝度との関係を示す片対数グラフである。 実施形態１においてイオンビームパワーを変えて得た各種のデータ表である。 実施形態２で用いたイオンプレーティング成膜装置の構成図である。 実施形態２においてプラズマビームパワーを変えて得た各種のデータ表である。

以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は実施形態１に係る有機ＥＬ装置としての有機ＥＬ表示装置１を模式的に示す断面図である。

同図において、２は支持基板であり、該支持基板２上に光反射電極としての陽極３、有機層４及び光透過性を有する陰極５が順に積層され、これら陽極３、有機層４及び陰極５により有機ＥＬ素子６が構成されている。この有機ＥＬ素子６は、光透過性を有する封止膜７で覆われ、上記支持基板２とその上方に配置された封止基板８との間に充填された透明接着樹脂９に埋設されている。これにより、図１矢印のように上記陰極５側から光を取り出すトップエミッション構造の有機ＥＬ表示装置１が構成されている。なお、ここでは、有機ＥＬ表示装置１を挙げるが、有機ＥＬ照明装置にも適用することができる。

上記支持基板２としては、例えば、厚さ０．７ｍｍのガラス基板であるが、これ以外に、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等のプラスチック基板、ＳＵＳ（ステンレス）やＡｌ（アルミニウム）等の金属基板等を用いることができる。また、これらの基板上にコート層を事前に設けたものであってもよい。

上記陽極３は、有機層４に正孔を注入する機能を有し、正孔注入効率向上の観点から仕事関数の大きな材料で構成することが好ましく、また、有機層４から陽極３側に向けて出射された光を陰極５側に反射する機能をも有するものである。例えば、Ａｇ（銀）を１００ｎｍの厚さに成膜した上に、ＩＴＯを１００ｎｍ成膜した後、一般的なパターニング手法（スパッタリング成膜法等）を用いて陽極３とするが、単層であってもよい。なお、陽極材料としては、その上面に成膜される有機層４に正孔を効果的に注入できれば、上記以外の材料であってもかまわず、成膜手法もスパッタリング成膜法以外の手段を用いてもかまわない。

上記有機層４は、図示しないが、発光層を含む有機積層構造であり、例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層を蒸着により順に積層して形成される。正孔注入層は、発光層への正孔注入効率を高めるためのものである。正孔輸送層は、発光層への正孔輸送効率を高めるためのものである。発光層は、陽極３から注入された正孔と陰極５から注入された電子とを再結合させて発光する機能を有する。電子輸送層は、発光層への電子輸送効率を高めるためのものである。各々の層厚は数１０ｎｍであり、総膜厚としては、概ね１００〜３００ｎｍ程度である。各層厚は、電気的、光学的な設計手法を用いて決定される。また、有機層４の屈折率は、材料的な観点からして、一般には、１．８〜２．０に設定されている。封止膜７の屈折率も同様に、１．８〜２．０に設定されている。

上記陰極５は、上記有機層４上に積層された内側電極１０と、該内側電極１０上に積層され光透過率の高い材料からなる外側電極１１とからなる。上記内側電極１０は、図示しないが、上記有機層４に電子を注入する電子注入用電極と、該電子注入用電極上に積層され当該電極を保護する保護電極とからなり、上記電子注入用電極は、電子注入効率向上の観点から仕事関数の小さな材料からなる。上記電子注入用電極は、例えば、Ｌｉ（リチウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）等のアルカリ土類金属と、Ｆ（フッ素）、Ｃｌ（塩素）等のハロゲンとの化合物を用い、膜厚は数ｎｍ程度である。また、保護電極はＡｌ、Ａｇ等の合金であり、概ね数１０ｎｍ程度のごく薄い金属電極である。この場合、保護電極は透過率が数十％で半透明電極であり、よって光は上方へ透過する。膜厚、材料は電気的、光学的な設計手法を用いて決定される。したがって、仕事関数の小さな材料からなる電子注入用電極により、有機層４に効率良く電子を注入でき、保護電極により上記電子注入用電極の酸化を抑制して有機層４からの光取出し効率の低下を抑制できる。

上記外側電極１１は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＷＯ（酸化インジウムタングステン）、ＧＺＯ（酸化ガリウム亜鉛）、ＡＺＯ（酸化アルミニウム亜鉛）等の透明な金属酸化物からなる透明導電膜であり、上記保護電極では十分な導電率を得られないために使用される。外側電極１１の形成法としては、実施形態１ではイオンビームスパッタリング成膜法を用いたが、後述の実施形態２ではイオンプレーティング成膜法を用いている。

この発明の特徴として、上記外側電極１１の膜密度は、当該外側電極１１を構成する材料の真密度に対し８５％〜９５％に設定されている。この数値範囲内では、欠陥がなく緻密な膜となって良好な封止性能を有するため、封止膜７を必要以上に厚膜化せずに済み、工程及びコストを低減できるとともに、設計の自由度を向上できるからである。

また、外側電極１１の膜厚は、５０ｎｍ〜３００ｎｍに設定されている。５０ｎｍ未満では封止性能が十分に得られず、３００ｎｍを超えると光透過率が低下するからである。

さらに、上記外側電極の屈折率は、１．８０〜２．０５に設定されている。このように設定したのは、一般に、有機層４及び封止膜７の屈折率が１．８０〜２．０５であり、この範囲に外側電極１１の屈折率を合わせることで、有機層４や封止膜７との間に屈折率に大きな差が生じず、これにより、界面反射率の低下や光の閉じこもりを防止でき、光取出し効率及び視野角特性の向上、ひいては消費電力の低減ができるからである。

また、外側電極１１の成膜法であるイオンビームスパッタリング成膜法では、ターゲットに照射されるイオンビームのエネルギー密度を２Ｗ／ｃｍ^２〜７Ｗ／ｃｍ^２に設定している。これにより、外側電極１１の膜密度を当該外側電極１１を構成する材料の真密度に対し８５％〜９５％に確実に設定することができる。

上記封止膜７としては、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ等が一般的であるが、アルミナ、酸化チタン等を用いることもできる。膜厚が厚い方が、また層数を増やした方が、封止性能は上昇するが、光透過率の低下や、プロセスコストの上昇等のデメリットも生じるため、例えば、膜厚２００ｎｍの単層膜が好ましい。成膜法としては、イオンビームスパッタリング成膜法以外の物理蒸着手法、化学蒸着手法を用いてもよいが、工程の安定化及びコスト低減を図る観点から、外側電極１１と同じイオンビームスパッタリング成膜法を用いることが望ましい。

上記封止基板８としては、透明で光を透過することができるものであり、かつ水分や酸素の透過率が低いものであればよく、例えば、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板を挙げることができる。

上記透明接着樹脂９としては、封止基板８を支持基板２に確実に固定できるものであり、かつ水分や酸素の透過率が低いものであればよく、例えば、エポキシ系やアクリル系の透明樹脂である。なお、本例では、固体封止手法を挙げたが、この他に、封止ガラスの枠部にのみ接着剤を塗布して貼り合せる缶封止であってもよい。

なお、有機層４の形成から以降の工程においては、通常、水分及び酸素のない雰囲気で行う必要がある。これは、水分や酸素により、有機ＥＬ素子６の劣化が起こるためである。一般的には、例えば、真空チャンバー内で一貫して有機ＥＬ素子６を形成し、または、厳密に露点を管理された窒素雰囲気化のグローブボックス内で有機ＥＬ素子６を形成する。

次に、実施形態１に係る有機ＥＬ表示装置１の製造要領について図２の工程図を参照しつつ説明する。

まず、厚さ０．７ｍｍのガラス製の支持基板２を用意し（ステップＳＴ１）、この支持基板２上にＡｇを１００ｎｍ、ＩＴＯを１００ｎｍ、順に成膜した後、一般的なパターニング手法を用いて陽極３を形成する（ステップＳＴ２）。

次いで、上記陽極３上に有機層４を蒸着により形成する。正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層を順に数１０ｎｍずつ積層し、総膜厚を概ね１００〜３００ｎｍ程度とする（ステップＳＴ３）。

その後、上記有機層４上に内側電極１０を成形する（ステップＳＴ４）。具体的には、まず、Ｌｉ等のアルカリ土類金属とＦ等のハロゲンとの化合物を用いて膜厚数ｎｍ程度の電子注入用電極を有機層４上に形成した後、さらにその上にＡｌ等を用いて概ね数１０ｎｍ程度でごく薄く透過率が数十％の保護電極（半透明電極）を形成する。

しかる後、上記内側電極１０上にＩＴＯを用いて膜厚１００ｎｍの外側電極（透明電極）１１を形成する。これにより、有機ＥＬ素子６が形成される（ステップＳＴ５）。外側電極１１の形成法としては、以下に述べるイオンビームスパッタリング成膜法を用いる。

次に、上記構造上にＳｉＯＮを用いて膜厚２００ｎｍの封止膜７を形成し、有機ＥＬ素子６を封止膜７で覆う（ステップＳＴ６）。封止膜７の形成法としては、上記外側電極１１と同じイオンビームスパッタリング成膜法を用いる。

その後、ガラス製の封止基板８を上方にセットして支持基板２と封止基板８との間にエポキシ系の透明接着樹脂９を充填し、有機ＥＬ素子６を透明接着樹脂９に埋設する（ステップＳＴ７）。これにより、有機ＥＬ表示装置１が形成される。

なお、本例にでは、有機ＥＬ表示装置１を図１に示すように模式的に示しているが、例えば、アクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示装置の場合には、ガラス基板にＴＦＴ回路と配線が事前に形成されており、絶縁膜を通して有機ＥＬ素子と接続される。

つまり、まず、ガラス基板上にＴＦＴ回路と配線を形成した後、例えばアクリル系やイミド系よりなる絶縁膜を全体に塗布してから、陽極及び陰極とＴＦＴ回路・配線とを接続するスルーホールを形成する。次いで、先に述べたように、陽極を成膜し、パターニングした後、各画素間の間に位置して陽極のエッジ部を覆うように絶縁膜を形成する。その後、既に述べたような手順によって有機ＥＬ表示装置を形成する。その際、各端子取出部は貼合せ基板よりも外側に露出するようにしておく。設計に応じては、この後さらに、カラーフィルターや偏光板等を貼り合せてもよい。また、有機ＥＬ照明装置等のデバイスであれば、陽極、陰極に取出部が形成される。

上記外側電極１１は、図３に示すイオンビームスパッタリング成膜装置１０１を用いて形成される。

＜イオンビームスパッタリング成膜装置１０１の構成＞
図３中、１０２は成膜チャンバであり、該成膜チャンバ１０２内の下方には、成膜材料であるターゲット（成膜材料源）Ｔがセットされるホルダ１０３と、ターゲットＴをスパッタするイオンビームガン（イオンビーム源）１０４とが配置されている。また、成膜チャンバ１０２内の上方には、上記ステップＳＴ４で内側電極１０（電子注入用電極１０ａ、保護電極１０ｂ）が形成された支持基板２をセットする基板ホルダ１０５が配置されている。このイオンビームスパッタリング成膜装置１０１を用いることで、コンベンショナルなＤＣやＲＦスパッタと比べ、より高真空での成膜が可能となり、かつより高エネルギーのビームによるスパッタリングが可能となる。また、ターゲットＴ、支持基板２、イオンビームガン１０４の構成が独立しているために多彩な配置での成膜が可能となる。したがって、高い品質の成膜が可能な装置である。

＜イオンビームスパッタリング成膜法による外側電極１１の形成＞
上記ターゲットＴとしては、本例ではＩＴＯ焼結体を用いる。また、上記イオンビームガン１０４内にはＡｒ及びＯ_２ガスが導入され、内部でそれらのプラズマを発生させてＡｒとＯイオンとを引き出すことで、イオンビームＢを生成する。このイオンビームＢがターゲットＴに照射されてターゲット材料がスパッタされ、支持基板２上へ到達することによって成膜される。

＜成膜条件＞
イオンビームパワー：２．２ｋＷ
ビーム断面積ＳＢ１：３４０ｃｍ^２
ビームエネルギー密度：５．３Ｗ／ｃｍ^２
成膜膜厚：１００ｎｍ
成膜ガス流量としてＡｒ：２０sccm、Ｏ_２：１０sccmを導入
ターゲット材質：ＩＴＯ（ＳｎＯ_２が１０ｗｔ％）の焼結体
ターゲット密度：相対密度９９％以上品
このようにしてＩＴＯ膜（外側電極１１）が成膜された有機ＥＬ素子６のデータを、イオンビーム源のパワーを変えてＩＴＯ膜を成膜したときのデータと共に図４〜図６に示す。図４は印加電圧と電流密度との関係を示すグラフである。図５は印加電圧と輝度との関係を示すグラフである。図６はイオンビーム源のパワーを変えて得た各種のデータ表である。

これらのデータによると、上述の如くイオンビームパワーが２．２ｋＷでＩＴＯが成膜された有機ＥＬ素子６は、ＩＴＯを成膜しない素子に比べ、電圧印加時の初期におけるリーク電流の発生や、同一印加電圧に対する電流密度の減少が見られなかった。したがって、ＩＴＯ成膜時のスパッタ粒子の到達による有機層４へのダメージはないと考えられる。

また、発光効率に関しては、非成膜状態よりも、約１．１倍の上昇が見られた。これは、有機層４の屈折率（約１．８）に対し、本例でのＩＴＯ膜の屈折率が１．８５とほぼ等しく、さらに上層の封止膜７であるＳｉＯＮの屈折率もほぼ等しく１．８であることから、光取出し方向において大きな屈折率段差がないために、ＩＴＯ膜中に光が閉じ込められることがなくなり、全体としての光取出し効率が上昇したためである。

また、保管試験においては、本素子を雰囲気温度：６０℃、湿度：９０％の環境で保存したところ、１０００時間以上、発光部に暗部が生じるダークスポットの発生が見られなかった。これは、ＩＴＯ膜に欠陥がなく、有機層４への水分の浸入が効果的に抑制されているためである。

また、図４の片対数グラフに示すように、イオンビームパワーが２．２ｋＷを超えると、同一印加電圧値に対する電流密度の減少が見られる。これはＩＴＯ成膜時において、有機層４へのスパッタ粒子の到達エネルギーが高すぎるため、有機層４へダメージを加えてしまったためと考えられる。

また、図５の片対数グラフに示すように、イオンビームパワーが２．２ｋＷのときに最大の発光効率が得られているが、逆にイオンビームパワーが０．４ｋＷ、０．８ｋＷと低い場合には、輝度がかえって低下している。これは、低エネルギー領域においては、ＩＴＯ膜の屈折率が２．１近辺と高くなり、光取出し方向に屈折率段差が生じてしまうために、ＩＴＯ膜内に光が閉じ込められてしまい、光取出し効率が低下するためである。

また、図６のデータ表に示すように、雰囲気温度：６０℃、湿度：９０％の高温高湿保管試験の結果、イオンビームパワーが２．６ｋＷ品において、４００時間でダークスポットの発生が見られた。これは、ＩＴＯ膜の相対密度が約８４％で、膜欠陥が多い膜であり、そこを通して水分の浸入が生じたためと考えられる。しかし、有機層４へのダメージ及び光取出し効率は、イオンビームパワーが１．８ｋＷ品及び２．２ｋＷ品に比べて劣るものの、０．４ｋＷ品よりも良い結果が得られた。

また、イオンビームパワーが０．４ｋＷ時にかえって信頼性の低下が見られたのは、膜欠陥によるものでなく、イオンビームパワーが低いために密着性が低下して微小な膜剥がれが発生し、それによる信頼性の低下等の要因が考えられる。

以上のことから、次のことがいえる。

＜形成されるＩＴＯ膜の膜密度について＞
ＩＴＯ膜の膜密度は材料の真密度に対し８５〜９５％の範囲内が好ましく、このときイオンビームパワーにして０．８〜２．６ｋＷの範囲内である。このときのＩＴＯ膜の膜密度は材料の真密度に対し８５〜９５％の範囲内である。膜密度が材料の真密度に対し８５〜９５％であれば、ＩＴＯ膜は欠陥がなく緻密な膜となり、有機ＥＬ表示装置１の封止膜として十分な性能を発揮することができる。この効果により、本実施形態においては、別途、２００ｎｍという比較的薄い封止膜７を加えるだけで、全体として十分な封止性能を発揮することが可能となっている。この効果により、プロセス工程数の低減、コストの大幅な低減が可能となる。

また、上記範囲内であれば、ＩＴＯ等の外側電極（透明導電膜）１１の屈折率が１．８０から２．０５となり、トップエミッション型に代表されるような、上方から光を取り出す構造の有機ＥＬ表示装置１に対しては、光取出し効率の観点からは、最も適した値となる。つまり、有機層４や最も一般的に使用されるＳｉＯＮ系封止膜の屈折率が１．８０〜２．０５であり、これらと外側電極１１の屈折率との間に光取出し方向に亘って屈折率に大きな段差が生じず、界面反射率の低減と、特定の層内への光の閉じこもりを防ぐことができ、ひいては光取出し効率の向上、視野角特性の向上、ひいては消費電流の低減が可能となる。

なお、ＩＴＯ膜の真密度の求め方を以下に示す。

２種類材料の密度は単純には、ｎＡ＊αＡ＋ｎＢ＊αＢとなる。

ｎＡ、ｎＢ：材料Ａ、Ｂの密度
αＡ、αＢ：それぞれの体積分率
例えば、ＳｎＯ_２が１０ｗｔ％のＩＴＯの真密度は、Ｉｎ_２Ｏ_３の真密度が７．１８ｇ／ｃｍ^３、ＳｎＯ_２の真密度が６．９５ｇ／ｃｍ^３であるから、７．１５６ｇ／ｃｍ^３となる。

したがって、ＩＴＯ膜の膜密度が材料の真密度に対し８５〜９５％の範囲内であるということは、ＩＴＯ膜の膜密度がほぼ６．０〜６．８の範囲内であることを意味し、図６のデータ表中、イオンビームパワーにして０．８〜２．６ｋＷの範囲が該当する。

＜イオンビームのエネルギー密度とターゲット密度について＞
上記密度範囲の膜を得るために、イオンビームスパッタ法を用いる場合、ターゲットに照射されるイオンビームのエネルギー密度を２〜７Ｗ／ｃｍ^２に設定すればよい。この範囲内において、上記の膜密度が実現できるものである。

（実施形態２）
実施形態１では、外側電極１１をイオンビームスパッタリング成膜法により形成したが、この実施形態２では、外側電極１１をイオンプレーティング成膜法により形成している点が実施形態１と異なっている。その他は実施形態１と同様であり、有機ＥＬ表示装置１及びその製造方法で実施形態１と共通している点は実施形態１の説明に譲ることとし、以下、異なる点のみ説明する。

上記外側電極１１は、図７に示すイオンプレーティング成膜装置２０１を用いて形成される。

＜イオンイオンプレーティング成膜装置２０１の構成＞
図７中、２０２は成膜チャンバであり、該成膜チャンバ２０２内の下方には、成膜材料であるソース（成膜材料源）Ｓがセットされるハース２０３が配置され、成膜チャンバ２０２の側壁下方寄りには、ソースＳを加熱するプラズマビームガン（プラズマビーム源）２０４が配置されている。また、成膜チャンバ２０２内の上方には、上記ステップＳＴ４で内側電極１０（電子注入用電極、保護電極）が形成された支持基板２をセットする基板ホルダ２０５が配置されている。

＜イオンビームスパッタリング成膜法による外側電極１１の形成＞
上記ソースＳとしては、本例ではＩＺＯ焼結体を用いる。また、上記プラズマビームガン２０４は、内部でＡｒプラズマを発生させ、Ａｒイオンを引き出してやることにより、Ａｒビーム（イオンビーム）Ｂを生成するものである。支持基板２上への成膜は、このＡｒビームが照射されることによって、ソースＳが加熱昇華され、材料が支持基板２上へ飛散することによって成膜される。この間、飛散する材料はプラズマビーム領域を一部通過することになるので、イオン化され、これが支持基板２上に堆積することで強固な膜を形成する。

＜成膜条件＞
プラズマビームパワー：４．０ｋＷ
ビーム断面積ＳＢ２：１２．５６ｃｍ^２
ビームエネルギー密度：３１９Ｗ／ｃｍ^２
成膜膜厚：２００ｎｍ、
成膜ガスとして、Ａｒ：２０sccm、Ｏ_２：１０sccmを導入、
ソース材質：ＩＺＯ（ＺｎＯ_２が１０ｗｔ％）の焼結体
ソース密度：相対密度９９％以上品
この材料の真密度は、Ｉｎ_２Ｏ_３の真密度が７．１８ｇ／ｃｍ^３、ＳｎＯ_２の真密度が６．９５ｇ／ｃｍ^３であるから、７．１５６ｇ／ｃｍ^３となる。

実施形態２においても、比較のためにプラズマビームパワーをいくつかの条件に亘って振りながら同様の素子を作成した。その結果をまとめたものが図８のデータ表である。

これによれば、プラズマビームパワーにして３．０〜６．０ｋＷの範囲が好ましく、このときのＩＺＯ膜の膜密度は材料の真密度に対し８５〜９５％の範囲内であり、この範囲内において、良好な光取出し効率と高温高湿保管試験特性を実現している。また、このときのソースＳに照射されるプラズマビームのエネルギー密度は、２００〜５００Ｗ／ｃｍ^２である。

効果に関しては、実施形態１で述べたことと同様であり、成膜密度において、光取出し効率と高温高湿保管特性（封止性能）を両立している。

また、実施形態２においては、実施形態１とエネルギー密度が大きく異なっているが、これは手法の違いによるものであり、実施形態１では粒子を高エネルギーで叩き出すスパッタリング成膜法であり、良好な膜特性を実現できるのであるが、下地膜へのダメージは根本的に大きく、そのために有機層上へ成膜する場合には、低いエネルギー密度が必須条件となっている。

これに対して、イオンプレーティング成膜法は、根本的にはソースを発熱・昇華させて材料を成膜するものであるから、下地膜へのダメージは少ない手法である。しかしながら、逆に上記のように、ソースを昇華させるためには、大電流が必要となり、結果的に高いエネルギー密度が必須条件となる。

また、実施形態２においては、実施形態１と透明導電膜材料が異なっているが、一般的な透明導電膜材料は、複数の酸化物半導体が混合されたものであるという点は同じであり、特に本論で述べられているような、成膜中の膜欠陥の多少による膜密度変動という観点に立てば、ほぼ同じ議論が成り立つものと考えられる。

この発明は、上部電極側から光を取り出すトップエミッション構造の有機エレクトロルミネセンス装置及びその製造方法について有用である。

１ 有機ＥＬ表示装置（有機エレクトロルミネセンス装置）
２ 支持基板
３ 陽極
４ 有機層
５ 陰極
６ 有機ＥＬ素子（有機エレクトロルミネセンス素子）
７ 封止膜
１０ 内側電極
１０ａ 電子注入用電極
１０ｂ 保護電極
１１ 外側電極
１０１ イオンビームスパッタリング成膜装置
２０１ イオンプレーティング成膜装置
Ｂ イオンビーム
Ｓ ソース
Ｔ ターゲット

Claims (6)

1. 支持基板上に光反射電極としての陽極、有機層及び光透過性を有する陰極が順に積層された有機エレクトロルミネセンス素子を備え、かつ該有機エレクトロルミネセンス素子が光透過性を有する封止膜で覆われ、上記陰極側から光を取り出すトップエミッション構造の有機エレクトロルミネセンス装置であって、
   上記陰極は、上記有機層上に積層され仕事関数の小さな材料を含む内側電極と、該内側電極上に積層され光透過率の高い材料からなる外側電極とからなり、
   上記外側電極の膜密度は、当該外側電極を構成する材料の真密度に対し８５％〜９５％に設定されていることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス装置。
2. 請求項１に記載の有機エレクトロルミネセンス装置において、
   上記外側電極の膜厚は、５０ｎｍ〜３００ｎｍに設定されていることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス装置。
3. 請求項１又は２に記載の有機エレクトロルミネセンス装置において、
   上記有機層及び封止膜の屈折率は、１．８０〜２．０５であり、
   上記外側電極の屈折率も、１．８０〜２．０５に設定されていることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネセンス装置において、
   上記内側電極は、仕事関数の小さな材料からなり上記有機層に電子を注入する電子注入用電極と、該電子注入用電極上に積層され当該電極を保護する保護電極とからなることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネセンス装置において、
   上記外側電極は、ターゲットに照射されるイオンビームのエネルギー密度が２Ｗ／ｃｍ^２〜７Ｗ／ｃｍ^２に設定されたイオンビームスパッタリング成膜法により成膜されたものであることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス装置。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネセンス装置において、
   上記外側電極は、ソースに照射されるイオンビームのエネルギー密度が２００Ｗ／ｃｍ^２〜５００Ｗ／ｃｍ^２に設定されたイオンプレーティング成膜法により成膜されたものであることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス装置。

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