JP4428502B2 - 有機電界発光素子用電極基板およびその製造方法並びに有機ｅｌ発光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
有機電界発光素子用の電極基板、有機電界発光素子用電極基板の製造方法、および有機電界発光素子用電極基板を用いた有機ＥＬ発光装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、２個の電極間に有機発光層を挟持した構造を有する有機ＥＬ素子が以下に示す理由等から鋭意研究開発され、開発の対象とされている。
【０００３】
（１）完全固体素子であるため、取り扱いや製造が容易である。
（２）自己発光が可能であるため、発光部材を必要としない。
（３）視認性に優れているため、ディスプレイに好適である。
（４）フルカラー化が容易である。
しかしながら、有機発光層は、有機物であり、一般に電子や正孔を輸送しにくいため劣化しやすく、長期間使用すると、リーク電流が生じやすいという問題が見られた。
【０００４】
例えば、後述する特許文献１には、陽極の仕事関数と正孔輸送層のイオン化エネルギーとの間のエネルギー差を小さくし、長寿命化を図った有機ＥＬ素子が示されている。このような目的を達成するために、陽極に、酸化錫インジウム（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）よりも仕事関数が大きく、かつ、導電性である金属酸化物材料を用いることが特許文献１に記載されている。このような導電性金属酸化物としては、例えば、ＲｕＯx 、ＭｏＯ3 、Ｖ2 Ｏ5 が記載されており、これらの金属酸化物を用いた有機ＥＬ素子が特許文献１に開示されている。
【０００５】
また、同特許公報において、光透過率（％）を向上させるために、これらの導電性の金属酸化物材料から成る薄膜とＩＴＯとを積層した２層構造の陽極が提案されている。
【０００６】
また、下記特許文献２には、長期間の使用を可能にすべく、電極と有機発光層との間に、絶縁性薄膜層を備えた有機ＥＬ素子が開示されている。この特許文献２に開示された有機ＥＬ素子は、具体的には、陽極層と有機発光層との間、あるいは陰極層と有機発光層との間に、窒化アルミニウムや窒化タンタル等から成る絶縁性薄膜層を備えた構成を採用している。
【０００７】
また、下記特許文献３には、ｍ−ＭＴＤＡＴＡやテトラアリールジアミン誘導体等を使用することのない低コストの有機ＥＬ素子を提供することを目的として、電極と有機発光層との間に、ＮｉＯにＩｎ2Ｏ3，ＺｎＯ，ＳｎＯ2又はＢ，Ｐ，Ｃ，Ｎ，Ｏの少なくとも一つを添加した無機材料層、あるいはＮｉ1-x Ｏ（０．０５≦ｘ≦０．５）より成る無機材料層を形成した有機ＥＬ素子が開示されている。
【０００８】
また、下記特許文献４には、ＩＴＯ表面をフッ素化して仕事関数６．２ｅＶのＩＴＯが得られている。
【０００９】
【特許文献１】
特許２８２４４１１号公報
【特許文献２】
特開平８−２８８０６９号公報
【特許文献３】
特開平９−２６００６３号公報
【特許文献４】
特開２０００−２７７２５６号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示された有機ＥＬ素子は、ＲｕＯｘ、ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５等の金属酸化物材料を使用しても、正孔の移動性や耐久性がいまだ不充分であると考えられる。また、ＲｕＯx 、ＭｏＯ3 、Ｖ2Ｏ5等の金属酸化物材料は、光吸収係数の値が２７０００ｃｍ-1以上と大きく、激しく着色していた。したがって、これらの金属酸化物材料から成る陽極層は、可視光域における光透過率（％）が、例えばＩＴＯの約１／９〜１／５というように極端に低く、そのため発光効率が低かったり、外部に取り出せる光量が少ないという問題が見られた。また、これらの金属酸化物材料から成る薄膜とＩＴＯとを積層した２層構造の陽極であっても、光透過率（％）はＩＴＯの約１／２程度であり、依然値が低くて、実用に供する値でないという問題の存在が確認できた。また、この２層構造の陽極層を構成する場合、ＩＴＯや金属酸化物薄膜の厚さを所定範囲内の値にそれぞれ制限しなければならず、製造上の制約が大きいという問題も見られる。
【００１０】
また、仕事関数はＩＴＯより大きくすることができるが、その抵抗値はＩＴＯと同等か若しくは大きくなり、実用上問題があった。
【００１１】
また、上記特許文献２に開示された有機ＥＬ素子は、絶縁性薄膜層に窒化アルミニウムや窒化タンタル等を使用しているため、この部分（絶縁性薄膜層）で電圧のロス（電圧降下）があり、結果として駆動電圧が高くなりやすいという問題が見られた。
【００１２】
また、上記特許文献４に開示された方法では、ＩＴＯ表面をフッ素化しており、仕事関数は６．２ｅＶまで向上する。しかし、仕事関数は向上するが、その一方においてＩＴＯの表面が絶縁膜化してしまう。その結果、仕事関数向上の効果が得られにくいという問題がある。
【００１３】
上記問題について、本願発明者らが鋭意検討したところ、有機ＥＬ素子の電極層に特定の金属酸化物とＡｇ等を主成分とする多層膜を組み合わせて使用することにより、透明性や耐久性に優れ、しかも、低電圧（例えば、直流５Ｖ以下）の印加であっても優れた発光輝度が得られることを見出した。具体的には、上記構成を採用することによって、透明性や耐久性に優れ、しかも、低電圧（例えば、直流５Ｖ以下）の印加であっても優れた発光輝度が得られる有機ＥＬ素子が構成できることが見いだされた。
【００１４】
すなわち、本発明は、特定の金属酸化物層とＡｇ等を主成分とする薄膜層の組み合わせから成る電極層を備えたことにより、表面抵抗が著しく小さく、透明性や耐久性に優れるとともに、低い駆動電圧を印加した場合でも高い発光輝度が得られる有機ＥＬ素子およびそのような有機ＥＬ素子が効率的に得られる有機ＥＬ素子用の電極基板およびそのような有機ＥＬ素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本願発明は、以下のような手段を採用する。
【００１６】
１．まず、本発明は、有機電界発光層を駆動する電極と、基材と、を備えた有機電界発光素子用電極基板において、前記電極が、５．６ｅＶを超える仕事関数を有する金属酸化物の陽極薄膜層、および、金属細線から成る積層体であることを特徴とする。
【００１７】
ここで、仕事関数が５．６ｅＶ以上であるとしたのは、この条件を満たさない場合には、低電圧化、発光輝度向上、耐久性の向上等の効果が小さい場合があるからである。
【００１８】
また、金属細線がないと、陽極の電極抵抗が大きくなり、仕事関数が大きくなり発光輝度の向上などの効果が薄れる場合があるからである。
【００１９】
２．次に、本発明は、上記金属酸化物の陽極薄膜層の仕事関数が５．８ｅＶ以上の金属酸化物の陽極薄膜層であることを特徴とする。
【００２０】
上述したように、仕事関数が５．６ｅＶ以上である必要があるが、より好ましくは５．８ｅＶ以上である。なお、この値は、ＵＶ洗浄後、空気中、理化学技研製ＡＣ−１で測定した値である。
【００２１】
３．次に、本件発明は、前記金属酸化物の陽極薄膜層が、酸化インジウムを主成分とし、加えて酸化亜鉛および／又は酸化スズを主成分とし、さらに、ランタノイド系金属酸化物を含有することを特徴とする。
【００２２】
ランタノイド系元素の添加により、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズを主成分とする金属酸化物の薄膜層の仕事関数を有効に５．６ｅＶ以上にすることができる。
【００２３】
上記主成分として示した金属以外では、仕事関数を有効に５．６ｅＶ以上にするために、ランダノイド系元素の添加量を増やさなければならない。しかし、添加量を増やすと抵抗値が増大し、透過率が低下し、エッチング特性が低下する場合がある。
【００２４】
４．次に、本件発明は、上記ランタノイド系金属酸化物が、酸化セリウム、酸化プラセオジウム、酸化ネオジウム、酸化サマリウム、酸化テルビウムから選択した１又は２以上の金属酸化物であることを特徴とする。
【００２５】
例えば、酸化インジウム＋酸化亜鉛を主成分とする場合には、 Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．５〜０．９８原子％とすることが好ましい。
【００２６】
上記Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）の値は、好ましくは０．７〜０．９５、より好ましくは０．８〜０．９の比率にする。この値が０．５未満では、金属酸化物膜の導電性が低下する場合があり、その一方、０．９８を超えるとエッチング特性が劣る場合があるからである。
【００２７】
また、例えば、酸化インジウム＋酸化スズを主成分とする場合にはＩｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ）＝０．７〜０．９８原子％とすることが望ましい。
【００２８】
上記Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ）の値は、好ましくは０．８〜０．９５、より好ましくは０．８５〜０．９５の比率にする。この値が０．７未満又は０．９８を超える場合では、金属酸化物の薄膜層の導電性が低下する場合があるからである。
【００２９】
また、例えば、酸化インジウム＋酸化スズ＋酸化亜鉛を主成分とする場合には、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｚｎ）＝０．５〜０．９８原子％とすることが望ましい。
【００３０】
上記Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｚｎ）の値は、好ましくは０．７〜０．９５、より好ましくは０．８〜０．９５の比率にする。この値が０．５未満では、金属酸化物膜の導電性が低下する場合があり、０．９８を超えるとエッチング特性が劣る場合があるからである。
【００３１】
また、ランタノイド系金属酸化物の添加量は全金属原子に対して０．１から２０原子％未満、好ましくは、１から１０原子％未満、より好ましくは、１〜５原子％未満であることが望ましい。この値が０．１原子％未満では、添加効果が出ず仕事関数が５．６ｅＶ以上にならない場合があり、２０原子％以上では、薄膜が高抵抗化して導電性が低下するおそれがあるからである。
【００３２】
また、薄膜層の厚みは１０〜５００ｎｍであり、好ましくは３０〜３００ｎｍ、より好ましくは３０〜２００ｎｍが望ましい。この値が、１０ｎｍ以下では、薄膜層の機械的な強度に問題が発生する場合があり、５００ｎｍ以上では、エッチング特性に問題が生じたり、成膜時間が長くなってしまう場合もあるからである。
【００３３】
また、成膜時の酸素分圧は、０〜５％に設定するのが良い。好ましくは、０〜２％、より好ましくは０〜１％にする。この値が、５％以上では、抵抗が高くなる場合があるからである。
【００３４】
また、陽極層の結晶性は、非晶質が望ましい。陽極層の結晶性が非晶質であれば、エッチング時の端面（エッチング面）の残渣が解消され、また、電極がテーパー状になり、対向電極の断線等のトラブルが解消できるからである。
【００３５】
５．本発明は、上記有機電界発光素子用基板において、金属細線がＡｇ、Ａｌ、Ｃｕのいずれかを主成分とすることを特徴とする。
【００３６】
６．本発明は、上記有機電界発光素子用基板において、金属細線が仕事関数５．０以上の金属を添加してあることを特徴とする。
【００３７】
７．本発明は、上記有機電界発光素子用基板において、仕事関数が５．０ｅＶ以上の金属が、Ａｕ、Ｉｒ，Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔから選択された１種又は２種以上の金属を含むことを特徴とする。
仕事関数が５．０以上の金属を添加することにより、金属細線の安定性が増す。添加量としては、０．０１から５ｗｔ％以下、好ましくは０．１〜２ｗｔ％より好ましくは０．５〜２ｗｔ％である。この値が、０．０１未満では、添加の効果が小さく、５ｗｔ％超の添加ではＡｇ薄膜層等の導電性を低下させてしまう場合や高価になる場合があるからである。
【００３８】
また、第三成分として、安定性や抵抗値に影響しない範囲で別の金属を添加しても良い。
【００３９】
上記金属細線の厚みは、１０〜５００ｎｍ、好ましくは２０〜４００ｎｍが望ましい。この値が、１０ｎｍ未満では、陽極の抵抗値が下がらない問題が生じる場合があり、５００ｎｍ超では、電極の段差が大きくなり、リーク電流が発生してしまう可能性があるからである。
【００４０】
上記金属細線の幅（短辺方向）は、陽極薄膜層の幅（短辺方向）より短くしなければならない。金属細線の幅（短辺方向）は、陽極薄膜層の幅の２〜４０％、好ましくは３〜３０％、より好ましくは、４〜２５％である。
８．本発明は、上記有機電界発光素子用電極基板が、上記金属酸化物の陽極薄膜層上に保護膜を有することを特徴とする。保護膜を設ければ金属細線の耐久性が向上するからである。
【００４１】
上記保護層は、金属細線のエッチング液によりエッチングできる材料であり、導電性を有することが望まれる。このような材質としては、酸化インジウム−酸化亜鉛から成る非晶質の透明導電膜が好適に使用できる。その場合のインジウムの比率は、Ｉｎ/（Ｉｎ+Ｚｎ）＝０．２〜０．９８が使用でき、好ましくは０．５〜０．９５、より好ましくは０．７〜０．９である。
【００４２】
９．本発明は、有機電界発光素子用電極基板の製造方法において、前記基材に金属酸化物の陽極薄膜層を積層し、次に、金属細線から成る金属薄膜層を積層するステップと、燐酸、硝酸、酢酸の混酸により前記金属薄膜層をエッチングするステップと、前記エッチングの後、さらに蓚酸によりエッチングして前記陽極薄膜層をパターニングするステップと、を含むことを特徴とする。
【００４３】
１０．また、本発明は、有機電界発光素子用電極基板の製造方法において、前記基材が、ガラス基板であることを特徴とする。
【００４４】
ここで、上記陽極薄膜層は蓚酸を含むエッチング液によりエッチング可能である。蓚酸濃度は、１〜２０ｗｔ％の水溶液、好ましくは２〜１０ｗｔ％水溶液、より好ましくは２〜５ｗｔ％が好ましい。１ｗｔ％以下では、十分なエッチング速度が得られず、２０ｗｔ％以上では、蓚酸の結晶が析出する場合があるからである。また、金属を腐蝕するおそれのない酸を添加することもできる。
【００４５】
金属をエッチングする酸は、陽極薄膜層にダメージを与えない酸なら特に制限なくどのような酸でも使用できるが、燐酸、硝酸、酢酸の混酸がより有用に使用できる。それぞれの酸の配合比率は、特に制限はない。しかし、もちろん金属薄膜の十分なエッチング速度が得られ、陽極薄膜層にダメージを与えない配合にすることが好ましい。また、濃度に関しても、特別の制限はない。しかし、金属薄膜の十分なエッチング速度が得られ、陽極薄膜層にダメージを与えない濃度とすることが好ましい。したがって必要に応じて水で希釈することも望ましい。
【００４６】
１１．有機電界発光層を駆動する電極と、基材と、を備えた有機電界発光素子用電極基板であって、前記電極が、５．６ｅＶを超える仕事関数を有する金属酸化物の陽極薄膜層、および、金属細線から成る積層体である有機電界発光素子用電極基板を用いた有機ＥＬ発光装置において、前記有機電界発光層と、前記電極と対抗する陰極層と、を含むことを特徴とする。
【００４７】
ここで、有機ＥＬ発光装置は、上記有機電界発光素子用電極基板と同様の作用効果を奏する。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００４９】
【実施例１】
（１）有機ＥＬ素子用基板の製造準備（ターゲットの作成）
まず、酸化インジウムと、酸化スズと、酸化セリウムとの粉末（平均粒子径１μｍ以下）を、インジウムのモル比（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ））が０．９であり、スズのモル比（Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ））が０．１であり、かつ、金属全体におけるセリウムのモル比（Ｃｅ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｃｅ））が０．０５になるように、湿式ボールミル容器内に収容し、７２時間にわたって混合粉砕する。
【００５０】
次いで、得られた粉砕物を造粒してから、直径４インチ、厚さ５ｍｍの寸法にプレス成形した。これを焼成炉に収容した後、１４００℃の温度で、３６時間加熱焼成し、金属酸化物の薄膜層用のターゲット１とした。
【００５１】
また、酸化インジウムと酸化亜鉛との粉末（平均粒子径１μｍ以下）を、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）のモル比が０．１５になるように、湿式ボールミル容器内に収容し、７２時間にわたって混合粉砕した。
次いで、得られた粉砕物を造粒してから、直径４インチ、厚さ５ｍｍの寸法にプレス成形した。これを焼成炉に収容した後、１４００℃の温度で、３６時間加熱焼成し、陽極層用のＩＺＯターゲットとした。
【００５２】
次に、ＡｇにＣｕを０．７ｗｔ％、Ａｕを０．８wt％添加した金属ターゲットを作成し、これをＡｇターゲットと呼ぶ。
【００５３】
また、ＣｕにＮｉを１．７ｗｔ％、Ｃｏを１．３ｗｔ％添加した金属ターゲットを作成し、これをＣｕターゲット１６と呼ぶ。また、純Ａｌ金属ターゲットをＡｌターゲットと呼ぶ。
【００５４】
（２）有機ＥＬ素子用基板の製造
次に、有機ＥＬ素子用基板の製造について説明する。この様子が図１に示されている。
【００５５】
高周波スパッタリング装置にて、真空槽内に厚さ１．１ｍｍ、縦２５ｍｍ、横７５ｍｍの透明なガラス基板１０および、作成したターゲット１、ＩＺＯターゲットおよびＡｌターゲットを配置し、高周波スパッタリング装置を稼働して、到達真空度５×１０−４Ｐａまで減圧した状態で、アルゴンガスのみを封入する。図１（１）はガラス基板を示しており、請求の範囲における「基材」の一例に相当する。
【００５６】
当該雰囲気中において、真空度を３×１０−１Ｐａ、基板温度を室温、投入電力を１００Ｗ、成膜時間を１４分の条件で、スパッタリングし、ターゲット１を用いて厚さ１１０ｎｍの金属酸化物の薄膜層１２をアルゴンガス中で形成した。この様子が図１（２）に示されている。
【００５７】
次に、引き続いてＡｌターゲットを用いて厚さ１２０ｎｍのＡｌ薄膜１４をアルゴンガス中で形成した。この様子が図１（３）に示されている。
【００５８】
さらに、ＩＺＯターゲットを用いて酸素ガスを混入したアルゴンガス中で厚み２０ｎｍのＩＺＯ薄膜１６を形成した。この様子が図１（４）、図２に示されている。
【００５９】
なお、上記Ａｌ薄膜１４上に、保護膜であるＩＺＯ薄膜１６を設けることは必須ではないが、設けた方が好ましい。
【００６０】
続いて、硝酸―燐酸―酢酸水溶液にて、ＩＺＯ薄膜／Ａｌ薄膜をエッチングして、２０μｍ幅のＩＺＯ／Ａｌ細線１８を形成した。この様子が図１（５）に示されている。
【００６１】
その後、この基板のターゲット１で成膜した金属酸化物の薄膜層をＩＺＯ／Ａｌ細線１８がターゲット１で作成した薄膜電極のサイドに１本含まれる配置となるようなパターンとするべく、蓚酸水溶液にてエッチングした。このようにパターニングを行って作成した電極をパターニング電極と呼ぶ。この様子が図１（６）に示されている。
【００６２】
なお、ターゲット１で成膜した金属酸化物の薄膜層２０の幅は９０μｍにするのが好ましい。また、上記エッチングして得られたＡｌ細線１４は金属細線の一例に相当する。さらに、ＩＺＯ／Ａｌ細線１８は金属細線上に保護膜を設けた一例に相当する。
【００６３】
この基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、さらに、Ｎ２（窒素ガス）雰囲気中で乾燥させた後、ＵＶ（紫外線）およびオゾンを用いて１０分間洗浄した。
【００６４】
（３）測定結果
上記パターニング電極（電極幅：９０μｍ、電極長さ：１００ｍｍ）の抵抗を２端針法で測定したところ２．５ｋΩであった。また、ターゲット１からのみ成膜した金属酸化物の薄膜層１２の比抵抗は、３×１０Ｅ−３Ωｃｍであった。また、パターニング電極の光透過率（波長５５０ｎｍ）を測定したところ、８９％であった。基板のＵＶ洗浄後における陽極層１２の仕事関数の値をＡＣ−１（理研計器社製）を用いて測定したところ、６．０６ｅＶであった。
【００６５】
なお、測定結果については、表１中に示されている。
【００６６】
（４）有機ＥＬ素子の形成
真空蒸着装置における真空槽の基板ホルダに上記「基板」を装着し、次いで、真空槽内を、１×１０−６Ｔｏｒｒ以下の真空度になるまで減圧した後、基板２４の陽極層１２に、正孔輸送層２６、有機発光層２８、電子注入層３０および陰極層３２を順次積層して有機ＥＬ素子３４を得た。この様子が図３に示されている。
【００６７】
なお、このとき、有機発光層２８の形成から陰極層３２の形成までの間は、一度も真空状態を破ることなく、同一真空条件であった。
【００６８】
ここで、有機ＥＬ素子３４は請求の範囲の有機電界発光素子に相当する。
【００６９】
まず正孔輸送材料としてＴＢＤＢを６０ｎｍ真空蒸着した。次に有機発光層２８としてＤＰＶＤＰＡＮとＤ１を真空下で４０ｎｍ共蒸着した。この時のＤＰＶＤＰＡＮの蒸着速度は４０ｎｍ／ｓであり、Ｄ１の蒸着速度は１ｎｍ／ｓであった。
【００７０】
次に、電子注入層３０としてＡｌｑを２０ｎｍ真空蒸着した。最後に、ＡｌおよびＬｉを真空蒸着し、電子注入層３０上に陰極層３２を形成し、有機ＥＬ素子３４を作成した。
【００７１】
この時のＡｌの蒸着速度は１ｎｍ／ｓであり、Ｌｉの蒸着速度は０．０１ｎｍ／ｓであり、Ａｌ／Ｌｉの膜厚は２００ｎｍであった。
【００７２】
なお、これらについては、表１中に示されている。また、ＴＢＤＢや、ＤＰＶＤＰＡＮ、Ｄ１、Ａｌｑの化学式が図４に示されている。
【００７３】
（５）製造した有機ＥＬ素子の評価
得られた有機ＥＬ素子３４における陰極層３２をマイナス（−）電極、陽極層１２をプラス（＋）電極として、両電極間に４．４Ｖの直流電圧を印加した。
【００７４】
このときの電流密度は２．０ｍＡ／ｃｍ2であり、発光輝度は１６１ｎｉｔ（ｃｄ／ｍ2）であった。また、発光色は青色であたることを確認した。
【００７５】
さらに、耐久性評価として、１０ｍＡ／ｃｍ2で定電流駆動したところ、１０００時間以上経過後にも、特にリーク電流の発生は見られなかった。
【００７６】
なお、実施例１の結果が表１中に示されている。
【００７７】
【表１】
【実施例２】
実施例１におけるターゲット１の代わりに、以下に示すターゲット２を用いた。ターゲット２を用いたほかは、実施例１と同様に、有機ＥＬ素子３４を作成した。
【００７８】
ターゲット２は酸化インジウムと、酸化スズと、酸化セリウムとから組成されている。また、インジウムのモル比（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ））は０．９であり、スズのモル比（Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ））は０．１であり、かつ、金属全体におけるセリウムのモル比（Ｃｅ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｃｅ））は０．０３である。
【００７９】
なお、陽極層の仕事関数の値は、５．８５ｅＶであった。また、電極抵抗は、２．４ｋΩであった。
【００８０】
上記手段により得られた有機ＥＬ素子３４に実施例１と同様に、電極間に４．３Ｖの直流電圧を印加したところ、電流密度の値は２．０ｍＡ／ｃｍ2であり、発光輝度は１６４ｎｉｔであった。また、発光色は青色であることを確認した。
【００８１】
さらに、耐久性評価として、１０ｍＡ／ｃｍ2で定電流駆動したところ、１０００時間以上経過後にも、特にリーク電流の発生は見られなかった。
【００８２】
なお、実施例２の結果も表１中に示されている。
【００８３】
【実施例３】
実施例２におけるＩＺＯターゲットによる保護膜を使用しないほかは、実施例２と同様に、有機ＥＬ素子３４を作成した。
【００８４】
なお、陽極層の仕事関数の値は、５．８５ｅＶであった。また、電極抵抗は、２．４ｋΩであった。
【００８５】
電極間に４．４Ｖの直流電圧を印加したところ、電流密度の値は２．０ｍＡ／ｃｍ2であり、発光輝度は１６３ｎｉｔであった。また、発光色は青色であることを確認した。さらに、耐久性評価として、１０ｍＡ／ｃｍ2で定電流駆動したところ、１０００時間以上経過後にも、特にリーク電流の発生は見られなかった。
【００８６】
なお、実施例３の結果も表１中に示されている。
【００８７】
【実施例４】
実施例１におけるターゲット１の代わりに、以下に示すターゲット４を用いた。また、金属ターゲットとしてはＡｌターゲットの代わりに、Ａｇターゲットを用いた。なお、ＩＺＯ保護膜１６は使用していない。そのほかは、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子３４を作成した。
【００８８】
ターゲット４は、酸化インジウムと、酸化スズと、酸化サマリウムとから組成されている。また、インジウムのモル比（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ））は０．９であり、スズ（Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ））のモル比は０．１であり、かつ、金属全体におけるサマリウムのモル比（Ｓｍ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｍ））は０．０３である。
【００８９】
なお、陽極層１２の仕事関数の値は、５．９０ｅＶであった。また、電極抵抗は、２．４ｋΩであった。
【００９０】
上記手段により得られた有機ＥＬ素子３４に実施例１と同様に、電極間に４．４Ｖの直流電圧を印加したところ、電流密度の値は２．０ｍＡ／ｃｍ2であり、発光輝度は１５６ｎｉｔであった。また、発光色は青色であることを確認した。
【００９１】
さらに、耐久性評価として、１０ｍＡ／ｃｍ2で定電流駆動したところ、１０００時間以上経過後にも、特にリーク電流の発生は見られなかった。
【００９２】
なお、実施例４の結果も表１中に示されている。
【００９３】
【実施例５】
実施例１におけるターゲット１の代わりに、ターゲット５を用いた。また、金属ターゲットとしてはＡｌターゲットの代わりに、Ａｇターゲットを用いた。そのほかは、実施例１と同様の条件で、有機ＥＬ素子３４を作成した。
【００９４】
ターゲット５は、酸化インジウムと、酸化亜鉛と、酸化プラセオジウムとから組成されている。また、インジウムのモル比（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ））は０．９であり、スズのモル比（Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ））は０．１であり、かつ、金属全体におけるプラセオジウムのモル比（Ｐｒ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｐｒ））は０．０４である。
【００９５】
なお、陽極層１２の仕事関数の値は、５．８１ｅＶであった。また、電極抵抗は、２．５ｋΩであった。
【００９６】
得られた有機ＥＬ素子３４に実施例１と同様に、電極間に４．５Ｖの直流電圧を印加したところ、電流密度の値は２．０ｍＡ／ｃｍ2であり、発光輝度は１６１ｎｉｔであった。また、発光色は青色であることを確認した。さらに、耐久性評価として、１０ｍＡ／ｃｍ2で定電流駆動したところ、１０００時間以上経過後にも、特にリーク電流の発生は見られなかった。
【００９７】
なお、実施例５の結果は表２中に示されている。
【００９８】
【表２】
【実施例６】
実施例１におけるターゲット１の代わりに、ターゲット６を用いた。また、金属ターゲットとしはＡｌターゲットの代わりに、Ｃｕターゲットを用いた。そのほかは、実施例１と同様に、有機ＥＬ素子３４を作成した。
【００９９】
ターゲット６は酸化インジウムと、酸化スズと、酸化ネオジウムとから組成されている。また、インジウムのモル比（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ））は０．９であり、スズのモル比（Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ））は０．１であり、かつ、金属全体におけるネオジウムのモル比（Ｎｄ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Nｄ））は０．０６である。
【０１００】
なお、陽極層１２の仕事関数の値は、５．８０ｅＶであった。また、電極抵抗は、２．６ｋΩであった。
【０１０１】
得られた有機ＥＬ素子３４に実施例１と同様に、電極間に４．５Ｖの直流電圧を印加したところ、電流密度の値は２．０ｍＡ／ｃｍ2であり、発光輝度は１５８ｎｉｔであった。また、発光色は青色であることを確認した。さらに、耐久性評価として、１０ｍＡ／ｃｍ2で定電流駆動したところ、１０００時間以上経過後にも、特にリーク電流の発生は見られなかった。
【０１０２】
なお、実施例６の結果も表２中に示されている。
【０１０３】
【実施例７】
実施例１におけるターゲット１の代わりに、ターゲット７を用いた。また、金属ターゲットとしてはＡｌターゲットの代わりに、Ａｇターゲットを用いた。そのほかは、実施例１と同様に、有機ＥＬ素子３４を作成した。
【０１０４】
ターゲット７は、酸化インジウムと、酸化スズと、酸化テルビウムとから組成されている。インジウムのモル比（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ））は０．９であり、スズのモル比（Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ））は０．１であり、金属全体におけるテルビウムのモル比（Ｔｂ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｔｂ））は０．０６である。
【０１０５】
なお、陽極層１２の仕事関数の値は、５．９０ｅＶであった。また、電極抵抗は、２．５ｋΩであった。
【０１０６】
得られた有機ＥＬ素子３４に実施例１と同様に、電極間に４．６Ｖの直流電圧を印加したところ、電流密度の値は２．０ｍＡ／ｃｍ2であり、発光輝度は１６６ｎｉｔであった。また、発光色は青色であることを確認した。さらに、耐久性評価として、１０ｍＡ／ｃｍ2で定電流駆動したところ、１０００時間以上経過後にも、特にリーク電流の発生は見られなかった。
【０１０７】
なお、実施例７の結果も表２中に示されている。
【０１０８】
【比較例１】
実施例１におけるターゲット１の代わりに、ＩＴＯターゲットを用い、金属ターゲットにＡｇターゲットを用いたほかは、実施例１と同様に、有機ＥＬ素子を作成した。
【０１０９】
なお、陽極層１２の仕事関数の値は、５．２５ｅＶであった。得られた有機ＥＬ素子に実施例１と同様に、電極間に５．３Ｖの直流電圧を印加したところ、電流密度の値は２．０ｍＡ／ｃｍ2であり、発光輝度は１６２ｎｉｔであった。また、発光色は青色であることを確認した。
【０１１０】
なお、比較例１の結果も、表２中に示されている。
【０１１１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の有機電界発光層を駆動する電極が、５．６ｅＶを超える仕事関数を有する金属酸化物の陽極薄膜層、および、金属細線から成る積層体である有機発光素子用電極基板を用いたことを特徴とする有機ＥＬ素子によれば、特定の無機化合物から成る陽極層等を備えることにより、透明性や耐久性に優れ、駆動電圧が低くとも、高い発光輝度が得られる有機ＥＬ素子を提供することができるようになった。
【０１１２】
また、特定の無機化合物から成る陽極層等は、優れたエッチング特性を有していることも確認された。
【０１１３】
また、本発明の電極基板によれば、上記のような効果が得られる有機電界発光装置を製造することができる。
【０１１４】
また、本発明の製造方法によれば、上記のような効果が得られる有機電界発光装置を製造することができる。
【０１１５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における電極基板の製造過程の一連の断面図である。
【図２】本実施の形態における電極基板の断面図である。
【図３】本実施の形態における有機ＥＬ素子の断面図である。
【図４】各種物質の化学式を表した図である。
【符号の説明】
１０ ガラス基板
１２ 金属酸化物の陽極薄膜層
１４ 金属層
１６ 非晶質金属酸化物透明導電膜
１８ 金属細線
２０ 基板
２６ 正孔輸送層
２８ 有機発光層
３０ 電子注入層
３２ 陰極層
３４ 有機ＥＬ素子
【発明の属する技術分野】
有機電界発光素子用の電極基板、有機電界発光素子用電極基板の製造方法、および有機電界発光素子用電極基板を用いた有機ＥＬ発光装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、２個の電極間に有機発光層を挟持した構造を有する有機ＥＬ素子が以下に示す理由等から鋭意研究開発され、開発の対象とされている。
【０００３】
（１）完全固体素子であるため、取り扱いや製造が容易である。
（２）自己発光が可能であるため、発光部材を必要としない。
（３）視認性に優れているため、ディスプレイに好適である。
（４）フルカラー化が容易である。
しかしながら、有機発光層は、有機物であり、一般に電子や正孔を輸送しにくいため劣化しやすく、長期間使用すると、リーク電流が生じやすいという問題が見られた。
【０００４】
例えば、後述する特許文献１には、陽極の仕事関数と正孔輸送層のイオン化エネルギーとの間のエネルギー差を小さくし、長寿命化を図った有機ＥＬ素子が示されている。このような目的を達成するために、陽極に、酸化錫インジウム（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）よりも仕事関数が大きく、かつ、導電性である金属酸化物材料を用いることが特許文献１に記載されている。このような導電性金属酸化物としては、例えば、ＲｕＯx 、ＭｏＯ3 、Ｖ2 Ｏ5 が記載されており、これらの金属酸化物を用いた有機ＥＬ素子が特許文献１に開示されている。
【０００５】
また、同特許公報において、光透過率（％）を向上させるために、これらの導電性の金属酸化物材料から成る薄膜とＩＴＯとを積層した２層構造の陽極が提案されている。
【０００６】
また、下記特許文献２には、長期間の使用を可能にすべく、電極と有機発光層との間に、絶縁性薄膜層を備えた有機ＥＬ素子が開示されている。この特許文献２に開示された有機ＥＬ素子は、具体的には、陽極層と有機発光層との間、あるいは陰極層と有機発光層との間に、窒化アルミニウムや窒化タンタル等から成る絶縁性薄膜層を備えた構成を採用している。
【０００７】
また、下記特許文献３には、ｍ−ＭＴＤＡＴＡやテトラアリールジアミン誘導体等を使用することのない低コストの有機ＥＬ素子を提供することを目的として、電極と有機発光層との間に、ＮｉＯにＩｎ2Ｏ3，ＺｎＯ，ＳｎＯ2又はＢ，Ｐ，Ｃ，Ｎ，Ｏの少なくとも一つを添加した無機材料層、あるいはＮｉ1-x Ｏ（０．０５≦ｘ≦０．５）より成る無機材料層を形成した有機ＥＬ素子が開示されている。
【０００８】
また、下記特許文献４には、ＩＴＯ表面をフッ素化して仕事関数６．２ｅＶのＩＴＯが得られている。
【０００９】
【特許文献１】
特許２８２４４１１号公報
【特許文献２】
特開平８−２８８０６９号公報
【特許文献３】
特開平９−２６００６３号公報
【特許文献４】
特開２０００−２７７２５６号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示された有機ＥＬ素子は、ＲｕＯｘ、ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５等の金属酸化物材料を使用しても、正孔の移動性や耐久性がいまだ不充分であると考えられる。また、ＲｕＯx 、ＭｏＯ3 、Ｖ2Ｏ5等の金属酸化物材料は、光吸収係数の値が２７０００ｃｍ-1以上と大きく、激しく着色していた。したがって、これらの金属酸化物材料から成る陽極層は、可視光域における光透過率（％）が、例えばＩＴＯの約１／９〜１／５というように極端に低く、そのため発光効率が低かったり、外部に取り出せる光量が少ないという問題が見られた。また、これらの金属酸化物材料から成る薄膜とＩＴＯとを積層した２層構造の陽極であっても、光透過率（％）はＩＴＯの約１／２程度であり、依然値が低くて、実用に供する値でないという問題の存在が確認できた。また、この２層構造の陽極層を構成する場合、ＩＴＯや金属酸化物薄膜の厚さを所定範囲内の値にそれぞれ制限しなければならず、製造上の制約が大きいという問題も見られる。
【００１０】
また、仕事関数はＩＴＯより大きくすることができるが、その抵抗値はＩＴＯと同等か若しくは大きくなり、実用上問題があった。
【００１１】
また、上記特許文献２に開示された有機ＥＬ素子は、絶縁性薄膜層に窒化アルミニウムや窒化タンタル等を使用しているため、この部分（絶縁性薄膜層）で電圧のロス（電圧降下）があり、結果として駆動電圧が高くなりやすいという問題が見られた。
【００１２】
また、上記特許文献４に開示された方法では、ＩＴＯ表面をフッ素化しており、仕事関数は６．２ｅＶまで向上する。しかし、仕事関数は向上するが、その一方においてＩＴＯの表面が絶縁膜化してしまう。その結果、仕事関数向上の効果が得られにくいという問題がある。
【００１３】
上記問題について、本願発明者らが鋭意検討したところ、有機ＥＬ素子の電極層に特定の金属酸化物とＡｇ等を主成分とする多層膜を組み合わせて使用することにより、透明性や耐久性に優れ、しかも、低電圧（例えば、直流５Ｖ以下）の印加であっても優れた発光輝度が得られることを見出した。具体的には、上記構成を採用することによって、透明性や耐久性に優れ、しかも、低電圧（例えば、直流５Ｖ以下）の印加であっても優れた発光輝度が得られる有機ＥＬ素子が構成できることが見いだされた。
【００１４】
すなわち、本発明は、特定の金属酸化物層とＡｇ等を主成分とする薄膜層の組み合わせから成る電極層を備えたことにより、表面抵抗が著しく小さく、透明性や耐久性に優れるとともに、低い駆動電圧を印加した場合でも高い発光輝度が得られる有機ＥＬ素子およびそのような有機ＥＬ素子が効率的に得られる有機ＥＬ素子用の電極基板およびそのような有機ＥＬ素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本願発明は、以下のような手段を採用する。
【００１６】
１．まず、本発明は、有機電界発光層を駆動する電極と、基材と、を備えた有機電界発光素子用電極基板において、前記電極が、５．６ｅＶを超える仕事関数を有する金属酸化物の陽極薄膜層、および、金属細線から成る積層体であることを特徴とする。
【００１７】
ここで、仕事関数が５．６ｅＶ以上であるとしたのは、この条件を満たさない場合には、低電圧化、発光輝度向上、耐久性の向上等の効果が小さい場合があるからである。
【００１８】
また、金属細線がないと、陽極の電極抵抗が大きくなり、仕事関数が大きくなり発光輝度の向上などの効果が薄れる場合があるからである。
【００１９】
２．次に、本発明は、上記金属酸化物の陽極薄膜層の仕事関数が５．８ｅＶ以上の金属酸化物の陽極薄膜層であることを特徴とする。
【００２０】
上述したように、仕事関数が５．６ｅＶ以上である必要があるが、より好ましくは５．８ｅＶ以上である。なお、この値は、ＵＶ洗浄後、空気中、理化学技研製ＡＣ−１で測定した値である。
【００２１】
３．次に、本件発明は、前記金属酸化物の陽極薄膜層が、酸化インジウムを主成分とし、加えて酸化亜鉛および／又は酸化スズを主成分とし、さらに、ランタノイド系金属酸化物を含有することを特徴とする。
【００２２】
ランタノイド系元素の添加により、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズを主成分とする金属酸化物の薄膜層の仕事関数を有効に５．６ｅＶ以上にすることができる。
【００２３】
上記主成分として示した金属以外では、仕事関数を有効に５．６ｅＶ以上にするために、ランダノイド系元素の添加量を増やさなければならない。しかし、添加量を増やすと抵抗値が増大し、透過率が低下し、エッチング特性が低下する場合がある。
【００２４】
４．次に、本件発明は、上記ランタノイド系金属酸化物が、酸化セリウム、酸化プラセオジウム、酸化ネオジウム、酸化サマリウム、酸化テルビウムから選択した１又は２以上の金属酸化物であることを特徴とする。
【００２５】
例えば、酸化インジウム＋酸化亜鉛を主成分とする場合には、 Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．５〜０．９８原子％とすることが好ましい。
【００２６】
上記Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）の値は、好ましくは０．７〜０．９５、より好ましくは０．８〜０．９の比率にする。この値が０．５未満では、金属酸化物膜の導電性が低下する場合があり、その一方、０．９８を超えるとエッチング特性が劣る場合があるからである。
【００２７】
また、例えば、酸化インジウム＋酸化スズを主成分とする場合にはＩｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ）＝０．７〜０．９８原子％とすることが望ましい。
【００２８】
上記Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ）の値は、好ましくは０．８〜０．９５、より好ましくは０．８５〜０．９５の比率にする。この値が０．７未満又は０．９８を超える場合では、金属酸化物の薄膜層の導電性が低下する場合があるからである。
【００２９】
また、例えば、酸化インジウム＋酸化スズ＋酸化亜鉛を主成分とする場合には、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｚｎ）＝０．５〜０．９８原子％とすることが望ましい。
【００３０】
上記Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｚｎ）の値は、好ましくは０．７〜０．９５、より好ましくは０．８〜０．９５の比率にする。この値が０．５未満では、金属酸化物膜の導電性が低下する場合があり、０．９８を超えるとエッチング特性が劣る場合があるからである。
【００３１】
また、ランタノイド系金属酸化物の添加量は全金属原子に対して０．１から２０原子％未満、好ましくは、１から１０原子％未満、より好ましくは、１〜５原子％未満であることが望ましい。この値が０．１原子％未満では、添加効果が出ず仕事関数が５．６ｅＶ以上にならない場合があり、２０原子％以上では、薄膜が高抵抗化して導電性が低下するおそれがあるからである。
【００３２】
また、薄膜層の厚みは１０〜５００ｎｍであり、好ましくは３０〜３００ｎｍ、より好ましくは３０〜２００ｎｍが望ましい。この値が、１０ｎｍ以下では、薄膜層の機械的な強度に問題が発生する場合があり、５００ｎｍ以上では、エッチング特性に問題が生じたり、成膜時間が長くなってしまう場合もあるからである。
【００３３】
また、成膜時の酸素分圧は、０〜５％に設定するのが良い。好ましくは、０〜２％、より好ましくは０〜１％にする。この値が、５％以上では、抵抗が高くなる場合があるからである。
【００３４】
また、陽極層の結晶性は、非晶質が望ましい。陽極層の結晶性が非晶質であれば、エッチング時の端面（エッチング面）の残渣が解消され、また、電極がテーパー状になり、対向電極の断線等のトラブルが解消できるからである。
【００３５】
５．本発明は、上記有機電界発光素子用基板において、金属細線がＡｇ、Ａｌ、Ｃｕのいずれかを主成分とすることを特徴とする。
【００３６】
６．本発明は、上記有機電界発光素子用基板において、金属細線が仕事関数５．０以上の金属を添加してあることを特徴とする。
【００３７】
７．本発明は、上記有機電界発光素子用基板において、仕事関数が５．０ｅＶ以上の金属が、Ａｕ、Ｉｒ，Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔから選択された１種又は２種以上の金属を含むことを特徴とする。
仕事関数が５．０以上の金属を添加することにより、金属細線の安定性が増す。添加量としては、０．０１から５ｗｔ％以下、好ましくは０．１〜２ｗｔ％より好ましくは０．５〜２ｗｔ％である。この値が、０．０１未満では、添加の効果が小さく、５ｗｔ％超の添加ではＡｇ薄膜層等の導電性を低下させてしまう場合や高価になる場合があるからである。
【００３８】
また、第三成分として、安定性や抵抗値に影響しない範囲で別の金属を添加しても良い。
【００３９】
上記金属細線の厚みは、１０〜５００ｎｍ、好ましくは２０〜４００ｎｍが望ましい。この値が、１０ｎｍ未満では、陽極の抵抗値が下がらない問題が生じる場合があり、５００ｎｍ超では、電極の段差が大きくなり、リーク電流が発生してしまう可能性があるからである。
【００４０】
上記金属細線の幅（短辺方向）は、陽極薄膜層の幅（短辺方向）より短くしなければならない。金属細線の幅（短辺方向）は、陽極薄膜層の幅の２〜４０％、好ましくは３〜３０％、より好ましくは、４〜２５％である。
８．本発明は、上記有機電界発光素子用電極基板が、上記金属酸化物の陽極薄膜層上に保護膜を有することを特徴とする。保護膜を設ければ金属細線の耐久性が向上するからである。
【００４１】
上記保護層は、金属細線のエッチング液によりエッチングできる材料であり、導電性を有することが望まれる。このような材質としては、酸化インジウム−酸化亜鉛から成る非晶質の透明導電膜が好適に使用できる。その場合のインジウムの比率は、Ｉｎ/（Ｉｎ+Ｚｎ）＝０．２〜０．９８が使用でき、好ましくは０．５〜０．９５、より好ましくは０．７〜０．９である。
【００４２】
９．本発明は、有機電界発光素子用電極基板の製造方法において、前記基材に金属酸化物の陽極薄膜層を積層し、次に、金属細線から成る金属薄膜層を積層するステップと、燐酸、硝酸、酢酸の混酸により前記金属薄膜層をエッチングするステップと、前記エッチングの後、さらに蓚酸によりエッチングして前記陽極薄膜層をパターニングするステップと、を含むことを特徴とする。
【００４３】
１０．また、本発明は、有機電界発光素子用電極基板の製造方法において、前記基材が、ガラス基板であることを特徴とする。
【００４４】
ここで、上記陽極薄膜層は蓚酸を含むエッチング液によりエッチング可能である。蓚酸濃度は、１〜２０ｗｔ％の水溶液、好ましくは２〜１０ｗｔ％水溶液、より好ましくは２〜５ｗｔ％が好ましい。１ｗｔ％以下では、十分なエッチング速度が得られず、２０ｗｔ％以上では、蓚酸の結晶が析出する場合があるからである。また、金属を腐蝕するおそれのない酸を添加することもできる。
【００４５】
金属をエッチングする酸は、陽極薄膜層にダメージを与えない酸なら特に制限なくどのような酸でも使用できるが、燐酸、硝酸、酢酸の混酸がより有用に使用できる。それぞれの酸の配合比率は、特に制限はない。しかし、もちろん金属薄膜の十分なエッチング速度が得られ、陽極薄膜層にダメージを与えない配合にすることが好ましい。また、濃度に関しても、特別の制限はない。しかし、金属薄膜の十分なエッチング速度が得られ、陽極薄膜層にダメージを与えない濃度とすることが好ましい。したがって必要に応じて水で希釈することも望ましい。
【００４６】
１１．有機電界発光層を駆動する電極と、基材と、を備えた有機電界発光素子用電極基板であって、前記電極が、５．６ｅＶを超える仕事関数を有する金属酸化物の陽極薄膜層、および、金属細線から成る積層体である有機電界発光素子用電極基板を用いた有機ＥＬ発光装置において、前記有機電界発光層と、前記電極と対抗する陰極層と、を含むことを特徴とする。
【００４７】
ここで、有機ＥＬ発光装置は、上記有機電界発光素子用電極基板と同様の作用効果を奏する。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００４９】
【実施例１】
（１）有機ＥＬ素子用基板の製造準備（ターゲットの作成）
まず、酸化インジウムと、酸化スズと、酸化セリウムとの粉末（平均粒子径１μｍ以下）を、インジウムのモル比（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ））が０．９であり、スズのモル比（Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ））が０．１であり、かつ、金属全体におけるセリウムのモル比（Ｃｅ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｃｅ））が０．０５になるように、湿式ボールミル容器内に収容し、７２時間にわたって混合粉砕する。
【００５０】
次いで、得られた粉砕物を造粒してから、直径４インチ、厚さ５ｍｍの寸法にプレス成形した。これを焼成炉に収容した後、１４００℃の温度で、３６時間加熱焼成し、金属酸化物の薄膜層用のターゲット１とした。
【００５１】
また、酸化インジウムと酸化亜鉛との粉末（平均粒子径１μｍ以下）を、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）のモル比が０．１５になるように、湿式ボールミル容器内に収容し、７２時間にわたって混合粉砕した。
次いで、得られた粉砕物を造粒してから、直径４インチ、厚さ５ｍｍの寸法にプレス成形した。これを焼成炉に収容した後、１４００℃の温度で、３６時間加熱焼成し、陽極層用のＩＺＯターゲットとした。
【００５２】
次に、ＡｇにＣｕを０．７ｗｔ％、Ａｕを０．８wt％添加した金属ターゲットを作成し、これをＡｇターゲットと呼ぶ。
【００５３】
また、ＣｕにＮｉを１．７ｗｔ％、Ｃｏを１．３ｗｔ％添加した金属ターゲットを作成し、これをＣｕターゲット１６と呼ぶ。また、純Ａｌ金属ターゲットをＡｌターゲットと呼ぶ。
【００５４】
（２）有機ＥＬ素子用基板の製造
次に、有機ＥＬ素子用基板の製造について説明する。この様子が図１に示されている。
【００５５】
高周波スパッタリング装置にて、真空槽内に厚さ１．１ｍｍ、縦２５ｍｍ、横７５ｍｍの透明なガラス基板１０および、作成したターゲット１、ＩＺＯターゲットおよびＡｌターゲットを配置し、高周波スパッタリング装置を稼働して、到達真空度５×１０−４Ｐａまで減圧した状態で、アルゴンガスのみを封入する。図１（１）はガラス基板を示しており、請求の範囲における「基材」の一例に相当する。
【００５６】
当該雰囲気中において、真空度を３×１０−１Ｐａ、基板温度を室温、投入電力を１００Ｗ、成膜時間を１４分の条件で、スパッタリングし、ターゲット１を用いて厚さ１１０ｎｍの金属酸化物の薄膜層１２をアルゴンガス中で形成した。この様子が図１（２）に示されている。
【００５７】
次に、引き続いてＡｌターゲットを用いて厚さ１２０ｎｍのＡｌ薄膜１４をアルゴンガス中で形成した。この様子が図１（３）に示されている。
【００５８】
さらに、ＩＺＯターゲットを用いて酸素ガスを混入したアルゴンガス中で厚み２０ｎｍのＩＺＯ薄膜１６を形成した。この様子が図１（４）、図２に示されている。
【００５９】
なお、上記Ａｌ薄膜１４上に、保護膜であるＩＺＯ薄膜１６を設けることは必須ではないが、設けた方が好ましい。
【００６０】
続いて、硝酸―燐酸―酢酸水溶液にて、ＩＺＯ薄膜／Ａｌ薄膜をエッチングして、２０μｍ幅のＩＺＯ／Ａｌ細線１８を形成した。この様子が図１（５）に示されている。
【００６１】
その後、この基板のターゲット１で成膜した金属酸化物の薄膜層をＩＺＯ／Ａｌ細線１８がターゲット１で作成した薄膜電極のサイドに１本含まれる配置となるようなパターンとするべく、蓚酸水溶液にてエッチングした。このようにパターニングを行って作成した電極をパターニング電極と呼ぶ。この様子が図１（６）に示されている。
【００６２】
なお、ターゲット１で成膜した金属酸化物の薄膜層２０の幅は９０μｍにするのが好ましい。また、上記エッチングして得られたＡｌ細線１４は金属細線の一例に相当する。さらに、ＩＺＯ／Ａｌ細線１８は金属細線上に保護膜を設けた一例に相当する。
【００６３】
この基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、さらに、Ｎ２（窒素ガス）雰囲気中で乾燥させた後、ＵＶ（紫外線）およびオゾンを用いて１０分間洗浄した。
【００６４】
（３）測定結果
上記パターニング電極（電極幅：９０μｍ、電極長さ：１００ｍｍ）の抵抗を２端針法で測定したところ２．５ｋΩであった。また、ターゲット１からのみ成膜した金属酸化物の薄膜層１２の比抵抗は、３×１０Ｅ−３Ωｃｍであった。また、パターニング電極の光透過率（波長５５０ｎｍ）を測定したところ、８９％であった。基板のＵＶ洗浄後における陽極層１２の仕事関数の値をＡＣ−１（理研計器社製）を用いて測定したところ、６．０６ｅＶであった。
【００６５】
なお、測定結果については、表１中に示されている。
【００６６】
（４）有機ＥＬ素子の形成
真空蒸着装置における真空槽の基板ホルダに上記「基板」を装着し、次いで、真空槽内を、１×１０−６Ｔｏｒｒ以下の真空度になるまで減圧した後、基板２４の陽極層１２に、正孔輸送層２６、有機発光層２８、電子注入層３０および陰極層３２を順次積層して有機ＥＬ素子３４を得た。この様子が図３に示されている。
【００６７】
なお、このとき、有機発光層２８の形成から陰極層３２の形成までの間は、一度も真空状態を破ることなく、同一真空条件であった。
【００６８】
ここで、有機ＥＬ素子３４は請求の範囲の有機電界発光素子に相当する。
【００６９】
まず正孔輸送材料としてＴＢＤＢを６０ｎｍ真空蒸着した。次に有機発光層２８としてＤＰＶＤＰＡＮとＤ１を真空下で４０ｎｍ共蒸着した。この時のＤＰＶＤＰＡＮの蒸着速度は４０ｎｍ／ｓであり、Ｄ１の蒸着速度は１ｎｍ／ｓであった。
【００７０】
次に、電子注入層３０としてＡｌｑを２０ｎｍ真空蒸着した。最後に、ＡｌおよびＬｉを真空蒸着し、電子注入層３０上に陰極層３２を形成し、有機ＥＬ素子３４を作成した。
【００７１】
この時のＡｌの蒸着速度は１ｎｍ／ｓであり、Ｌｉの蒸着速度は０．０１ｎｍ／ｓであり、Ａｌ／Ｌｉの膜厚は２００ｎｍであった。
【００７２】
なお、これらについては、表１中に示されている。また、ＴＢＤＢや、ＤＰＶＤＰＡＮ、Ｄ１、Ａｌｑの化学式が図４に示されている。
【００７３】
（５）製造した有機ＥＬ素子の評価
得られた有機ＥＬ素子３４における陰極層３２をマイナス（−）電極、陽極層１２をプラス（＋）電極として、両電極間に４．４Ｖの直流電圧を印加した。
【００７４】
このときの電流密度は２．０ｍＡ／ｃｍ2であり、発光輝度は１６１ｎｉｔ（ｃｄ／ｍ2）であった。また、発光色は青色であたることを確認した。
【００７５】
さらに、耐久性評価として、１０ｍＡ／ｃｍ2で定電流駆動したところ、１０００時間以上経過後にも、特にリーク電流の発生は見られなかった。
【００７６】
なお、実施例１の結果が表１中に示されている。
【００７７】
【表１】
実施例１におけるターゲット１の代わりに、以下に示すターゲット２を用いた。ターゲット２を用いたほかは、実施例１と同様に、有機ＥＬ素子３４を作成した。
【００７８】
ターゲット２は酸化インジウムと、酸化スズと、酸化セリウムとから組成されている。また、インジウムのモル比（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ））は０．９であり、スズのモル比（Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ））は０．１であり、かつ、金属全体におけるセリウムのモル比（Ｃｅ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｃｅ））は０．０３である。
【００７９】
なお、陽極層の仕事関数の値は、５．８５ｅＶであった。また、電極抵抗は、２．４ｋΩであった。
【００８０】
上記手段により得られた有機ＥＬ素子３４に実施例１と同様に、電極間に４．３Ｖの直流電圧を印加したところ、電流密度の値は２．０ｍＡ／ｃｍ2であり、発光輝度は１６４ｎｉｔであった。また、発光色は青色であることを確認した。
【００８１】
さらに、耐久性評価として、１０ｍＡ／ｃｍ2で定電流駆動したところ、１０００時間以上経過後にも、特にリーク電流の発生は見られなかった。
【００８２】
なお、実施例２の結果も表１中に示されている。
【００８３】
【実施例３】
実施例２におけるＩＺＯターゲットによる保護膜を使用しないほかは、実施例２と同様に、有機ＥＬ素子３４を作成した。
【００８４】
なお、陽極層の仕事関数の値は、５．８５ｅＶであった。また、電極抵抗は、２．４ｋΩであった。
【００８５】
電極間に４．４Ｖの直流電圧を印加したところ、電流密度の値は２．０ｍＡ／ｃｍ2であり、発光輝度は１６３ｎｉｔであった。また、発光色は青色であることを確認した。さらに、耐久性評価として、１０ｍＡ／ｃｍ2で定電流駆動したところ、１０００時間以上経過後にも、特にリーク電流の発生は見られなかった。
【００８６】
なお、実施例３の結果も表１中に示されている。
【００８７】
【実施例４】
実施例１におけるターゲット１の代わりに、以下に示すターゲット４を用いた。また、金属ターゲットとしてはＡｌターゲットの代わりに、Ａｇターゲットを用いた。なお、ＩＺＯ保護膜１６は使用していない。そのほかは、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子３４を作成した。
【００８８】
ターゲット４は、酸化インジウムと、酸化スズと、酸化サマリウムとから組成されている。また、インジウムのモル比（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ））は０．９であり、スズ（Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ））のモル比は０．１であり、かつ、金属全体におけるサマリウムのモル比（Ｓｍ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｍ））は０．０３である。
【００８９】
なお、陽極層１２の仕事関数の値は、５．９０ｅＶであった。また、電極抵抗は、２．４ｋΩであった。
【００９０】
上記手段により得られた有機ＥＬ素子３４に実施例１と同様に、電極間に４．４Ｖの直流電圧を印加したところ、電流密度の値は２．０ｍＡ／ｃｍ2であり、発光輝度は１５６ｎｉｔであった。また、発光色は青色であることを確認した。
【００９１】
さらに、耐久性評価として、１０ｍＡ／ｃｍ2で定電流駆動したところ、１０００時間以上経過後にも、特にリーク電流の発生は見られなかった。
【００９２】
なお、実施例４の結果も表１中に示されている。
【００９３】
【実施例５】
実施例１におけるターゲット１の代わりに、ターゲット５を用いた。また、金属ターゲットとしてはＡｌターゲットの代わりに、Ａｇターゲットを用いた。そのほかは、実施例１と同様の条件で、有機ＥＬ素子３４を作成した。
【００９４】
ターゲット５は、酸化インジウムと、酸化亜鉛と、酸化プラセオジウムとから組成されている。また、インジウムのモル比（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ））は０．９であり、スズのモル比（Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ））は０．１であり、かつ、金属全体におけるプラセオジウムのモル比（Ｐｒ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｐｒ））は０．０４である。
【００９５】
なお、陽極層１２の仕事関数の値は、５．８１ｅＶであった。また、電極抵抗は、２．５ｋΩであった。
【００９６】
得られた有機ＥＬ素子３４に実施例１と同様に、電極間に４．５Ｖの直流電圧を印加したところ、電流密度の値は２．０ｍＡ／ｃｍ2であり、発光輝度は１６１ｎｉｔであった。また、発光色は青色であることを確認した。さらに、耐久性評価として、１０ｍＡ／ｃｍ2で定電流駆動したところ、１０００時間以上経過後にも、特にリーク電流の発生は見られなかった。
【００９７】
なお、実施例５の結果は表２中に示されている。
【００９８】
【表２】
実施例１におけるターゲット１の代わりに、ターゲット６を用いた。また、金属ターゲットとしはＡｌターゲットの代わりに、Ｃｕターゲットを用いた。そのほかは、実施例１と同様に、有機ＥＬ素子３４を作成した。
【００９９】
ターゲット６は酸化インジウムと、酸化スズと、酸化ネオジウムとから組成されている。また、インジウムのモル比（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ））は０．９であり、スズのモル比（Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ））は０．１であり、かつ、金属全体におけるネオジウムのモル比（Ｎｄ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Nｄ））は０．０６である。
【０１００】
なお、陽極層１２の仕事関数の値は、５．８０ｅＶであった。また、電極抵抗は、２．６ｋΩであった。
【０１０１】
得られた有機ＥＬ素子３４に実施例１と同様に、電極間に４．５Ｖの直流電圧を印加したところ、電流密度の値は２．０ｍＡ／ｃｍ2であり、発光輝度は１５８ｎｉｔであった。また、発光色は青色であることを確認した。さらに、耐久性評価として、１０ｍＡ／ｃｍ2で定電流駆動したところ、１０００時間以上経過後にも、特にリーク電流の発生は見られなかった。
【０１０２】
なお、実施例６の結果も表２中に示されている。
【０１０３】
【実施例７】
実施例１におけるターゲット１の代わりに、ターゲット７を用いた。また、金属ターゲットとしてはＡｌターゲットの代わりに、Ａｇターゲットを用いた。そのほかは、実施例１と同様に、有機ＥＬ素子３４を作成した。
【０１０４】
ターゲット７は、酸化インジウムと、酸化スズと、酸化テルビウムとから組成されている。インジウムのモル比（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ））は０．９であり、スズのモル比（Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ））は０．１であり、金属全体におけるテルビウムのモル比（Ｔｂ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｔｂ））は０．０６である。
【０１０５】
なお、陽極層１２の仕事関数の値は、５．９０ｅＶであった。また、電極抵抗は、２．５ｋΩであった。
【０１０６】
得られた有機ＥＬ素子３４に実施例１と同様に、電極間に４．６Ｖの直流電圧を印加したところ、電流密度の値は２．０ｍＡ／ｃｍ2であり、発光輝度は１６６ｎｉｔであった。また、発光色は青色であることを確認した。さらに、耐久性評価として、１０ｍＡ／ｃｍ2で定電流駆動したところ、１０００時間以上経過後にも、特にリーク電流の発生は見られなかった。
【０１０７】
なお、実施例７の結果も表２中に示されている。
【０１０８】
【比較例１】
実施例１におけるターゲット１の代わりに、ＩＴＯターゲットを用い、金属ターゲットにＡｇターゲットを用いたほかは、実施例１と同様に、有機ＥＬ素子を作成した。
【０１０９】
なお、陽極層１２の仕事関数の値は、５．２５ｅＶであった。得られた有機ＥＬ素子に実施例１と同様に、電極間に５．３Ｖの直流電圧を印加したところ、電流密度の値は２．０ｍＡ／ｃｍ2であり、発光輝度は１６２ｎｉｔであった。また、発光色は青色であることを確認した。
【０１１０】
なお、比較例１の結果も、表２中に示されている。
【０１１１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の有機電界発光層を駆動する電極が、５．６ｅＶを超える仕事関数を有する金属酸化物の陽極薄膜層、および、金属細線から成る積層体である有機発光素子用電極基板を用いたことを特徴とする有機ＥＬ素子によれば、特定の無機化合物から成る陽極層等を備えることにより、透明性や耐久性に優れ、駆動電圧が低くとも、高い発光輝度が得られる有機ＥＬ素子を提供することができるようになった。
【０１１２】
また、特定の無機化合物から成る陽極層等は、優れたエッチング特性を有していることも確認された。
【０１１３】
また、本発明の電極基板によれば、上記のような効果が得られる有機電界発光装置を製造することができる。
【０１１４】
また、本発明の製造方法によれば、上記のような効果が得られる有機電界発光装置を製造することができる。
【０１１５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における電極基板の製造過程の一連の断面図である。
【図２】本実施の形態における電極基板の断面図である。
【図３】本実施の形態における有機ＥＬ素子の断面図である。
【図４】各種物質の化学式を表した図である。
【符号の説明】
１０ ガラス基板
１２ 金属酸化物の陽極薄膜層
１４ 金属層
１６ 非晶質金属酸化物透明導電膜
１８ 金属細線
２０ 基板
２６ 正孔輸送層
２８ 有機発光層
３０ 電子注入層
３２ 陰極層
３４ 有機ＥＬ素子
Claims (12)
- 有機電界発光層を駆動する電極と、基材と、を備えた有機電界発光素子用電極基板において、
前記電極が、５．６ｅＶを超える仕事関数を有する金属酸化物の陽極薄膜層上に金属細線を積層して成る積層体であって、
前記金属酸化物の陽極薄膜層が、
酸化インジウムを主成分とし、
加えて酸化亜鉛および／又は酸化スズを主成分とし、さらに、
ランタノイド系金属酸化物を含有することを特徴とする有機電界発光素子用電極基板。 - 有機電界発光層を駆動する電極と、基材と、を備えた有機電界発光素子用電極基板において、
前記電極が、５．６ｅＶを超える仕事関数を有する金属酸化物の陽極薄膜層上に金属細線を積層して成る積層体であって、
前記金属酸化物の陽極薄膜層が、
酸化インジウムを主成分とし、
加えて酸化亜鉛および／又は酸化スズを主成分とし、さらに、
ランタノイド系金属酸化物を含有し、
前記ランタノイド系金属酸化物の添加量は、前記金属酸化物の陽極薄膜層を構成する全金属原子に対して０．１から２０原子％未満であることを特徴とする有機電界発光素子用電極基板。 - 前記金属酸化物の陽極薄膜層の仕事関数が５．８ｅＶ以上であることを特徴とする請求項１又は２の有機電界発光素子用電極基板。
- 前記ランタノイド系金属酸化物が、
酸化セリウム、酸化プラセオジウム、酸化ネオジウム、酸化サマリウム、酸化テルビウムから選択した１又は２以上の金属酸化物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機電界発光素子用電極基板。 - 前記金属細線がＡｇ、Ａｌ、Ｃｕのいずれか１種以上を主成分とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機電界発光素子用電極基板。
- 前記金属細線には仕事関数５．０ｅＶ以上の金属を添加してあることを特徴とする請求項５の有機電界発光素子用電極基板。
- 前記仕事関数が５．０ｅＶ以上の金属が、Ａｕ、Ｉｒ，Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔから選択された１種又は２種以上の金属であることを特徴とする請求項６の有機電界発光素子用電極基板。
- 前記有機電界発光素子用電極基板が、
前記電極上に保護層を有し、
前記保護層は、酸化インジウム及び酸化亜鉛からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機電界発光素子用電極基板。 - 請求項１〜８のいずれかに記載の有機電界発光素子用電極基板の製造方法において、
前記基材に金属酸化物の陽極薄膜層を積層し、次に、金属細線から成る金属薄膜層を積層するステップと、
燐酸、硝酸、酢酸の混酸により前記金属酸化物の陽極薄膜層を残しつつ、前記金属薄膜層をエッチングするステップと、
前記エッチングの後、さらに蓚酸によりエッチングして前記陽極薄膜層をパターニングするステップと、
を含むことを特徴とする有機電界発光装置用電極基板の製造方法。 - 請求項９に記載の有機電界発光素子用電極基板の製造方法において、
前記基材が、ガラス基板であることを特徴とする有機電界発光装置用電極基板の製造方法。 - 有機電界発光層を駆動する電極と、基材と、を備えた有機電界発光素子用電極基板であって、前記電極が、５．６ｅＶを超える仕事関数を有する金属酸化物の陽極薄膜層上に金属細線を積層して成る積層体である有機電界発光素子用電極基板を用いた有機ＥＬ発光装置において、
前記金属酸化物の陽極薄膜層が、
酸化インジウムを主成分とし、
加えて酸化亜鉛および／又は酸化スズを主成分とし、さらに、
ランタノイド系金属酸化物を含有し、
前記有機電界発光層と、
前記電極と対抗する陰極層と、
を含むことを特徴とする有機ＥＬ発光装置。 - 有機電界発光層を駆動する電極と、基材と、を備えた有機電界発光素子用電極基板であって、前記電極が、５．６ｅＶを超える仕事関数を有する金属酸化物の陽極薄膜層上に金属細線を積層して成る積層体である有機電界発光素子用電極基板を用いた有機ＥＬ発光装置において、
前記金属酸化物の陽極薄膜層が、
酸化インジウムを主成分とし、
加えて酸化亜鉛および／又は酸化スズを主成分とし、さらに、
ランタノイド系金属酸化物を含有し、
前記ランタノイド系金属酸化物の添加量は、前記金属酸化物の陽極薄膜層を構成する全金属原子に対して０．１から２０原子％未満であり、
前記有機電界発光層と、
前記電極と対抗する陰極層と、
を含むことを特徴とする有機ＥＬ発光装置。
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