JP2011086796A

JP2011086796A - 有機エレクトロルミネッセント素子

Info

Publication number: JP2011086796A
Application number: JP2009239022A
Authority: JP
Inventors: Shinya Yamamoto; 晋也山本; Naoto Matsuo; 直人松尾
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2011-04-28

Abstract

【課題】発光効率を向上させ、かつ蒸着法やスパッタ法等の高真空薄膜形成技術によらず簡略化された製造方法により作製された有機エレクトロルミネッセント素子を提供することを課題とすることを目的とする。
【解決手段】透明電極である陽極３と陽極３に対向する対向電極である陰極７との間に少なくとも１層以上の有機物からなる発光層５と、発光層５と陰極７との間に金属酸化物からなる電子注入層６とを備え、電子注入層６は予め陰極７上に成膜され、陰極７は発光層５側に電子注入層６が配置されるように固体平板状態で接触配置されて加熱及び加圧形成され、電子注入層６は陰極７上にめっき法によって成膜されることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子１とした。
【選択図】図１

Description

本発明は有機エレクトロルミネッセント素子及びその有機デバイスの製造方法で、特に有機エレクトロルミネッセント素子を光源に用いた表示装置及び電子機器に用いられ低輝度から光源用途等の高輝度まで幅広い輝度範囲で駆動される電界発光素子である有機エレクトロルミネッセント素子に関するものである。

図７は従来の有機エレクトロルミネッセント素子の構造を示す断面図である。以降、従来の一般的な有機エレクトロルミネッセント素子の構造について図７を用いて説明する。

図７に示すように有機エレクトロルミネッセント素子１１１は、例えばガラス基板１１２上にスパッタ法や抵抗加熱蒸着法等により形成されたＩＴＯ等の透明な導電性膜からなる陽極１１３と、陽極１１３上に同じく抵抗加熱蒸着法等により形成されたＮ，Ｎ´−ジフェニル−Ｎ，Ｎ´−ビス（３−メチルフェニル）−１、１´−ジフェニル−４，４´−ジアミン（以下、ＴＰＤと略称する。）等からなる正孔輸送層１１４と、正孔輸送層１１４上に抵抗加熱蒸着法等により形成された８−ＨｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅＡｌｕｍｉｎｕｍ（以下Ａｌｑ₃と略称する）等からなる有機材料層１１５と、有機材料層１１５上に抵抗加熱蒸着法等により形成された１００〜３００ｎｍ程度の厚みの金属膜からなる陰極１１７とを備えている。

なお、正孔輸送層１１４と有機材料層１１５は便宜上一括して単に発光層１１６と呼称される。この場合、発光層１１６には正孔輸送層１１４、有機材料層１１５の他に図示しない正孔注入層、電子注入層、電子輸送層、電子ブロック層等が含まれていてもよい。

更に、前記構造の有機エレクトロルミネッセント素子は水分等の影響に因る劣化を防止するため、例えばバスタブ形状を有するガラスによって構成される封止部１１８で有機エレクトロルミネッセント素子１１１の全面を覆うように設けられ、その外周部はガラス基板１１２等に接着剤を用いて接着されている。以下の説明についてもこの例に倣う。

この有機エレクトロルミネッセントデバイス及び有機デバイスにおいて、融点が１００〜２５０℃の陰極材料を液体状に溶融させ、溶融した陰極材料を有機層に接触させ溶融接着し、生産性、コストを改善することが提案されている（例えば特許文献１に記載）。しかしながら、低融点の金属を溶融させ、有機層に接触させ、溶融接着したのみの構成では、陰極から有機層への電子の注入が十分に行われずに、発光効率が低く、高輝度な発光が得られないという課題を有していた。

また、この方法では予め陰極金属を液体状の溶融状態で有機層に直接接触させて成膜する必要から、溶融状態を保つために電極材料や有機層の温度を制御すること自体が難しかった。更に、電気抵抗値を十分に小さくして電流密度を均一にするため陰極の厚みを大きくすると、陰極材料は溶融状態では液体の分子間に作用する分子間力等により凝集が発生して、厚みの不均一化が発生する恐れがあった。厚みの不均一化が発生することにより所定の発光面に均一に電流を流すことができなくなり、局所的な電流の集中が起こり、発光のムラ、局所的な劣化、電極間の短絡の要因となっていた。

特開２００５−２７７３４０号公報

そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、発光効率を向上させ、かつ蒸着法やスパッタ法等の高真空薄膜形成技術によらず簡略化された製造方法により作製された有機エレクトロルミネッセント素子を提供することである。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、透明電極と前記透明電極に対向する対向電極との間に少なくとも１層以上の有機物からなる発光層と、前記発光層と前記対向電極との間に金属酸化物からなる電子注入層とを備え、前記電子注入層は予め前記対向電極上に成膜され、前記対向電極は前記発光層側に前記電子注入層が配置されるように固体平板状態で接触配置されて加熱及び加圧形成され、前記電子注入層は前記対向電極上にめっき法によって成膜された有機エレクトロルミネッセント素子である。

以上の構成により、本発明は、発光効率を向上させ、かつ蒸着法やスパッタ法等の高真空薄膜形成技術によらず簡略化された製造方法により作製された有機エレクトロルミネッセント素子を提供することができる。

本発明の実施例に係る有機エレクトロルミネッセント素子の構造を示す断面図本発明の実施例に係る有機エレクトロルミネッセント素子の発光効率の電子注入層膜厚依存性の説明図（ａ）本発明における電子注入層の膜厚が０Åの有機エレクトロルミネッセント素子の発光部の発光時の発光面を示す図、（ｂ）図３（ａ）における発光断面図、（ｃ）本発明における電子注入層の膜厚が６０Åの有機エレクトロルミネッセント素子の発光部の発光時の発光面を示す図、（ｄ）図３（ｃ）における発光断面図、（ｅ）本発明における電子注入層の膜厚が１５０Åの有機エレクトロルミネッセント素子の発光部の発光時の発光面を示す図、（ｆ）図３（ｅ）における発光断面図本発明の実施例に係る有機エレクトロルミネッセント素子の電子注入層の成膜工法における発光効率を示す図（ａ）めっき処理の施していない対向電極の表面を１００００倍に拡大した電子顕微鏡写真、（ｂ）図５（ａ）の表面を更に５倍に拡大した電子顕微鏡写真、（ｃ）電気亜鉛めっき処理を５秒間施した対向電極の表面を１００００倍に拡大した電子顕微鏡写真、（ｄ）図５（ｃ）の表面を更に５倍に拡大した電子顕微鏡写真、（ｅ）電気亜鉛めっき処理を１０秒間施した対向電極の表面を１００００倍に拡大した電子顕微鏡写真、（ｆ）図５（ｅ）の表面を更に５倍に拡大した電子顕微鏡写真、（ｇ）電気亜鉛めっき処理を２０秒間施した対向電極の表面を１００００倍に拡大した電子顕微鏡写真、（ｈ）図５（ｇ）の表面を更に５倍に拡大した電子顕微鏡写真電気めっき処理時間に対して対向電極表面上に析出された粒子の径をプロットした図従来の有機エレクトロルミネッセント素子の構造を示す断面図

本発明は、透明電極と透明電極に対向する対向電極との間に少なくとも１層以上の有機物からなる発光層と、発光層と対向電極との間に金属酸化物からなる電子注入層とを備え、電子注入層は予め対向電極上に成膜され、対向電極は発光層側に電子注入層が配置されるように固体平板状態で接触配置されて加熱及び加圧形成され、電子注入層は対向電極上にめっき法によって成膜された有機エレクトロルミネッセント素子である。

この構成により、有機エレクトロルミネッセント素子の発光効率を向上することが可能となる。

また、めっき法を使用することにより、電子注入層を成膜する工法として蒸着法やスパッタ法等の多額の設備投資を必要とする高真空プロセスを必要としないことから、設備投資を大幅に低減した有機エレクトロルミネッセント素子の作製プロセスが可能となり、結果として安価な有機エレクトロルミネッセント素子の提供が可能となる。

また、めっき法を使用することにより、有機エレクトロルミネッセント素子を製造する工程において真空工程を排除することが可能となることから生産時のタクトタイムを短縮することが可能となり、生産コストを小さくでき、結果として安価な有機エレクトロルミネッセント素子の提供が可能となる。

また、真空プロセスに対して、湿式成膜法であるめっき法は成膜レートが格段に高いので処理の時間が非常に短く、タクトタイムの短縮が可能となり結果として安価な有機エレクトロルミネッセント素子の提供が可能となる。

また、対向電極を固定平板状態で加熱軟化し接合することが可能となり、有機エレクトロルミネッセント素子を安価で容易に製造することが可能となる。

この時、必要に応じ固体平板電極材料を保持する保持板を用いることにより、電極配置の位置合わせ精度を容易に上げることができる。

また、保持板に剛性の高い材料を用いて加圧することで、有機層側に複雑な形状の段差を含む形状であっても、接合不良を発生させることがない製造方法及び有機エレクトロルミネッセント素子を提供することが可能となる。

更に、電子注入層を設けたことにより、有機層への電子注入が容易になり、有機エレクトロルミネッセント素子の発光効率を向上することが可能となる。また、陰極から有機層への電子注入が容易になることから、駆動電圧が低下し、消費電力の低減が可能となる。

また、有機エレクトロルミネッセント素子面内における陰極から有機層へ電子注入の均一性が向上することから、面内での発光ムラを抑制することが可能となり、均一な発光を得ることが可能となる。

また、電子注入層が金属酸化物より構成されることから、酸素、水分等に対して不活性な電子注入層が得られる。つまり有機エレクトロルミネッセント素子内部、外部の反応性物質の影響を低減でき安定した電子注入特性を得ることが可能となる。また対向電極が有機層と接合する前に、電子注入層を予め、対向電極表面に形成できることにより、直接有機層上へ電子注入層を形成しないので、電子注入層形成による有機層への劣化の要因となるダメージを防ぐことが可能となり、これらの結果として長寿命な有機エレクトロルミネッセント素子の提供が可能となる。

また、本発明は記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、めっき法が、電気亜鉛めっきであることを含む。

この構成により、予め電子注入層が電気亜鉛めっきされる対象物が固体平板状の対向電極であり導電率が高いため、対向電極上に、均一な膜厚の電子注入層を得ることが容易となり、有機エレクトロルミネッセンス素子を形成した際に、電子注入層から有機層への電子注入が均一に行われることで均一な発光が可能となる。

また、電気亜鉛めっきであることから、めっき膜厚は印加した電気化学当量に比例するため膜厚の制御が行いやすく、量産時の歩留まりが向上するので安価な有機エレクトロルミネッセント素子の提供が可能となる。

また、電気亜鉛めっきにより酸化亜鉛膜が形成されることにより、固体平板状対向電極の所望の部分にのみ有機層への電子注入特性を上回る電子注入特性を対向電極に付与することが可能となり、有機エレクトロルミネッセント素子の発光効率を向上させることが可能となる。

また、酸化亜鉛は酸化物でありながら比抵抗が小さいため、電圧降下を招くことなく、両電極間に印加される電界がそのまま発光層にかかり、高輝度特性を得ることが可能となる。また、同様な金属酸化物である酸化チタンを電子注入層に用いた有機エレクトロルミネッセント素子と比較して発光効率の高い、有機エレクトロルミネッセント素子が得られる。更に、チタン及び酸化チタンの成膜にはめっき法による形成が困難である。

また、電子注入機能、電子輸送機能、正孔ブロック機能をもつため、良好な電子注入を実現することができ、有機層中での正孔と電子が再結合する領域である発光領域を制御することができる。

従って、例えば、従来は容易ではなかった、発光領域を発光層の中心となるように制御することにより、素子効率が向上し、更には素子寿命の向上が可能となる。

また、安定な材料であることから製造環境や雰囲気を制御する特別な設備を必要とせず、デバイス作製時の取り扱いが容易であり、なおかつ酸化物半導体材料としては一般的な材料であることから安価な有機エレクトロルミネッセント素子の提供が可能となる。また一般的なめっき材料かつ組成の安定なめっき液を使用できることから安価な有機エレクトロルミネッセント素子の提供が可能となる。

また、本発明は記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、電気亜鉛めっきを２回以上の処理に分割して行うことを含む。

この構成により、均一なめっきが可能となる。電気亜鉛めっきの膜厚の制御は印加した電気化学当量に比例するが、めっき対象物への電界分布を完全に均一にすることは困難である。その上、亜鉛析出によりめっき浴の組成が変化するため、厳密にはめっき条件は初期に比べ変化している。そのため電気亜鉛めっき処理を分割処理することでより精細な膜厚の制御が可能となる。

また、本発明における電気亜鉛めっきの膜厚は数十ｎｍ以下であり、一般的なめっき膜に比較して膜厚が極端に小さく、より精細な膜厚制御が必要であるが、電気亜鉛めっきを分割処理することで、より精細な膜厚制御が可能となり、本発明の電子注入層を得られ、結果として高効率な有機エレクトロルミネッセント素子が可能となる。

また、本発明は記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、電気亜鉛めっきを２回以上の処理に分割して行い、１回以上逆電圧を印加することを含む。

この構成により、均一なめっきが可能となる。電気亜鉛めっきの膜厚の制御は印加した電気化学当量に比例するが、めっき対象物への電界分布を完全に均一にすることは困難である。その上、亜鉛析出によりめっき浴の組成が変化するため、厳密にはめっき条件は初期に比べ変化している。そのため電気亜鉛めっき処理を分割処理することでより精細な膜厚の制御を可能としている。

更に、電界の集中を緩和することを目的として逆電圧を印加すると、順電圧により析出されためっき部の再溶解が起こる。この再溶解は厚い析出部分ほど多く溶出するため、適宜逆電圧によるめっき処理を行うことで、結果として均一な電気亜鉛めっき膜の形成が可能となる。本発明のめっき処理の目安としては順めっき２に対して逆めっきを１となるようにめっき処理を行うのが望ましい。

また、本発明は記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、電気亜鉛めっきを行う対向電極の面積が、非めっき電極の面積に対して１．０〜１．６倍の範囲であることを含む。

この構成により、均一なめっきが可能となる。前述のとおり、電気亜鉛めっきの膜厚の制御は印加した電気化学当量に比例するが、その際電気亜鉛めっきを行う対向電極の面積が、非めっき電極の面積に対して１．０〜１．６倍にすることで電界分布の均一性を向上させることが可能となる。逆にこの範囲以外で非めっき面積が同等以下もしくは過大であると端部への電界集中が起こり、不均一なめっき膜が形成されてしまう。このことから電界分布の均一性が向上することにより均一なめっきが可能となり、結果として均一に発光する発光ムラのない有機エレクトロルミネッセント素子が可能となる。

また、本発明は記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、めっき法が無電解亜鉛めっきによって成膜されることを含む。

この構成により電気亜鉛めっきでは比較的困難である対向電極の導電率が低い場合や、形状が複雑で対向電極の設計及び配置が困難な場合にも均一な膜厚のめっき膜を得ることが可能となり、結果として均一に発光する発光ムラのない有機エレクトロルミネッセント素子が可能となる。

また、本発明は記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、電子注入層がめっき処理後、浴中もしくは大気中にて自然に酸化されて成ることを含む。

この構成により、対向電極上へ析出された亜鉛がめっき処理後、浴中もしくは大気中にて自然に酸化されることにより、特別な酸化処理を行うことなく所望の金属酸化物が得られるため、取り扱いが用意となり通常環境や通常雰囲気での成膜処理が可能となり、結果として製造工程の簡略化が可能となる。

また、析出された亜鉛が酸化することにより、電子注入特性が発現され、対向電極に電子注入特性を付与することが可能となり、有機エレクトロルミネッセント素子の発光効率を向上させることが可能となる。

また、析出された亜鉛が酸化することにより、透過率が８０％以上の電子注入層となり、有機層中で放射された光及び有機層中を通過して電子注入層へ到達した光が電子注入層で吸収されず、対向電極に到達し、更に対向電極により反射され、再び、電子注入層、有機層、透明電極、基板を経て有機エレクトロルミネッセント素子の外部へ放射されることが可能となり、有機層から放射された発光の減少を抑制することが可能となる。

また、本発明は記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、めっき法によって成膜される電子注入層が粒子状の析出物により対向電極を非被覆状態あるいは離散的に形成されることを含む。

この構成により電子注入層が粒子状であることから対向電極と有機物層との接触面積を増大させることができ、陰極からの有機層への電子注入を効率よく行うことができるので、有機デバイスの効率を向上させることができる。

また、完全な被覆状態でなく、離散的な被覆状態であることから電子注入層の電気抵抗値が極めて高い材料を用いたとしても有機層への電子注入が可能な電極を実現することができる。

また、有機層と接着した際の接着界面の形状が平坦でないことから微小な電荷の集中や局在が発生し、これは電子の注入を行いやすくなり、結果として発光効率の高い有機エレクトロルミネッセント素子が可能となる。

また、対向電極の表面の凹凸が電子注入層の材料である金属酸化物によりすべて被覆されることがなくなり、有機層と対向電極との接着強度の低下を防ぐことが可能となり、対向電極の長期的な信頼性を確保することが可能となる。

また、本発明は記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、めっき法によって成膜される電子注入層の粒子径が、１００ｎｍ以下であることを含む。

この構成により、予め電子注入層を形成した固体平板状態の対向電極を有機層上に接触させた際に、有機層へのダメージを低減するとともに、電極間の短絡を発生させることなく電極を形成することが可能となる。

また、有機層の膜厚の均一性を電極形成時に損なうことが無くなり、局所的な電界集中が起こるのを防ぎ均一に発光する有機エレクトロルミネッセント素子が可能となる。

また、本発明は記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、１μｍ×１μｍの単位面積当たりにめっき法によって成膜される電子注入層の粒子径が５０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下のものが、５個以上３０個以下析出されて形成されることを含む。

この構成により、完全な被覆状態でなく、離散的な被覆状態となり電子注入層の電気抵抗値が極めて高い材料を用いたとしても有機層への電子注入が可能な電極を実現することができる。

単位面積当たり、粒子径が５０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下のものが、５個未満の場合、電子注入機能を有する電子注入材料が有機層との接着界面にほとんど存在せず、有機エレクトロルミネッセント素子を形成した場合、効果的な電子注入特性の向上つまり、発光効率の向上が得られない。また、３０個より大きい場合、電子注入層の被覆率が大きくなりすぎ、有機層と対向電極との接着強度が著しく低下し、長期的な信頼性の確保ができなくなる。更に、本発明における電子注入層は比較的電気抵抗値の高い材料であることから有機エレクトロルミネッセント素子の駆動電圧の向上につながり、発光寿命の低下につながる。

また、本発明は記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、対向電極に対する単位面積当たりのめっき法によって成膜される電子注入層の被覆率が２０％以上７０％以下であることを含む。

被覆率が２０％未満の場合、電子注入機能を有する電子注入材料が有機層との接着界面にほとんど存在せず、有機エレクトロルミネッセント素子を形成した場合、効果的な電子注入特性の向上つまり、発光効率の向上が得られない。また、被覆率が７０％より大きい場合、有機層と対向電極との接着強度が著しく低下し、長期的な信頼性の確保ができなくなる。更に、本発明における電子注入層は比較的電気抵抗値の高い材料であることから有機エレクトロルミネッセント素子の駆動電圧の向上につながり、発光寿命の低下につながる。

以下、本発明の実施例１について図面を参照しながら説明する。

図１に本発明の実施例に係る有機エレクトロルミネッセント素子の構造を示す断面図を示す。

１は有機エレクトロルミネッセント素子であり、透光性のガラス材料からなるガラス基板２と、このガラス基板２上に形成された陽極３としてのＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、更にこの上層に形成された正孔注入層４としてポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）層と、高分子材料からなる発光層５と、金属酸化物により形成された電子注入層６及び金属材料で形成された陰極７とで構成される。

有機エレクトロルミネッセント素子１の陽極３をプラス極として、また陰極７をマイナス極として直流電圧または直流電流を印加すると、発光層５には、陽極３から正孔注入層４を介してホールが注入されるとともに陰極７から電子注入層６を介して電子が注入される。発光層５では、このようにして注入されたホールと電子とが再結合し、これに伴って生成される励起子が励起状態から基底状態へ移行する際に発光現象が起こるというわけである。

本実施例の有機エレクトロルミネッセント素子１によれば、高分子材料の特徴として大面積の発光層を形成することができ、均一な発光特性を得ることができ、更に通常は蒸着法で行われる陰極の形成を、高真空プロセスを用いずに形成できるので、製造プロセスを簡素化することができる。この時、市販されている透明電極を用いると高真空プロセスを必要としない製造プロセスの構成が可能である。

次に、本発明の有機エレクトロルミネッセント素子１の製造工程について説明する。

まず、支持基板として用いる無アルカリガラス基板２上に、スパッタリング法により膜厚１５０ｎｍのＩＴＯ膜を形成した後、ＩＴＯ膜上にレジスト材をスピンコート法により塗布して厚さ１０μｍのレジスト膜を形成し、マスク露光、現像してレジスト膜を所定の形状にパターン形成した。

次に、このガラス基板２を６０℃で５０％の塩酸中に浸漬して、レジスト膜が形成されていない部分のＩＴＯ膜をエッチングした後、レジスト膜も除去し、陽極３を形成する。

続いて正孔注入層４を形成する。陽極３上にＰＥＤＯＴを０．４５μｍのフィルターをとおして滴下し、スピンコート法によって均一に塗布した。これを２００℃のクリーンオーブン中で３０分間加熱することで正孔注入層４を形成する。

次に、高分子からなる発光材料を溶解したキシレン溶液をスピンコートによって塗布し、加熱処理し、所定の膜厚の発光層５を形成した。

次に、ガラス基板２上の陽極３、正孔注入層４、発光層５の積層体とは別に、予め、固体平板状の材料である陰極材料の表面上に電子注入層６として、例えば酸化亜鉛からなる金属酸化物層を形成しておく。

そして、最後に電子注入層６を有する固体平板状の陰極材料を用い、有機層上に陰極材料を配置後に加熱軟化させ陰極７を有機層へ接合することにより、本発明の有機エレクトロルミネッセント素子１を形成する。

固体平板状の電極材料には低い温度で軟化させることが可能な電気抵抗率が小さい金属材料が適しており、より低い温度での加熱による軟化形成が有機材料へのダメージ低減となる。

この時、陰極材料を配置する際に、図１には記載されていない補助の基板を用い、基板上に陰極材料をパターニングして配置しておくことにより、接触時の傷を発生させること無く、陽極３と高い位置精度で配置することが可能となる。

配置後はズレが発生しないように、固定用治具へ挿入しクランプにより固定を行った。また、陰極材料を所定の温度で加熱軟化させる際に、記載の補助基板に加重を加えることにより、発光層５と凹凸に係わらず良好な接合を得ることができる。

この補助の基板は陰極７の形成後に除去してもよいが、配置したままであってもよい。更に、封止部８を形成することにより、有機エレクトロルミネッセント素子１の信頼性を高めることができる。封止部はの補助基板を接着材等により、周辺部をガラス基板２に張り付けてもよいが、バスタブ状に削りだしたケースを接着剤で接着し、接着剤やケース内の空間に、乾燥剤を配置することにより更に信頼性を高めることができる。

以下、図１を用いて（１）有機エレクトロルミネッセント素子の構造を詳細に説明する。

（１）基板
図１のガラス基板２としては、機械的、熱的強度を有し、有機エレクトロルミネッセント素子を保持できる強度があればよく、有機層からの発光の取り出し面として用いる場合は透明または半透明等の光を有効に透過する機能を有していればよい。

また、ガラス基板２は絶縁性であることが好ましいが、特に限定されるものではなく、有機エレクトロルミネッセント素子１の動作を妨げない範囲、或いは用途によって導電性を有していてもよい。

ガラス基板２は第一の基板として無色透明な基板である。ガラス基板２としては、例えば透明または半透明のソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英ガラス等の、無機酸化物ガラス、無機フッ化物ガラス等の無機ガラスを用いることができる。

その他の材料をガラス基板２として採用することも可能であり、例えば透明または半透明のポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリフッ化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリレート、非晶質ポリオレフィン、フッ素系樹脂ポリシロキサン、ポリシラン等のポリマー材料を用いた高分子フィルム等、或いは透明または半透明のＡｓ₂Ｓ₃、Ａｓ₄₀Ｓ₁₀、Ｓ₄₀Ｇｅ₁₀等のカルコゲノイドガラス、ＺｎＯ、Ｎｂ₂Ｏ、Ｔａ₂Ｏ₅、ＳｉＯ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＨｆＯ₂、ＴｉＯ₂等の金属酸化物及び窒化物等の材料、或いは発光領域から出射される光を、基板を介さずに取り出す場合には、不透明のシリコン、ゲルマニウム、炭化シリコン、ガリウム砒素、窒化ガリウム等の半導体材料、或いは顔料等を含んだ前述の透明基板材料、表面に絶縁処理を施した金属材料等から適宜選択して用いることができ、複数の基板材料を積層した積層基板を用いることもできる。また、用途によっては特定波長のみを透過する材料、光−光変換機能をもった特定の波長の光へ変換する材料等であってもよい。

（２）陽極（透明電極）
上記材料の中より選択したガラス基板２上に、透明な陽極３としてインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ₂）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物、或いは、ＳｎＯ：Ｓｂ（アンチモン）、ＺｎＯ：Ａｌ（アルミニウム）、ＩＺＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃：ＺｎＯ）といった混合物からなる透明導電膜や、或いは透明度を損なわない程度の厚さのＡｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ｔｉ（チタン）、Ａｇ（銀）といった金属薄膜や、これらの金属の混合薄膜、積層薄膜といった金属薄膜や、或いはポリピロール等の導電性高分子等を用いることができる。

また、比較的高抵抗のインジウム化合物を主成分とする、塗膜を塗布形成した後、焼成する塗布型ＩＴＯ、更にはポリチオフェン（ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙ）ｔｉｏｐｈｅｎｅ、以下、ＰＥＤＯＴと略する）、ポリフェニレンビニレン（以下、ＰＰＶと略する）、ポリフルオレン等の導電性高分子化合物等を用いることもできる。十分な透明性を持たせるために５００ｎｍ以下の厚さにすることが望ましい。一般的には抵抗値が小さいことが望ましいことから、スパッタ法や抵抗加熱蒸着法等により形成されたＩＴＯ等の透明な導電性膜からなる陽極が用いられる。

（３）正孔注入層
図１の正孔注入層４としては、正孔移動度が高く製膜性のよいものが好ましく、例えば、Ｎ，Ｎ´−ジフェニル−Ｎ，Ｎ´−ビス（３−メチルフェニル）−１、１´−ジフェニル−４，４´−ジアミン、ポルフィン、テトラフェニルポルフィン銅、フタロシアニン、銅フタロシアニン、チタニウムフタロシアニンオキサイド等のポリフィリン化合物や、１，１−ビス｛４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）フェニル｝シクロヘキサン、４，４´，４´´−トリメチルトリフェニルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ´，Ｎ´−テトラキス（Ｐ−トリル）−Ｐ−フェニレンジアミン、１−（Ｎ，Ｎ−ジ−Ｐ−トリルアミノ）ナフタレン、４，４´−ビス（ジメチルアミノ）−２−２´−ジメチルトリフェニルメタン、Ｎ，Ｎ，Ｎ´，Ｎ´−テトラフェニル−４，４´−ジアミノビフェニル、Ｎ、Ｎ´−ジフェニル−Ｎ、Ｎ´−ジ−ｍ−トリル−４、４´−ジアミノビフェニル、Ｎ−フェニルカルバゾ−ル等の芳香族第三級アミンや、４−ジ−Ｐ−トリルアミノスチルベン、４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）−４´−〔４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）スチリル〕スチルベン等のスチルベン化合物や、トリアゾール誘導体や、オキサジザゾール誘導体や、イミダゾール誘導体や、ポリアリールアルカン誘導体や、ピラゾリン誘導体や、ピラゾロン誘導体や、フェニレンジアミン誘導体や、アニールアミン誘導体や、アミノ置換カルコン誘導体や、オキサゾール誘導体や、スチリルアントラセン誘導体や、フルオレノン誘導体や、ヒドラゾン誘導体や、シラザン誘導体や、ポリシラン系アニリン系共重合体や、高分子オリゴマーや、スチリルアミン化合物や、芳香族ジメチリディン系化合物や、ポリ−３，４エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、テトラジヘクシルフルオレニルビフェニル（ＴＦＢ）或いはポリ３−メチルチオフェン（ＰＭｅＴ）といったポリチオフェン誘導体等の有機材料が用いられる。

また、ポリカーボネート等の高分子中に低分子の正孔輸送層用の有機材料を分散させた、高分子分散系の正孔輸送層も用いられる。

また、ＭｏＯ₃、Ｖ₂Ｏ₅、ＷＯ₃、ＴｉＯ₂、ＳｉＯ、ＭｇＯ等の無機酸化物を用いることもある。成膜方法としては、スピンコート法やスリットコート法、インクジェット法等のウェットプロセスや真空蒸着法等のドライプロセスが使用できる。

（４）発光層
本実施例では、発光層５として後述の高分子有機エレクトロルミネッセント材料を用い、工程がシンプルで低コスト化が可能な湿式プロセスの１つであるスピンコート法を採用して発光層５を塗布によって形成している。

一般に、高分子有機エレクトロルミネッセント材料とはスピンコート法等の湿式プロセスにて製膜される有機エレクトロルミネッセント材料を指し、低分子有機エレクトロルミネッセント材料とは真空蒸着法等の乾式プロセスにて製膜される有機エレクトロルミネッセント材料を指すものとされるが、厳密には真空蒸着法等の乾式プロセスを適用できないものを高分子有機エレクトロルミネッセント材料という。

なお、高分子有機エレクトロルミネッセント材料に真空蒸着法が適用できないのは、高分子有機エレクトロルミネッセント材料は気化する前に自己分子運動が生じ、主鎖が切断されてしまうからである。

即ち、これによって低分子化が起こり、材料本来の能力が低下するのである。

スピンコート法により高分子材料からなる発光層５を塗布形成するにあたり、実施例では高分子有機エレクトロルミネッセント材料としてトルエンに溶解したＭＥＨ−ＰＰＶを用い、膜厚は１２０ｎｍとしている。ＭＥＨ−ＰＰＶは高分子有機エレクトロルミネッセント材料として一般的であり、例えば、日本シーベルヘグナー社にて購入可能である。高分子有機エレクトロルミネッセント材料としてはこの他にスチレン系共役デンドリマー等を用いることが可能である。

発光層５を上述のスピンコート法によって塗布した場合、高分子有機エレクトロルミネッセント材料は発光層５を形成する以前にガラス基板２に形成されたすべての構造物の上に塗布されることとなる。高分子有機エレクトロルミネッセント材料は、水分等の透過性が大きく不要な部分に存在すると水分等の浸入経路となり、有機エレクトロルミネッセント素子１の大きな劣化原因となることから、このような場合は後述する陰極７を形成する前に、例えばトルエンやキシレンといった溶剤を再塗布し、溶融した高分子有機エレクトロルミネッセント材料とともに回収する製造設備によって所定の領域のみ拭き取ることが望ましい。この拭き取り工程は、例えばレーザアブレーション法によって行うことも可能である。

また、インクジェット技術を用いたフラッドプリント法のごとき所定の領域にのみ高分子有機エレクトロルミネッセント材料を塗布した場合は、上述の拭き取り工程は不要となる。

この拭き取り工程の後に、発光素子基板を約１３０℃の環境下に約１時間おき、高分子有機エレクトロルミネッセント材料を溶解した溶媒であるトルエンやキシレンといった有機溶媒を十分に揮発除去する（ベイク工程）。以降、ベイク工程における温度をベイク温度と呼称する。

次に、高分子有機エレクトロルミネッセント材料の特性について、従来の低分子有機エレクトロルミネッセント材料との比較を通じ詳細に説明する。

有機エレクトロルミネッセント素子１を構成する発光材料のうち、従来多用されてきた低分子有機エレクトロルミネッセント材料は、一般にその有機化合物群が真空蒸着によって製膜されアモルファス薄膜になっているために高温環境に弱いことが知られ、その耐熱温度は高々百数十℃とされている。

これは高温環境に晒された時に低分子有機化合物の結晶化が進行してしまい、発光材料としての特性が劣化するからである。

これに対し、高分子有機エレクトロルミネッセント材料は長い分子鎖を複雑に絡み合わせることで薄膜を構成しており、明確な結晶化温度は存在せず、ガラス転移点という軟化開始温度とも言うべき指標が存在するのみである。

更に、多くの高分子有機エレクトロルミネッセント材料では明確なガラス転移点すら観察されないことがある。

つまり、高分子有機エレクトロルミネッセント材料は分子が絡み合った構成上、自由に動いて結晶化することができないのである。

このような高分子有機エレクトロルミネッセント材料の特徴は、高分子有機エレクトロルミネッセント材料が有機エレクトロルミネッセント素子１に応用される時に、高耐熱性という大きな優位性となって現れる。この耐熱温度は既に説明したＨＥＭ−ＰＰＶも含め２００℃を十分超えるものである。

この高い耐熱性という大きな特徴を有する高分子有機エレクトロルミネッセント材料によって構成された発光層５は、製造工程で加えられる熱ストレスによっても発光特性が劣化することがなく、製造プロセス設計を容易なものにする。

但し、真空蒸着法等の乾式プロセスを用いて製膜される低分子有機エレクトロルミネッセント材料であっても、材料メーカ各社が開発している溶解性に優れた塗布型の低分子材料も使用できる。また、分子量が大きくガラス点移転が比較的高いオリゴマー、より具体的にはＰＰＶオリゴマー等は例外的に高い耐熱性を有するとともに湿式プロセスを容易に適用でき、これらを高分子有機エレクトロルミネッセント材料の代替として本発明の発光材料に用いることが可能である。

本実施例では、発光層５をＭＥＨ−ＰＰＶからなる単層膜としたが、これはいくつかの材料からなる積層膜であってもよい。例えば、ＭＥＨ−ＰＰＶ層内に注入された電荷を閉じ込め再結合効率を向上させるために、電子ブロック機能やホールブロック機能をもった材料からなる層を追加するのは素子の特性向上につながり望ましい。

具体的には、発光層５を陽極３の側から順に正孔輸送層／電子ブロック層／上述した有機発光材料（ともに図示せず）の３層構造としてもよいし、発光層５を陰極７の側から順に電子輸送層／有機発光材料（ともに図示せず）の２層構造、或いは陽極３の側から順に正孔輸送層／有機発光材料の２層構造（ともに図示せず）、或いは陽極３の側から順に正孔輸送層／電子ブロック層／有機発光層／正孔ブロック層／電子輸送層のごとく５層構造（ともに図示せず）としてもよい。

このように、本実施例において発光層５と呼称する場合は、発光層５が正孔輸送層、電子ブロック層、電子輸送層等の機能層を有する多層構造である場合も含んでいる。

また、発光層５に含まれる正孔輸送層としては、正孔移動度が高く透明で製膜性のよいものが好ましく、背景技術において説明したＴＰＤの他に、ポルフィン、テトラフェニルポルフィン銅、フタロシアニン、銅フタロシアニン、チタニウムフタロシアニンオキサイド等のポリフィリン化合物や、１，１−ビス｛４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）フェニル｝シクロヘキサン、４，４´，４´´−トリメチルトリフェニルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ´，Ｎ´−テトラキス（Ｐ−トリル）−Ｐ−フェニレンジアミン、１−（Ｎ，Ｎ−ジ−Ｐ−トリルアミノ）ナフタレン、４，４´−ビス（ジメチルアミノ）−２−２´−ジメチルトリフェニルメタン、Ｎ，Ｎ，Ｎ´，Ｎ´−テトラフェニル−４，４´−ジアミノビフェニル、Ｎ、Ｎ´−ジフェニル−Ｎ、Ｎ´−ジ−ｍ−トリル−４、４´−ジアミノビフェニル、Ｎ−フェニルカルバゾ−ル等の芳香族第三級アミンや、４−ジ−Ｐ−トリルアミノスチルベン、４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）−４´−〔４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）スチリル〕スチルベン等のスチルベン化合物や、トリアゾール誘導体や、オキサジザゾール誘導体や、イミダゾール誘導体や、ポリアリールアルカン誘導体や、ピラゾリン誘導体や、ピラゾロン誘導体や、フェニレンジアミン誘導体や、アニールアミン誘導体や、アミノ置換カルコン誘導体や、オキサゾール誘導体や、スチリルアントラセン誘導体や、フルオレノン誘導体や、ヒドラゾン誘導体や、シラザン誘導体や、ポリシラン系アニリン系共重合体や、高分子オリゴマーや、スチリルアミン化合物や、芳香族ジメチリディン系化合物や、ポリ−３，４エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、テトラジヘクシルフルオレニルビフェニル（ＴＦＢ）或いはポリ３−メチルチオフェン（ＰＭｅＴ）といったポリチオフェン誘導体等の有機材料が用いられる。

また、これらの正孔輸送材料は電子ブロック材料として用いることもできる。

更に、上述した発光層５における電子輸送層としては、１，３−ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル−１，３，４−オキサジアゾリル）フェニレン（ＯＸＤ−７）等のオキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、シロール誘導体からなるポリマー材料等、或いは、ビス（２−メチル−８−キノリノレート）−（パラ−フェニルフェノレート）Ａｌ（ＢＡｌｑ）、バソクプロイン（ＢＣＰ）等が用いられる。

また、これらの電子輸送層を構成可能な材料は正孔ブロック材料として用いることもできる。

以上、本実施例における発光層５について詳細に説明したが、発光層５を構成する高分子有機エレクトロルミネッセント材料としては、上述したＭＥＨ−ＰＰＶに限定されるものではなく、可視領域で蛍光または燐光特性を有し、かつ製膜性のよいものが選択可能であり、例えば、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）、ポリフルオレン等のポリマー発光材料等を用いることができる。

更に、現在様々な特性と発光色をもった高分子系有機エレクトロルミネッセント材料が提案されており、これらの中から適宜選択して発光層５を構成することができる。

本実施例では前述の正孔注入層がＰＥＤＯＴのような有機物からなる場合、発光層と含めて有機層として取り扱うことができる。

（５）電子注入層
図１の電子注入層６としては、有機層に電子を注入する機能を有した酸化亜鉛（ＺｎＯ）であることを含む金属酸化物から構成されており、本実施例では酸化亜鉛を電子注入層に用いた。

また、電子注入層の成膜方法として、本実施例ではスパッタリング法を用いたが、その他に抵抗加熱蒸着法、ＥＢ蒸着法やＭＯＤ法、ＣＶＤ法等のドライプロセスやめっき技術を用いた電界析出法、ゾルゲル法、ＬＢ法、スピンコート法やスリットコート法、インクジェット法等のウェットプロセス等が使用できる。

固体平板状態である対向電極の表面をＵＶオゾン処理により清浄化後、基板フォルダーへ対向電極の清浄面がでるように固定する。対向電極を固定した基板フォルダーをアネルバ製ＳＰＦ３３２スパッタ装置へ導入し、ＲＦスパッタリングにより酸化亜鉛の層を対向電極上へ形成した。この時使用したターゲットは高純度化学研究所の酸化亜鉛ターゲットを使用した。導入ガスにはアルゴンを使用したが、少量の酸素を加えた混合ガスを使用してもよい。製膜速度は１Å／ｓｅｃにて成膜を行った。成膜時の対向電極付近の温度が対向電極材料の液相温度を超えないように製膜しなければならない。

また、スパッタリング法に限らず、その他のドライプロセス及びウェットプロセスにおいて、電子注入層を対向電極上へ製膜する工程で熱処理を加える場合は、対向電極の処理温度が対向電極材料の液相温度を超えてはならない。

上記の工程により、成膜が終了した電子注入層を有する対向電極が有機層と加熱接合され、本発明の有機エレクトロルミネッセント素子は形成される。

次に、本発明の実施例における電子注入層材料である酸化亜鉛の膜厚に対する実際の有機エレクトロルミネッセント素子の発光効率について説明する。

図２は本発明の実施例に係る有機エレクトロルミネッセント素子の発光効率の電子注入層膜厚依存性の説明図である。

図２の結果より、電子注入層の膜厚としては１０Å〜２００Åの範囲内で発光効率の向上が確認でき、更に６０Å〜１００Åの範囲内で更なる発光効率の向上した有機エレクトロルミネッセント素子１が得られた。

図３は本発明の実施例に係る有機エレクトロルミネッセント素子の発光面と発光断面図を示す図である。図３（ａ）は本発明における電子注入層の膜厚が０Åの有機エレクトロルミネッセント素子の発光部の発光時の発光面の写真、図３（ｂ）は図３（ａ）における発光断面図、図３（ｃ）は本発明における電子注入層の膜厚が６０Åの有機エレクトロルミネッセント素子の発光部の発光時の発光面の写真、図３（ｄ）は図３（ｃ）における発光断面図、図３（ｅ）は本発明における電子注入層の膜厚が１５０Åの有機エレクトロルミネッセント素子の発光部の発光時の発光面の写真、図３（ｆ）は図３（ｅ）における発光断面図である。

図３（ａ）、（ｂ）の発光面の写真と発光断面図は、本発明の有機エレクトロルミネッセント素子１における電子注入層を設けていない素子、つまり本発明の有機エレクトロルミネッセント素子１における電子注入層の膜厚が０Åのものであり、図２の結果より発光効率も低いが、発光面も均一でなく、発光断面の均一性は大きく乱れており、有機層への電子注入が効率良く均一に行われていないことが判る。

一方、図３（ｃ）、（ｄ）の発光面の写真と発光断面図は、本発明の有機エレクトロルミネッセント素子１における電子注入層の膜厚が６０Åのものであり、図２の結果より発光効率も向上し、発光面の均一性も向上し、発光断面はほぼ均一と言え、有機層への電子注入が効率良く、均一に行われていることが判る。

また、図３（ｅ）、（ｆ）の発光面の写真と発光断面図は本発明の有機エレクトロルミネッセント素子１における電子注入層の膜厚が１５０Åのものであり、図２の結果より発光効率は低下し、発光面や発光断面の均一性も損なわれ、有機層への電子注入が、均一に行われなくなることが判る。

この結果より、最も均一な発光面が得られる膜厚は６０Åであり、１５０Åでは発光面の均一性が損なわれるという結果が得られた。

（６）陰極（対向電極）
本実施例では、有機層上に電子注入層を成膜しておいた材料を配置後に軟化させて陰極７を形成する。陰極材料には低い温度で軟化させることが可能な電気抵抗率が小さい金属材料が適しており、本実施例では、千住金属工業株式会社製のエコソルダーＭ７１６を用いた。

本実施例に記載の電極材料として上述のエコソルダーＭ７１６に限定されるものではない。発光層５上に陰極７を形成するにあたり、陰極に必要な形状にしておくが、本実施例では０．０５ｍｍの平板材を用い、図１には記載されていない補助の基板を用い、基板上に陰極材料をパターニングして配置しておく。

補助の基板に陰極材料が固定されているので、ガラス基板２と、補助の基板に位置合わせマーカーを両方に基板に設け、目視、またはＣＣＤカメラ等を用い、高精度に調整することにより、接触時の傷を発生させること無く、陽極３と高い位置精度で配置することが可能となる。配置後はズレが発生しないように、固定用冶具への挿入やクランプ等により固定する。

次に、固体平板の陰極材料を、加熱して軟化させ発光層５と接合を行う。この時、固体の陰極材料を完全に溶解状態にすると、凝集の発生による陰極形状の変形や、補助の基板等を介し加重を加えた場合は、流出が発生し陰極の形成ができないので、溶解温度以下で接合を行う。

本実施例では、エコソルダーの液相温度２１４℃より低いピーク温度２０６℃で接合を行った。加熱接合の際の設定温度は、接合状態を良くするために、陰極材料の軟化温度以上であることが望ましいが、併せてこの時、加熱による接合を行う際の加熱時間は、溶解状態による電極材料の流出を発生させないために加える熱容量を、固体平板の陰極材料が完全に溶解する熱容量より小さくするように設定することが必要であり、本実施例では２０分とした。

また、陰極材料を加熱軟化させる際に、記載の補助基板に加重を加えることにより、発光層５の凹凸に係わらず良好な接合を得ることができる。この補助の基板は陰極７の形成後に除去してもよいが、配置したままであってもよい。

本実施例では、ガラス基板２と同じ基板を用いたが、補助の基板は透明である必要は無く、耐熱性樹脂や金属や金属酸化物や焼結体等加熱時に変形しにくいものであれば材質は問わない。

また、本実施例では電子注入層を形成した固体平板状の陰極７を有機層に加熱接合する際に加熱炉を用いているが、その時にロータリーポンプを用いて加熱炉内の雰囲気の気体分圧を低減させることにより、固体電極である陰極７の接合時における有機層と電極界面に気泡の残留を防ぐことが可能となり、有機と電極界面の均一な接合により有機層への電荷注入も均一になり、発光の均一性が向上する。また、接合の均一性が向上することにより、容易に大面積の電極形成が可能となる。

また、本発明では上記の固体平板状電極材料の他にも固体平板電極材料に錫が５０％以上含まれていればよい。

この構成により、固体平板電極の硬度を大幅に低下させるので、電極の成型が容易となるほか、有機層への傷の発生も低減させることができる。

更に、銀或いはインジウム、ビスマス、亜鉛、銅、アルミニウムの何れか一種類以上が含まれていればよい。この構成によれば、電極の軟化温度を低減させ、合金の硬度を低減させる。

更に、インジウム、亜鉛は電荷注入特性が高く注入効率を高める。また、銀とマグネシウムが含まれていることが好ましい。この構成によれば、マグネシウムを銀との合金であることからマグネシウムを比較的安定に取り扱うことができ、電荷注入特性を高めることができる。

また、固体平板電極が電極材料の熱変形温度が２５０℃以下である金属材料からなる層と電気抵抗値が低い金属材料からなる層の２層により構成されていてもよい。

例えば、低融点金属材料である錫を多く含む低温熱変形金属材料からなる層と、銀や銅、金、アルミニウム等からなる層であって、電極としての電気抵抗値を小さくすることができるので、大面積に均一な電荷を供給することが可能となる。

（７）封止部
封止部８を形成することにより、有機エレクトロルミネッセント素子１の信頼性を高めることができる。封止部８はの補助基板を接着材等により、周辺部をガラス基板２に張り付けてもよいが、バスタブ状に削りだしたケースを接着剤で接着し、接着剤やケース内の空間に、乾燥剤を配置することにより更に信頼性を高めることができる。また、絶縁性の樹脂を直接電極上に塗布・硬化させて封止することもできる。

このような構成により、陰極７を固定平板状態で有機物層上に接触配置し、陰極７が固体で形状が固定されているので、取り扱いが容易であるばかりでなく、必要な部分のみに成型することも可能となり任意の複雑な形状を作成することが容易となる。

また、加温軟化させることにより、ガラス基板上の陽極３や絶縁層等凹凸を有する構造体上に形成された有機層との接合にも優れ、適度の加重を加えることにより接合精度を向上させることが可能である。

また、陰極材料が固体であるので、予め陰極７の膜厚を制御することが可能であり、電流密度を均一にするため、必要に応じて膜厚が部分的に異なる陰極７を作成することもでき、バックライトや光源等大面積でも高い輝度で均一な発光を実現することができる。

また、陰極材料を形成時に完全な溶融状態にしないので、流動性が高い場合に発生する分子間力による凝集の発生が無く、極めて厚い陰極７を容易に、短時間で作成することができる。

更に、陰極７の膜厚を厚くすると有機層に対する被覆効果が高まり、有機層等の外部からの水分や酸素等によるダメージを受ける材料に対するバリア性が発現し、被覆形状を工夫することにより、封止部８としての効果を付与することも可能である。

また、陰極材料が固体であることにより、電極材料の組成を部分的に変化させ、有機層との電荷移動度が大きく接合性が高い部分と、電荷の導通性が高い部分を設けることにより、有機デバイスとしての効率を飛躍的に向上させることが可能となる。この時、電界密度のバラつきを発生させない範囲で、陰極７の表面積を増加させることにより電荷注入の効率を高めることも出来る。

また、有機層と陰極７との間に無機酸化物層を配したもので、有機層への電子注入が容易になり、有機エレクトロルミネッセント素子１の発光効率の向上、駆動電圧の低下、消費電力の低減が可能となる。酸素、水分等に対して不活性であり、反応性物質の影響を低減でき長期的な電子注入特性を得ることが可能となり、電子注入層６を有機層へダメージを与えることなく形成することが可能となり、これらの結果として長寿命な有機エレクトロルミネッセント素子１の提供が可能となる。

また、キャリアバランスを調整することができ、例えば発光層５の中心で発光が実現し、界面の破壊を抑制することができ、また、励起子の熱失活を抑制するようにすることができ、安定に動作し、かつ寿命特性に優れたものとなっている。

前述の実施例１では電子注入層の成膜方法としてスパッタリング法を用いることにより金属酸化物として酸化亜鉛を成膜したが、実施例２では電子注入層を成膜する工法に蒸着法やスパッタ法等の多額の設備投資を必要とする高真空プロセスを必要としない、設備投資を大幅に小さくできる有機エレクトロルミネッセント素子の作製プロセスの実現を目的としてウェットプロセスである、めっき法を用いることにより金属酸化物である電子注入層の成膜を行った。

実施例２により対向電極である陰極７上へ成膜された電子注入層は極端な薄膜であるため、陰極７上へ析出された亜鉛がめっき処理後、浴中もしくは大気中にて直ちに酸化される。

このことにより特別な酸化処理を行うことなく所望の金属酸化物が得られるため、取り扱いが非常に容易となり、通常、有機エレクトロルミネッセント素子の電子注入材料として一般的に用いられているアルカリ金属やアルカリ土類金属またはそれらの酸化物、フッ化物の膜とは異なり、通常の環境や通常の雰囲気で成膜処理を行うことができる。

また、同様な金属酸化物である酸化チタンを電子注入層に用いた有機エレクトロルミネッセント素子と比較した場合、発光効率の高い有機エレクトロルミネッセント素子が得られた。更に、チタン及び酸化チタンの成膜にはめっき法による形成が困難であるため、電気亜鉛めっき法により電子注入層として酸化亜鉛膜の成膜を行った。

実施例２では実施例１に記載されている（５）電子注入層の成膜工程を高真空プロセスであるスパッタリング法からめっき法により成膜を行ったものであって、本発明の有機エレクトロルミネッセント素子の構成（図１）、その他の部材、工法について例えば（１）基板、（２）陽極、（３）正孔注入層、（４）発光層、（６）陰極、（７）封止部における材料、製造工程については、実施例１と同一である。従って、図１を用いて説明する。

固体平板状態である陰極７の表面をアセトンに浸漬することで脱脂処理を行う。脱脂処理には中性あるいはアルカリ性洗剤を用いてもよいが、本実施例では陰極材料上への残留が少ない溶剤による脱脂洗浄を行った。

溶剤には脱脂工程と洗浄後の乾燥工程が必要であるが、本実施例ではアセトンを用いた。洗浄には試薬レベルのアセトン中に形成した陰極７を浸漬、揺動させ洗浄を行った。この時、超音波を印加することにより洗浄効果を高めることが出来るので、表面の清浄度が低く、付着物が多い場合には適宜実施するものとする。

また、溶剤を用いることにより蒸気洗浄による乾燥工程を行うことなく、洗浄後速やかに乾燥させることが出来る。アセトンを用いた乾燥工程では、速やかに溶剤を除去することにより、雰囲気中の水分結露によるシミを発生させないため、露天―４０度以下の乾燥圧縮空気で速やかに液切りと乾燥を行った。

続いて、ＵＶオゾン処理により清浄化後、めっき処理面が一定の面積になるよう開口したマスクを有する基板フォルダーへ陰極７の清浄面がでるように固定する。

この時マスクにより開口された陰極７の面積が、非めっき電極の面積に対して１．０〜１．６倍の範囲であることが望ましい。このことにより電界分布の均一性を向上させることが可能となる。逆に非めっき電極の面積に対して同等以下もしくは過大であると、端部への電界集中が起こり、不均一なめっき膜が形成されてしまう。

本実施例では陰極７上に亜鉛めっき膜を成膜するため、ディップソール株式会社製のディップソールＮＺ−９８を用いた。本実施例に記載の電子注入層６形成のめっき材料として上述のディップソールＮＺ−９８に限定されるものではない。

陰極７を固定した基板フォルダーを電気めっき対照電極（非めっき電極）と等距離になるよう、平行に固定治具を用いて固定して電圧を印加する両電極と接続する。これをめっき浴中に浸漬設置する。めっき浴は亜鉛濃度：１２ｇ／リットル、苛性ソーダ１４０ｇ／リットルに調整建浴し、光沢材ＮＺ−９８Ｓを１０ｍｌ／リットルと調整剤ＮＺコンディショナー２０ｍｌ／リットル添加しためっき浴を液温２５℃に調温し、６０ｒｐｍで回転する撹拌子で浴液を攪拌しながら処理を行う。めっき処理条件は、定電流電源を用い、陽極電流密度は４Ａ／ｄｍ²とする。膜厚は１Ａ／ｄｍ²通電析出厚は０．２８５μｍ／分の係数に対して効率は実測では０．６倍で制御することが出来る。めっき処理後は、速やかに脱イオン水による洗浄と前述のアセトンを用いて脱脂乾燥を行った。

処理時間は５秒、１０秒、２０秒とし、それぞれの結果をｘに示す。図５については、詳しく後述する。この時、電流印加を２回に分割して行ってもよく、また、順方向への電流印加を加えた後、逆方向への電流印加と分割して行ってもよい。

電流印加によるめっき処理は所望するめっき膜の厚さにも依存するが、本発明におけるめっき膜は一般的なめっき膜とは異なり、極端に薄いことから、めっき膜の均一性を向上させるためにもめっき処理は２回以上に分割して行うのが好ましい。即ち、電気亜鉛めっきの膜厚の制御は印加した電気化学当量に比例するが、めっき対象物への電界分布を完全に均一にすることは困難である。その上、亜鉛析出によりめっき浴の組成が変化するため、厳密にはめっき条件は初期に比べ変化している。そのため電気亜鉛めっき処理を分割処理することでより精細な膜厚の制御が可能となる。

また、順方向への電流印加を加えた後、逆方向への電流印加と分割することにより、均一なめっきが可能となる。電気亜鉛めっきの膜厚の制御は印加した電気化学当量に比例するが、めっき対象物への電界分布を完全に均一にすることは困難である。その上、亜鉛析出によりめっき浴の組成が変化するため、厳密にはめっき条件は初期に比べ変化している。そのため電気亜鉛めっき処理を分割処理することでより精細な膜厚の制御を可能としている。

シアン化浴では、酸化亜鉛２５ｇ／リットル、シアン化ナトリウム４０ｇ／リットル、水酸化ナトリウム８０ｇ／リットルに調整したメルテックス社製のメルジンク２４００を用い、浴温度２５℃、陽極電流密度は５Ａ／ｄｍ²を基準条件として用いた。

酸性浴には、塩化亜鉛めっき浴があり、中でも塩化アンモン浴は光沢性に優れるため本事例では望ましい。塩化亜鉛４０ｇ／リットル、塩化アンモニウム２００ｇ／リットルに調整した日本表面化学社製のアシッドジンク６４２０を用い、浴温度２５℃、ｐＨ５．０〜６．３、陽極電流密度は４Ａ／ｄｍ²を基準条件として用いた。

ジンケート浴では、亜鉛：１０ｇ／リットル、苛性ソーダ１２０ｇ／リットルの組成になるように苛性ソーダ溶液に酸化亜鉛を溶解させて建浴、浴温度２０℃、ｐＨ１４＜の浴条件で処理を行う。また処理を行う前には、浴中で発生する析出物を除去するため、セルロース製またはテフロン（登録商標）製の５μｍ以下のろ過精度で連続的にフィルタリングを行いながら処理を行う。また、めっき処理の施される対向電極の形状、表面の抵抗値によっては無電解亜鉛めっき浴により析出形成を行うこともできる。

上記の工程により、成膜が終了した電子注入層６を有する陰極７が有機層と加熱接合され、本発明の有機エレクトロルミネッセント素子１は形成される。

次に、本発明の実施例における電子注入層６の材料である酸化亜鉛の成膜工法に対する有機エレクトロルミネッセント素子１の発光効率について説明する。

図４は本発明の実施例に係る有機エレクトロルミネッセント素子１の電子注入層６の成膜工法における発光効率を示したものである。

金属酸化物からなる電子注入層６がない有機エレクトロルミネッセント素子１、つまり、本発明における固体平板状態の陰極７のみを有機層へ接触配置し、加熱及び加圧形成された有機エレクトロルミネッセント素子の発光効率を図４中に●として示した。

続いて金属酸化物からなる電子注入層６を実施例１のスパッタリング法により形成した有機エレクトロルミネッセント素子１、つまり、本発明における固体平板状態の陰極７上に酸化亜鉛をスパッタリング法により形成することで電子注入層６を形成した陰極７を、有機層へ接触配置し、加熱及び加圧形成された有機エレクトロルミネッセント素子１（実施例１の有機エレクトロルミネッセント素子１）の発光効率を図４中に◆として示した。

続いて金属酸化物からなる電子注入層６をめっき法により形成した有機エレクトロルミネッセント素子１、つまり、本発明における固体平板状態の陰極７上に電気亜鉛めっき法により処理することで電子注入層６を形成した陰極７を、有機層へ接触配置し、加熱及び加圧形成された有機エレクトロルミネッセント素子１（実施例２の有機エレクトロルミネッセント素子１）の発光効率を図４中に▲として示した。なお、めっきの処理時間は５秒である。

図４の結果より、電子注入層６として酸化亜鉛をスパッタリング法により形成した実施例１の有機エレクトロルミネッセント素子１は電子注入層６のない有機エレクトロルミネッセント素子１と比較して、一桁以上発光効率の向上が確認された。

更に電子注入層６として酸化亜鉛を電気亜鉛めっき法により形成した実施例２の有機エレクトロルミネッセント素子１は実施例１のスパッタリング法により電子注入層６を形成した有機エレクトロルミネッセント素子１と比較して一桁以上発光効率の向上が確認された。

例えば、スパッタ膜とめっき膜を同じ膜厚になるように形成した場合、スパッタ膜は局所的な視点、つまり膜としてではなく、膜を構成する粒子として見た時、成膜された膜の面内の均一性は比較的高いと考えられる。

また、スパッタ装置自体は均一な膜を形成するための装置であり、スパッタ装置の設計思想は均一な膜を形成するためのものとして開発されている。

一方、電気めっき膜の形成プロセスは、最初に析出される電極表面上にシード（種）となる析出物が形成される。その後、シードを核としてめっき物が析出するため、局所的な視点で捉えると、膜自体の均一性はスパッタ膜に比べて低く、ポーラスな膜になっていると考えられる。つまり、有機層と接着させた場合、接触面積が大きくなることで、有機層への電子注入することが可能な接触面が大きくなる。そのことから有機層へ電子注入できる確率が増加し、発光効率が向上したものと考えられる。

また、金属酸化物である酸化亜鉛をターゲットに用いたスパッタ膜と金属亜鉛を浴中めっき処置により析出し、自然に酸化された酸化亜鉛のめっき膜とでは、酸化数の違いにより、仕事関数、バンドギャップが異なり、電気亜鉛めっき法により形成された電子注入層のほうが電子注入特性が高いものと考えられる。

図５は本発明の実施例２に係る固体平板状の陰極７上に電気亜鉛めっき処理を施した表面の電子顕微鏡写真を示した。

図５（ａ）はめっき処理の施していない対向電極の表面を１００００倍に拡大した電子顕微鏡写真、図５（ｂ）は図５（ａ）の表面を更に５倍に拡大した電子顕微鏡写真、図５（ｃ）は電気亜鉛めっき処理を５秒間施した対向電極の表面を１００００倍に拡大した電子顕微鏡写真、図５（ｄ）は図５（ｃ）の表面を更に５倍に拡大した電子顕微鏡写真、図５（ｅ）は電気亜鉛めっき処理を１０秒間施した対向電極の表面を１００００倍に拡大した電子顕微鏡写真、図５（ｆ）は図５（ｅ）の表面を更に５倍に拡大した電子顕微鏡写真、図５（ｇ）は電気亜鉛めっき処理を２０秒間施した対向電極の表面を１００００倍に拡大した電子顕微鏡写真、図５（ｈ）は図５（ｇ）の表面を更に５倍に拡大した電子顕微鏡写真である。

図５（ａ）、（ｂ）の電子顕微鏡写真で示された、めっき処理を施していない陰極の表面構造であり、凹凸のない平滑性のある表面状態を有しており、当該陰極により形成された有機エレクトロルミネッセント素子は発光効率が低いものであった。

図５（ｃ）、（ｄ）の電子顕微鏡写真で示された、めっき処理を５秒間行い、電気亜鉛めっき膜を陰極上に析出させることで得た、電子注入層を有する陰極の表面構造であり、電気亜鉛めっき処理により球状の析出物が陰極表面上に離散的に析出された表面状態を有しており、当該陰極により形成された有機エレクトロルミネッセント素子は発光効率が大幅に向上することが確認できた。

図５（ｅ）、（ｆ）の電子顕微鏡写真で示された、めっき処理を１０秒間行い、電気亜鉛めっき膜を陰極上に析出させることで得た、電子注入層を有する陰極の表面構造であり、電気亜鉛めっき処理により、（ｄ）で示された球状の析出物よりも粒子径の大きな析出物が陰極表面上に（ｄ）よりも緻密に析出された表面状態を有しており、当該陰極により形成された有機エレクトロルミネッセント素子の発光は確認されたが接着強度が弱いものであった。

図５（ｇ）、（ｈ）の電子顕微鏡写真で示された、めっき処理を２０秒間行い、電気亜鉛めっき膜を陰極上に析出させることで得た、電子注入層を有する陰極の表面構造であり、電気亜鉛めっき処理により陰極表面に針状の析出物が、数個積み重なったような表面状態を有しており、当該陰極により形成された有機エレクトロルミネッセント素子においては、良好な発光を確認することができなかった。また、電子注入層を表面に有する陰極７と有機層との界面での剥離が容易に起こってしまい、有機層と電子注入層を表面に有する陰極とを加熱及び加圧接着したにも関わらず、極端に接着強度が弱いことが確認された。

図５の（ｄ）に示されるとおり、５秒間の電気亜鉛めっき処理により陰極７の表面上へ析出された電子注入層６となる直径１００ｎｍ以下の球状の粒子が、写真のように離散的に析出することにより、電子注入層を含む陰極７と有機層との接触面積を増大させることができ、陰極７からの有機層への電子注入を効率よくすることができるので、有機デバイスの効率を向上させることが考えられる。

また、有機層と接着した際の接着界面の形状が平坦でないことから微小な電荷の集中や局在が発生し、これは電子の注入を行いやすくなり、結果として発光効率の高い有機エレクトロルミネッセント素子１が可能となったと考えられる。

また、完全な被覆状態でなく、離散的な被覆状態であることから陰極７の表面が電子注入層６の材料である金属酸化物によりすべて被覆されずに、陰極７を有機層へ接触配置し加熱及び加圧により軟化接合した際に有機層の微細な凹凸へ表面の軟化した陰極材料が食い込むことから接着強度の維持が可能となる。

図５の（ｆ）より２０秒間の電気亜鉛めっき処理により陰極７の表面上へ析出された電子注入層６となる粒子の形状は長さが２００ｎｍ以上の細長い形状をしており、陰極７の表面上に嵩高く析出していることが示された。この嵩高く析出された粒子は陰極７の表面すべてを被覆しており、電子注入層６を含む陰極７を有機層へ接触配置し加熱及び加圧により軟化接合した際に有機層の微細な凹凸へ表面の軟化した陰極材料が食い込むことが出来ずに接着強度が極端に弱くなってしまう。

また、粒子径が大きくなることから電子注入層を有する陰極７を有機層上に接触させた際に、有機層へのダメージを与えてしまい、電極間の短絡を発生させる要因となる。

図５の（ｄ）のように１μｍ×１μｍの単位面積当たりに電気亜鉛めっきによって析出される電子注入層６の粒子径が５０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下のものが、５個以上３０個以下析出されて形成されることにより、効果的な電子注入が可能となる。

図５の（ｄ）のように電気亜鉛めっきによって析出される電子注入層６の粒子径が５０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下のものがすべてではなく、粒子径が５０ｎｍ以下のもの、１００ｎｍ以下のものも、少量であれば析出されていてもよい。

この構成により、完全な被覆状態でなく、離散的な被覆状態となり電子注入層６の電気抵抗値が極めて高い材料を用いたとしても有機層への電子注入が可能な有機エレクトロルミネッセント素子の陰極７を実現することができる。

また、有機層と接着した際の接着界面の形状が平坦でないことから微小な電荷の集中や局在が発生し、これは電子の注入を行いやすくなり、結果として発光効率の高い有機エレクトロルミネッセント素子１の形成が可能となる。

また、陰極７の表面の凹凸が電子注入層６の材料である金属酸化物によりすべて被覆されることがなくなり、有機層と電子注入層６を有する陰極７との接着強度の低下を防ぐことが可能となり、有機エレクトロルミネッセント素子の長期的な信頼性を確保することが可能となる。

単位面積当たり、粒子径が５０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下のものが、５個未満の場合、電子注入機能を有する電子注入材料が有機層との接着界面にほとんど存在せず、有機エレクトロルミネッセント素子１を形成した場合、効果的な電子注入特性の向上つまり、発光効率の向上が得られない。また、３０個より大きい場合、電子注入層６の被覆率が大きくなりすぎ、有機層と電子注入層を表面に有する陰極との接着強度が著しく低下し、長期的な信頼性の確保が出来なくなる。更に、本発明における電子注入層６は比較的電気抵抗値の高い材料であることから有機エレクトロルミネッセント素子１の駆動電圧の向上につながり、発光寿命の低下につながる。

例えば、めっき処理の時間が５秒より短い条件である２秒で行った有機エレクトロルミネッセント素子１では陰極７の表面上に電子注入機能を有する粒子が十分に析出されないため、電子注入特性はそれほど向上しないことが確認された。

一方、めっき処理の時間が５秒より長い条件である１０秒で行った有機エレクトロルミネッセント素子１では陰極７の表面上に電子注入機能を有する粒子の形状が大きくなり、また被覆率も大きくなることから、駆動電圧の上昇が確認され、発光効率の向上も５秒のものと比較して小さいという結果が得られた。

図６に電気めっき処理時間に対して、陰極７の表面上に析出された粒子の径をプロットしたものを示した。電気めっき処理時間が５秒の時、析出された大半の粒子の径は５０ｎｍから８０ｎｍであった。また１０秒の時、析出された大半の粒子の径は１００ｎｍから１５０ｎｍであった。更に２０秒の時、析出された大半の粒子の径は２００ｎｍから３００ｎｍであった。このことから上記のとおり１０秒での電気めっき処理で得られた有機エレクトロルミネッセント素子では発光効率の向上は５秒での電気めっき処理で得られた有機エレクトロルミネッセント素子に比較して小さいことから、陰極７上に析出された粒子の径の大半は５０ｎｍから１５０ｎｍの範囲がよく、より好ましいのは５０ｎｍから８０ｎｍであると考えられる。また、粒子の径が２００ｎｍを超えて大きくなると有機層との接着強度が極端に弱くなってしまい、有機エレクトロルミネッセント素子１からの発光は得られないことが分かった。

また、陰極７の表面に対する単位面積当たりのめっき法によって成膜される電子注入層の被覆率が２０％以上７０％以下であることを含む。この構成により、完全な被覆状態でなく、離散的な被覆状態となり電子注入層６の電気抵抗値が極めて高い材料を用いたとしても有機層への電子注入が可能な電極を実現することができる。

また、有機層と接着した際の接着界面の形状が平坦でないことから微小な電荷の集中や局在が発生し、これは電子の注入を行いやすくなり、結果として発光効率の高い有機エレクトロルミネッセント素子１が可能となる。

被覆率が２０％未満の場合、電子注入機能を有する電子注入材料が有機層との接着界面にほとんど存在せず、有機エレクトロルミネッセント素子１を形成した場合、効果的な電子注入特性の向上つまり、発光効率の向上が得られない。また、被覆率が７０％より大きい場合、有機層と陰極７との接着強度が著しく低下し、長期的な信頼性の確保が出来なくなる。更に、本発明における電子注入層６は比較的電気抵抗値の高い材料であることから有機エレクトロルミネッセント素子１の駆動電圧の向上につながり、発光寿命の低下につながる。

本発明は有機エレクトロルミネッセント素子や、２つ以上の電極と有機層を有する構成で作成される有機デバイスであり、特に有機エレクトロルミネッセント素子を光源に用いた表示装置及び電子機器に用いられる。

１有機エレクトロルミネッセント素子
２ガラス基板
３陽極
４正孔注入層
５発光層
６電子注入層
７陰極
８封止部

Claims

透明電極と前記透明電極に対向する対向電極との間に少なくとも１層以上の有機物からなる発光層と、前記発光層と前記対向電極との間に金属酸化物からなる電子注入層とを備え、前記電子注入層は予め前記対向電極上に成膜され、前記対向電極は前記発光層側に前記電子注入層が配置されるように固体平板状態で接触配置されて加熱及び加圧形成され、前記電子注入層は前記対向電極上にめっき法によって成膜されることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。
請求項１記載のめっき法が電気亜鉛めっきによって前記電子注入層を形成することを特徴とした有機エレクトロルミネッセント素子。
請求項２記載の電気亜鉛めっきを２回以上の処理に分割して行うことを特徴とした有機エレクトロルミネッセント素子。
請求項２記載の電気亜鉛めっきを２回以上の処理に分割して行い、１回以上逆電圧を印加することを特徴とした有機エレクトロルミネッセント素子。
請求項２記載の電気亜鉛めっきを行う対向電極の面積が、非めっき電極の面積に対して１．０〜１．６倍の範囲であることを特徴とした有機エレクトロルミネッセント素子。
請求項１記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、前記電子注入層がめっき処理後、浴中もしくは大気中にて自然に酸化されて成ることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。
請求項１記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、前記めっき法によって成膜される電子注入層が粒子状の析出物により前記対向電極を非被覆状態あるいは離散的に形成されることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。
請求項１記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、前記めっき法によって成膜される電子注入層の粒子径が１００ｎｍ以下であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。
請求項１記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、１μｍ×１μｍの単位面積当たりに前記めっき法によって成膜される電子注入層の粒子径が５０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下のものが、５個以上３０個以下析出されて形成されることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。
請求項１記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、対向電極に対する単位面積当たりの前記めっき法によって成膜される電子注入層の被覆率が２０％以上７０％以下であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。