JP2018181675A - 有機発光装置、有機発光装置の製造方法、及び撮像装置 - Google Patents

有機発光装置、有機発光装置の製造方法、及び撮像装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 駆動電圧の上昇を抑制しながら、光の出射量の低下が抑制された有機発光装置を提供する。【解決手段】 本発明の一様態は、第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極の間の、発光層を含む有機層と、を有し、前記第1電極は、第1金属を有する金属層と、前記金属層と前記有機層との間の混在層と、を有し、前記混在層は、前記第1金属と、前記第1金属より反射率の低い第2金属を含む、有機発光装置に関する。【選択図】 図6

Description

本発明は有機発光装置、有機発光装置の製造方法、及び撮像装置に関する。
有機発光素子(有機電界発光素子:有機EL素子)は、陰極から注入された電子と、陽極から注入された正孔とが有機発光層で再結合して光を発生する。発生した光は、陰極側、陽極側、あるいはその両側から出射される。
例えば、有機発光素子を用いたアクティブマトリクス型の有機EL表示装置は、基板上に配され、駆動用トランジスタ及び多層配線構造を含む画素駆動回路、画素駆動回路上に配された有機発光素子を有する。このような有機発光表示装置において、一方の電極に透光性を有する導電材料を用い、有機発光層で発生した光を他方の電極で反射させ、該一方の電極側から光を取り出す反射型の有機EL表示装置が知られている。
このような反射型の有機EL表示装置においては、一般に、一方の電極に高い反射率を有する導電層が用いられ、発光層を有する有機層と両電極とで、キャビティ構造を形成している。キャビティ構造では、有機層の膜厚が、発光波長に基づいて、多重干渉条件を満たすよう設定される。これにより外部への光取り出し効率が改善され、また、発光スペクトルの制御をすることが可能である。
反射型の有機発光装置において、性能向上のため、反射電極と有機層の間に、他の導電層を配することがある。例えば、特許文献1では、反射電極であるアルミニウムなどの反射金属層上に高融点金属材料からなる導電膜を形成する方法が記載されている。アルミニウムは、酸化されると酸化後は絶縁特性に近づくため、接触抵抗が高くなってしまう。その結果、電流を充分に供給することができず、駆動電圧が高くなり、電極として用いることが難しい。そこで、高融点金属材料からなる導電膜を反射電極上に形成することにより、反射金属層表面の酸化を抑制することができる。
特開2006−303463号公報
しかしながら、特許文献1に記載のように、反射電極の酸化防止するためには、高融点金属材料から成る導電膜の膜厚を十分大きくする必要がある。この結果、高融点金属から成る導電膜の膜厚が増加するほど、該導電膜の光透過率が低下してしまうため、反射電極により反射されて出射される光の量が低下してしまう。
本願発明の一様態は、第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極の間の、発光層を含む有機層と、を有し、
前記第1電極は、第1金属を有する金属層と、前記金属層と前記有機層との間の混在層と、を有し、前記混在層は、前記第1金属と、前記第1金属より反射率の低い第2金属を含む有機発光装置に関する。
また、本願発明の一様態は、第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極の間の、発光層を含む有機層と、を有し、
前記第1電極は、アルミニウムまたは銀を有する金属層と、前記金属層と前記有機層との間に配され、チタン、モリブデン、タングステンの少なくとも1つと、前記金属層が有する金属と、を有する混在層と、を有する有機発光装置に関する。
また、第1金属を含む金属膜を形成する工程と、前記金属層上に前記第1金属と、前記第1金属より反射率の低い第2金属とを含む混在層を形成する工程と、前記混在層を形成した後、有機層を形成する工程と、前記有機層上に第二の電極を形成する工程と、を有する有機発光装置の製造方法に関する。
有機発光装置の駆動電圧の上昇を抑制しながら、光の出射量の低減が抑制された有機発光装置を提供することができる。
実施の形態1に係る有機発光装置の画素の一例の断面図 実施の形態1に係る有機発光装置の一例の等価回路図 実施の形態1に係る有機発光装置の有機発光素子の一例の断面図 実施の形態1に係る有機発光装置の有機発光素子の一例の断面図 実施の形態1に係る有機発光装置の第一電極の一例の組成分析結果を示すグラフ 実施の形態2に係る有機発光装置の画素部の一例の断面図 実施の形態2に係る有機発光装置の製造工程の一例を説明する断面図 実施の形態2に係る有機発光装置の製造工程の一例を説明する断面図 実施の形態3に係る電子機器の一例を説明する断面図
以下、図面を参照しながら本実施の形態にかかる有機発光装置の詳細を説明する。なお以下の実施の形態は、いずれも本発明の一例を示すのであり、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、本発明を限定するものではない。
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態にかかる有機発光装置を構成する画素の一例を示す断面図である。図1に示した画素は、基板100、トランジスタTr2、多層配線構造102、プラグ103、第一電極110、有機層120、第二電極130、防湿層140、平坦化層150、及びカラーフィルタ160を備えている。基板100としては、例えばシリコン基板を用いることができる。図1において、有機発光素子ELは、第1電極120、有機層120、及び第2電極130を有する。
図2は、画素200の一例の等価回路図である。本実施形態の有機発光装置は、マトリクス状に配列された複数の画素200を有する表示領域と、表示領域の周辺に配される周辺領域と、を有する。周辺領域には、複数の走査線231に走査信号を出力する走査線駆動回路221、及び複数の信号線232に映像信号を出力する信号線駆動回路222が設けられている。
各画素200は、それぞれ対応する走査線及び信号線に接続され、スイッチング用トランジスタTr1、駆動用トランジスタTr2、保持容量Cs、および有機発光素子ELを有する。ここでは、スイッチング用トランジスタTr1としてN型MOSトランジスタを、駆動用トランジスタTr2としてP型MOSトランジスタを用いる例を示すが、トランジスタTr1及びTr2は、これに限定されない。
スイッチング用トランジスタTr1のゲートは、走査線231に接続され、ソース及びドレインの一方、信号線232に接続される。また、スイッチング用トランジスタTr1のソース及びドレインの他方は、駆動用トランジスタTr2のゲート及び保持容量Csの一方の電極に接続される。保持容量Csの他方の電極及び駆動用トランジスタTr2のソース及びドレインの一方は、電源線Vccに接続される。駆動用トランジスタTr2のソース及びドレインの他方は、有機発光素子ELに接続される。
図2に示す有機発光装置において、走査信号線駆動回路221によりスイッチング用トランジスタTr1がオン状態となることで、信号線232から映像信号が画素200に書き込まれ、書き込まれた映像信号は保持容量Csに保持される。保持された映像信号に応じた電流が、駆動用トランジスタTr2から有機発光素子ELに供給され、この電流に応じた輝度で有機発光素子ELが発光する。なお、ここでは、複数の画素200の駆動用トランジスタTr2及び保持容量Csが、共通の電源線Vccに接続されている例を示す。
上記の画素回路の構成は一例であり、画素200は、必要に応じて、容量素子やトランジスタをさらに有していてもよい。また周辺回路も、画素の構成に応じて必要となる駆動回路を適宜有することができる。
図2において、トランジスタTr2上に、複数の配線及び複数の層間絶縁層を有する多層配線構造102が形成されている。多層配線構造102の上には、有機発光素子ELの第1電極110が配されている。第1電極110は、多層配線構造102中の配線102及びプラグ103を介して、駆動用トランジスタTr2に接続されている。また、多層配線構造102にMIM容量が容量素子Caとして配されている。
なお有機発光素子EL等からの光がトランジスタ特性に影響を及ぼさないようにするため、多層配線構造102が遮光層(不図示)を備えていても良い。配線層101の材料として、例えばアルミニウム合金を用いることができ、配線層101を接続するプラグ103の材料として、例えばタングステンを用いることができる。また、層間絶縁膜には、例えば酸化シリコンから成る膜を用いることができる。遮光層の材料としては、例えばチタン(Ti)や窒化チタン(TiN)等を用いることができる。なお、多層配線構造102において、第1電極110の下地となる絶縁層としては、第1電極110の膜厚のバラツキを低減するため、表面が平坦化された無機絶縁膜を用いることが好ましい。
基板100、トランジスタ、及び多層配線構造102を回路基板と称する。回路基板上には、有機発光素子ELが配されている。反射型の有機発光装置の有機発光素子ELは、有機層の両側に配される電極のうち一方が反射電極であり、他方が透光性電極であり、有機層で発光した光が一方の電極で反射されて、他方の電極から出射するよう構成されている。ここでは、第1電極110が反射電極であり、第2電極130が透光性電極である有機発光装置について説明する。
ここで、反射電極とは、有機発光層が発光する光に対する反射率が50%を超える電極であり、電極が複数の膜が積層された構成を有する場合は、複数の膜を1つの電極としたときの電極の反射率が50%を超えるものとする。また、透光性電極とは、有機発光層が発光する光の透過率が50%を超える電極であり、電極が複数の膜が積層された構成を有する場合は、複数の膜を1つの電極としたときの電極の透光率が50%を超えるものとする。
有機層120は、発光層を有し、たとえば正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層が積層された構造を有する。有機層120は、この構成に限定されず、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、及び電子注入層は、素子の設計に応じて、適宜設ければよい。有機層の各層は、公知の有機材料を適宜用いて形成することができる。
第2電極130は、透光性電極であり、導電膜を形成、パターニングすることで形成できる。導電膜としては、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)やIZO(Indium Zinc Oxide)などの透明電極材料を用いて形成することができる。また特に有機発光素子がキャビティ構造として構成される場合には、光の干渉を利用するため、第2電極130は、発光層からの光に対する透光性だけでなく、反射性も必要となる。よって、第2電極130として、例えは5〜20nm程度の薄膜のMgAg等の半透過性を有する導電層を用いることができる。なお、キャビティ構造とは、発光層からの光を第1電極110及び第2電極130の間で共振させて、第2電極130側から光を取り出す構造を指す。
本実施形態において、第1電極は反射電極であり、少なくとも、金属層と、該金属層の金属より反射率が低い金属を有する混在層と、の積層を有する。物体の反射率は、物体の厚みや波長によって異なる。金属層は、金属光沢を有する。
本明細書において、金属層(導電層)が金属Aを含み、混合層が金属Aと金属Bの混合層のとき、例えばTEM−EDX分析おいて、金属Bの成分が検出限界(ノイズを含む)以下の部分を金属層(導電層)とする。また、金属Aと金属Bの成分が共に検出限界より大きい値である部分を混合層とする。
また、本明細書において、金属や部材の反射率とは、該金属から成る膜や部材の反射率がほぼ一定となるだけの、十分な膜厚の膜(部材)における反射率を指す。金属Aの反射率が金属Bの反射率より大きいとは、金属A単体と金属B単体の膜を、どちらの反射率もほぼ一定となるのに十分な厚さとしたとき、同じ波長に対する金属Aの反射率が金属Bの反射率より大きいことを示す。反射率を検討、比較するときの光の波長としては、各画素の出射光の色に合わせて設定することができる。反射率もほぼ一定となるのに十分な厚さは、例えば0.1mmとすることができる。
金属層は、反射性の高い金属で形成することができ、例えば、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、クロム(Cr),ニッケル(Ni)、白金(Pt)、錫(Sn)またはこれらの金属の合金を用いることができる。好ましくは、AlやAg、及びその合金を用いることができる。金属層とは、金属単体によって構成される導電層たけでなく、その金属の合金によって構成される導電層を含み、製造上、意図せず不純物として入ってしまった他の元素を含んでいてもよい。上記金属より反射率の低い金属としては、例えば、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等の高融点金属を用いることができる。
金属層の金属より反射率が低い金属を有する混在層は、高融点金属と反射性の高い金属の混在層だけでなく、高融点金属の化合物と反射性の高い金属の混在層であってもよい。すなわち、混在層は、金属層の金属中に導電層の金属を含んでいても、導電層の金属中に金属層の金属を含んでいてもよく、また、それらが合金化していても良いし、そうでなくても良い。
金属層の材料として、アルミニウムや銀といった反射率の高い材料を用いた場合、これらの金属は酸化されやすい。有機発光装置においては、例えば有機層などの第1電極上に配置される酸素を含む材料からの酸素の内方拡散や、は製造工程内での酸素を含む雰囲気での加熱工程による酸素の内方拡散により、金属層が酸化されることがある。
そこで、Ti、Mo、W等の高融点金属層を上記金属層上に設けることにより、これらの金属層の酸化を防止することができる。しかし、高融点金属は、アルミニウムや銀等の金属より反射率が低いため、第1電極の反射率は低下してしまう。しかし、単純に高融点金属層の膜厚を薄くすると、高融点金属層内を酸素が拡散し金属層に到達してしまうため、金属層の金属の酸化を抑制することができない。
また、金属層と有機層との間の仕事関数を調整するため、第1電極として、金属層と導電層との積層を用いる場合がある。この場合にも、導電層が有する金属の反射率が金属層の金属の反射率より低い場合、第1電極の反射率が低下してしまう。
そこで、金属層が有する金属より反射率が低い金属と、該金属層の金属と、の混在層を、該金属層と有機層の間に配することで、反射率の低下を抑制しながら、金属層の酸化抑制を行うことができる。また、第1電極の反射率の低下を抑制しながら、反射性の高い金属と導電層の金属との混合比を調整すること等により、仕事関数の調整を行うことができる。よって、導電層の設計パラメータ(材料の種類、比率、膜厚等)の自由度を大きくすることができる。
また、混在層が含む金属は、金属層の金属でなくてもよい。混在層が、金属層の酸化防止のため設けられる場合には、混在層は、酸化防止のための金属と、その金属より反射率の高い金属と、を含む構成であればよい。また、混在層が、仕事関数の調整のために設けられる場合には、混在層は、仕事関数を調整するための金属と、その金属より反射率が高く仕事関数の調整に適した金属と、を含む構成であればよい。
以下、本実施形態の有機発光素子の具体的な構成例について説明する。
図3を用いて、第1電極の構成について説明する。図3において、第1電極110は、金属層112、混在層113a、導電層113bを有する。金属層112の金属としては、可視光の波長域において反射率の高い材料を用いることができ、例えばAl、Agおよびそれらを含む合金を用いることが出来る。あるいはその他の金属として、Ni、Mo、Cr、Au、Pt、及びそれらを含む合金を用いることもできる。ここでは、金属層112が、Alで形成される例を示す。また金属層112の膜厚は、所望の反射率を得られ、かつ有機層の膜厚よりも薄くなることが好ましい。金属層112の膜厚は、例えば10〜100nmの範囲で設定することができる。なお反射率としては、少なくとも対応する画素の色に対応する波長の光に対し、60%以上であることが好ましい。
金属層112とその下地となる絶縁層(例えば酸化シリコン膜)との間に、バリアメタル層111を有する構成としてもよい。バリアメタル層111としては、公知の材料を適用することが出来る。ここでは、バリアメタル層111が、Tiから成る第1バリアメタル層111aとTiNから成る第2バリアメタル層111bを有する例を示す。
金属層112をAlまたはAl合金を含む層で形成する場合、特にバリアメタル層111を設けることが好ましい。特に、バリアメタル層111としてTi膜を適用することで、属層112のAl膜の配向性が高くなり、表面が平滑な金属層112を形成しやすくなる。よって、金属層112の膜厚の均一性を向上することができ、混在層112aや導電層113bの膜厚を小さくしたい場合にも、金属層112の表面の凹凸に起因する成膜不良を抑制することができる。
導電層113bの材料としては、例えば、Ti、Mo、Wおよびこれらを有する化合物(窒素化合物、酸素化合物)を用いることが出来る。化合物としては、例えばTiNを用いることができる。
混在層113a及び導電層113bの膜厚は、例えば有機層側からの酸素拡散を考慮し、混在層113aと導電層113bの膜厚の和が、酸素が拡散する深さ以上となる膜厚とすることが好ましい。また、金属層112上に混在層113a及び導電層113bを積層した状態での第1電極の反射率が、十分所望の反射率となる膜厚とすることが好ましい。よって、混在層113a及び導電層113bの膜厚は、酸素拡散と反射率とを考慮した膜厚とすることが好ましく、例えば1nm〜20nmとすることができる。なお、第1電極110の反射率としては、少なくとも50%以上であることが好ましい。
本実施の形態において、混在層113aとは、金属層112の金属と導電層112bの金属とを含む領域であり、例えば、図3に示すように、金属層112と導電層113bの間に存在する。混在層113aに含まれる高融点金属としては、高融点金属の酸化物の導電率が、金属層112の金属の酸化物の導電率より大きい金属を用いる。また、第1電極110の表層(有機層が形成される側の面)から拡散する酸素の深さに応じて、金属層112の金属が膜厚方向に沿って導電層113b内に分散した混在層113aを、膜厚を調整して形成する。
金属層112の金属酸化物の絶縁性が大きいと、第1電極110に対する有機層120側表面からの酸素の拡散によって金属層112の導電層113b側の界面一面が酸化されると、第1電極110の導電性が著しく低下する。これより、有機発光装置の駆動電圧が大きくなる。一方、混在層113aに含まれる高融点金属の酸化物の導電率は、金属層112の金属の酸化物の導電率より大きい。本実施の形態の有機発光装置では、第1電極110の表層から拡散する酸素の深さに応じて、金属層112の金属が膜厚方向に沿って導電層113b内に分散した混在層113aを形成する。よって、金属層の表面が一様に酸化されてしまうことを抑制することができる。すなわち、金属層112表面の酸化による第1電極110の導電率の低下を抑制することができる。
また、導電層113b単層でなく、導電層113bの高融点金属に金属層112の金属が分散されていることで、導電層113bのみで金属層112表面の酸化を抑制する場合に比べ、第1電極110の反射率の低下を抑制することができる。
混在層113aは、金属層112において、導電層113bとの界面全体または有機層120との界面全体を覆う連続膜として存在してもよいし、不連続な膜として存在してもよい。すなわち、混在層113aが金属層113の導電層113bとの界面または有機層120との界面の一部に配され、金属層112の該界面の一部が混在層113aに覆われていなくてもよい。金属層112の界面の少なくとも一部が混在層113bに覆われていることで、その部分における第1電極110の高抵抗化を抑制することができる。
混在層113aは、金属層112の金属及び導電層113bの金属以外の元素を含んでいてもよい。混在層113aが、金属層112の金属及び導電層113bの金属以外の元素を含むことで、酸素の拡散をより抑制することができる場合がある。例えば、金属層112の金属がAlであり、導電層の金属がTiの場合に、混在層113aが窒素有する構成とすることで、金属層112の酸化をより抑制することが可能となる。
なお、混在層113aにおいて、導電層113bの金属以外に含まれる金属を、金属層112と異なる金属としてもよい。この時の金属は、導電層113bの金属より反射性の高い金属であればよい。また混在層113aは、導電層113bの金属の代わりに、他の金属を含む構成であってもよい。混在層112aに含まれる金属は、金属層112の金属との、導電性、反射率、及び透過率の関係を考慮して決定することができる。
また混在層112aにおいて、膜厚方向に沿って導電層112bの金属の濃度が変化していてもよい。その場合には、第1電極110の有機層120が配される側の濃度を高くすることが好ましい。これにより混在層113aに含まれる金属層112の金属が酸化される割合を低減することができる。
また図4で示すように、第1電極110は、金属層112及び混在層113aを有し、導電層113bを有していなくてもよい。つまり第1電極110において有機層120と接する面が混在層113aの表面であってもよい。この場合でも、製造工程等における第1電極110への酸素の拡散や第1電極110の反射率を考慮した混在層112bの膜厚とすることで、低消費電極で第1電極110の十分な反射率を確保した有機発光装置を実現することができる。
表1を用いて、本実施の形態に係る有機発光素子の効果について説明する。
表1に、金属層112にAl合金膜を用い、導電層113bにTi膜を用いた第1電極110を有する有機発光素子における下記項目の関係を示す。項目は、導電層113bの膜厚、混在層113a(AlとTiが混在する領域)の膜厚方向(金属層112と導電層113bの積層報告)の長さである。また、他の項目は、観察波長450nmにおける第1電極110の反射率、及び有機発光素子に電流密度50mA/cmが流れるときの駆動電圧である。なお、有機発光素子の混在層113a及び導電層113bには、酸素が拡散している。
表1において、条件A〜Dは、実施の形態1及び2に記載の有機発光素子の例であり、条件Eは、比較例であり、混在層112bを有さない有機発光素子の場合を示す。反射率及び駆動電圧は、第1電極のみの状態(有機層、第2電極を形成していない状態)で測定した値を示す。
表1に示す条件A〜Dの第1電極110の構成においては、導電層113bの膜厚を薄くするほど反射率が高くなった。ただし、混在層113aの膜厚を一定としたまま導電層113bの膜厚を小さくすると、金属層112の酸化により有機発光素子の駆動電圧が上昇する。よって、表1の条件A〜Dでは、導電層113bの膜厚を薄くする場合には、混在層113aの膜厚方向の長さを大きくしている。これにより、条件A〜Dにおける有機発光素子では、有機発光素子に一定の電流を流すために必要な駆動電圧はほぼ同等となった。
一方、比較例である条件Eでは、混在層113a及び導電層112bがないため、第1電極110は高い反射率を示しているが、有機発光素子の駆動電圧は上昇してしまった。
表1より、混在層113aと導電層113bの膜厚の組み合わせを調整することにより、有機発光素子の駆動電圧を上昇させることなく反射率の低下を抑制することができることがわかる。具体的には、第1電極110に対する、有機層120が配される側からの酸素の拡散と、反射率を考慮して、混在層113a、または混在層113aと導電層113bの膜厚の和を調整する。これにより、有機発光素子の駆動電圧を上昇させることなく反射率の低下を抑制することができる。
また図5に、表1の条件Bの第1電極110の構造における各元素(Al,Ti,O)の第1電極110の深さ方向(膜厚方向)のプロファイルを示す。なおこのプロファイルはTEM−EDX法により測定された結果である。例えば金属層112にAl合金を用い、導電層113bにTiを用いる場合、混在層113aには。AlとTiが含まれる。
図5に示すように、第1電極110の表面から10nm付近から導電層113bに含まれるTiが検出されるため、条件Bでは、金属層112の膜厚は10nmである。また、第1電極110の表面から20nm付近でAlが検出限界以下となることから、混合層113aの膜厚方向の長さは、10nmである。
次に本実施の形態に係る有機発光装置の一部の製造方法について説明する。
シリコン基板100の上に、公知の方法により駆動用トランジスタTr2を形成する。駆動用トランジスタTr2上に層間絶縁膜を形成し、層間絶縁膜内に開口を形成してプラグを形成し、配線層を形成する。層間絶縁膜、プラグ、配線層の形成を繰り返して、多層配線構造102を形成する。多層配線構造102において、最上層の配線層の上に平坦化された絶縁膜を形成し、該平坦化された絶縁膜にプラグ103を形成する。
該平坦化された絶縁膜上に、それぞれ、バリアメタル層111、金属層112、導電層113となるバリアメタル膜、金属膜、導電膜をスパッタ等の成膜方法により形成する。バリアメタル層111としては、例えばTiとTiNの積層膜とすることができる。金属層としては、膜厚50nmのAl合金膜を形成し、その上に導電膜として膜厚10nmのTi膜を形成することができる。
なお金属層112であるAl合金層の形成後の金属層112の表面の反射率は、90%以上である。また、金属層112上の導電層113となる導電膜(Ti膜)を、形成後の導電層113の表面の反射率が80%以上となるように、Al合金膜およびTi膜の膜厚を調整する。その後350℃の窒素雰囲気で30分間加熱し、混在層113aを形成する。
導電層となる導電膜の形成後に加熱処理を行うことで、導電膜に含まれる金属(Ti)が金属層内に拡散し、AlとTiの混在膜が形成される。加熱温度が低いと、混在層は実質的には形成されない。よって、加熱処理の温度は、300℃以上とすることが好ましい。
この後、金属膜、混在層、及び導電膜をパターニングすることで、金属層112、混在層113a、及び導電層113bを形成することができる。この加熱処理により、導電層113bであるTi膜の膜厚が5nm、混在層113aとなるTiとAlの混在層の膜厚方向の長さが10nm、金属層112であるAl膜の膜厚が45nmとなる。金属層112の酸化抑制のため、混在層の膜厚方向の長さは、10nm以上とすることが好ましい。
ここでは、導電層113bとなる導電膜の形成後、加熱処理を行う例を示すが、実施の形態2のように、バンク絶縁層を有する場合は、バンク絶縁層となる絶縁膜の形成と加熱処理を兼ねてもよい。この場合、金属膜及び導電膜をパターニングし、好ましくは300℃以上でバンク絶縁層となる絶縁膜の成膜を行う。この時、混在層113bが形成される。
なお、混在層113aは、金属層112を形成するのに用いることのできる金属と導電層113bを形成するのに用いることのできる金属を含む層をスパッタ法により形成しても良い。合金ターゲットによるスパッタでも良いし、2元系スパッタ法で形成しても良い。また金属層112を形成するのに用いることのできる金属と導電層113bを形成するのに用いることのできる金属の割合を膜厚方向に沿って異ならせるように、複数の層を重ねて形成しても良い。
金属層112と導電層113aの形成過程においては、その間に大気に暴露することなく積層することで、金属層112の表面が酸化されるのを防止する。その後、フォトリソグラフィー及びウェットエッチングにより、画素毎に分離された第1電極110を形成する。ウェットエッチングにより第1電極110の側面は順テーパーを有する傾斜をもたせ、その上に形成する有機層120や第2電極130の段切れを防止することや、局所的な薄膜化を緩和することができる。したがって、有機層120や第2電極130の段切れを防止することや、局所的な薄膜化を緩和するために第1電極110の膜厚を大きくする必要がない。よって、混在層113a及び導電層113bの膜厚調整の範囲を広げることが可能となる。
次に、例えば真空蒸着法により有機層120を、第1電極110及び多層配線構造102上に形成する。有機層120は、発光層を有し、その他に、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層の少なくとも1つを有していてもよい。なお有機層120を形成したくない領域、たとえば電極パッド部、スクライブ領域(不図示)などはメタルマスク等のマスクを用いて覆っておくことができる。
有機層120形成後、例えば蒸着法により、薄膜(例えば、膜厚が約10nm)のAgMgからなる第2電極130を形成する。本実施の形態の有機発光装置では、第1電極110は画素毎に個別に形成されているが、第2電極120は複数の画素間で共通に(連続して)形成されている。
次に、例えばCVD法、ALD法などにより、防湿層140を形成する。防湿層140は同一材料からなる単層構造でもよく、より高い防湿性能を備えるために、異なる材料、あるいは膜質の層の積層でも良い。防湿層140は、例えば窒化シリコン(SiN)を用いて形成することができる。
次に、例えば、防湿層140上に、平坦化層150として機能する絶縁膜を形成し、防湿層140の表面の起伏を平坦化した後に、カラーフィルタ層160を形成することができる。次にフォトリソグラフィーとドライエッチング法により防湿層140を除去して電極パッド部(不図示)を露出させる。このようにして、有機発光装置を形成することができる。
以上に説明した本実施の形態に係る有機発光装置は、第1電極において、金属層と混在層が積層されているため、第1電極の反射率の低下が抑制された有機発光装置である。また、混在層が金属層の金属と、該金属層の金属の酸化物より酸化物の導電率が高い金属を有することで、駆動電圧の上昇が抑制された有機発光装置である。また、第1電極の反射率の低減を抑制しながら、金属層の酸化による第1電極の抵抗の上昇を抑制することが可能である。
本実施の形態では、具体例として、第1電極110の金属層112の酸化を抑制するために混在層113aを配する例について説明しているが、本実施の形態の有機発光装置はこの場合に限定されない。第1電極110の仕事関数を調整するために混在層113aを配する場合であっても、同様の効果が得られる。具体的には、金属層112上に配される仕事関数調整用の層の金属の反射率が、金属層112の金属より低い場合、調整用の金属の単層を金属層112上に設けた場合、第1電極110の反射率が低下する。
そこで、第1電極110を、金属層112と、仕事関数調整用の金属及び該調整用の金属より反射率が高い金属との混在層113bと、の積層とすることで、第1電極110の反射率の低下を抑制することができる。例えば、混在層113aは、仕事関数調整用の金属であるチタン(Ti)と、金属層112の金属であって、チタンより反射率が高い金属であるアルミニウム(Al)を含む層とすることができる。これによっても、第1電極110の仕事関数を調整することで、有機発光装置の駆動電圧を下げながら、第1電極110の反射率の低下を抑制することができる。
(実施の形態2)
本実施の形態における有機発光装置、及びその製造方法について、図6乃至図9を用いて説明する。本実施の形態と実施の形態1との違いは、第一電極の構造が異なる点、及び本実施の形態ではバンク絶縁層を有する点である。なお、実施の形態1と同様の構成、機能、方法、効果については、説明を省略する。
図6は本実施の形態にかかる有機発光装置を構成する画素の一部の構造を示す断面図である。図6に示した有機発光装置は、基板110、トランジスタTr2、配線101を有する多層配線構造102、第1電極110、バンク絶縁層117、有機層120、第2電極130、防湿層140、平坦化層150、及びカラーフィルタ160を有する。第1電極110は、画素ごとにパターニングされ、アイランド形状を有している。
バンク絶縁層117は、画素ごとに第1電極110の端部(上面における外縁部及びその側面)を覆う絶縁部材である。これにより第1電極110の端部と平面視で重なる領域において、有機層120が薄くなっていたとしても第1電極110や第2電極130とのリークや短絡を低減、防止することができる。ここで、平面視とは、第1電極110の有機層120が配される面に対する平面視を指す。
具体的には、バンク絶縁層117は、第1の電極110上に開口Wを有する。このバンク絶縁層117における第1電極110上の開口領域が、有機発光素子ELの発光領域に相当する。このようなバンク絶縁層117は、有機層120と接するため、含水率や透湿性の低い材料を用いて形成されることが好ましい。例えば、バンク絶縁層117は、無機絶縁層とすることができ、具体的には、酸化シリコン、窒化シリコン、及び窒化酸化シリコン(SiON)などの無機絶縁材料を用いて形成することができる。
第1電電極110は、バンク絶縁層117の開口内において第1の膜厚を有し、バンク絶縁層117に覆われる領域において第1の膜厚より大きい第2の膜厚を有する。
図6に示すように、例えば、導電層113において、バンク絶縁層117の開口W内での膜厚をD1、バンク絶縁層117に覆われる部分の厚さをD2とする。本実施の形態において、第1電極110は、膜厚D1及びD2が、D1<D2の関係を満たすように構成されている。図6では、導電層113が混在層113aのみの場合を示しているが、導電層113は、混在層113aと導電層113bの両方を含んでいてもよく、混在層113aのみであっても良い。
具体的には、導電層113が混在層113aのみから構成される場合、混在層113aが、バンク絶縁層117の開口内において、バンク絶縁層117に覆われる領域よりも小さな膜厚を有する。導電層113が混在層113a及び導電層113bから構成される場合、導電層113bがバンク絶縁層117の開口内において、バンク絶縁層117に覆われる領域よりも小さな膜厚を有していてもよい。また、導電層113が混在層113a及び導電層113bを有する一方、開口W内では導電層113bが除去され、混在層114a第1電極110の表面となっていてもよい。すなわち、導電層113が、混在層113aと、バンク絶縁層117の開口と重なる位置に開口を有する導電層113bを有していてもよい。この場合、混在層113aが、バンク絶縁層117の開口内において、バンク絶縁層117に覆われる領域よりも小さな膜厚を有する。
例えば、導電層113のバンク絶縁層117の開口内において第1の膜厚D1は、バンク絶縁層117に覆われる領域の膜厚D2の半分程度とすることができる。図6の有機発光装置において、例えば、開口W内の光電層113の膜厚が5nm、バンク絶縁層117に覆われる部分の膜厚が15nmとすることができる。この時、第1電極110は、開口Wにおいて高い反射率を有する。混在層113aへ酸素が拡散した場合でも金属層112の表面全面の酸化を抑制できるよう、混在層113aの膜厚は10nm以上、より好ましくは、5nm以上であることが好ましい。
バンク絶縁層117を、例えば酸化シリコンで形成する場合、この酸化シリコンが第1電極110への酸素の供給源となり、第1電極110へ拡散する。このため、第1電極110の、バンク絶縁層117と接する領域においては、バンク絶縁層117から拡散する酸素によって金属層112が酸化されないような構成とする。すなわち、混在層113aの膜厚、または混在層113aと導電層113bの膜厚を、酸素が金属層112の表面全体まで到達しない膜厚とすることが好ましい。
ここで、バンク絶縁層117は、絶縁膜がパターニングされることで形成され、開口Wを有し、開口Wの周辺において、第1電極110を覆うよう形成されている。例えば、絶縁層の一部をエッチングにより除去されることで、開口Wが形成される。よって、バンク絶縁層117形成用の絶縁膜に開口Wが形成された後、第1電極110の、開口W内の部分には、酸素の供給源となる絶縁膜(酸化シリコン)がない。よって、金属層112の酸化を防止するための導電層113(混在層113aまたは混在層113a及び導電層113b)を、開口Wがない場合に比べ膜厚を小さくすることができる。開口W内の導電層113の膜厚を小さくいため、発光領域における第1電極110の反射率を高めることができる。
また有機発光装置の製造工程において、導電層113内に酸素が多く拡散した状態の場合、導電層113形成の後の製造工程において、導電層113に含まれる酸素が金属層112に拡散し、金属層112を酸化する可能性がある。このため酸素を含む導電層113(混在層113aの膜厚、または混在層113aと導電層113b)を一部除去する。すなわち、混在層113bの膜厚、または混在層113aと導電層113bの膜厚の和が、バンク絶縁層117の開口内において、バンク絶縁層117と平面視において重なる領域より小さい構成とする。これにより、第1電極110の酸化による有機発光装置の駆動電圧の上昇を抑制でき、有機発光装置の信頼性を向上させることができる。また開口W内の混在層113a、または導電層113bの膜厚を実施の形態1の有機発光装置より小さいため、発光領域において、第1電極110の反射率をより高めることもできる。
図6に示した有機発光装置の製造方法を、図7を用いて以下に説明する。なお実施の形態1と重複する工程については省略する。
図7(a)に示すように、トランジスタ、及び多層配線構造120が形成された基板100上に、バリアメタル層111となる金属膜、金属層112となる金属膜、導電層113となる導電膜(金属膜)をスパッタ等の成膜方法により形成する。バリアメタル層111としては、例えばTi膜とTiN膜の積層膜を用いることができる。また金属層112としては、例えばAl合金からなる膜を用い、その上にTiからなる薄膜を形成することができる。なおAl合金膜形成後の表面の反射率が90%以上、その上のTi膜を形成後の反射率が80%以上となるように、Al合金膜およびTi膜の膜厚を調整することが好ましい。
その後、図7(b)に示すように、フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより、バリアメタル層111、金属層112、及び導電層が形成される。これによって、画素毎に分離された、アイランド状の第1電極110が形成される。ドライエッチングでパターニングすることにより、微細な加工が可能である。
この時、多層配線層120の最上層の絶縁膜において、第1電極110に上面を覆われていない部分は、ドライエッチング工程におけるオーバーエッチにより、数10nm程度掘り込まれた形状となる。よって、多層配線層120の上面は、第1電極110に覆われた部分と、第1電極110に覆われておらず、凹部となっている部分と、を有する。
次に図8(a)に示すように、第1電極110を含む基板上に、バンク絶縁層117となる絶縁膜(例えば酸化シリコン膜)をCVD法により形成する。CVD法での成膜温度は、300℃以上が好ましく、例えば300℃〜400℃に設定して英膜することができる。この過程で、第1電極110が加熱され、金属層112と導電層113bの間に混在層113aが形成される。よって、混在層113aにおいて、導電層113bの金属の金属層112の金属に対する割合(導電層113bの金属の、混在層113bにおける割合)は、有機層側から金属層側に向かって減少する構成となっていてもよい。
なお、バンク絶縁層117となる絶縁膜の膜厚は、第1電極110上に形成される有機層120の膜厚よりも薄くすることが好ましい。ただし、絶縁バンク117が第1電極110の端部を被覆できない部分があると、その部分で第1電極110と第2電極130の間にリーク電流の発生や短絡が起こる可能性がある。よって、絶縁バンク117の膜厚は、第1電極110の端部を連続した膜として被覆できる膜厚以上とすることが好ましい。例えば有機層120の膜厚を約200nmとする場合、バンク絶縁層117の膜厚は約70nmとすることができる。
次に図8(b)に示すように、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより、絶縁バンク117となる絶縁膜に開口Wを形成し、絶縁バンク117とする。本実施の形態では、開口Wを形成する際、絶縁バンク117となる絶縁膜だけでなく、導電層113の一部も除去される。これにより、第1電電極110は、バンク絶縁層117の開口内において第1の膜厚を有し、バンク絶縁層117に覆われる領域において第1の膜厚より大きい第2の膜厚を有する構造となる。ここで、混在層113aの膜厚が小さいと、拡散した酸素が金属層112表面に達し、金属層112表面の全面を酸化してしまう可能性がある。よって、混在層113aの膜厚方向の長さは、5nm以上、好ましくは10nm以上とすることが好ましい。
有機層120を形成する工程以降は、実施の形態1と同様にして有機発光装置を製造することができる。
本実施の形態の有機発光装置も、駆動電圧の上昇を抑制、防止しながら、第1電極110の反射率の低下が抑制されている。
(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態1または2に記載の有機発光装置を電子機器に適用する例について図9を用いて説明する。
上述した撮像素子をデジタルカメラに適用した実施形態について図9を用いて説明する。レンズ部901は被写体の光学像を撮像素子905に結像させる撮像光学系であり、フォーカスレンズや変倍レンズ、絞りなどを有している。レンズ部901におけるフォーカスレンズ位置、変倍レンズ位置、絞りの開口径などの駆動はレンズ駆動装置902を通じて制御部909によって制御される。
メカニカルシャッタ903はレンズ部901と撮像素子905の間に配置され、駆動はシャッタ駆動装置904を通じて制御部909によって制御される。撮像素子905は、レンズからの光が入射するように配され、複数の画素によってレンズ部901で結像された光学像を画像信号に変換する。
信号処理部906は撮像素子905から出力される画像信号が入力され、画像信号にA/D変換、デモザイク処理、ホワイトバランス調整処理、符号化処理などを行う。信号処理部906はまた、撮像素子905の出力する画像信号から得られる信号に基づいて位相差検出方式でデフォーカス量および方向を検出する焦点検出処理も実施する。
タイミング発生部907は撮像素子905および信号処理部906に、各種タイミング信号を出力する。制御部909は、例えばメモリ(ROM,RAM)とマイクロプロセッサ(CPU)を有し、ROMに記憶されたプログラムをRAMにロードしてCPUが実行して各部を制御することにより、デジタルカメラの各種機能を実現する。制御部909が実現する機能には、自動焦点検出(AF)や自動露出制御(AE)が含まれる。制御部909は、撮像素子905から出力された信号に基づいた信号が入力され、また、表示部912に電子ビューファインダー用の信号を入力する。
メモリ部908は制御部909や信号処理部906が画像データを一時的に記憶したり、作業領域として用いたりする。媒体I/F部910は例えば着脱可能なメモリカードである記録媒体911を読み書きするためのインターフェースである。表示部912は、撮影した画像やデジタルカメラの各種情報を表示するために用いられる。操作部913は電源スイッチ、レリーズボタン、メニューボタンなど、ユーザがデジタルカメラに指示や設定を行うためのユーザインタフェースである。
表示部912に、実施の形態1または2に記載の有機発光装置を用いることで、消費電力の増加を抑制して、表示部の出射率を向上することができる。よって、明るい場所でも、表示部912に表示された画像の視認性を向上させることができる。
撮影時のデジタルカメラの動作について説明する。電源がオンされると、撮影スタンバイ状態となる。制御部909は、表示部912を電子ビューファインダーとして動作させるための動画撮影処理および表示処理を開始する。撮影スタンバイ状態において撮影準備指示(例えば操作部913のレリーズボタンの半押し)が入力されると、制御部909は焦点検出処理を開始する。例えば、制御部909は、位相差検出方式により焦点検出処理を行うことができる。具体的には、複数の画素から得られるA像信号とB像信号の同種の信号をつなぎ合わせた信号波形の位相差に基づいて像ずれ量を求め、デフォーカス量と方向を得る。
そして、制御部909は得られたデフォーカス量と方向とから、レンズ部901のフォーカスレンズの移動量および移動方向を求め、レンズ駆動装置902を通じてフォーカスレンズを駆動し、撮像光学系の焦点を調節する。駆動後、必要に応じてコントラスト評価値に基づく焦点検出をさらに行ってフォーカスレンズ位置を微調整しても良い。
その後、撮影開始指示(例えばレリーズボタンの全押し)が入力されると、制御部909は記録用の撮影動作を実行し、得られた画像データを信号処理部906で処理し、メモリ部908に記憶する。そして、制御部909はメモリ部908に記憶した画像データを、媒体制御I/F部910を通じて記録媒体911に記録する。なお、図示しない外部I/F部から画像データをコンピュータ等の外部装置に出力してもよい。
112 金属層
113a 混在層
120 有機層
130 第二電極

Claims (25)

  1. 第1電極と、
    第2電極と、
    前記第1電極と前記第2電極の間の、発光層を含む有機層と、
    を有し、
    前記第1電極は、第1金属を有する金属層と、前記金属層と前記有機層との間の混在層と、を有し、
    前記混在層は、前記第1金属と、前記第1金属より反射率の低い第2金属を含む、
    有機発光装置。
  2. 前記第1金属は、アルミニウムまたは銀である請求項1に記載の有機発光装置。
  3. 前記第2金属は、チタン、モリブデン、及びタングステンのすくなくとも1つであることを特徴とする請求項1または2に記載の有機発光装置。
  4. 第1電極と、
    第2電極と、
    前記第1電極と前記第2電極の間の、発光層を含む有機層と、
    を有し、
    前記第1電極は、
    第1金属を有する金属層と、
    前記金属層と前記有機層との間に配され、前記第1金属及び第2金属を有する混在層と、
    を有し、
    第1金属はアルミニウムまたは銀であり、
    第2金属は、チタン、モリブデン、タングステンの少なくとも1つである有機発光装置。
  5. 前記第1電極の端部は、バンク絶縁層に覆われ、
    前記バンク絶縁層は、前記第1電極上に第1開口を有し、
    前記有機層は、前記第1開口において、前記第1電極と前記第2電極との間に配されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の有機発光装置。
  6. 前記第1電極は、前記第1開口において第1の膜厚を有し、前記バンク絶縁層に覆われる領域において第2の膜厚を有し、前記第1の膜厚は前記第2の膜厚より小さいことを特徴とする請求項5に記載の有機発光装置。
  7. 前記第1電極は、前記混在層と前記バンク絶縁層の間に配され、前記第2金属を有する導電層を有する請求項5または6に記載の有機発光装置。
  8. 前記導電層は、前記第1開口において、前記混在層と前記有機層の間に配される請求項7に記載の有機発光装置。
  9. 前記導電層は第2開口を有し、前記有機層は、前記第1開口及び前記第2開口において、前記混在層と接する請求項7に記載の有機発光装置。
  10. 前記混在層は酸素を含むことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の有機発光装置。
  11. 前記混在層の前記第1電極の膜厚方向における長さは10nm以上である請求項1乃至10のいずれか1項に記載の有機発光装置。
  12. 前記混在層の前記第1電極の膜厚方向における長さは、5nm以上である請求項1乃至10のいずれか1項に記載の有機発光装置。
  13. 前記バンク絶縁層は無機絶縁層である請求項5乃至12のいずれか1項に記載の有機発光装置。
  14. 前記バンク絶縁層は酸化シリコンを有する請求項5乃至13のいずれか1項に記載の有機発光装置。
  15. 前記混在層において、前記第1金属に対する前記第2金属の割合は、前記有機層側から前記金属層側に向かって減少している請求項1乃至14のいずれか1項に記載の有機発光装置。
  16. 前記混在層に占める前記第2金属の割合は、前記有機層側から前記金属層側に向かって減少している請求項1乃至15のいずれか1項に記載の有機発光装置。
  17. 前記第1電極は、多層配線構造の上に配され、
    前記多層配線構造の表面の絶縁層は、前記第1電極に覆われていない部分に凹部を有する請求項1乃至16のいずれか1項に記載の有機発光装置。
  18. 前記第1電極は、シリコン基板に配された多層配線構造の上に配され、前記第1電極は反射電極であり、前記第2電極は透明電極である請求項1乃至16のいずれか1項に記載の有機発光装置。
  19. レンズと、
    前記レンズからの光が入射する撮像素子と、
    前記撮像素子からの出力が入力される制御部と、
    前記制御部から信号が入力される、請求項1乃至18のいずれか1項に記載の有機発光装置と、
    を有する撮像装置。
  20. 第1電極を形成する工程と、
    前記第1電極の上に発光層を含む有機層を形成する工程と、
    前記有機層の上に第2電極を形成する工程を含み、
    前記第1電極を形成する工程は、
    第1金属を含む金属膜を形成する工程と、
    前記金属層に前記第1金属と、前記第1金属より反射率の低い第2金属とを含む混在層を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする有機発光装置の製造方法。
  21. 前記混在層を形成する工程は、
    前記第1金属を含む金属膜の上に、前記第2金属を含む導電膜を形成する工程と、
    前記第1金属を含む金属膜及び前記第2金属を含む導電膜の一部を除去して、前記第1金属を含む金属層と、前記第2金属を含む導電層を形成する工程と、
    前記第1金属を含む金属層と前記第2金属を含む導電層を形成した後、加熱処理を行う工程と、
    を有することを特徴とする請求項20に記載の有機発光装置の製造方法。
  22. 前記加熱処理によって、前記金属膜に前記第2金属が拡散することで、前記混合層が形成される請求項21に記載の有機発光装置の製造方法。
  23. 前記加熱処理を行う工程は、
    前記第2金属を含む導電層の上に、絶縁膜を形成する工程である請求項21または22に記載の有機発光装置。
  24. 前記加熱処理の温度は300℃以上である請求項20乃至23のいずれか1項に記載の有機発光装置の製造方法。
  25. 前記絶縁膜を形成後、前記絶縁膜の一部をエッチングにより除去して開口を形成する工程と、
    前記開口において、前記導電層の一部を除去する工程と、を有することを特徴とする請求項20乃至24のいずれか1項に記載の有機発光装置の製造方法。
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