JP4844014B2 - 有機el素子、表示装置、及び有機el素子の製造方法 - Google Patents
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表示装置を構成する有機EL素子は、基板上に、少なくとも有機発光材料からなる有機層と、この有機層を挟んで対向する第1電極(例えば下部電極)及び第2電極(例えば上部電極)とが積層形成された構造を有し、第1電極と第2電極との間に電圧がかけられることによって、有機層から所定の発光がなされる。
その後、必要に応じて、補助電極、保護膜ならびに封止部材等を形成して、所定の表示装置を得る。
これに対し、ボトムエミッション構造においては、前述したリーク電流を抑制するために、第1電極表面に高抵抗の緩衝層を設けた構造が提案されている(例えば特許文献1参照)。
第1層の抵抗率と第2層の抵抗率との差に比して、第2層の抵抗率と第3層の抵抗率との差が大とされたことから、例えば異物の付着によって第1電極上の有機層の形成が阻害され、第1電極と第2電極が短絡した場合にも、リーク電流及び滅点の発生を、抑制ないし低減することが可能となる。
以下、図面を参照して、本発明の一例としての実施の形態を説明する。
本発明に係る有機EL素子の実施の形態を、本発明に係る表示装置の実施の形態とともに説明する。
図1A及び図1Bは、それぞれ、本発明に係る表示装置の要部となる、本発明に係る有機EL素子の一例の斜視図、及び、一部を断面とする斜視図である。
本実施形態に係る有機EL素子2は、図1Bに示すように、例えばガラスによる基板3上に、配線4とゲート絶縁膜5及び半導体薄膜6とによるTFT(Thin Film Transistor)素子7が画素ごとに設けられ、このTFT素子7上に、チャネル保護膜8及び絶縁膜9を介して形成される配線10が設けられ、各配線10の間を埋めてTFT素子7の直上部を平坦化する平坦化絶縁膜11上に、基板側から順に第1層12a、第2層12b、第3層12cの3層が積層形成されてなる第1電極12が陽極として形成され、この第1電極12が、対応する配線10によってTFT素子7に電気的に連結された構成を有する。
すなわち、本実施形態に係る有機EL素子2は、TFT素子7によって第1電極12の駆動がなされるアクティブマトリクス型の構成とされる。
すなわち、本実施形態に係る有機EL素子2は、有機層14からの発光が、基板3側(第1電極12側)でなく第2電極15側から取り出されるトップエミッション型の構成とされる。
また、第1電極12を構成する第2層12bは、少なくとも有機層14からの発光の中心波長における反射率が60%以上の材料からなり、例えば銀(Ag)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)などの単体、またはこれらの少なくとも1つを含む合金や多層膜などによることができる。
本発明に係る有機EL素子の製造方法の第1の実施の形態を説明する。なお、本実施形態では、前述した有機EL素子の実施形態と重複する構成要素には同一の符号を付して、重複説明を省略する。
その後、TFT素子7及びチャネル保護膜8を覆う絶縁膜9を形成した後、この絶縁膜9上に、内部配線(図示せず)によってTFT素子7のドレインに連結された例えばアルミニウムによる配線10を、本実施形態では、最終的に形成する第1電極及び第2電極に対応して画素ごとに2つずつ、図2Aの概略断面図に示すように形成する。
なお、図示しないが、後述する第2電極と、この第2電極に対応して形成した配線10とのコンタクトを可能とするため、第2電極に対応する配線10上にも平坦化絶縁膜11の開口を形成し、後に形成する第1電極または他の導電性部材によって埋め込むことが好ましい。
なお、本実施形態においては、第1工程及び第3工程のDCスパッタリングで用いるターゲットとして540mm×730mm(面積0.3942m2)のサイズのものを用いた。このターゲットを用いた場合の、単位面積あたりにかかる成膜パワーを[表1]に示す。
続いて、例えばITOによる第3層12cを形成する第3工程を行う。具体的には、スパッタガスとしてArのみを用い、スパッタ圧力を0.5Pa、DC出力を1000Wとして、例えば50nm成膜することができる。
なお、第1層12aは、例えばAgによる第2層12bと基板との密着力を確保するための層である。この層は反射層となる第2層12bの下にあり、かつTFT素子7と第1電極12とを接続することを主たる目的として設けられる層であるため、後述するように、シート抵抗すなわち抵抗率が小さくなる条件で成膜する。第3層12cは仕事関数を調整して設けられ、この第3層12cが第2層12bと後に形成する有機層との間に介在することによって、最終的に有機層を挟んで対向する両電極が短絡した場合にも、リーク電流の発生が抑制される。
具体的には、蒸着源となる有機物として、例えば、正孔注入層には4,4´,4´´−トリス(3−メチルフェニルフェニルアミノ)トリフェニルアミン(MTDATA)、正孔輸送層にはビス(N−ナフチル)−N−フェニル ベンジジン(α−NPD)、発光層には8−キノリノールアルミニウム錯体(Alq3)を用いることができる。有機層14を構成するこれらの各層の材料は、それぞれ0.2gを抵抗加熱用のボートに充填し、真空蒸着装置の所定の電極に取り付け、真空槽を1.0×10−4Paまで減圧した後、各ボートに電圧を印加し、順次加熱して蒸着させる。
このようにして、第1電極12の第3層12cの表面に、正孔注入層のMTDATAを20nm蒸着後、正孔輸送層のα−NPDを30nm、発光層のAlq3を50nm蒸着する。
具体的には、マグネシウムと銀の合金(Mh:Ag)を用いた。マグネシウムは0.1g、銀は0.4gをボートに充填して、真空蒸着装置の所定の電極に取り付ける。真空層を、1.0×10−4まで減圧した後、ボートに電圧を印加し、加熱して蒸着させる。マグネシウムおよび銀を共蒸着により成膜速度の比を9:1として、膜厚を10nmとして形成した。
具体的には、有機層14を形成した真空槽とは別の真空槽に移した後、有機層14の形成に用いたものと同じマスクを通して、補助電極16を構成する透明導電膜を成膜する。成膜にはDCスパッタリングを用いる。本実施例では、透明導電膜として室温成膜で良好な導電性を示すIn−Zn−O系の透明導電膜を用いる。成膜条件は、スパッタガスとしてアルゴンと酸素の混合ガス(体積比Ar:O2=1000:5)、圧力0.3Pa、DC出力200Wとして、膜厚100nmを成膜した。なお、透明導電膜による補助電極16は、陰極となる第2電極15の抵抗を下げるために設置するものであり、必ずしも設けなくとも良い。
本発明に係る有機EL素子の製造方法の第2の実施の形態を説明する。なお、本実施形態では、前述の第1実施形態と同様の点については、重複説明を省略する。
本発明に係る有機EL素子の製造方法の第3の実施の形態を説明する。なお、本実施形態では、前述の第1実施形態と同様の点については、重複説明を省略する。
本発明に係る有機EL素子の製造方法の第4の実施の形態を説明する。なお、本実施形態では、前述の第1実施形態と同様の点については、重複説明を省略する。
本発明に係る有機EL素子の製造方法の第5の実施の形態を説明する。なお、本実施形態では、前述の第1実施形態と同様の点については、重複説明を省略する。
本発明に係る有機EL素子の製造方法の第6の実施の形態を説明する。なお、本実施形態では、前述の第1実施形態と同様の点については、重複説明を省略する。
本発明の実施例について説明する。
本実施例に係る有機EL素子の製造方法によって構成する有機EL素子の、第1電極の第1層及び第3層は、透明導電膜として例えばITOにより構成される。
このITOに代表される透明導電膜は、その形成手法であるスパッタにおける酸素濃度や成膜パワーを変化させることによって、膜中の格子欠陥数や薄膜の結晶性などの組成が変化し、その結果比抵抗(シート抵抗)すなわち抵抗率が変化する。
透明導電膜の抵抗率を変化させることは、成膜時のチャンバー内圧力や基板温度など他のパラメータを制御することによっても可能ではあるが、本発明者らは、第3層を形成する第3工程において、酸素濃度及び成膜パワーのうち一方の値を選定し、続いて第3層の抵抗値が第1層の抵抗値よりも高くなるように他方の値を選定し、第2層と有機層との間に、第1層に比して高抵抗の第3層を介在させることにより、第1電極と第2電極との短絡によるリーク電流の抑制が図られる構造を特に安定的に形成できることを見出したものである。
従来の有機EL素子の製造においては、抵抗率すなわちシート抵抗が最小値となる条件(例えば図中a)で成膜を行ってきたのに対し、本実施例に係る有機EL素子の製造においては、第2層と有機層との間に設けられる第3層を異なる条件(例えば図中b)で形成することにより、例えば図中aの条件で成膜された第1層に比して高抵抗の第3層を介在させることができる。
成膜パワー及び酸素濃度等の値は、後述するように、圧力などの他のパラメータや製造を行う装置構成等に依存している可能性はあるものの、従来の有機EL素子の製造におけるような、第1層のシート抵抗抑制及びプロセス安定性の優先のために、酸素濃度の変化に対するシート抵抗の変化が小さいパワーを選択し、その中でもシート抵抗が最小値をとる条件(例えば図中a)での成膜を行うことに比べ、本実施例に係る製造方法によれば、高い信頼性をもって安定的にリーク電流を抑制できると考えられる。
本実施例によれば、本発明に係る有機EL素子の製造において、例えば第1工程及び第3工程を、最終的に得る第1層及び第3層の抵抗率の変化が酸素濃度の変化に対して最大となる共通の成膜パワーで、酸素濃度を変化させて行うことにより、例えば第1層と第3層とを抵抗値が異なる同一材料によって構成でき、簡便かつ安定的に、リーク電流抑制に関して信頼性の高い有機EL素子を製造できると考えられる。
この測定では、(発光しない画素数/全ての画素数)で表される、滅点の出現率を評価した。従来の成膜条件(条件a)で作製したパネルが約7×10-5であるのに対し、前述の第1実施形態の成膜条件(条件b)で作製したパネルは約1×10-5、第2実施形態の成膜条件(条件c)で作製したパネルは約3×10-6となり、本発明に係る有機EL素子の製造方法による滅点抑制効果を確認することができた。
なお、前述の第3実施形態及び第5実施形態の成膜条件で製造した有機EL素子については第1実施形態と同等の、第4実施形態及び第6実施形態の成膜条件で製造した有機EL素子については第2実施形態と同等の滅点抑制効果が得られることが確認された。
図8は、本実施例に係る有機EL素子における、第3工程の酸素濃度と第3層の表面抵抗率との関係の測定結果の一例を示す模式図である。
この測定においては、成膜パワー400Wで、成膜時の圧力をパラメータとして製造における第3工程の条件検討を行い、製造した第3層の抵抗率を測定した。
抵抗率の上昇の程度に相違はあるものの、この成膜パワーで、酸素濃度を高くするほど抵抗率が上昇する傾向は、圧力が異なる場合にも共通していることがわかる。
この測定においては、成膜パワー850Wで、成膜時の圧力をパラメータとして製造における第3工程の条件検討を行い、製造した第3層の抵抗率を測定した。
成膜パワー850Wにおいても、酸素濃度を高くするほど抵抗率が低下する傾向は、圧力が異なる場合にも共通していることがわかる。
Claims (9)
- 基板上に、第1電極と、少なくとも有機発光材料からなる有機層と、第2電極とが積層形成され、
前記第1電極が、前記基板側の密着層となる第1層と、該第1層上に設けられ前記有機層からの発光の中心波長における反射率が60%以上の材料による第2層と、該第2層上に設けられ透明導電材料からなる第3層とを有し、
前記第3層の抵抗率が、前記第1層の抵抗率および前記第2層の抵抗率よりも高い
有機EL素子。 - 前記第2層の抵抗率は、前記第1層の抵抗率よりも低い
請求項1に記載の有機EL素子。 - 前記第1層と前記第3層とは、同一の金属酸化物を用いて構成されると共に、異なる成膜条件で成膜されたことにより抵抗率が異なる
請求項1または2に記載の有機EL素子。 - 前記第1電極は、前記第2層と前記第3層との間、または前記第3層と前記有機層との間に、当該第3層と同一の金属酸化物を用いて構成されると共に当該第3層とは異なる成膜条件で成膜されたことにより当該第3層よりも抵抗率が低い第4層を有する
請求項1〜3の何れかに記載の有機EL素子。 - 有機EL素子による表示装置であって、
前記有機EL素子は、
基板上に、第1電極と、少なくとも有機発光材料からなる有機層と、第2電極とが積層形成され、
前記第1電極が、前記基板側の密着層となる第1層と、該第1層上に設けられ前記有機層からの発光の中心波長における反射率が60%以上の材料による第2層と、該第2層上に設けられ透明導電材料からなる第3層とを有し、
前記第3層の抵抗率が、前記第1層の抵抗率および前記第2層の抵抗率よりも高い
表示装置。 - 基板上に、第1電極と、少なくとも有機発光材料からなる有機層と、第2電極とが積層形成された有機EL素子の製造方法であって、
前記第1電極を形成する際には、
前記基板側の密着層となる第1層を形成する第1工程と、
前記有機層からの発光の中心波長における反射率が60%以上の材料による第2層を形成する第2工程と、
前記第1層および前記第2層よりも高い抵抗率の透明導電材料からなる第3層を形成する第3工程とをこの順に行なう
有機EL素子の製造方法。 - 前記第1工程においては、金属酸化物を用いて構成される第1層を形成し、
前記第3工程において、酸素濃度及び成膜パワーのうち一方の値を選定し、続いて前記第3層の抵抗率が前記第1層の抵抗率よりも高くなるように他方の値を選定することにより、当該第1層と同一の金属酸化物を用いて構成されると共に抵抗率が異なる当該第3層を形成する
請求項6に記載の有機EL素子の製造方法。 - 前記第3工程を、酸素濃度0.9%以上かつ前記第1工程に比して低い成膜パワー、または酸素濃度0.7%以下かつ前記第1工程に比して高い成膜パワーで行う
請求項7に記載の有機EL素子の製造方法。 - 前記第1工程及び前記第3工程を、最終的に得る第1層及び第3層の抵抗率の変化が、酸素濃度の変化に対して最大となる共通の成膜パワーで、酸素濃度を変化させて行う
請求項7に記載の有機EL素子の製造方法。
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