JP3571020B2 - 有機ｅｌ装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）装置及びその製造方法に係り、詳しくは、少なくとも有機発光層を含む有機層と陰極との界面に酸素を含有する素子主要部が形成された有機ＥＬ装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報機器等の表示デバイスに用いられるＥＬ素子の一種として、有機ＥＬ装置が開発されている。図１０は、従来から知られている一般の有機ＥＬ装置の構成を概略的に示す図である。同有機ＥＬ装置は、図１０に示すように、ガラス基板等から成る透明絶縁基板５１と、透明絶縁基板５１上に形成されたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：酸化インジュウム錫）等の透明導電材料から成る陽極（下部電極）５２と、陽極５２上に形成された正孔輸送層５３と、正孔輸送層５３上に形成された有機発光層５４と、有機発光層５４上に形成されたＡｌＬｉ（アルミニウムリチウム）等から成る陰極（上部電極）５５と、陽極５２、正孔輸送層５３、有機発光層５４及び陰極５５から成る素子主要部が形成された透明絶縁基板５１上に、素子主要部を覆うように封止樹脂５６を介して取り付けられたガラス等から成るキャップ５７とを備えている。
上述の封止樹脂５６としては例えばＵＶ（Ｕｌｔｒａ−Ｖｉｏｌｅｔ：紫外線）硬化性樹脂が用いられて、光源からＵＶを含んだ光を封止樹脂５６に照射することにより、硬化させて封止を行なっている。
【０００３】
ところで、有機ＥＬ装置は、有機発光層と陰極との界面が不完全である場合が多いので、もともと不安定な欠陥が存在している。この欠陥とは、界面準位を形成すべき個所に格子欠陥等による不純物準位が形成されることを意味しており、この欠陥の存在によって、本来流れるべきキャリアのパス以外にもパスが発生して、リーク電流が増加するようになる。さらに、陰極と陽極とがショートするおそれもある。したがって、有機ＥＬ装置の特性が不安定になり、高い整流比が得られず、単純マトリックス駆動を行った場合には画素ショート、クロストークが発生していた。
【０００４】
ここで、完全な界面とは、有機発光層と陰極との界面の界面準位に欠陥由来の準位がなく、半導体でいうところの熱励起電流注入によって電子注入がスムーズに行なえる状態、もしくはトンネルするための準位が安定に存在していることを意味している。逆に、不完全な界面とは、この界面準位が欠陥由来のために、数多く形成、消失を繰り返しており、注入特性が大きくばらつく状態をさしている。したがって、有機ＥＬ装置では、有機発光層と陰極との界面が完全になっていて、安定な界面準位が形成されることが望まれている。これによって、リーク電流の増加が抑制され、また陰極と陽極とのショートが回避されるので、有機ＥＬ装置の特性を安定化することができるようになる。
【０００５】
ここで、従来から、特性の安定化を図るために有機発光層等の素子要素を酸化性雰囲気内に封止するようにした有機ＥＬ装置が知られており、例えば特開平１１−３１２５８０号公報に開示されている。同有機ＥＬ装置は、図１１に示すように、ガラス基板６１と、ガラス基板６１上に形成されたＩＴＯから成る陽極６２と、陽極６２上に形成され例えば正孔輸送材料と発光層との積層膜から成る有機膜６３と、有機膜６３上に形成されたＭｇＡｇ（マグネシウム銀）、ＬｉＦ（フッ化リチウム）とアルミニウム（Ａｌ）との積層膜等の金属から成る陰極６４と、素子要素（陽極６２、有機膜６３及び陰極６４）に密着しないようにＵＶ硬化性樹脂等から成る樹脂６５により封止された筐体６６とを備えている。
【０００６】
ここで、封止空間内には、酸化性ガスを含むガスが封入され、具体的には、酸化性ガス（Ｏ２、Ｎ２Ｏ等）と非酸化性ガス（Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガス）との混合ガスが用いられて、酸化性ガスの濃度は、０．１〜２０％に設定されている。ここで、混合ガスの封入は、素子要素を形成したガラス基板６１を成膜室から筐体６６がセットされている真空状態の予備排気室に搬送して、この予備排気室で混合ガスを大気圧になるまで導入するように行い、ＵＶランプで封止用樹脂を硬化させて筐体６６を封止している。
このような構成により、陽極６２と陰極６４との間がパーティクルによって短絡していても、酸化性ガスによりパーティクルが酸化されて絶縁物になるので、両電極６２、６４間の絶縁性が修復されて、素子寿命の向上が図れるとされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１１−３１２５８０号公報記載の有機ＥＬ装置及びその製造方法では、陽極と陰極との間のパーティクルによる短絡防止しか考慮されていないので、装置製造のためのスループットを低下させることなく、高い整流比を得るのが困難である、という問題がある。
すなわち、上記公報においては、封止前に酸化性ガスと非酸化性ガスとの混合ガスを導入することにより、陽極６２と陰極６４との間に存在するパーティクルを酸化性ガスにより酸化して、素子寿命の向上を図っている。この場合、有機ＥＬ装置の陰極６４の膜厚は、公報の段落００２５に記載されているように、１８０ｎｍと比較的厚く形成されているので、この厚い膜厚の陰極６４に起因して整流比が高くとれなくなっている。このため、整流比を高くとろうとすると、陰極６４の膜厚を薄く形成する必要があるので、有機ＥＬ装置製造の歩留まりが悪くなって、スループットが低下するのが避けられなくなる。
【０００８】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、装置製造のためのスループットを低下させることなく、高い整流比を得ることができるようにした有機ＥＬ装置及びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、透明絶縁基板上に透明電極から成る陽極、少なくとも有機発光層を含む有機層、及び陰極を順次に積層して形成された素子主要部をキャップにより封止してなる有機ＥＬ装置に係り、前記陰極が、電極材料からなる第１の陰極と電極材料からなる第２の陰極とが順次積層されてなると共に、前記有機層と接する前記第１の陰極の膜厚が２０〜１００ｎｍの範囲に設定されていて、かつ、前記第１の陰極と前記有機層との界面に、酸素が含有されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の発明は、透明絶縁基板上に透明電極から成る陽極、少なくとも有機発光層を含む有機層、及び陰極を順次に積層して形成された素子主要部をキャップにより封止してなる有機ＥＬ装置に係り、前記陰極が、電極材料を素材とする複数層からなると共に、前記複数層の陰極のうち、前記有機層と接する最下層の陰極である第１の陰極の膜厚が２０〜１００ｎｍの範囲に設定されていて、当該第１の陰極中の酸素含有量が、前記有機層と接しない上層の陰極である第２の陰極以降の陰極中の酸素含有量よりも大きいことを特徴としている。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の有機ＥＬ装置に係り、前記第１の電極を構成する前記電極材料が、ＡｌＬｉ、Ａｌ、及びＭｇＡｇの中から選択された任意の１つであることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項４記載の発明は、透明絶縁基板上に透明電極から成る陽極、少なくとも有機発光層を含む有機層、複数層の陰極を順次に積層して形成した素子主要部をキャップにより封止してなる有機ＥＬ装置の製造方法に係り、透明絶縁基板上に透明導電膜を形成後、該透明導電膜を所望の形状となるようにパターニングして陽極を形成する工程と、前記陽極を形成した透明絶縁基板を真空装置内に配置し、前記有機層及び複数層の陰極の内の第１の陰極を前記陽極上に真空雰囲気内で順次に積層して形成する工程と、前記真空装置内に真空を維持した状態で酸素ガスを導入し、該酸素ガスを前記第１の陰極と接触させる工程と、第２の陰極以降の陰極を前記第１の陰極上に真空雰囲気内で積層して前記素子主要部を形成する工程と、前記素子主要部をキャップにより封止する工程とを含むことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の有機ＥＬ装置の製造方法に係り、前記第１の陰極を２０〜１００ｎｍの膜厚で形成することを特徴としている。
【００１４】
また、請求項６記載の発明は、請求項４又は５記載の有機ＥＬ装置の製造方法に係り、前記酸素ガスを真空装置内の酸素分圧が２×１０-4〜１×１０-1Ｐａとなるように導入することを特徴としている。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項４、５又は６記載の有機ＥＬ装置の製造方法に係り、前記真空装置として、真空蒸着装置を用いることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用いて具体的に行う。
図１は、この発明の一実施例である有機ＥＬ装置の構成を示す断面図、図２は同有機ＥＬ装置の製造方法の構成を工程順に示す工程図、図３は同有機ＥＬ装置の製造方法の主要工程に用いられる真空蒸着装置の構成を概略的に示す図、また、図４は同有機ＥＬ装置の整流特性を示す図、図５は図４の比較例における整流特性を示す図である。
この例の有機ＥＬ装置１０は、図１に示すように、ガラス基板等から成る透明絶縁基板１と、透明絶縁基板１上に形成されたＩＴＯ等の透明導電材料から成る陽極２と、陽極２上に形成されたα−ＮＰＤ等から成る正孔輸送層３と、正孔輸送層３上に形成されたＡｌｑ３等から成る有機発光層４と、有機発光層４上に形成されたＡｌＬｉ等から成る膜厚が２０〜１００ｎｍの第１の陰極５Ａと、第１の陰極５Ａの表面に酸素を接触させた後第１の陰極５Ａ上に形成されたＡｌ等から成る第２の陰極５Ｂと、陽極２、正孔輸送層３、有機発光層４、第１の陰極５Ａ及び第２の陰極５Ｂから成る素子主要部が形成された透明絶縁基板１上に、素子主要部を覆うように封止樹脂６を介して取り付けられたガラス等から成るキャップ７とを備えている。
【００２０】
この例の有機ＥＬ装置１０によれば、第１の陰極５Ａ形成後その上に酸素を接触させることにより、酸素が第１の陰極５Ａ表面から内部に入り込み、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に酸素が拡散し、界面に存在している欠陥を埋めるため、不安定な準位が安定になるので、完全な界面に形成される。これにより、リーク電流の増加が抑制され、また陰極と陽極とのショートが回避されるので、有機ＥＬ装置の特性を安定化することができるようになる。
また、第１の陰極５Ａと第２の陰極５Ｂとにより構成される陰極の厚膜化を図ることができるので、配線抵抗を小さくできる。これにより、発光時の輝度むらを抑えることができるようになる。
【００２１】
次に、図２を参照して、同有機ＥＬ装置の製造方法について工程順に説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、十分に洗浄されたガラス基板等から成る透明絶縁基板１上に、スパッタ法により、透明導電膜として膜厚が略１５０ｎｍのＩＴＯを成膜する。次に、周知のフォトリソグラフィ法により、ＩＴＯを、ＥＬ素子の発光面積を２ｍｍ□となるようにパターニングして陽極２を形成した後、基板１をＩＰＡ（Ｉｓｏ−Ｐｒｏｐｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）、純水を用いて洗浄した後、ＩＰＡで超音波洗浄を行い、続いてＵＶオゾン洗浄器を用いて洗浄して、その表面の残留有機物を除去した。
【００２２】
次に、図２（ｂ）に示すように、陽極２上に正孔輸送層３及び有機発光層４を順次に形成する。これら正孔輸送層３及び有機発光層４の形成は、次のようにして行った。
まず、正孔輸送材料として、α−ＮＰＤ（Ｎ、Ｎ’−ジフェニル（ｄｉｐｈｅｎｙｌ）−Ｎ、Ｎ’−ビス（ｂｉｓ）（１−ナフチル（ｎａｐｈｔｈｙｌ））−（１、１’−ビフェニル（ｂｉｐｈｅｎｙｌ））−（４、４’−ジアミン（ｄｉａｍｉｎｅ））を１００ｍｇ供給したモリブデン製のボート（第１のボート）と、発光材料として、Ａｌｑ３（ｔｒｉｓ−８−ｑｕｉｎｏｌｉｎｏｌ）ａｌｕｍｉｎｕｍを１００ｍｇ供給したモリブデン製のボート（第２のボート）を、それぞれ別々の蒸発源となるように真空蒸着装置内に配置した。次に、基板１を同真空蒸着装置内に収容した後、装置内を２×１０−４Ｐａ（Ｐａｓｃａｌ）の真空度になるまで排気し、到達した時点で第１のボートの加熱を開始した。そして、第１のボート内のα−ＮＰＤが蒸発速度０．３ｎｍ／ｓｅｃの一定速度になるまで加熱温度を制御した後、予め真空蒸着装置内の上部に設けられているシャッターを開放して、α−ＮＰＤの成膜を開始し、膜厚が略５０ｎｍに到達した時点でシャッターを閉じて、α−ＮＰＤの成膜を終了させた。
【００２３】
次に、同様にして、第２のボート内のＡｌｑ３が蒸発速度０．３ｎｍ／ｓｅｃの一定速度になるまで加熱温度を制御した後、予め真空蒸着装置内の上部に設けられているシャッターを開放して、Ａｌｑ３の成膜を開始し、膜厚が略５５ｎｍに到達した時点でシャッターを閉じて、Ａｌｑ３の成膜を終了させた。
以上により、陽極２上に、α−ＮＰＤから成る正孔輸送層３及びＡｌｑ３から成る有機発光層４を形成した。
【００２４】
次に、真空を維持したままで、上記真空蒸着装置に接続された、図３に示すような別の真空蒸着装置２０内に基板１を移動させて、図２（ｃ）に示すように、有機発光層４上に第１の陰極５Ａを形成する。
真空蒸着装置２０は、図３に示すように、容器（チャンバー）１１と、容器１１内の底部に設けられたボート支持台１２Ａ、１２Ｂと、容器１１内の上部に設けられた基板支持体１３及びシャッター１４と、シャッター１４の水平方向の位置を制御するシャッター駆動部１５と、容器１１の外部に用意された酸素ガス源１６と、酸素ガス源１６からガス導入端子口１７に酸素ガスを供給するガス管１８と、ガス管１８の途中位置に設けられたマスフローコントローラ１９とを備えている。
【００２５】
真空蒸着装置２０の容器１１内には予め、ＡｌＬｉ（アルミニウムリチウム）を１ｇ供給したモリブデン製のボート（第３のボート）２１Ａ、及び、アルミニウムを１ｇ供給したモリブデン製のボート（第４のボート）２１Ｂがそれぞれ抵抗加熱源（図示せず）に接続されて配置されている。また、真空蒸着装置２０の容器１１内にガス導入端子口１７から導入される酸素ガスはマスフローコントローラ１９により流量が制御される。そして、この真空蒸着装置２０の容器１１内を排気し４×１０−４Ｐａの真空度以下に到達した時点で、上記第３のボート２１Ａを抵抗加熱源により加熱して、第３のボート２１Ａ内のＡｌＬｉが蒸発速度０．４ｎｍ／ｓｅｃの一定速度になるまで加熱温度を制御した後、容器１１内の上部に設けられているシャッター１４をシャッター駆動部１５により水平方向に移動させることで開放して、ＡｌＬｉの成膜を開始し、膜厚が略６０ｎｍに到達した時点でシャッター１４を閉じて、ＡｌＬｉの成膜を終了させた。
以上により、有機発光層４上に、ＡｌＬｉから成る第１の陰極５Ａを形成した。
【００２６】
次に、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に酸素を含有させるため、真空蒸着装置２０内に酸素ガスを導入する。 真空蒸着装置２０の酸素ガス源１６からガス管１８を通じてガス導入端子口１７から容器１１内に導入される酸素ガスの流量を、マスフローコントローラ１９により略１０ＳＣＣＭ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｕｂｉｃ Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ Ｍｉｍｕｔｅ）に制御した。このときの真空度は４×１０−２Ｐａであった。略５分後に、酸素ガスの導入を停止して、容器１１内を４×１０−４Ｐａの真空度になるまで排気した後、第４のボート２１Ｂを抵抗加熱源により加熱して、第４のボート２１Ｂ内のＡｌが蒸発速度０．４ｎｍ／ｓｅｃの一定速度になるまで加熱温度を制御した後、シャッター１４を開放して、Ａｌの成膜を開始し、膜厚が略２００ｎｍに到達した時点でシャッター１４を閉じて、Ａｌの成膜を終了させた。
以上により、第１の陰極５Ａ上に、図２（ｄ）に示すように、Ａｌから成る第２の陰極５Ｂを形成した。これによって、透明絶縁基板１上には陽極２、正孔輸送層３、有機発光層４、第１の陰極５Ａ及び第２の陰極５Ｂから成る素子主要部が形成されたことになる。上記第２の陰極５Ｂの形成工程の前の工程の酸素ガスの導入が真空を維持した状態で行なわれているので、第２の陰極５Ｂの形成時の真空引きの時間は短縮されるため、結果的にプロセス時間を短縮することができる。
【００２７】
上述のように酸素ガスを容器１１内に導入することにより、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に酸素が含有される。そして、この酸素は、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に安定した準位を形成するように作用し、それゆえ、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面は完全な界面に形成される。さらに、第１の陰極５Ａ上には第２の陰極５Ｂが形成され、第１の陰極５Ａとともに陰極として働く。
【００２８】
次に、基板１を封止室に移動した後、図２（ｄ）に示すように、例えばガラス製のキャップ７を用いて、例えばＵＶ硬化性の封止樹脂６を介して透明絶縁基板１に接着することにより封止して、有機ＥＬ装置１０を完成させた。この封止時において、封止樹脂６を硬化させるときは、ＵＶ照射は、陽極２、正孔輸送層３、有機発光層４、第１の陰極５Ａ及び第２の陰極５Ｂから成る素子主要部を遮光して、封止樹脂６にのみ行うようにした。
【００２９】
上述したような有機ＥＬ装置の製造方法によれば、封止前に、素子特性を安定化すべく有機発光層４と第１の陰極５Ａの界面に酸素を含有させるための酸素ガスの導入は、基板１を真空蒸着装置２０の容器１１内に配置して真空に維持した状態で行うので、プロセス時間を短縮することができる。
【００３０】
次に、半導体パラメータアナライザーを用いて、この例の有機ＥＬ装置の製造方法により製造された有機ＥＬ装置１０の整流特性を測定した。測定は、有機ＥＬ装置１０の陽極２と第２の陰極５Ｂとの間に順方向電圧及び逆方向電圧を印加して行った。なお、有機ＥＬ装置の発光面積は２ｍｍ□であった。
図４は、上述の測定により得られた有機ＥＬ装置の整流特性の一例を示す図で、照射波長λとして４００ｎｍの光を照射した場合を示し、縦軸は電流値を、横軸は印加電圧を示している。ここで、順方向印加電圧８Ｖにおける順方向電流Ｉｆと、逆方向印加電圧−８Ｖにおける逆方向電流Ｉｒとの比を整流比（Ｉｆ／Ｉｒ）とした場合、逆方向電流Ｉｒはほとんど流れないので、４．０×１０８と大きな整流比が得られ、優れた整流特性を示すのを確認した。
【００３１】
また、比較例として、第１の陰極５Ａを形成した後の酸素ガスの導入を不要にした点を除いて、この例の有機ＥＬ装置の製造方法と略同様な製造方法により製造した有機ＥＬ装置から得られた整流比を、図５に示す。この比較例では、逆方向電圧印加時に逆方向電流Ｉｒが流れるので、６．８×１０２と小さな整流比しか得られず、整流特性が悪化しているのを確認した。
【００３２】
図４と図５とを比較して明らかなように、図４に示したように、第１の陰極５Ａを形成した後に酸素ガスを導入して有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に酸素を含有させたこの例の有機ＥＬ装置によれば、大きな整流比を得ることができる。この理由は、上記したように、第１の陰極５Ａを形成した後に酸素ガスを導入して有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に酸素を含有させたことにより、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面が完全な界面に形成されたためであると思われる。
一方、図５に示したように、比較例で整流特性が悪いのは、第１の陰極５Ａを形成した後に酸素ガスを導入しないため、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に酸素が含有されないので、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面が完全に形成されなかったためであると思われる。
【００３３】
なお、この発明の発明者の実験及び分析結果によれば、有機層上に陰極を積層した後酸素を接触させると、酸素が陰極層内に入り込み、有機層と陰極との界面に酸素が到達し、整流特性が向上することが確認された。すなわち、有機層と陰極との界面に存在している欠陥に酸素が入り込み、この酸素が不純物準位を消失させる作用があると考えられる。これは、有機層上に陰極を積層した際に発生する欠陥に酸素が埋め込まれた状態であり、有機層上に予め金属酸化物層を均一に積層後に陰極をさらに積層した状態とは異なる。ここで、真空装置内の酸素分圧を２×１０−４〜１×１０−１Ｐａとすると、特に優れた効果が得られることが確かめられた。図６は、これを裏付ける整流比を示している。また、比較例として、酸素分圧を２×１０−４〜１×１０−１Ｐａの範囲以外に選んだ場合に得られた整流比を、図７に示す。
【００３４】
図６において、Ｎｏ．１は酸素分圧を２×１０−４に設定した場合で、整流比は３×１０８が得られた。同様にして、Ｎｏ．２は酸素分圧を２×１０−３に設定した場合で、整流比は２×１０８が得られ、Ｎｏ．３は酸素分圧を５×１０−２に設定した場合で、整流比は１×１０８が得られ、Ｎｏ．４は酸素分圧を１×１０−１に設定した場合で、整流比は２．８×１０８が得られた。これらの整流比はいずれも高い値を示している。
【００３５】
一方、図７において、Ｎｏ．１は酸素分圧を１×１０−４に設定した場合で、整流比は３×１０４が得られた。同様にして、Ｎｏ．２は酸素分圧を２×１０−５に設定した場合で、整流比は２×１０４が得られた。これらの整流比の値は、図６で得られた各整流比に比べて、かなり小さくなっており、整流特性が悪化していることを示している。
【００３６】
図６と図７とを比較して明らかなように、図６に示したように、酸素分圧を２×１０−４〜１×１０−１Ｐａの範囲に設定することにより、特に大きな整流比を得ることができる。
一方、図７に示したように、酸素分圧を２×１０−４〜１×１０−１Ｐａの範囲以外に設定した場合には、スループットの低下や過剰な酸素の消費を招くので、好ましくなく、整流比を大きくできない。
【００３７】
また、この発明の発明者の実験及び分析結果によれば、第１の陰極５Ａの膜厚を２０〜１００ｎｍにすると、特に優れた効果が得られることが確かめられた。図８は、これを裏付ける整流比を示している。また、比較例として、第１の陰極５Ａの膜厚を２０〜１００ｎｍの範囲以外に選んだ場合に得られた整流比を、図９に示す。
【００３８】
図８において、Ｎｏ．１は第１の陰極５Ａの膜厚を２０ｎｍに設定した場合で、整流比は３．９×１０８が得られた。同様にして、Ｎｏ．２は第１の陰極５Ａの膜厚を４０ｎｍに設定した場合で、整流比は１．２×１０８が得られ、Ｎｏ．３は第１の陰極５Ａの膜厚を７０ｎｍに設定した場合で、整流比は１．６×１０８が得られ、Ｎｏ．４は第１の陰極５Ａの膜厚を１００ｎｍに設定した場合で、整流比は２．７×１０８が得られた。これらの整流比はいずれも高い値を示している。
【００３９】
一方、図９において、Ｎｏ．１は第１の陰極５Ａの膜厚を１０ｎｍに設定した場合で、整流比は１．０×１０５が得られた。同様にして、Ｎｏ．２は第１の陰極５Ａの膜厚を２００ｎｍに設定した場合で、整流比は６．９×１０３が得られ、Ｎｏ．３は第１の陰極５Ａの膜厚を３００ｎｍに設定した場合で、整流比は４．２×１０２が得られ、Ｎｏ．４は第１の陰極５Ａの膜厚を５００ｎｍに設定した場合で、整流比は５．２×１０２が得られた。これらの整流比の値は、図８で得られた各整流比に比べて、かなり小さくなっており、整流特性が悪化していることを示している。
【００４０】
図８と図９とを比較して明らかなように、図８に示したように、第１の陰極５Ａの膜厚を２０〜１００ｎｍの範囲に設定することにより、特に大きな整流比を得ることができる。
一方、図９に示したように、第１の陰極５Ａの膜厚を２０〜１００ｎｍの範囲以外に設定した場合には、整流比を大きくできない。
第１の陰極５Ａの膜厚が２０ｎｍよりも小さいと、第１の陰極５Ａの膜厚が疎となり、高い整流比が得られない。また、第１の陰極５Ａの膜厚が１００ｎｍよりも大きいと、酸素が陰極内に入り込んで有機層と陰極との界面に到達する量が少なくなり、整流比が小さくなる。なお、略１００ｎｍの第１の陰極５Ａの膜厚では、電気抵抗が高く、輝度斑等の表示不良が発生することがあるため、酸素と接触させた後に陰極を厚膜化、すなわち第２の陰極５Ｂ以降の陰極を積層することが好ましい。
なお、酸素を陰極に接触させることで整流特性は向上するが、これを再度真空装置内で真空引きすると、整流特性が若干低下することも確認された。このことから、欠陥に分子状の酸素が吸着されたような状態で存在する可能性が示唆された。
【００４１】
このように、この例の有機ＥＬ装置によれば、透明絶縁基板１上に、陽極２、正孔輸送層３、有機発光層４、第１の陰極５Ａ及び第２の陰極５Ｂから成る素子主要部が形成された構成において、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に酸素を含有されているので、界面に安定した準位が形成される。
また、この例の有機ＥＬ装置の製造方法によれば、陽極２、正孔輸送層３、有機発光層４及び第１の陰極５Ａを形成した透明絶縁基板１を真空蒸着装置２０内に配置して真空に維持した状態で、酸素ガスを導入して、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に酸素を有層させるので、プロセス時間を短縮することができる。
したがって、装置製造のためのスループットを低下させることなく、高い整流比を得ることができる。
【００４２】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあってもこの発明に含まれる。例えば、透明絶縁基板上に形成する陽極はＩＴＯを用いた例で説明したが、透明導電材料であればＩＴＯに限らずに例えばＳｎＯ２（酸化錫）等の他の電極材料を用いることができる。また、陰極についてもＡｌＬｉに限らずに、例えばＡｌ、ＭｇＡｇ等の他の電極材料を用いることができる。また、正孔輸送材料についてもα−ＮＰＤに限らずに、例えば、ビス（ジ（ｐ−トリル）アミノフェニル）−１、１−シクロヘキサン、Ｎ、Ｎ’−ジフェニル−Ｎ、Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１、１’−ビフェニル−４、４’−ジアミン、Ｎ、Ｎ’−ジフェニル−Ｎ−Ｎ−ビス（１−ナフチル）−（１、１’−ビフェニル）−４、４’−ジアミン、スターバースト型分子等の他の材料を用いることができる。
【００４３】
また、実施例では陽極、正孔輸送層、有機発光層、第１の陰極及び第２の陰極から成る構成の素子主要部を形成する例で説明したが、有機層と陰極層との界面が形成されている構成であればこれに限らず、陽極、有機発光層及び陰極から成る構成等の他の構成の素子主要部を形成することもできる。また、陰極が複数層から成る構成では、少なくとも有機発光層を含む有機層と接する複数層の陰極の内の第１の陰極中の酸素含有量が、有機層と接しない第２の陰極以降の陰極中の酸素含有量より大きくなっていればよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の有機ＥＬ装置によれば、透明絶縁基板上に、有機発光層と陰極との界面を有する素子主要部が形成された構成において、有機発光層と陰極との界面に酸素が含有されているので、界面に安定した準位が形成される。
また、この発明の有機ＥＬ装置の製造方法によれば、有機発光層と陰極との界面を有する素子主要部が形成された透明絶縁基板を真空装置内に配置して真空に維持した状態で、酸素ガスを導入して、有機発光層と陰極との界面に酸素を有層させるので、プロセス時間を短縮することができる。
したがって、装置製造のためのスループットを低下させることなく、高い整流比を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例である有機ＥＬ装置の構成を示す断面図である。
【図２】同有機ＥＬ装置の製造方法の構成を工程順に示す工程図である。
【図３】同有機ＥＬ装置の製造方法の主要工程に用いられる真空蒸着装置の構成を概略的に示す図である。
【図４】同有機ＥＬ装置の整流特性を示す図である。
【図５】図４の比較例における整流特性を示す図である。
【図６】この発明において真空蒸着装置内の酸素分圧を変化させた場合に得られた整流比を示す図である。
【図７】図６の比較例における整流比を示す図である。
【図８】この発明において有機ＥＬ装置の陰極の膜厚を変化させた場合に得られた整流比を示す図である。
【図９】図８の比較例における整流比を示す図である。
【図１０】一般の有機ＥＬ装置の構成を概略的に示す図である。
【図１１】従来の有機ＥＬ装置の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１ 透明絶縁基板
２ 陽極
３ 正孔輸送層
４ 有機発光層
５Ａ 第１の陰極
５Ｂ 第２の陰極
６ 封止樹脂
７ キャップ
１０ 有機ＥＬ装置
１１ 容器（チャンバー）
１２Ａ、１２Ｂ ボート支持台
１３ 基板支持体
１４ シャッター
１５ シャッター駆動部
１６ 酸素ガス源
１７ ガス導入端子口
１８ ガス管
１９ マスフローコントローラ
２０ 真空蒸着装置
２１Ａ、２１Ｂ ボート
【発明の属する技術分野】
この発明は、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）装置及びその製造方法に係り、詳しくは、少なくとも有機発光層を含む有機層と陰極との界面に酸素を含有する素子主要部が形成された有機ＥＬ装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報機器等の表示デバイスに用いられるＥＬ素子の一種として、有機ＥＬ装置が開発されている。図１０は、従来から知られている一般の有機ＥＬ装置の構成を概略的に示す図である。同有機ＥＬ装置は、図１０に示すように、ガラス基板等から成る透明絶縁基板５１と、透明絶縁基板５１上に形成されたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：酸化インジュウム錫）等の透明導電材料から成る陽極（下部電極）５２と、陽極５２上に形成された正孔輸送層５３と、正孔輸送層５３上に形成された有機発光層５４と、有機発光層５４上に形成されたＡｌＬｉ（アルミニウムリチウム）等から成る陰極（上部電極）５５と、陽極５２、正孔輸送層５３、有機発光層５４及び陰極５５から成る素子主要部が形成された透明絶縁基板５１上に、素子主要部を覆うように封止樹脂５６を介して取り付けられたガラス等から成るキャップ５７とを備えている。
上述の封止樹脂５６としては例えばＵＶ（Ｕｌｔｒａ−Ｖｉｏｌｅｔ：紫外線）硬化性樹脂が用いられて、光源からＵＶを含んだ光を封止樹脂５６に照射することにより、硬化させて封止を行なっている。
【０００３】
ところで、有機ＥＬ装置は、有機発光層と陰極との界面が不完全である場合が多いので、もともと不安定な欠陥が存在している。この欠陥とは、界面準位を形成すべき個所に格子欠陥等による不純物準位が形成されることを意味しており、この欠陥の存在によって、本来流れるべきキャリアのパス以外にもパスが発生して、リーク電流が増加するようになる。さらに、陰極と陽極とがショートするおそれもある。したがって、有機ＥＬ装置の特性が不安定になり、高い整流比が得られず、単純マトリックス駆動を行った場合には画素ショート、クロストークが発生していた。
【０００４】
ここで、完全な界面とは、有機発光層と陰極との界面の界面準位に欠陥由来の準位がなく、半導体でいうところの熱励起電流注入によって電子注入がスムーズに行なえる状態、もしくはトンネルするための準位が安定に存在していることを意味している。逆に、不完全な界面とは、この界面準位が欠陥由来のために、数多く形成、消失を繰り返しており、注入特性が大きくばらつく状態をさしている。したがって、有機ＥＬ装置では、有機発光層と陰極との界面が完全になっていて、安定な界面準位が形成されることが望まれている。これによって、リーク電流の増加が抑制され、また陰極と陽極とのショートが回避されるので、有機ＥＬ装置の特性を安定化することができるようになる。
【０００５】
ここで、従来から、特性の安定化を図るために有機発光層等の素子要素を酸化性雰囲気内に封止するようにした有機ＥＬ装置が知られており、例えば特開平１１−３１２５８０号公報に開示されている。同有機ＥＬ装置は、図１１に示すように、ガラス基板６１と、ガラス基板６１上に形成されたＩＴＯから成る陽極６２と、陽極６２上に形成され例えば正孔輸送材料と発光層との積層膜から成る有機膜６３と、有機膜６３上に形成されたＭｇＡｇ（マグネシウム銀）、ＬｉＦ（フッ化リチウム）とアルミニウム（Ａｌ）との積層膜等の金属から成る陰極６４と、素子要素（陽極６２、有機膜６３及び陰極６４）に密着しないようにＵＶ硬化性樹脂等から成る樹脂６５により封止された筐体６６とを備えている。
【０００６】
ここで、封止空間内には、酸化性ガスを含むガスが封入され、具体的には、酸化性ガス（Ｏ２、Ｎ２Ｏ等）と非酸化性ガス（Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガス）との混合ガスが用いられて、酸化性ガスの濃度は、０．１〜２０％に設定されている。ここで、混合ガスの封入は、素子要素を形成したガラス基板６１を成膜室から筐体６６がセットされている真空状態の予備排気室に搬送して、この予備排気室で混合ガスを大気圧になるまで導入するように行い、ＵＶランプで封止用樹脂を硬化させて筐体６６を封止している。
このような構成により、陽極６２と陰極６４との間がパーティクルによって短絡していても、酸化性ガスによりパーティクルが酸化されて絶縁物になるので、両電極６２、６４間の絶縁性が修復されて、素子寿命の向上が図れるとされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１１−３１２５８０号公報記載の有機ＥＬ装置及びその製造方法では、陽極と陰極との間のパーティクルによる短絡防止しか考慮されていないので、装置製造のためのスループットを低下させることなく、高い整流比を得るのが困難である、という問題がある。
すなわち、上記公報においては、封止前に酸化性ガスと非酸化性ガスとの混合ガスを導入することにより、陽極６２と陰極６４との間に存在するパーティクルを酸化性ガスにより酸化して、素子寿命の向上を図っている。この場合、有機ＥＬ装置の陰極６４の膜厚は、公報の段落００２５に記載されているように、１８０ｎｍと比較的厚く形成されているので、この厚い膜厚の陰極６４に起因して整流比が高くとれなくなっている。このため、整流比を高くとろうとすると、陰極６４の膜厚を薄く形成する必要があるので、有機ＥＬ装置製造の歩留まりが悪くなって、スループットが低下するのが避けられなくなる。
【０００８】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、装置製造のためのスループットを低下させることなく、高い整流比を得ることができるようにした有機ＥＬ装置及びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、透明絶縁基板上に透明電極から成る陽極、少なくとも有機発光層を含む有機層、及び陰極を順次に積層して形成された素子主要部をキャップにより封止してなる有機ＥＬ装置に係り、前記陰極が、電極材料からなる第１の陰極と電極材料からなる第２の陰極とが順次積層されてなると共に、前記有機層と接する前記第１の陰極の膜厚が２０〜１００ｎｍの範囲に設定されていて、かつ、前記第１の陰極と前記有機層との界面に、酸素が含有されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の発明は、透明絶縁基板上に透明電極から成る陽極、少なくとも有機発光層を含む有機層、及び陰極を順次に積層して形成された素子主要部をキャップにより封止してなる有機ＥＬ装置に係り、前記陰極が、電極材料を素材とする複数層からなると共に、前記複数層の陰極のうち、前記有機層と接する最下層の陰極である第１の陰極の膜厚が２０〜１００ｎｍの範囲に設定されていて、当該第１の陰極中の酸素含有量が、前記有機層と接しない上層の陰極である第２の陰極以降の陰極中の酸素含有量よりも大きいことを特徴としている。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の有機ＥＬ装置に係り、前記第１の電極を構成する前記電極材料が、ＡｌＬｉ、Ａｌ、及びＭｇＡｇの中から選択された任意の１つであることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項４記載の発明は、透明絶縁基板上に透明電極から成る陽極、少なくとも有機発光層を含む有機層、複数層の陰極を順次に積層して形成した素子主要部をキャップにより封止してなる有機ＥＬ装置の製造方法に係り、透明絶縁基板上に透明導電膜を形成後、該透明導電膜を所望の形状となるようにパターニングして陽極を形成する工程と、前記陽極を形成した透明絶縁基板を真空装置内に配置し、前記有機層及び複数層の陰極の内の第１の陰極を前記陽極上に真空雰囲気内で順次に積層して形成する工程と、前記真空装置内に真空を維持した状態で酸素ガスを導入し、該酸素ガスを前記第１の陰極と接触させる工程と、第２の陰極以降の陰極を前記第１の陰極上に真空雰囲気内で積層して前記素子主要部を形成する工程と、前記素子主要部をキャップにより封止する工程とを含むことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の有機ＥＬ装置の製造方法に係り、前記第１の陰極を２０〜１００ｎｍの膜厚で形成することを特徴としている。
【００１４】
また、請求項６記載の発明は、請求項４又は５記載の有機ＥＬ装置の製造方法に係り、前記酸素ガスを真空装置内の酸素分圧が２×１０-4〜１×１０-1Ｐａとなるように導入することを特徴としている。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項４、５又は６記載の有機ＥＬ装置の製造方法に係り、前記真空装置として、真空蒸着装置を用いることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用いて具体的に行う。
図１は、この発明の一実施例である有機ＥＬ装置の構成を示す断面図、図２は同有機ＥＬ装置の製造方法の構成を工程順に示す工程図、図３は同有機ＥＬ装置の製造方法の主要工程に用いられる真空蒸着装置の構成を概略的に示す図、また、図４は同有機ＥＬ装置の整流特性を示す図、図５は図４の比較例における整流特性を示す図である。
この例の有機ＥＬ装置１０は、図１に示すように、ガラス基板等から成る透明絶縁基板１と、透明絶縁基板１上に形成されたＩＴＯ等の透明導電材料から成る陽極２と、陽極２上に形成されたα−ＮＰＤ等から成る正孔輸送層３と、正孔輸送層３上に形成されたＡｌｑ３等から成る有機発光層４と、有機発光層４上に形成されたＡｌＬｉ等から成る膜厚が２０〜１００ｎｍの第１の陰極５Ａと、第１の陰極５Ａの表面に酸素を接触させた後第１の陰極５Ａ上に形成されたＡｌ等から成る第２の陰極５Ｂと、陽極２、正孔輸送層３、有機発光層４、第１の陰極５Ａ及び第２の陰極５Ｂから成る素子主要部が形成された透明絶縁基板１上に、素子主要部を覆うように封止樹脂６を介して取り付けられたガラス等から成るキャップ７とを備えている。
【００２０】
この例の有機ＥＬ装置１０によれば、第１の陰極５Ａ形成後その上に酸素を接触させることにより、酸素が第１の陰極５Ａ表面から内部に入り込み、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に酸素が拡散し、界面に存在している欠陥を埋めるため、不安定な準位が安定になるので、完全な界面に形成される。これにより、リーク電流の増加が抑制され、また陰極と陽極とのショートが回避されるので、有機ＥＬ装置の特性を安定化することができるようになる。
また、第１の陰極５Ａと第２の陰極５Ｂとにより構成される陰極の厚膜化を図ることができるので、配線抵抗を小さくできる。これにより、発光時の輝度むらを抑えることができるようになる。
【００２１】
次に、図２を参照して、同有機ＥＬ装置の製造方法について工程順に説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、十分に洗浄されたガラス基板等から成る透明絶縁基板１上に、スパッタ法により、透明導電膜として膜厚が略１５０ｎｍのＩＴＯを成膜する。次に、周知のフォトリソグラフィ法により、ＩＴＯを、ＥＬ素子の発光面積を２ｍｍ□となるようにパターニングして陽極２を形成した後、基板１をＩＰＡ（Ｉｓｏ−Ｐｒｏｐｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）、純水を用いて洗浄した後、ＩＰＡで超音波洗浄を行い、続いてＵＶオゾン洗浄器を用いて洗浄して、その表面の残留有機物を除去した。
【００２２】
次に、図２（ｂ）に示すように、陽極２上に正孔輸送層３及び有機発光層４を順次に形成する。これら正孔輸送層３及び有機発光層４の形成は、次のようにして行った。
まず、正孔輸送材料として、α−ＮＰＤ（Ｎ、Ｎ’−ジフェニル（ｄｉｐｈｅｎｙｌ）−Ｎ、Ｎ’−ビス（ｂｉｓ）（１−ナフチル（ｎａｐｈｔｈｙｌ））−（１、１’−ビフェニル（ｂｉｐｈｅｎｙｌ））−（４、４’−ジアミン（ｄｉａｍｉｎｅ））を１００ｍｇ供給したモリブデン製のボート（第１のボート）と、発光材料として、Ａｌｑ３（ｔｒｉｓ−８−ｑｕｉｎｏｌｉｎｏｌ）ａｌｕｍｉｎｕｍを１００ｍｇ供給したモリブデン製のボート（第２のボート）を、それぞれ別々の蒸発源となるように真空蒸着装置内に配置した。次に、基板１を同真空蒸着装置内に収容した後、装置内を２×１０−４Ｐａ（Ｐａｓｃａｌ）の真空度になるまで排気し、到達した時点で第１のボートの加熱を開始した。そして、第１のボート内のα−ＮＰＤが蒸発速度０．３ｎｍ／ｓｅｃの一定速度になるまで加熱温度を制御した後、予め真空蒸着装置内の上部に設けられているシャッターを開放して、α−ＮＰＤの成膜を開始し、膜厚が略５０ｎｍに到達した時点でシャッターを閉じて、α−ＮＰＤの成膜を終了させた。
【００２３】
次に、同様にして、第２のボート内のＡｌｑ３が蒸発速度０．３ｎｍ／ｓｅｃの一定速度になるまで加熱温度を制御した後、予め真空蒸着装置内の上部に設けられているシャッターを開放して、Ａｌｑ３の成膜を開始し、膜厚が略５５ｎｍに到達した時点でシャッターを閉じて、Ａｌｑ３の成膜を終了させた。
以上により、陽極２上に、α−ＮＰＤから成る正孔輸送層３及びＡｌｑ３から成る有機発光層４を形成した。
【００２４】
次に、真空を維持したままで、上記真空蒸着装置に接続された、図３に示すような別の真空蒸着装置２０内に基板１を移動させて、図２（ｃ）に示すように、有機発光層４上に第１の陰極５Ａを形成する。
真空蒸着装置２０は、図３に示すように、容器（チャンバー）１１と、容器１１内の底部に設けられたボート支持台１２Ａ、１２Ｂと、容器１１内の上部に設けられた基板支持体１３及びシャッター１４と、シャッター１４の水平方向の位置を制御するシャッター駆動部１５と、容器１１の外部に用意された酸素ガス源１６と、酸素ガス源１６からガス導入端子口１７に酸素ガスを供給するガス管１８と、ガス管１８の途中位置に設けられたマスフローコントローラ１９とを備えている。
【００２５】
真空蒸着装置２０の容器１１内には予め、ＡｌＬｉ（アルミニウムリチウム）を１ｇ供給したモリブデン製のボート（第３のボート）２１Ａ、及び、アルミニウムを１ｇ供給したモリブデン製のボート（第４のボート）２１Ｂがそれぞれ抵抗加熱源（図示せず）に接続されて配置されている。また、真空蒸着装置２０の容器１１内にガス導入端子口１７から導入される酸素ガスはマスフローコントローラ１９により流量が制御される。そして、この真空蒸着装置２０の容器１１内を排気し４×１０−４Ｐａの真空度以下に到達した時点で、上記第３のボート２１Ａを抵抗加熱源により加熱して、第３のボート２１Ａ内のＡｌＬｉが蒸発速度０．４ｎｍ／ｓｅｃの一定速度になるまで加熱温度を制御した後、容器１１内の上部に設けられているシャッター１４をシャッター駆動部１５により水平方向に移動させることで開放して、ＡｌＬｉの成膜を開始し、膜厚が略６０ｎｍに到達した時点でシャッター１４を閉じて、ＡｌＬｉの成膜を終了させた。
以上により、有機発光層４上に、ＡｌＬｉから成る第１の陰極５Ａを形成した。
【００２６】
次に、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に酸素を含有させるため、真空蒸着装置２０内に酸素ガスを導入する。 真空蒸着装置２０の酸素ガス源１６からガス管１８を通じてガス導入端子口１７から容器１１内に導入される酸素ガスの流量を、マスフローコントローラ１９により略１０ＳＣＣＭ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｕｂｉｃ Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ Ｍｉｍｕｔｅ）に制御した。このときの真空度は４×１０−２Ｐａであった。略５分後に、酸素ガスの導入を停止して、容器１１内を４×１０−４Ｐａの真空度になるまで排気した後、第４のボート２１Ｂを抵抗加熱源により加熱して、第４のボート２１Ｂ内のＡｌが蒸発速度０．４ｎｍ／ｓｅｃの一定速度になるまで加熱温度を制御した後、シャッター１４を開放して、Ａｌの成膜を開始し、膜厚が略２００ｎｍに到達した時点でシャッター１４を閉じて、Ａｌの成膜を終了させた。
以上により、第１の陰極５Ａ上に、図２（ｄ）に示すように、Ａｌから成る第２の陰極５Ｂを形成した。これによって、透明絶縁基板１上には陽極２、正孔輸送層３、有機発光層４、第１の陰極５Ａ及び第２の陰極５Ｂから成る素子主要部が形成されたことになる。上記第２の陰極５Ｂの形成工程の前の工程の酸素ガスの導入が真空を維持した状態で行なわれているので、第２の陰極５Ｂの形成時の真空引きの時間は短縮されるため、結果的にプロセス時間を短縮することができる。
【００２７】
上述のように酸素ガスを容器１１内に導入することにより、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に酸素が含有される。そして、この酸素は、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に安定した準位を形成するように作用し、それゆえ、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面は完全な界面に形成される。さらに、第１の陰極５Ａ上には第２の陰極５Ｂが形成され、第１の陰極５Ａとともに陰極として働く。
【００２８】
次に、基板１を封止室に移動した後、図２（ｄ）に示すように、例えばガラス製のキャップ７を用いて、例えばＵＶ硬化性の封止樹脂６を介して透明絶縁基板１に接着することにより封止して、有機ＥＬ装置１０を完成させた。この封止時において、封止樹脂６を硬化させるときは、ＵＶ照射は、陽極２、正孔輸送層３、有機発光層４、第１の陰極５Ａ及び第２の陰極５Ｂから成る素子主要部を遮光して、封止樹脂６にのみ行うようにした。
【００２９】
上述したような有機ＥＬ装置の製造方法によれば、封止前に、素子特性を安定化すべく有機発光層４と第１の陰極５Ａの界面に酸素を含有させるための酸素ガスの導入は、基板１を真空蒸着装置２０の容器１１内に配置して真空に維持した状態で行うので、プロセス時間を短縮することができる。
【００３０】
次に、半導体パラメータアナライザーを用いて、この例の有機ＥＬ装置の製造方法により製造された有機ＥＬ装置１０の整流特性を測定した。測定は、有機ＥＬ装置１０の陽極２と第２の陰極５Ｂとの間に順方向電圧及び逆方向電圧を印加して行った。なお、有機ＥＬ装置の発光面積は２ｍｍ□であった。
図４は、上述の測定により得られた有機ＥＬ装置の整流特性の一例を示す図で、照射波長λとして４００ｎｍの光を照射した場合を示し、縦軸は電流値を、横軸は印加電圧を示している。ここで、順方向印加電圧８Ｖにおける順方向電流Ｉｆと、逆方向印加電圧−８Ｖにおける逆方向電流Ｉｒとの比を整流比（Ｉｆ／Ｉｒ）とした場合、逆方向電流Ｉｒはほとんど流れないので、４．０×１０８と大きな整流比が得られ、優れた整流特性を示すのを確認した。
【００３１】
また、比較例として、第１の陰極５Ａを形成した後の酸素ガスの導入を不要にした点を除いて、この例の有機ＥＬ装置の製造方法と略同様な製造方法により製造した有機ＥＬ装置から得られた整流比を、図５に示す。この比較例では、逆方向電圧印加時に逆方向電流Ｉｒが流れるので、６．８×１０２と小さな整流比しか得られず、整流特性が悪化しているのを確認した。
【００３２】
図４と図５とを比較して明らかなように、図４に示したように、第１の陰極５Ａを形成した後に酸素ガスを導入して有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に酸素を含有させたこの例の有機ＥＬ装置によれば、大きな整流比を得ることができる。この理由は、上記したように、第１の陰極５Ａを形成した後に酸素ガスを導入して有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に酸素を含有させたことにより、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面が完全な界面に形成されたためであると思われる。
一方、図５に示したように、比較例で整流特性が悪いのは、第１の陰極５Ａを形成した後に酸素ガスを導入しないため、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に酸素が含有されないので、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面が完全に形成されなかったためであると思われる。
【００３３】
なお、この発明の発明者の実験及び分析結果によれば、有機層上に陰極を積層した後酸素を接触させると、酸素が陰極層内に入り込み、有機層と陰極との界面に酸素が到達し、整流特性が向上することが確認された。すなわち、有機層と陰極との界面に存在している欠陥に酸素が入り込み、この酸素が不純物準位を消失させる作用があると考えられる。これは、有機層上に陰極を積層した際に発生する欠陥に酸素が埋め込まれた状態であり、有機層上に予め金属酸化物層を均一に積層後に陰極をさらに積層した状態とは異なる。ここで、真空装置内の酸素分圧を２×１０−４〜１×１０−１Ｐａとすると、特に優れた効果が得られることが確かめられた。図６は、これを裏付ける整流比を示している。また、比較例として、酸素分圧を２×１０−４〜１×１０−１Ｐａの範囲以外に選んだ場合に得られた整流比を、図７に示す。
【００３４】
図６において、Ｎｏ．１は酸素分圧を２×１０−４に設定した場合で、整流比は３×１０８が得られた。同様にして、Ｎｏ．２は酸素分圧を２×１０−３に設定した場合で、整流比は２×１０８が得られ、Ｎｏ．３は酸素分圧を５×１０−２に設定した場合で、整流比は１×１０８が得られ、Ｎｏ．４は酸素分圧を１×１０−１に設定した場合で、整流比は２．８×１０８が得られた。これらの整流比はいずれも高い値を示している。
【００３５】
一方、図７において、Ｎｏ．１は酸素分圧を１×１０−４に設定した場合で、整流比は３×１０４が得られた。同様にして、Ｎｏ．２は酸素分圧を２×１０−５に設定した場合で、整流比は２×１０４が得られた。これらの整流比の値は、図６で得られた各整流比に比べて、かなり小さくなっており、整流特性が悪化していることを示している。
【００３６】
図６と図７とを比較して明らかなように、図６に示したように、酸素分圧を２×１０−４〜１×１０−１Ｐａの範囲に設定することにより、特に大きな整流比を得ることができる。
一方、図７に示したように、酸素分圧を２×１０−４〜１×１０−１Ｐａの範囲以外に設定した場合には、スループットの低下や過剰な酸素の消費を招くので、好ましくなく、整流比を大きくできない。
【００３７】
また、この発明の発明者の実験及び分析結果によれば、第１の陰極５Ａの膜厚を２０〜１００ｎｍにすると、特に優れた効果が得られることが確かめられた。図８は、これを裏付ける整流比を示している。また、比較例として、第１の陰極５Ａの膜厚を２０〜１００ｎｍの範囲以外に選んだ場合に得られた整流比を、図９に示す。
【００３８】
図８において、Ｎｏ．１は第１の陰極５Ａの膜厚を２０ｎｍに設定した場合で、整流比は３．９×１０８が得られた。同様にして、Ｎｏ．２は第１の陰極５Ａの膜厚を４０ｎｍに設定した場合で、整流比は１．２×１０８が得られ、Ｎｏ．３は第１の陰極５Ａの膜厚を７０ｎｍに設定した場合で、整流比は１．６×１０８が得られ、Ｎｏ．４は第１の陰極５Ａの膜厚を１００ｎｍに設定した場合で、整流比は２．７×１０８が得られた。これらの整流比はいずれも高い値を示している。
【００３９】
一方、図９において、Ｎｏ．１は第１の陰極５Ａの膜厚を１０ｎｍに設定した場合で、整流比は１．０×１０５が得られた。同様にして、Ｎｏ．２は第１の陰極５Ａの膜厚を２００ｎｍに設定した場合で、整流比は６．９×１０３が得られ、Ｎｏ．３は第１の陰極５Ａの膜厚を３００ｎｍに設定した場合で、整流比は４．２×１０２が得られ、Ｎｏ．４は第１の陰極５Ａの膜厚を５００ｎｍに設定した場合で、整流比は５．２×１０２が得られた。これらの整流比の値は、図８で得られた各整流比に比べて、かなり小さくなっており、整流特性が悪化していることを示している。
【００４０】
図８と図９とを比較して明らかなように、図８に示したように、第１の陰極５Ａの膜厚を２０〜１００ｎｍの範囲に設定することにより、特に大きな整流比を得ることができる。
一方、図９に示したように、第１の陰極５Ａの膜厚を２０〜１００ｎｍの範囲以外に設定した場合には、整流比を大きくできない。
第１の陰極５Ａの膜厚が２０ｎｍよりも小さいと、第１の陰極５Ａの膜厚が疎となり、高い整流比が得られない。また、第１の陰極５Ａの膜厚が１００ｎｍよりも大きいと、酸素が陰極内に入り込んで有機層と陰極との界面に到達する量が少なくなり、整流比が小さくなる。なお、略１００ｎｍの第１の陰極５Ａの膜厚では、電気抵抗が高く、輝度斑等の表示不良が発生することがあるため、酸素と接触させた後に陰極を厚膜化、すなわち第２の陰極５Ｂ以降の陰極を積層することが好ましい。
なお、酸素を陰極に接触させることで整流特性は向上するが、これを再度真空装置内で真空引きすると、整流特性が若干低下することも確認された。このことから、欠陥に分子状の酸素が吸着されたような状態で存在する可能性が示唆された。
【００４１】
このように、この例の有機ＥＬ装置によれば、透明絶縁基板１上に、陽極２、正孔輸送層３、有機発光層４、第１の陰極５Ａ及び第２の陰極５Ｂから成る素子主要部が形成された構成において、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に酸素を含有されているので、界面に安定した準位が形成される。
また、この例の有機ＥＬ装置の製造方法によれば、陽極２、正孔輸送層３、有機発光層４及び第１の陰極５Ａを形成した透明絶縁基板１を真空蒸着装置２０内に配置して真空に維持した状態で、酸素ガスを導入して、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に酸素を有層させるので、プロセス時間を短縮することができる。
したがって、装置製造のためのスループットを低下させることなく、高い整流比を得ることができる。
【００４２】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあってもこの発明に含まれる。例えば、透明絶縁基板上に形成する陽極はＩＴＯを用いた例で説明したが、透明導電材料であればＩＴＯに限らずに例えばＳｎＯ２（酸化錫）等の他の電極材料を用いることができる。また、陰極についてもＡｌＬｉに限らずに、例えばＡｌ、ＭｇＡｇ等の他の電極材料を用いることができる。また、正孔輸送材料についてもα−ＮＰＤに限らずに、例えば、ビス（ジ（ｐ−トリル）アミノフェニル）−１、１−シクロヘキサン、Ｎ、Ｎ’−ジフェニル−Ｎ、Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１、１’−ビフェニル−４、４’−ジアミン、Ｎ、Ｎ’−ジフェニル−Ｎ−Ｎ−ビス（１−ナフチル）−（１、１’−ビフェニル）−４、４’−ジアミン、スターバースト型分子等の他の材料を用いることができる。
【００４３】
また、実施例では陽極、正孔輸送層、有機発光層、第１の陰極及び第２の陰極から成る構成の素子主要部を形成する例で説明したが、有機層と陰極層との界面が形成されている構成であればこれに限らず、陽極、有機発光層及び陰極から成る構成等の他の構成の素子主要部を形成することもできる。また、陰極が複数層から成る構成では、少なくとも有機発光層を含む有機層と接する複数層の陰極の内の第１の陰極中の酸素含有量が、有機層と接しない第２の陰極以降の陰極中の酸素含有量より大きくなっていればよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の有機ＥＬ装置によれば、透明絶縁基板上に、有機発光層と陰極との界面を有する素子主要部が形成された構成において、有機発光層と陰極との界面に酸素が含有されているので、界面に安定した準位が形成される。
また、この発明の有機ＥＬ装置の製造方法によれば、有機発光層と陰極との界面を有する素子主要部が形成された透明絶縁基板を真空装置内に配置して真空に維持した状態で、酸素ガスを導入して、有機発光層と陰極との界面に酸素を有層させるので、プロセス時間を短縮することができる。
したがって、装置製造のためのスループットを低下させることなく、高い整流比を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例である有機ＥＬ装置の構成を示す断面図である。
【図２】同有機ＥＬ装置の製造方法の構成を工程順に示す工程図である。
【図３】同有機ＥＬ装置の製造方法の主要工程に用いられる真空蒸着装置の構成を概略的に示す図である。
【図４】同有機ＥＬ装置の整流特性を示す図である。
【図５】図４の比較例における整流特性を示す図である。
【図６】この発明において真空蒸着装置内の酸素分圧を変化させた場合に得られた整流比を示す図である。
【図７】図６の比較例における整流比を示す図である。
【図８】この発明において有機ＥＬ装置の陰極の膜厚を変化させた場合に得られた整流比を示す図である。
【図９】図８の比較例における整流比を示す図である。
【図１０】一般の有機ＥＬ装置の構成を概略的に示す図である。
【図１１】従来の有機ＥＬ装置の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１ 透明絶縁基板
２ 陽極
３ 正孔輸送層
４ 有機発光層
５Ａ 第１の陰極
５Ｂ 第２の陰極
６ 封止樹脂
７ キャップ
１０ 有機ＥＬ装置
１１ 容器（チャンバー）
１２Ａ、１２Ｂ ボート支持台
１３ 基板支持体
１４ シャッター
１５ シャッター駆動部
１６ 酸素ガス源
１７ ガス導入端子口
１８ ガス管
１９ マスフローコントローラ
２０ 真空蒸着装置
２１Ａ、２１Ｂ ボート
Claims (7)
- 透明絶縁基板上に透明電極から成る陽極、少なくとも有機発光層を含む有基層、及び陰極を順次に積層して形成された素子主要部をキャップにより封止してなる有機ＥＬ装置であって、
前記陰極は、導電性金属である電極材料からなる第１の陰極と電極材料からなる第２の陰極とが順次積層されてなると共に、前記有機層と接する前記第１の陰極の膜厚が２０〜１００ｎｍの範囲に設定され、前記第１の陰極には、真空装置内の酸素分圧が２×１０ -4 〜１×１０ -1 Ｐａとなるように導入された酸素ガスに該第１の陰極がさらされることによって該第１の陰極の内部に入り込んだ酸素量が含有され、これにより、前記第１の陰極と前記有機層との界面に、酸素が含有されていることを特徴とする有機ＥＬ装置。 - 透明絶縁基板上に透明電極から成る陽極、少なくとも有機発光層を含む有基層、及び陰極を順次に積層して形成された素子主要部をキャップにより封止してなる有機ＥＬ装置であって、
前記陰極は、電極材料を素材とする複数層からなると共に、前記複数層の陰極のうち、前記有基層と接する最下層の陰極である導電性金属である電極材料からなる第１の陰極の膜厚が２０〜１００ｎｍの範囲に設定され、前記第１の陰極には、真空装置内の酸素分圧が２×１０ -4 〜１×１０ -1 Ｐａとなるように導入された酸素ガスに該第１の陰極がさらされることによって該第１の陰極の内部に入り込んだ酸素量が含有され、これにより、当該第１の陰極中の酸素含有量が、前記有基層と接しない上層の陰極である第２の陰極以降の陰極中の酸素含有量よりも大きいことを特徴とする有機ＥＬ装置。 - 前記第１の電極を構成する前記導電性金属である電極材料が、ＡｌＬｉ、Ａｌ、及びＭｇＡｇの中から選択された任意の１つであることを特徴とする請求項１又は２記載の有機ＥＬ装置。
- 透明絶縁基板上に透明電極から成る陽極、少なくとも有機発光層を含む有機層、複数層の陰極を順次に積層して形成した素子主要部をキャップにより封止してなる有機ＥＬ装置の製造方法であって、
透明絶縁基板上に透明導電膜を形成後、該透明導電膜を所望の形状となるようにパターニングして陽極を形成する工程と、
前記陽極を形成した透明絶縁基板を真空装置内に配置し、前記有機層及び複数層の陰極の内の第１の陰極を前記陽極上に真空雰囲気内で順次に積層して形成する工程と、
前記真空装置内に真空を維持した状態で酸素ガスを導入し、該酸素ガスを前記第１の陰極と接触させる工程と、
第２の陰極以降の陰極を前記第１の陰極上に真空雰囲気内で積層して前記素子主要部を形成する工程と、
前記素子主要部をキャップにより封止する工程とを含むことを特徴とする有機ＥＬ装置の製造方法。 - 前記第１の陰極を２０〜１００ｎｍの膜厚で形成することを特徴とする請求項４記載の有機ＥＬ装置の製造方法。
- 前記酸素ガスを真空装置内の酸素分圧が２×１０-4〜１×１０-1Ｐａとなるように導入することを特徴とする請求項４又は５記載の有機ＥＬ装置の製造方法。
- 前記真空装置として、真空蒸着装置を用いることを特徴とする請求項４、５又は６記載の有機ＥＬ装置の製造方法。
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