JP5611926B2

JP5611926B2 - 有機発光素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP5611926B2
Application number: JP2011263948A
Authority: JP
Inventors: 容鐸金; 元鍾金; 昌浩李; 鎭白崔; 鍾 ▲赤▼ 李; 尹衡趙; 炳 ▲徳▼ 李; 敏鎬呉; 昭玲李; 善英李; 英宇李
Original assignee: Samsung Display Co Ltd
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2007-04-23
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2028-01-31
Also published as: CN101295769A; TWI369919B; US20080258612A1; EP1986249A2; CN101295769B; JP2008270170A; KR100813854B1; JP2012043815A; EP1986249A3; TW200845811A

Description

本発明は、有機発光素子及びその製造方法に係り、より詳細には、透過率が高く、仕事関数の調節が容易なアノードを持つ有機発光素子及びその製造方法に関する。

一般的に有機発光素子は、相互対向したアノードとカソード、アノードとカソードとの間に設けられた発光層を含む中間層を備える。中間層に含まれた発光層は、アノードから注入された正孔とカソードから注入された電子とを利用して光を発生させ、発光層で発生した光は、アノードとカソードのうちいずれか一方を通じて外部に取出される。したがって、光が取出されるアノードまたはカソードは透過率の高いものが望ましい。

また、有機発光素子のアノードはカソードに比べて仕事関数の絶対値が高くなければならない。これは、アノードから正孔が円滑に中間層に供給されねばならず、カソードから電子が円滑に中間層に供給されねばならないためである。

このような理由で、従来の有機発光素子では透過率がある程度確保され、比較的高い仕事関数の絶対値を持つＩＴＯ（酸化インジウムスズ）をアノードとして使用することが一般的であった。このような一般的なＩＴＯの仕事関数の絶対値は、ＵＶ−Ｏ_３処理やＮ_２プラズマ処理を行うことによって、さらに高めるためことができる。

しかし、このような一般的なＩＴＯアノードは、透過率も４５％程度に過ぎず、仕事関数の調節も難しいので、透明電極としてのアノードの機能には限界があった。

特に、トップエミッション型有機発光素子の場合、カソードの方向に画像が形成されねばならないが、この場合、カソードとしては仕事関数の絶対値が小さく透過率の高い材料を使用せねばならない。しかし、仕事関数の絶対値が小さく、同時に透過率の高い材料を見出すのは困難なので、Ｍｇ−Ａｌのような仕事関数の絶対値が小さな金属を用いて半透過膜を形成した後、その導電性を補完するためにＩＴＯなどの既存透明電極を積層した構造を多く使用してきた。しかし、このような従来の光透過型カソードもその材質上の限界のために光透過率が顕著に落ちる。このように、トップエミッション型有機発光素子においては、前記のようなアノードとカソードとの仕事関数の差を保持しつつカソードの光透過率を高めることができるカソード用物質を見出すのは困難であった。

本発明は、前述したような問題点を解決するためのものであり、光透過率が高くて仕事関数の調節が容易であり、カソードの選択に対する自由度が高いアノードを備える有機発光素子及びその製造方法を提供するところに目的がある。

前記のような目的を達成するために、本発明は、第１金属酸化物に前記第１金属酸化物と異なる第２金属酸化物がドープされた第１層を備えるアノードと、前記アノードと対向したカソードと、前記アノードと前記カソードとの間に設けられた発光層を有する有機層と、を備える有機発光素子を提供する。

前記アノードは、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、酸化スズ、アンチモン酸化スズ、アンチモン酸化亜鉛、及び酸化アルミニウムからなるグループから選択された物質からなる第２層をさらに備える。

前記アノードは、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化ニッケル、酸化銅からなるグループ及びフラーレン、金属含有フラーレン系錯化合物、カーボンナノチューブ、カーボンファイバ、カーボンブラック、グラファイト、カルビン、ＭｇＣ６０、ＳｒＣ６０、ＣａＣ６０及びＣ６０からなるグループから選択された物質からなる第３層をさらに備える。

前記カソードは、Ａｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｉｒ、Ｃｒ、及びそれらの化合物からなるグループから選択された物質を含む。

前記アノードは、Ａｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｉｒ、Ｃｒ、及びそれらの化合物からなるグループから選択された物質からなる反射層をさらに備える。

前記アノードは、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、酸化スズ、アンチモン酸化スズ、アンチモン酸化亜鉛、及び酸化アルミニウムからなるグループから選択された物質からなる層をさらに備える。

前記アノードは、前記第１層と、Ａｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｉｒ、Ｃｒ、及びそれらの化合物からなるグループから選択された物質からなる反射層と、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、酸化スズ、アンチモン酸化スズ、アンチモン酸化亜鉛、及び酸化アルミニウムからなるグループから選択された物質からなる層と、が順次積層された構造である。

前記アノードは、前記第１層と、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、酸化スズ、アンチモン酸化スズ、アンチモン酸化亜鉛、及び酸化アルミニウムからなるグループから選択された物質からなる層と、Ａｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｉｒ、Ｃｒ、及びそれらの化合物からなるグループから選択された物質からなる反射層と、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、酸化スズ、アンチモン酸化スズ、アンチモン酸化亜鉛、及び酸化アルミニウムからなるグループから選択された物質からなる層と、が順次積層された構造である。

前記カソードは、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、酸化スズ、アンチモン酸化スズ、アンチモン酸化亜鉛、及び酸化アルミニウムからなるグループから選択された物質を含む。

前記第１金属酸化物は、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、酸化スズ、アンチモン酸化スズ、アンチモン酸化亜鉛、及び酸化アルミニウムからなるグループから選択された物質を含む。

前記第２金属酸化物は、酸化イッテルビウム、酸化ランタン、酸化イットリウム、酸化ベリリウム、酸化チタン、酸化シリコン、酸化ガリウム、酸化パラジウム、及び酸化サマリウムからなるグループから選択された物質を含む。

本発明の他の側面によると、アノードを形成する工程と、アノード上に発光層を有する中間層を形成する工程と、前記中間層上にカソードを形成する工程と、を含み、前記アノードを形成する工程は、チャンバ内にプラズマを形成させた状態で第１金属酸化物と前記第１金属酸化物と異なる第２金属酸化物とを蒸着して、前記第１金属酸化物に前記第２金属酸化物がドープされた第１層を形成する工程である有機発光素子の製造方法が提供される。

本発明によれば、アノードの仕事関数を調節することによって、優れた特性を持つアノードを提供でき、アノードの仕事関数を高めるための表面処理を施す必要がなくなるために、工程単純化をなしうる。

そして、アノードの仕事関数を調節することにより、正孔注入層は不要となるので、製造工程は安価で単純になり、生産性を向上させることができる。

また、カソード用物質の自由度が高くなって、多様な物質を用いることが容易になる。

本発明の第１の実施形態による有機発光素子を概略的に示す断面図である。本発明の第２の実施形態による有機発光素子を概略的に示す断面図である。本発明の第３の実施形態による有機発光素子を概略的に示す断面図である。本発明の第４の実施形態による有機発光素子を概略的に示す断面図である。本発明の第５の実施形態による有機発光素子を概略的に示す断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の第１−第５の実施形態を詳細に説明すれば、次の通りである。

図１は、本発明の第１の実施形態による有機発光素子を示す断面図である。

図１から分かるように、本発明の第１の実施形態による有機発光素子は、基板１上にアノード２、有機層３及びカソード４が順次積層された構造を持つ。

このような有機発光素子は、アノード２から正孔が、カソード４から電子が供給されて有機層３で発光される。有機層３で発光された光は、図１で矢印方向である基板１の方向に出射されて基板１の下方に画像が形成される。これを、以下では、ボトムエミッション型有機発光素子という。

前記基板１は、ガラス材またはプラスチック材から形成することができるが、この基板１には薄膜トランジスタとキャパシタから成る複数のピクセル回路が装着されていて、各ピクセルはアノード２に接続することができる。

前記基板１上に形成される前記アノード２は、外部電源に連結されて前記有機層３に正孔を提供するものであり、第１金属酸化物と第２金属酸化物とが前記基板１上に共蒸着されて備えられた第１層２１を備える。この第１層２１についてのさらに詳細な説明は後述する。

前記アノード２の上部には有機層３が備えられている。前記有機層３では、アノード２とカソード４とからそれぞれ供給された正孔及び電子が結合して発光する。

前記有機層３には少なくとも発光層３２が含まれ、この発光層３２とアノード２との間に第１中間層３１が、発光層３２とカソード４との間に第２中間層３３がそれぞれ設けられる。

前記第１中間層３１としては、正孔注入層、正孔輸送層などが備えられ、第２中間層３３としては、電子輸送層、電子注入層などが備えられる。しかし、前記第１中間層３１及び前記第２中間層３３の構造は必ずしもこれらに限定されるものではなく、必要に応じて前記層のうちいずれか１層のみ備えられることもあり、電子遮断層、正孔遮断層がそれぞれ第１中間層３１、及び第２中間層３３にさらに備えられうる。

発光層３２は、通常の発光層形成物質を使用できる。例えば、前記発光層をなす物質は、オキサジアゾールダイマー染料（Ｂｉｓ−ＤＡＰＯＸＰ））、スピロ化合物（Ｓｐｉｒｏ−ＤＰＶＢｉ、Ｓｐｉｒｏ−６Ｐ）、トリアリールアミン化合物、ビス（スチリル）アミン（ＤＰＶＢｉ、ＤＳＡ）、Ｆｌｒｐｉｃ、ＣｚＴＴ、アントラセン、ＴＰＢ、ＰＰＣＰ、ＤＳＴ、ＴＰＡ、ＯＸＤ−４、ＢＢＯＴ、ＡＺＭ−Ｚｎなど（以上、青色）、クマリン６、Ｃ５４５Ｔ、キナクリドン、Ｉｒ（ｐｐｙ）３など（以上、緑色）、ＤＣＭ１、ＤＣＭ２、Ｅｕ（テノイルトリフルオロアセトン）３（Ｅｕ（ＴＴＡ）３）、ブチル−６−（１，１，７，７−テトラメチルジュロリジル−９−エニル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＪＴＢ）など（以上、赤色）を使用できる。または、ポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）系高分子及びその誘導体、ポリフェニレン（ＰＰＰ）系高分子及びその誘導体、ポリチオフェン（ＰＴ）系高分子及びその誘導体、ポリフルオレン（ＰＦ）系高分子及びその誘導体及びポリスピロフルオレン（ＰＳＦ）系高分子及びその誘導体からなる群から選択された一つ以上でありうる。

前記正孔注入層をなす物質は特別に制限されず、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）またはスターバースト型アミン類であるＴＣＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ、ＨＩ４０６（出光社製の材料）、溶解性のある導電性高分子であるポリアニリン／ドデシルベンゼンスルホン酸（Ｐａｎｉ／ＤＢＳＡ）またはポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（４−スチレンスルホン酸塩）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン／カンフルスルホン酸（Ｐａｎｉ／ＣＳＡ）またはポリアニリン／ポリ（４−スチレンスルホン酸塩）（ＰＡＮＩ／ＰＳＳ）などを使用できる。

このうち、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは空気中１００〜１０００時間放置しても導電性に変化のない非常に安定した物質である。特に、前記正孔注入層をＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを用いて形成する場合、水またはアルコール溶媒にＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを溶解させ、これをスピンコーティングすることで形成できる。

前記正孔輸送層をなす物質は特に制限されないが、例えば、正孔輸送の役割を行うカルバゾール基及び／またはアリールアミン基を持つ化合物、フタロシアニン系化合物及びトリフェニレン誘導体からなる群から選択された一つ以上を含む物質からなりうる。より具体的には、前記正孔輸送層３１２は、１，３，５−トリカルバゾリルベンゼン、４，４’−ビスカルバゾリルビフェニル、ポリビニルカルバゾル、ｍ−ビスカルバゾリルフェニル、４，４’−ビスカルバゾリル−２，２’−ジメチルビフェニル、４，４’，４”−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン、１，３，５−トリ（２−カルバゾリルフェニル）ベンゼン、１，３，５−トリス（２−カルバゾリル−５−メトキシフェニル）ベンゼン、ビス（４−カルバゾリルフェニル）シラン、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１−ビフェニル］−４，４’ジアミン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（α−ＮＰＤ）、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（ＮＰＢ）、ＩＤＥ３２０（出光社製）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−ｃｏ−Ｎ−（４−ブチルフェニル）ジフェニルアミン）（ＴＦＢ）及びポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−ｃｏ−ビス−Ｎ，Ｎ−フェニル−１、４−フェニレンジアミン（ＰＦＢ）及びポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−ｃｏ−ビス−Ｎ，Ｎ−（４−ブチルフェニル）−ビス−Ｎ，Ｎ−フェニルベンジジン）（ＢＦＥ）からなる化合物のうち一つ以上からなりうるが、これらに限定されるものではない。

前記電子輸送層は、発光層３２の上に電子輸送物質を真空蒸着またはスピンコーティングして形成される。電子輸送物質は特に制限されず、Ａｌｑ３、ルブレン、キノリン系低分子及び高分子化合物、キノキサリン系低分子及び高分子化合物など、従来公知の電子輸送化合物から選択された少なくとも１種の化合物を含むことができる。さらに、前記電子輸送層は、少なくとも２つの異なる層を含む多層構造とすることができる
電子注入層は、電子輸送層の上に、真空蒸着法またはスピンコーティング法などを適用して形成できる。前記電子注入層形成材料としては、ＢａＦ_２、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＭｇＦ_２、ＡｌＦ_３、ＣａＦ_２、ＮａＣｌ、ＣｓＦ、Ｌｉ_２Ｏ、ＢａＯ、Ｌｉｑなどの物質を利用できるが、これらに限定されるものではない。

前記カソード４は、発光層３２で発光された光が反射され、前記アノード２に比べて仕事関数の絶対値が小さくて電子の注入が円滑になされるように、Ａｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｉｒ、Ｃｒ、及びそれらの化合物からなるグループから選択された物質から形成することができる。たとえば、カソード４はＡｌから形成することができる。

本発明の第１の実施形態において、前記アノード２に含まれる第１層２１は、前述したように、第１金属酸化物と第２金属酸化物とを含む。第１金属酸化物は、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、酸化スズ、アンチモン酸化スズ、アンチモン酸化亜鉛、及び酸化アルミニウムからなるグループから選択された物質を含み、前記第２金属酸化物は、酸化イッテルビウム（ＹｂＯ）、酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）、酸化パラジウム（ＰｄＯ）、及び酸化サマリウム（Ｓｍ_２Ｏ_３）からなるグループから選択された物質を含むことができる。

本発明の第１の実施形態によれば、前記第１金属酸化物としては酸化インジウム（ＩｎＯｘ）を、第２金属酸化物としては酸化イッテルビウム（ＹｂＯ）を使用できる。

前記第２金属酸化物は、仕事関数の絶対値が６．０以上に高くてほぼ絶縁体に近い。これに比べて前記第１金属酸化物は、仕事関数の絶対値が第２金属酸化物に比べて比較的低いので、導電性を有する。本発明の第１の実施形態による酸化インジウムの場合、熱蒸着の方法で仕事関数の絶対値が４．８〜５．０程度で光透過率が９０％以上である透明電極で形成できる。この時、酸化イッテルビウム（ＹｂＯ）を共蒸着することで数〜数十％のイッテルビウム（Ｙｂ）をドープさせることができるので、前記第１層２１の仕事関数の絶対値を５．１〜５．８まで高くすることができる。

具体的には、蒸着温度を低めるために蒸着されるチャンバ内にプラズマを形成させた状態で酸化インジウムを熱蒸着させる。チャンバ内にプラズマを形成させた状態で蒸着を行うことにより、蒸着温度を高めずに効果的に蒸着させることができる。このように、酸化インジウムの蒸着時にチャンバ内にプラズマを形成させた状態で熱蒸着を行わせる場合、基板１の温度上昇は低く、約１００℃までに留まる。また、チャンバ内にプラズマを形成させた状態で酸化インジウムの熱蒸着が行われれば、基板１の温度上昇程度を低めると同時に、形成される酸化インジウムのモビリティー特性を改善して抵抗を画期的に低めることができる。

一般的な熱蒸着工程の場合、温度を材料の融点や昇華点以上に高くして。しかし、一般的な熱蒸着工程によって形成された材料の反応性やモビリティーは、既存のスパッタや電子ビーム工程の場合に比べて低いので、一般的な熱蒸着工程は一般的な金属の蒸着工程にのみ使用され、薄膜の蒸着工程には利用されていない。特に透明電極の形成に用いられる物質に関しては、基板温度を２５０〜３００℃まで上昇させて抵抗や透過率特性を十分低くしなければならない。

しかし、本発明の第１の実施形態では、弱いプラズマがサーマルソースの周辺に形成されてチャンバー内で蒸着される金属材料をイオン化するので、電極として必要なモビリティー特性及び光透過率を得ることができた。

本発明の第１の実施形態のような酸化インジウムの場合、サーマルソースとしてはインジウム（Ｉｎ）金属または酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）のペレットまたはワイヤーを利用でき、酸素雰囲気中で酸化インジウム（ＩｎＯｘ）に成膜されるようにした。インジウム金属のイオン化のためのプラズマは、Ａｒガス及び／またはＯ_２ガスを通じて形成される。基板温度は常温から１００℃まで蒸着が高くすることができる。

このように酸化インジウム膜を製造する場合、光透過率が９０％以上の透明電極を得ることができ、製造された酸化インジウム膜は仕事関数の絶対値が４．８〜５．０程度になる。

本発明の第１の実施形態では、酸化インジウム膜を製造する時に、酸化イッテルビウム（ＹｂＯ）を共蒸着することによって、数〜数十％のイッテルビウム（Ｙｂ）を酸化インジウム膜にドープさせた。これにより、製造された第１層２１の仕事関数はその絶対値が５．１〜５．８まで高くなる。それだけでなく、酸化イッテルビウム（ＹｂＯ）を共蒸着する時に共蒸着される酸化イッテルビウム（ＹｂＯ）の量を調節すれば、所望の仕事関数値を得ることができ、同時に電極として使用するのに十分に低い抵抗値を持たせることができる。図１から分かるように、アノード２は第１層２１だけを含むことができる。この場合には、アノード２として機能する第１層２１の仕事関数の絶対値が高いために、カソード４の仕事関数値が通常のカソードの仕事関数値より高くても、有機発光素子を製造することができる。ボトムエミッション型構造の場合には、カソードの仕事関数値はあまり重要な因子ではない。一方、図１のようなボトムエミッション型構造では、標準的なＩＴＯ膜が約４５％程度の光透過率を有するのに対し、第１層２１は９０％に達する光透過率を示すので、優れた発光効率が得られる。それだけでなく、既存のボトムエミッション型構造でアノードとして使われたＩＴＯ膜に対して仕事関数の絶対値を高めるために行われたＵＶ−Ｏ_３処理やプラズマ処理は、前記第１層２１をアノード２として使用する場合、必要がなくなる。そして、前記第１層２１の仕事関数を調節することにより、第１中間層３１に正孔注入層を形成しなくてもよいので、単純な工程によって単純な構造の有機発光素子を得ることができる。

図２は、本発明の第２の実施形態による有機発光素子の断面図を示したものである。基板１上に第２層２２が形成され、その第２層２２上に第１層２１が形成され、この第１層２１及び第２層２２によりアノード２が構成される。図２による有機発光素子は、形成された画像が基板１のボトム部に表示されるボトムエミッション型構造である。その他の構成要素は前述した図１による第１の実施形態と同一であるので、以下では第１層２１及び第２層２２を詳細に説明する。

基板１上に形成される第２層２２は、既存のアノードと同じく酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、酸化スズ、アンチモン酸化スズ、アンチモン酸化亜鉛、及び酸化アルミニウムからなるグループから選択された物質から形成することができる。第２の実施形態ではＩＴＯから形成することができる。このような第２層２２の場合、仕事関数の絶対値が５．１〜５．４ｅＶ程度を示し、抵抗は、アノードとして使われるのに十分に低い約１０Ω／ｍ^２以下の表面抵抗値を持つ。

この第２層２２上にアノード補助電極として機能できる第１層２１が形成される。この第１層２１は、前述した第１の実施形態と同じく第１金属酸化物と第２金属酸化物とを含む。前記第１金属酸化物は、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、酸化スズ、アンチモン酸化スズ、アンチモン酸化亜鉛、及び酸化アルミニウムからなるグループから選択された物質を含み、前記第２金属酸化物は、酸化イッテルビウム（ＹｂＯ）、酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）、酸化パラジウム（ＰｄＯ）、及び酸化サマリウム（Ｓｍ_２Ｏ_３）からなるグループから選択された物質を含むことができる。本発明の第２の実施形態によれば、前記第１金属酸化物は酸化インジウム（ＩｎＯｘ）であり、第２金属酸化物は酸化イッテルビウム（ＹｂＯ）である。前記第１及び前記第２金属酸化物は、前記第１の実施形態と同様の方法で使用することができる。

この時、前述した第１の実施形態とは異なって、前記第１層２１がアノード補助電極として使われるので、抵抗を低くする必要はない。前記第１層２１は、仕事関数を調節するだけでアノード補助として十分に機能する。前記第１層２１の仕事関数を調節することにより、第１中間層３１に正孔注入層を形成する必要がなくなることもある。

この第２の実施形態の場合、第１層２１が前述したように優れた光透過率を有するために、第２層２２の厚さを調節することにより、発光効率を既存の場合に比べて向上させることができる。

図３は、本発明の第３の実施形態による断面図を示したものであり、基板１上に第１層２１が形成され、その第１層２１上に第３層２３が形成されて、この第１層２１及び第３層２３によりアノード２が構成される構造を示す。図３に示した有機発光素子は、基板１のボトム部に画像が形成されるボトムエミッション型構造を持つが、その他の構成要素は前述した図１の場合と同一であるので、以下では特に説明しない。

図３による第３の実施形態において、前記第１層２１は、図１による第１の実施形態と同じく電極として機能できるように抵抗を低く調節したものである。そして、第３層２３は、アノード補助電極として機能するものであり、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化ニッケル、酸化銅からなるグループ及びフラーレン、金属含有フラーレン系錯化合物、カーボンナノチューブ、カーボンファイバ、カーボンブラック、グラファイト、カルビン、ＭｇＣ６０、ＳｒＣ６０、ＣａＣ６０及びＣ６０からなるグループから選択された物質からなりうる。この場合、第１層２１は、前述したように、イッテルビウムのドーピング濃度を調節することによって低い抵抗値を持つようにすることができるが、これは、有機発光素子のアノード３を形成するために仕事関数値を調節するのに、第３層２３を用いることができるからである。

以上説明したのはボトムエミッション型有機発光素子のものであるが、これはパッシブマトリックス（ＰＭ）駆動方式や、アクティブマトリックス（ＡＭ）駆動方式のいずれにも採用できる。

ＰＭ駆動方式に採用される場合、前記アノード３とカソード４とを互いに直交するように配置してストリップパターンを形成させ、アノード３とカソード４との交差部分に発光画素を形成させることができる。

ＡＭ駆動方式に採用される場合、前記基板１とアノード３との間に薄膜トランジスタを持つピクセル回路部がさらに備えられ、各画素のアノード３は各ピクセル回路部に電気的に連結された構造を持つ。

次いで、本発明によるトップエミッション型構造の有機発光素子について詳細に説明する。

図４は、本発明の第４の実施形態によるトップエミッション型有機発光素子の断面図を示したものであり、基板１上に、第４層２４、反射層２５及び第１層２１が順次積層されて、アノード２が形成されている。このアノード２上に有機層３及びカソード４が積層される。

基板上に形成された第４層２４は、既存の反射型アノードで使われた酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、酸化スズ、アンチモン酸化スズ、アンチモン酸化亜鉛、及び酸化アルミニウムからなるグループから選択された物質からなる。そして、反射層２５は、Ａｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｉｒ、Ｃｒ、及びそれらの化合物からなるグループから選択された物質からなる。

この反射層２５上に前述したような第１層２１を形成する。その具体的な物質及び形成方法は前述した第１の実施形態と同じである。この時、前記第１層２１は、アノードとしての機能を行えるように、図１による第１の実施形態のように抵抗が低くコントロールされることが望ましい。

図４による本発明の第４の実施形態によれば、前記第４層２４としてＩＴＯ、反射層２５としてＡｇ、第１層２１としてＹｂＯが共蒸着されたＩｎＯｘで形成して、アノード２をＩＴＯ／Ａｇ／ＩｎＯｘ：ＹｂＯの順次積層構造にすることができる。設計条件によっては前記第４層２４は使用しないこともある。

このような構造のトップエミッション型有機発光素子においては、前記第１層２１の仕事関数の絶対値が大きいので、カソード４の物質選択の自由度が増大する。

すなわち、有機発光素子の構造的な特性により、カソード物質は、アノード物質に比べて仕事関数の絶対値が小さくなければならない。したがって、通常の有機発光素子ではアノードとしてＩＴＯを使用し、カソードとしてＡｌを使用して、仕事関数のバランスをとった。トップエミッション型構造の場合、カソードの方向に画像が形成されるが、Ａｌでカソードを形成する場合、このカソードは低い光透過率を持つ。このため、従来のトップエミッション型構造では、カソードに半透過膜であるＭｇ−Ａｌの薄膜を含ませてカソードとアノードとの仕事関数のバランスをとり、この半透過薄膜の使用による低い導電性を補充するために、ＩＴＯのような、いわゆる透明酸化物をさらに形成する方式を採用してきた。しかし、Ｍｇ−Ａｌ半透過薄膜は光透過率や膜の均一性が低いので、既存のＩＴＯのような酸化物を形成すると、光透過率が５０％に達しないため、透明なカソードの形成は困難であった。

本発明の場合、アノードの仕事関数の絶対値が高いため、従来のカソードに比べて仕事関数の絶対値が大きいカソードを使用しても、アノードとの仕事関数のバランスをとることができるので、カソード物質の選択はさらに自由になりうる。

図４の第４の実施形態の場合にも、アノード２としてＩＴＯ／Ａｇ／ＩｎＯｘ：ＹｂＯの順次積層構造を採用することによって、第１層２１が５．１〜５．８ｅＶの仕事関数の絶対値を持つようになる。

したがって、これより低い仕事関数の絶対値を持つ物質であれば、カソード４として採用することができる。これにより、前述した図１の第１の実施形態で説明したように、プラズマ雰囲気内で熱蒸着した酸化インジウム（ＩｎＯｘ）のような仕事関数の絶対値が４．８〜５．０程度の物質でカソード４を形成できる。この場合、前記ＩｎＯｘは９０％以上の光透過率を示すので、透明カソード４としてさらに好適になる。

しかし、カソード４は、必ずしもこれに限定されるものではなく、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、酸化スズ、アンチモン酸化スズ、アンチモン酸化亜鉛、及び酸化アルミニウムからなるグループから選択された物質を含むことができ、このような金属酸化物層と第２中間層３３との間にＡｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｉｒ、Ｃｒ、及びそれらの化合物からなるグループから選択された物質からなる半透過薄膜をさらに設けてもよい。

図５は、本発明の第５の実施形態によるトップエミッション型有機発光素子の断面図を示したものである。図５による第５の実施形態によれば、アノード２は、基板１上から第４層２４、反射層２５、他の第４層２４が順次積層され、この積層体上に第１層２１をアノード補助電極としてさらに形成した構造をとる。この時のアノード２は、前述した図２による第２の実施形態とは異なり、それ自体が電極として使われるものではないので、抵抗が電極のように低い必要はない。すなわち、第５の実施形態による有機発光素子は、既存の有機発光素子のアノードと有機層との間にアノード補助電極として機能する第１層２１をさらに設けることによって製造することができる。

第４及び第５の実施形態の場合にも、前記第１層２１の仕事関数を調節することによって、第１中間層３１に正孔注入層を使用しない場合もある。そして、ＰＭ駆動方式や、ＡＭ駆動方式にいずれも採用できる。

本発明は、実施形態を参照して具体的に図示し、説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、特許請求項によって定められる本発明の思想及び範囲から逸脱せずに、実施形態及び詳細における多様な変形が可能であるということを、理解できるであろう。

本発明は、有機発光素子関連の技術分野に好適に用いられる。

１基板
２アノード
３有機層
４カソード
２１第１層
３１第１中間層
３２発光層
３３第２中間層

Claims

酸化インジウムと、酸化イッテルビウムから成る第１層であって、酸化インジウムに、該第１層の光透過率が９０％に達する濃度の酸化イッテルビウムがドープされた第１層を備え、基板の上側に位置するアノードと、
前記アノードの上側に位置し、前記アノードと対向したカソードと、
前記アノードと前記カソードとの間に設けられた発光層を有する有機層と、
を備え、ボトムエミッション型であることを特徴とする有機発光素子。
第１層が、基板上に備えられている請求項１記載の有機発光素子。
第１層の上に、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化ニッケル、酸化銅からなるグループ及びフラーレン、金属含有フラーレン系錯化合物、カーボンナノチューブ、カーボンファイバ、カーボンブラック、グラファイト、カルビン、ＭｇＣ６０、ＳｒＣ６０、ＣａＣ６０及びＣ６０からなるグループから選択された物質からなる第３層をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子。
アノードが、基板上に備えられた、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、酸化スズ、アンチモン酸化スズ、アンチモン酸化亜鉛、及び酸化アルミニウムからなるグループから選択された物質からなる第２層をさらに備え、該第２層の上に第１層が備えられていることを特徴とする請求項１記載の有機発光素子。
前記カソードが、Ａｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｉｒ、Ｃｒ、及びそれらの化合物からなるグループから選択された物質を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機発光素子。
基板上にアノードを形成する工程と、
アノード上に発光層を有する中間層を形成する工程と、
前記中間層上にカソードを形成する工程と、を含み、
前記アノードを形成する工程が、チャンバ内にプラズマを形成させた状態で、酸化インジウムからなる第１金属酸化物と、酸化イッテルビウムからなる第２金属酸化物とを蒸着して、前記第１金属酸化物に前記第２金属酸化物がドープされた第１層を形成する工程であることを特徴とする、ボトムエミッション型有機発光素子の製造方法。
第２金属酸化物を、数〜数十原子％の範囲であって前記アノードの光透過率が９０％に達する濃度で蒸着することを特徴とする請求項６記載の有機発光素子の製造方法。