JP4644757B2 - 有機ｅｌ素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は有機ＥＬ（ＯＥＬ）素子とその製造方法に関し、特に有機ＥＬ素子の安定性を改善することのできる陰極導電層や、有機ＥＬ素子の光取出し量（light outcoupling）を増加する技術に関する。

有機ＥＬ素子は自発光、広視野角、高応答速度、低駆動電圧、フルカラーなどの特徴を備え、現在すでに実用化されており、小型ディスプレイ・パネル、屋外スクリーン、パソコンおよびテレビのスクリーン等のようなカラー平面ディスプレイ素子に応用することができる。有機ＥＬ素子は、発光特性を備える有機層が２つの電極によって挟まれた構成をしている。２つの電極に直流電圧が印加されると、正孔が陽極から注入され、電子が陰極から注入される。印加電圧によって生じる電界によりキャリアが有機発光層の内部へと移動してキャリアの再結合が生じる。電子と正孔との再結合によって放出されるエネルギーの一部が発光分子を励起する。励起された発光分子がエネルギーを放出して基底状態に戻る時、ある一定の比率のエネルギーが光子の形となって放出される。これが有機ＥＬ素子の発光原理である。一般に知られた有機ＥＬ素子は図１に示すとおりである。

図１はよく知られた有機ＥＬ素子の断面概略図である。図１に示すように、有機ＥＬ素子１００は、ガラス等で形成される基板１０と、陰極層１８と、透明の酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等で形成される陽極層１２と、陰極層１８と陽極層１２の間に形成されている発光特性を備える有機機能層（ＥＭＬ）１６等を備えている。
有機ＥＬ素子１００の陰極１８は、通常、カルシウム、マグネシウム、マグネシウム銀合金のような低仕事関数の活性金属や酸化インジウムスズ、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などの透明な金属酸化物で形成される。有機機能層１６の屈折率ｎの値が約１．７であることから、陰極１８の上方にさらに屈折率ｎの高いキャップ層２２を蒸着し、界面における全反射現象を低減して光取出し量を増加させることが必要となる。

有機ＥＬ素子では、比較的安定性の高い陰極１８を得るために、酸化インジウムスズの透明電極を採用することが多いが、これはスパッタ蒸着によって形成しなければならず、スパッタ蒸着の過程において有機ＥＬ素子１００が損傷を受けやすいという問題がある。
従って、本発明の一つの目的は、透明陰極導電層の安定性を改善した有機ＥＬ素子の製造方法を提供することである。
本発明の他の一つの目的は、光取出し量を増加するとともに透明陰極導電層の安定性を改善した有機ＥＬ素子の製造方法を提供することである。

前記およびその他の目的に基づき、本発明が提供する製造方法で製造される有機ＥＬ素子は、少なくとも陽極層、有機機能層および陰極層を備える。有機機能層は陽極層上に位置し、同時蒸着陰極層は有機機能層上に位置する。同時蒸着陰極層は、金属層とＭＴｉＯ₃層（ここでＭＴｉＯ₃のＭは金属層の材料を表す）を備える。ＭＴｉＯ₃層は、低仕事関数の金属と酸化チタンとの同時蒸着によって生成される高屈折率の透明な金属酸化物である導電性物質で形成することができる。金属層は、低仕事関数の金属材料で形成することができ、例えば元素周期表２Ａ族の元素を採用することができる。
同時蒸着によって形成される金属のチタン酸化物は、その導電性により有機ＥＬ素子の陰極層として働くと共に、その透明で高屈折率の特性によりキャップ層として働くこともできる。
本発明の製造方法は、先ず基板を用意し、次いで基板上に陽極層を形成し、その後に陽極層上に有機機能層を蒸着し、次に有機機能層上に陰極層を形成する。

後述する本発明の好適な実施形態に述べるとおり、陰極層を形成する工程では、先ず元素周期表２Ａ族に含まれる金属元素Ｍの蒸着を実施して、当該金属元素Ｍからなる金属層を有機機能層上に形成し、次いで金属元素Ｍの蒸着を実施しつつ酸化チタンの蒸着を実施して、金属元素Ｍと酸化チタンとの同時蒸着を行うことにより、金属層上にＭＴｉＯ₃層を積層する。

本発明は同時蒸着法を用いて形成した透明導電層を陰極層とすることから、陰極層の屈折率ｎの値が高く、有機機能層から発せられた光が界面において全反射する現象を低減することができる。有機層に吸収される光量を減少することができ、光の取出し量が増加する。また、陰極金属層との密着が良好であると共に、陰極金属層を保護する効果がある。

以下、本発明を実施する好適な実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図２は、本実施形態の有機ＥＬ（ＯＥＬ）素子の製造手順を示すフローチャートである。図３は、図２に示すフローチャートによって製造される有機ＥＬ素子３００の断面概略図である。

図２を参照されたい。先ずステップ２００では基板３０を用意する。基板３０の材料は例えばガラスを採用することができ、または使用上適当なその他の基板材料を採用することもできる。
ステップ２０２では、基板３０上に陽極層３０２を形成する。陽極層３０２の材料には、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を採用することができ、または使用上適当なその他の金属を採用することもできる。

ステップ２０４では、陽極層３０２上に有機機能層３０６を形成する。陽極層３０２上に有機機能層３０６を形成する工程では、陽極層３０２上に先ず正孔輸送層（ＨＴＬ）３０４を形成し、陽極層３０２からの正孔の輸送が促されるようにする。次いで正孔輸送層３０４上に有機発光層３１０を形成し、有機発光層３１０上に電子輸送層（ＥＴＬ）３１４を形成して、陰極からの電子の輸送が促されるようにする。
また、陽極層３０２上に正孔輸送層３０４を形成する前に、陽極層３０２上に図示しない正孔注入層（ＨＩＬ）をさらに形成してもよい。それにより、印加電圧が低い時でも正孔を有機発光層３１０へ注入できるようになる。これに加えて、有機発光層３１０上に電子輸送層３１４を形成した後に、図示しない電子輸送層３１４上に電子注入層（ＥＩＬ）をさらに形成してもよい。それにより、陰極からの電子の注入を促すことができる。

ステップ２０６では、同時蒸着法によって、電子輸送層３１４上に同時蒸着層３１２を形成する。この同時蒸着工程では、先ず薄い金属層３１３ａを電子輸送層３１４上に蒸着して形成し、次いでこの金属と酸化チタン（ＴｉＯ）との同時蒸着を行い、金属層３１３ａ上に金属酸化物を蒸着する。それにより、金属層３１３ａとの界面結合が良好なＭＴｉＯ_３層３１３ｂを形成することができる。ここでＭＴｉＯ_３のＭは金属層３１３ａを形成している金属材料を表す。金属層３１３ａとＭＴｉＯ_３層３１３ｂにより、透明であり導電性を備える同時蒸着層３１２が構成される。この同時蒸着工程では、チャンバー圧力を１０^−４〜１０^−５Ｔｏｒｒの範囲内に制御するとよい。前述の正孔輸送層３０４、有機発光層３１０、正孔注入層、電子輸送層３１４、電子注入層等の各層は、いずれも熱蒸着によって形成することができることから、同時蒸着層３１２を形成する同時蒸着工程は、他の層の製造工程との互換性がよく、例えば同じ蒸着装置を共用することも可能である。有機ＥＬ素子を損傷させやすいスパッタ蒸着法を用いずに、有機ＥＬ素子の陰極層を形成することができる。

図３は本発明の好適な実施形態による有機ＥＬ素子の断面概略図である。図３を参照されたい。本実施形態の有機ＥＬ素子３００は、基板３０と、陽極層３０２と、有機機能層３０６と、同時蒸着層３１２等を備えている。有機ＥＬ素子３００における各層の配置は、陽極３０２は基板３０上に位置し、有機機能層３０６は陽極層３０２上に位置し、同時蒸着層３１２は有機機能層３０６上に位置する。このうち、有機機能層３０６は少なくとも有機発光層３１０を含み、また有機発光層３１０と陽極層３０２との間にはさらに正孔輸送層３０４を配置してもよく、有機発光層３１０と同時蒸着層３１２との間にはさらに電子輸送層３１４を配置してもよい。また、有機機能層３０６の中には、さらに正孔注入層（図示せず）を陽極層３０２と正孔輸送層３０４との間に配置することもできる。それにより、印加電圧が低い時でも正孔を有機発光層３１０へと移動させることができる。この他、有機機能層３０６の中には、さらに電子注入層（図示せず）を電子輸送層３１４と同時蒸着層３１２との間に配置してもよい。それにより、電子が有機発光層３１０へより移動しやすくなる。

引き続き図３を参照されたい。本実施形態の同時蒸着層３１２は、同時蒸着法によって形成された層であり、金属層３１３ａとＭＴｉＯ_３層３１３ｂから構成されている。同時蒸着層３１２は高屈折率ｎの透明導電層であり、例えば屈折率ｎの値は約１．７よりも大きい。同時蒸着層３１２において、金属層３１３ａは主に陰極として働く。また、ＭＴｉＯ_３層３１３ｂは補助的に陰極として働くと共に、キャップ層としても働く。ＭＴｉＯ_３層３１３ｂのＭは金属元素を示しており、金属層３１３ａと同一の材料とすることができる。例を挙げれば、金属層３１３ａには、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、マグネシウム等の低仕事関数の金属が好ましく、主として元素周期表２Ａ族の元素を採用することができる。その金属層３１３ａと同一の材料を用いて同時蒸着を行うことにより、ＭＴｉＯ_３層３１３ｂの材料にはチタン酸カルシウムＣａＴｉＯ_３、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ_３、チタン酸ストロンチウムＳｒＴｉＯ_３、チタン酸マグネシウムＭｇＴｉＯ_３等を採用することができる。例えばチタン酸カルシウムやチタン酸マグネシウム等のＭＴｉＯ_３層３１３ｂは屈折率ｎが約２．３〜２．４となり、界面全反射を低減するのに有利であって、光取出し量を増加することができる。本実施形態においては、金属層３１３ａの材料がカルシウムである場合を例にとるが、カルシウムとチタン酸カルシウムとの界面結合は良好であり、密着性が高く、しかもチタン酸カルシウムはカルシウムの金属層３１３ａを保護する効果を奏する。また、ＭＴｉＯ_３は導電特性を備えているので、有機ＥＬ素子３００の駆動電圧を低減することもできる。

本実施形態の有機ＥＬ素子の特徴は、同時蒸着法により透明導電層を形成することである。この透明導電層は高屈折率（ｎ）の特性を備えることから、有機ＥＬ素子のキャップ層としても働く。この透明導電層は導電性を有することから、低仕事関数の金属による陰極に対しその補助電極として働く。この透明導電層は安定した透明金属酸化物であることから、有機ＥＬ素子や、特にその陰極を水、酸素の浸食から保護する働きをする。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

一般に知られた有機ＥＬ素子の断面概略図である。 実施形態の有機ＥＬ素子の製造手順を示すフローチャートである。 実施形態の有機ＥＬ素子の断面概略図である。

符号の説明

１０、３０・・基板
１２、３０２・・陽極層
３１０・・有機発光層
１８・・陰極層
２２・・キャップ層
１００・・一般に知られた有機ＥＬ素子
３００・・実施形態の有機ＥＬ素子
３０４・・正孔輸送層
１６、３０６・・有機機能層
３１２・・同時蒸着層
３１３ａ・・金属層
３１３ｂ・・ＭＴｉＯ_３層
３１４・・電子輸送層

Claims (7)

1. 有機ＥＬ素子の製造方法であって、
   基板を用意する工程と、
   前記基板上に陽極層を形成する工程と、
   前記陽極層上に有機機能層を形成する工程と、
   前記有機機能層上に陰極層を形成する工程と、を備え、
   前記陰極層を形成する工程が、
   元素周期表２Ａ族に含まれる金属元素Ｍの蒸着を実施して、当該金属元素Ｍからなる金属層を前記有機機能層上に形成する工程と、
   前記金属元素Ｍの蒸着を実施しつつ酸化チタンの蒸着を実施して、前記金属元素Ｍと酸化チタンとの同時蒸着により前記金属層上にＭＴｉＯ ₃ 層を積層する工程と、を含む、有機ＥＬ素子の製造方法。
2. 前記金属層を構成する金属元素Ｍが、カルシウム、マグネシウム、バリウム、およびストロンチウムのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
3. 前記陰極層の屈折率ｎの値が、１．７よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
4. 前記有機機能層を形成する工程が、前記陽極層上に有機発光層を形成する工程を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
5. 前記有機機能層を形成する工程が、
   前記有機発光層を形成する工程以前に実施する前記陽極層上に正孔輸送層を形成する工程と、
   前記有機発光層を形成する工程以降に実施する前記有機発光層上に電子輸送層を形成する工程と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
6. 前記正孔輸送層を形成する工程以前に実施する前記陽極層上に正孔注入層を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
7. 前記電子輸送層を形成する工程以降に実施する前記電子輸送層上に電子注入層を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。

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