有機エレクトロルミネッセンス装置、有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法、および電子機器
【課題】高分子発光層に対して良好な電子注入性と、連続駆動安定性が実現できる陰極構造を備え、高品質な有機エレクトロルミネッセンス装置を提供する。
【解決手段】画素電極３０と陰極６０との間に有機発光層４６を挟持した発光素子を備える有機エレクトロルミネッセンス装置１であって、有機発光層４６の形成材料は、重合体の発光性高分子化合物を含み、有機発光層４６と陰極６０との間に有機発光層４６と接して設けられた、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属を含む金属含有層５２と、金属含有層５２と陰極６０との間に金属含有層５２と接して設けられた、重合による繰り返し構造を備えない電子輸送性の低分子化合物を形成材料とする電子輸送層５４と、を有することを特徴とする。
【解決手段】画素電極３０と陰極６０との間に有機発光層４６を挟持した発光素子を備える有機エレクトロルミネッセンス装置１であって、有機発光層４６の形成材料は、重合体の発光性高分子化合物を含み、有機発光層４６と陰極６０との間に有機発光層４６と接して設けられた、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属を含む金属含有層５２と、金属含有層５２と陰極６０との間に金属含有層５２と接して設けられた、重合による繰り返し構造を備えない電子輸送性の低分子化合物を形成材料とする電子輸送層５４と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス装置、その製造方法、および電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
情報機器の多様化等に伴い、消費電力が少なく軽量化された平面表示装置のニーズが高まっている。この様な平面表示装置の一つとして、有機発光層を備えた有機エレクトロルミネッセンス装置（以下「有機ＥＬ装置」という）が知られている。
【０００３】
有機ＥＬ装置が備える有機発光層の形成材料としては、正孔および電子を注入することが可能であり、且つ、注入した正孔と電子が内部を移動し再結合して、ＨＯＭＯ（Highest Occupied Molecular Orbital：最高占有軌道）とＬＵＭＯ（Lowest Unoccupied Molecular Orbital：最低非占有軌道）のエネルギーレベル差に応じた発光を行う事が可能であれば、低分子化合物（低分子材料）、高分子化合物（高分子材料）のいずれも用いることができる。ここで、本明細書中において「低分子」とは、構造中に重合による繰り返し部分を有さない分子であることを意味し、「高分子」とは、繰り返し分子構造を有する重合体のことを意味する。
【０００４】
上記形成材料を比較すると、最初に発光現象が確認された有機材料が低分子材料であったこともあり、低分子材料を形成材料とした有機ＥＬ装置（低分子型有機ＥＬ装置）の方が、商品化可能なレベルにまで開発が先行している。しかし、低分子材料は剛直な骨格を有する分子が多く、有機溶媒に対する溶解性が低いものが多い。そのため、有機発光層の形成には、例えば真空蒸着法のような気相反応を用い、形成パターンに応じたマスクパターニングなどを行う必要がある。
【０００５】
一方、高分子材料の発光材料は、有機溶媒に対する溶解性が比較的高いものが多く、液滴吐出法などの湿式塗布法を用いて所望の位置、形成パターンに作り分けた有機発光層を容易に形成することが可能である。この特長を活かし、低コストで高解像度・高品質な有機ＥＬ装置を実現することが期待されている。
【０００６】
ところで、有機ＥＬ装置を良好に発光させて安定駆動させるためには、有機発光層への電子注入を行う陰極の構造が大きな影響を与えることが知られている。電子注入性の良否は、主に陰極と有機発光層とのエネルギーレベル差が大きい事（エネルギー障壁）に起因しており、電子注入性を向上させるために、様々な陰極構造の検討が成されている（例えば特許文献１から７参照）。
【特許文献１】特開２００５−１３５６２４号公報
【特許文献２】特開昭６０−１６５７７１号公報
【特許文献３】特開平０４−２１２２８７号公報
【特許文献４】特開平０５−１２１１７２号公報
【特許文献５】特開平０９−３２７６３号公報
【特許文献６】特開２００５−２０３３３７号公報
【特許文献７】特許第２７６０３４７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
有機発光層に高分子材料の形成材料を用いた有機ＥＬ装置（高分子型有機ＥＬ装置）では、有機発光層への電子注入性の確保、反応性が高い低仕事関数の金属の劣化抑制、低シート抵抗化などの多くの課題を抱えており、上記特許文献でもこれらの課題を解決するための技術を提案している。一方で、低分子型有機ＥＬ装置は開発が先行しており、陰極構造もほぼ確立している。そのため、高分子型有機ＥＬ装置に、開発が先行している低分子型有機ＥＬ装置の陰極構造を適用できれば、技術的に大きな飛躍が期待できる。
【０００８】
高分子型有機ＥＬ装置と低分子型有機ＥＬ装置との、構造上の大きな違いとしては、陰極から有機発光層への電子注入を促進するための電子輸送層の存在が挙げられる。低分子型有機ＥＬ装置では、Ａｌｑ３（tris-(8-quinolinolato) aluminum）等の電子輸送性を有する低分子材料を用い、電子輸送層を設けることが多い。このような構成にすることで、有機発光層への電子注入を良好に行い、発光効率を高めている。しかしながら、そのような電子輸送層を高分子型有機ＥＬ装置に適用する技術は、上記特許文献１から７には示されていない。
【０００９】
そのため発明者は、高分子型有機ＥＬ装置にも電子輸送層を設けることを着想したが、多くの導電性高分子材料は正孔が移動しやすいｐ型であり、電子が移動しやすいｎ型の導電性高分子は少ない。その上、電子輸送性の高分子材料を成膜するために湿式塗布法を用いると、電子輸送性の高分子材料を溶解する有機溶媒が有機発光層を溶解してしまうために明確な界面とならず、良好な層構造が形成できない。
【００１０】
そこで発明者は、高分子材料の有機発光層に、低分子材料であるＡｌｑ３層と陰極とを積層した有機ＥＬ装置を作成し発光状態を確認した。しかし、このような陰極構造の有機ＥＬ装置では、良好な発光が得られなかった。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、高分子発光層に対して良好な電子注入が可能であり、且つ、低分子発光層を用いた有機ＥＬ素子の陰極構造を適用することにより、良好な駆動安定性を備えた有機エレクトロルミネッセンス装置およびその製造方法を提供することを目的とする。更に、このような有機エレクトロルミネッセンス装置を備える電子機器を提供することを合わせて目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明者は様々な検討を重ねた結果、低分子材料を用いた電子輸送層と高分子材料を用いた有機発光層との界面における電子の移動（電子注入）を行うために、新たな層を設けるという発想に至った。
【００１３】
即ち、上記の課題を解決するため、本発明の有機エレクトロルミネッセンス装置は、陽極と陰極との間に有機発光層を挟持した発光素子を備える有機エレクトロルミネッセンス装置であって、前記有機発光層の形成材料は、重合体の発光性高分子化合物を含み、前記有機発光層と前記陰極との間に前記有機発光層と接して設けられた、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属を含む金属含有層と、前記金属含有層と前記陰極との間に前記金属含有層と接して設けられた、重合による繰り返し構造を備えない電子輸送性の低分子化合物を形成材料とする電子輸送層と、を有することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、電子輸送層と有機発光層との界面での電子注入を、低仕事関数の金属材料を含んで形成された金属含有層が促進し、陰極側からの良好な電子注入を行うことができる。そのため、良好な駆動安定性を確保した有機ＥＬ装置とすることができる。
【００１５】
ここで、「アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属を含む」とは、各金属が金属塩ではなく金属材料として存在していることを示す。
【００１６】
本発明においては、前記陰極の前記電子輸送層側に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物またはフッ化物を形成材料とする電子注入層が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、陰極から電子輸送層への電子注入が促進され、高効率の発光と安定な連続駆動を実現することができる。
【００１７】
本発明においては、前記金属含有層には少なくともＣｓが含まれていることが望ましい。
この構成によれば、有機発光層に対して正孔注入能に優れた金属含有層とすることができ、有機ＥＬ装置の発光特性を優れたものとすることができる。
【００１８】
本発明においては、前記有機エレクトロルミネッセンス装置は、前記有機発光層で発せられる光を前記陰極から外部に取り出すトップエミッション方式の発光方式であって、前記陽極は光透過性を有すると共に、前記陽極を挟んで前記有機発光層の反対側には光反射層が配置され、前記陰極は半透過反射性を有し、前記光反射層と前記陰極との間で、前記有機発光層から射出された光を共振させる光共振器構造が構成されており、前記電子輸送層の膜厚により、前記光共振器構造の光路長が制御されていることが望ましい。
この構成によれば、有機発光層から射出された光を共振させる光共振構造を構成することで、各々の有機ＥＬ素子からは光反射層と陰極との間の光学的距離に対応した共振波長の条件を満たす光のみが増幅されて取り出される。例えば、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の各色に対応する共振波長を有する有機ＥＬ素子を形成することで、フルカラー表示が可能な有機ＥＬ装置とすることができる。また、電子輸送層の厚みを制御することで、好適な光路長の光共振構造を構成することができる。そのため、高性能な有機ＥＬ装置を提供することができる。
【００１９】
本発明においては、前記有機エレクトロルミネッセンス装置は、異なる波長の光を射出する２以上の前記発光素子を有し、前記電子輸送層は、射出する光の波長に応じて膜厚が設定されており、各々の前記発光素子において、前記光反射層の表面から前記金属含有層の前記電子輸送層側の表面までの合計膜厚が略等しく設定されていることが望ましい。
この構成によれば、射出する波長ごとに好適に制御された光路長とすることができ、良好な共振構造を構築することができる。そのため、各発光素子から射出される光の色純度を高め、高品質な発光が可能な有機ＥＬ装置とすることができる。
【００２０】
また、本発明の有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法は、陽極と陰極との間に有機発光層を挟持した発光素子を備え、前記有機発光層と前記陰極との間に前記有機発光層と接する金属含有層が設けられた有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法であって、前記金属含有層は、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属から選ばれる金属材料の金属塩を蒸着することにより形成することを特徴とする。
発明者の検討により、この方法によって形成される蒸着膜は金属塩のみで構成される膜ではなく、金属塩を構成する金属材料単体を含む膜（金属含有膜）となることが確かめられている。この方法によれば、大気中での取り扱いが難しい低仕事関数の金属材料を直接取り扱うことなく、所望の金属の蒸着膜を形成することができる。蒸着材料として用いる金属塩は大気中で安定であるために取り扱いが容易であり、作業性が向上する。
【００２１】
本発明の電子機器は、上述の有機エレクトロルミネッセンス装置を備えることを特徴とする。
この構成によれば、発光効率が高く長寿命な有機ＥＬ装置を備え、信頼性に優れた電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［第１実施形態］
以下、図１を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス装置（有機ＥＬ装置）について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
【００２３】
図１は、有機ＥＬ装置１を模式的に示す断面図である。図に示すように、有機ＥＬ装置１は、基板本体１０と、基板本体１０上に形成された反射層（光反射層）２０や不図示の駆動素子等を備える素子層１１と、を備える基板１０Ａと、基板１０Ａ上に形成され光透過性を有する画素電極（陽極）３０と、画素電極３０と平面的に重なる開口部を備えた画素隔壁層１２と、画素隔壁層１２の上に形成された共通隔壁層１４と、を備えている。
【００２４】
共通隔壁層１４に囲まれた領域には、共通隔壁層１４の側壁に当接して発光部４０が形成されており、発光部４０の上面の全面を覆う共通電極（陰極）５０が形成されている。画素電極３０と発光部４０と陰極６０とで有機ＥＬ素子（発光素子）７０を形成している。
【００２５】
発光部４０には、画素電極３０からの正孔の注入を容易にする正孔注入層４２と、正孔注入層４２からの正孔の移動を促す正孔輸送層４４と、有機発光層４６とを備えており、画素電極３０上にこの順に積層している。更に、有機発光層４６上には、金属含有層５２と電子輸送層５４とが積層している。
【００２６】
陰極６０は、共通隔壁層１４の頂面及び側壁を覆って電子輸送層５４の上面の全面を覆う電子注入層６２と、電子注入層６２の表面全面を覆う陰極層６４と、を備えている。
【００２７】
本実施形態の有機ＥＬ装置１は、有機発光層４６で生じる光Ｌが、画素電極３０を介して外部へ射出されるボトムエミッション方式を採用している。以下、各構成要素について順に説明する。
【００２８】
基板本体１０は、光透過性を備える透明基板を用いることができる。このような透明基板としては、例えばガラス、石英ガラス、窒化ケイ素等の無機物や、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機高分子（樹脂）を用いることができる。また、光透過性を備えるならば、前記材料を積層または混合して形成された複合材料を用いることもできる。本実施形態では、基板本体１０の材料としてガラスを用いる。
【００２９】
素子層１１は、有機ＥＬ装置１を駆動させるための各種配線や駆動素子、及び無機物または有機物の絶縁膜などを備えている。各種配線や駆動素子はフォトリソグラフィによりパターニングした後エッチングすることにより、また、絶縁膜は蒸着法やスパッタ法など通常知られた方法により適宜形成することができる。
【００３０】
素子層１１の上には、画素電極３０が形成されている。画素電極３０の形成材料には、光透過性を備え、仕事関数が５ｅＶ以上の材料を用いることができる。このような材料は、正孔注入効果が高いため画素電極３０の形成材料として好ましい。このような材料としては、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物）等の金属酸化物を挙げることができる。本実施形態ではＩＴＯを用いる。
【００３１】
また、素子層１１の上には、画素電極３０の端部に一部が乗り上げるように、画素隔壁層１２が形成されている。画素隔壁層１２は画素電極３０に対応する開口部を備えており、該開口部内に画素電極３０が露出している。画素隔壁層１２は、酸化シリコンや窒化シリコン等の無機絶縁材料で形成されており、開口部の位置に対応するマスクを介したエッチング等の公知の方法で形成することができる。
【００３２】
画素隔壁層１２上には、画素電極３０の周囲を囲むように共通隔壁層１４が形成されている。共通隔壁層１４は、断面形状が順テーパ状に形成されている。そのため、共通隔壁層１４で囲まれた空間は、下部よりも上部が広く開口している。共通隔壁層１４は、例えば光硬化性のアクリル樹脂やポリイミド樹脂等で形成される。
【００３３】
共通隔壁層１４に囲まれた領域の底面に露出した面（ここでは画素電極３０と画素隔壁層１２の一部）には、共通隔壁層１４の側壁に当接して、画素電極３０からの正孔の注入を容易にする電荷移動層としての正孔注入層４２が形成されている。正孔注入層４２の形成材料は、通常知られた材料を用いる事ができる。本実施形態ではＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを用いる。
【００３４】
正孔注入層４２の上には、共通隔壁層１４の側壁に当接して正孔輸送層４４が形成され、更に有機発光層４６が形成されている。これらの層の形成材料としては、通常知られた材料を用いる事ができる。
【００３５】
例えば、正孔輸送層４４の形成材料としては、下記の化学式１で示されるＡＤＳ２５９ＢＥ（American Dye Source社製、商品名）を用いることが出来る。また、有機発光層４６の形成材料としては、化学式２で示される緑色発光高分子材料ＡＤＳ１０９ＧＥ（同社製、商品名）、化学式３で示される赤色発光高分子材料ＡＤＳ１１１ＲＥ（同社製、商品名）、化学式４で示される青色発光高分子材料ＡＤＳ１３６ＢＥ（同社製、商品名）を用いることができる。
【００３６】
【化１】
【００３７】
【化２】
【００３８】
【化３】
【００３９】
【化４】
【００４０】
有機発光層４６の上には、共通隔壁層１４の頂面および側壁を覆って表面全面に金属含有層５２が形成されている。金属含有層５２は、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属（第１金属材料）の金属塩を蒸着材料として用い、真空蒸着することで形成する。第１金属材料としては、Ｌｉ，Ｃｓ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａを挙げることができる。本実施形態ではＣｓの炭酸塩であるＣｓ２ＣＯ３を真空蒸着させ、Ｃｓを含む薄膜を成膜し金属含有層５２を形成した。真空蒸着は、抵抗加熱方式の蒸着装置を用い、１０−５Ｐａ台の真空中にて蒸着速度０．５Å／ｓｅｃにて行った。
【００４１】
ここで、Ｃｓを「含む薄膜」とは、少なくともＣｓ塩を構成する金属材料であるＣｓ単体を含む薄膜となっていることを意味しており、金属含有層５２が蒸着材料である金属塩を含んでいても良い。発明者は、別途行った予備実験により以下に示すような現象を観察しており、真空蒸着した膜がＣｓ塩のみからなる膜ではなく、Ｃｓ単体を含む膜となっていることを間接的に確かめている。
【００４２】
Ｃｓ２ＣＯ３を蒸着源として形成した蒸着膜にＡｌの蒸着膜を積層したものを大気に曝すと、Ａｌの表面が激しく発砲し、表面に顕著な凹凸が生じることが確認された。蒸着膜としてＣｓ２ＣＯ３が成膜されているならば、積層したＡｌ膜に顕著な変化は起きないはずである。これは蒸着膜がＣｓ単体を含むため大気暴露によって急激にＣｓ単体部が酸化、吸湿したためであると考えられる。
【００４３】
よって、蒸着で形成した本実施形態の金属含有層５２は、Ｃｓ単体を含む膜となっていることが分かる。
【００４４】
通常、Ｃｓ単体は非常に反応性が高いために劣化しやすく、また、融点が低い（２８．５℃）ため非常に融解しやすい。このような性質のため、Ｃｓ単体は取り扱いが難しく、Ｃｓ単体を含む膜を成膜することは非常に困難である。しかし、本実施形態では、大気に安定で取り扱いが容易な金属塩を出発物質として用いる。そのため、Ｃｓ単体を含む膜を容易に成膜できる。金属含有層５２の形成に用いる蒸着材料としては、炭酸塩の他にも、硫酸塩、硝酸塩、金属ハロゲン化物などの無機酸との金属塩や、有機酸との金属塩を用いることができる。
【００４５】
また、このような構成の金属含有層５２は、光反射性を有さない膜厚であることが望ましい。本実施形態の金属含有層５２は、０．５ｎｍの膜厚に成膜されている。この程度の膜厚であっても、有機発光層４６と陰極６０との間の電子注入を促進することができる。
【００４６】
金属含有層５２の上には、金属含有層５２の表面全面を覆って電子輸送性を有する電子輸送層５４が形成されている。電子輸送層５４の形成材料としては、Ａｌｑ３、ＢＣＰ（2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10- phenanthroline）等の低分子発光材料を用いた有機ＥＬ装置に用いられる通常知られた材料であれば用いることが可能である。本実施形態では、Ａｌｑ３を用い、２０ｎｍの膜厚に蒸着した。
【００４７】
電子輸送層５４の上には、電子輸送層５４の表面全面を覆ってＬｉＦを形成材料とする電子注入層６２と、Ａｌを形成材料とする陰極層６４と、が積層した陰極６０が形成されている。電子注入層６２の形成材料としては、ＬｉＦの他にも、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物またはフッ化物であれば用いることができる。
【００４８】
本実施形態の電子注入層６２は、真空蒸着により０．５ｎｍの膜厚に成膜されている。また、陰極層６４は、２００ｎｍの膜厚に成膜されており、十分な光反射性と導電性とを備えている。陰極層６４は、不図示の陰極取り出し端子へとつながる陰極コンタクト部へ接続されている。
【００４９】
陰極６０の上には、不図示のＳｉＯｘＮｙなどの無機膜を形成し、更に無機膜の上にはエポキシ樹脂を介してガラス基板を貼り合わせる、所謂、固体封止構造を備えるものとすると良い。
【００５０】
また、ガラス基板に凹部を設け乾燥剤を配置した封止缶部材を用い、ガラス基板の凹部側の面を陰極６０に対向させて配置し、該ガラス基板と基板１０Ａとが平面的に重なる部分の周縁をエポキシ樹脂等で接着する、所謂、缶封止構造を備えるものとしても良い。
本実施形態の有機ＥＬ装置１は、以上のような構成となっている。
【００５１】
以上のような構成の有機ＥＬ装置１によれば、電子輸送層５４と有機発光層４６との界面での電子注入を、低仕事関数の金属材料を含む金属含有層５２が促進し、陰極側からの良好な電子注入を行うことができる。また、金属含有層５２は、有機発光層４６と陰極６０との間のエネルギー障壁を緩和するために存在していれば良く、厚い膜である必要はない。したがって、薄膜として形成することで大幅に低仕事関数の金属材料の使用量を減らすことが可能であり、反応性の高い金属材料の劣化による不具合の発生を抑制することができる。そのため、良好な駆動安定性を確保した有機ＥＬ装置１とすることができる。
【００５２】
また、本実施形態では、ＬｉＦを形成材料とする電子注入層６２を設けることとしている。そのため、陰極層６４から電子輸送層５４への電子注入が促進され、高効率の発光と安定な連続駆動を実現することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、金属塩を出発材料として真空蒸着することにより、低仕事関数の金属含有層５２を形成することとしている。そのため、大気中での取り扱いが難しい低仕事関数の金属材料を直接取り扱うことなく、所望の金属の蒸着膜を形成することができ、作業性が向上する。
【００５４】
なお、本実施形態では、１つの有機ＥＬ素子７０について説明したが、有機ＥＬ装置１は上述した有機ＥＬ素子７０を複数備えることができる。その場合には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光を発する有機ＥＬ素子を設けることで、フルカラー表示が可能な有機ＥＬ装置とすることができる。このような有機ＥＬ装置では、上述した陰極構造が全ての有機ＥＬ素子に共通して設けられていることとすることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、電子注入層６２を設けた有機ＥＬ素子７０としたが、電子注入層６２を備えない構造としても良い。
【００５６】
［第２実施形態］
図２、３は、本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ装置２の説明図である。本実施形態の有機ＥＬ装置２は、第１実施形態の有機ＥＬ装置１と一部共通している。異なるのは、有機発光層４６で生じる光が陰極６０側へ射出されるトップエミッション方式を採用していることである。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５７】
図２は、有機ＥＬ装置２を模式的に示す断面図である。図に示すように、素子層１１内の基板本体１０上には、画素電極３０と平面的に重なって、反射層２０が形成されている。反射層はＡｌＮｄ合金を形成材料としており、マスクパターニングなど通常知られた方法で形成されている。本実施形態では、反射層２０は基板本体１０上に形成されることとしたが、素子層１１中であっても良く、また、素子層１１表面であっても良い。
【００５８】
電子注入層６２の上には、電子注入層６２の表面全面を覆って陰極層６５が形成されている。陰極層６５は、３．５ｅＶ以上４．２ｅＶ未満の仕事関数を有する第２金属材料と、４．２ｅＶ以上の仕事関数を有する第３金属材料とを用い、真空共蒸着にて形成された合金層である。第２金属材料としては、Ｍｇ，Ｓｃ，Ｍｎ，Ｉｎ，Ｚｒ，Ａｓを挙げることができ、第３金属材料としては、Ａｌ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕを挙げることができる。陰極層６５は、不図示の陰極取り出し端子へとつながる陰極コンタクト部へ接続されている。本実施形態では、第２金属材料としてＭｇを用い、第３金属材料としてＡｇを用いる。
【００５９】
陰極層６５は、第２金属材料と第３金属材料との合金層であることで、第３金属材料単体の場合よりも低い仕事関数と、第３金属材料の性質に由来する水分や酸素に対する高い安定性とを兼ね備える陰極層となっている。
【００６０】
発明者が別途行った予備実験では、ＭｇとＡｇとの蒸着比率が、体積比で１：１０（Ａｇの体積比率：９１％）から４０：１（Ａｇの体積比率：２．４％）の範囲で成膜した第２陰極層が、いずれも水分や酸素に対して安定であることが確かめられている。そのため、第２金属材料と第３金属材料との蒸着比率は、体積比で１：１０〜４０：１が好適である。また、成膜のしやすさや再現性の確保のため、蒸着比率は５：１〜２０：１がより好適である。本実施形態では、ＭｇとＡｇとの共蒸着比率は、体積比で１０：１とした。
【００６１】
また、陰極層６５の膜厚は、透明性の確保のため２０ｎｍ以下であることが好ましい。また、良好な面方向の導電性の確保（低いシート抵抗値）を考慮すると、例えば５ｎｍ以上程度の膜厚を備えることが好ましい。本実施形態の陰極層６５は、１５ｎｍの膜厚となっている。
【００６２】
陰極層６５の上には、第３金属材料を形成材料とする共振層６８が設けられている。本実施形態ではＡｇを用いて形成する。共振層６８は、有機発光層４６から発せられた光の一部を反射する半透過膜である。陰極６０は、共振層６８を有することで全体として半透過膜となっている。また、第３金属材料で形成される共振層６８は、陰極６０のシート抵抗値を下げる機能も有している。本実施形態の共振層６８は５ｎｍの膜厚を有している。
【００６３】
共振層６８は、反射層２０との間で光を共振させる光共振構造を構成しており、有機ＥＬ素子７０からは、反射層２０と共振層６８との間の光学的距離に対応した共振波長の条件を満たす光のみが増幅されて取り出される構成となっている。
【００６４】
光共振構造は、射出される光の波長に応じて適切な長さの光路を設定し、設定した光路間を光が往復する間に共振することで構築される。そのため、良好な共振を行うためには、反射層２０と共振層６８との間の長さ（光路長）を適切に設定することが必要となる。
【００６５】
光路長の調整を、有機発光層４６や陰極層６５など、厚みを変えると発光量や安定駆動に影響がある構成では行うことは好ましくない。しかし、本実施形態の有機ＥＬ装置２は、有機発光層４６に高分子材料を用いた通常の有機ＥＬ装置とは異なり、低分子材料を形成材料とする電子輸送層５４を備えている。電子輸送層５４の形成材料は、良好な透明性を備えているため、光路長の調整のために厚みを変更したとしても、射出される光を吸収・散乱することがなく影響を与えにくい。そのため、電子輸送層５４の厚みを調整することで、良好に共振構造の光路長の制御を行うことができる。
【００６６】
陰極６０の上は、固体封止構造を備えるものとすると良い。本実施形態の有機ＥＬ装置２は、以上のような構成となっている。
【００６７】
以上のような構成の有機ＥＬ装置２によれば、良好な光共振構造を備えたトップエミッション方式の有機ＥＬ装置とすることができ、射出される光の色純度を高めた高品質な有機ＥＬ装置とすることができる。
【００６８】
なお、本実施形態においても、１つの有機ＥＬ素子７０について説明したが複数備えた有機ＥＬ装置としても良い。図３は、本実施形態の有機ＥＬ装置の変形例を示す断面図である。
【００６９】
有機ＥＬ装置３は２つ以上の有機ＥＬ素子を備えており、図にはそのうち２つの有機ＥＬ素子７０ａ，７０ｂを示している。有機ＥＬ素子７０ａ，７０ｂは、それぞれ異なる波長の光Ｌａ，Ｌｂを射出する有機発光層４６ａ，４６ｂを備えている。
【００７０】
有機ＥＬ素子７０ａが備える電子輸送層５４ａと、有機ＥＬ素子７０ｂが備える電子輸送層５４ｂとは、それぞれの有機発光層から射出される光の波長に応じた適切な光路長ｄ１，ｄ２となるよう、異なった膜厚に設定されている。異なる膜厚の電子輸送層は、それぞれマスク蒸着などの通常知られた方法を用いて形成される。
【００７１】
また、有機ＥＬ素子７０ａ，７０ｂの、その他の基板１０Ａから金属含有層５２までの構成、および陰極６０の構成については、互いに共通した構造となっている。そのため、これらの構造部分は、製造工程を共通化することができる。
【００７２】
このような構成の有機ＥＬ装置３では、射出する波長ごとに好適に制御された光路長とすることができる。そのため、各発光素子から射出される光の色純度を高め、高品質なカラー表示が可能な有機ＥＬ装置とすることができる。
【００７３】
［電子機器］
次に、本発明の電子機器の実施形態について説明する。図４は、本発明の有機ＥＬ装置を用いた電子機器の一例を示す斜視図である。図４に示す携帯電話（電子機器）１３００は、本発明の有機ＥＬ装置を小サイズの表示部１３０１として備え、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、及び送話口１３０４を備えて構成されている。これにより、本発明の有機ＥＬ装置により構成された、発光効率に優れ信頼性に優れた表示部を具備した携帯電話１３００を提供することができる。
【００７４】
上記各実施の形態の有機ＥＬ装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、プロジェクタ、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、テレビジョン受像機、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができる。かかる構成とすることで、表示品質が高く、信頼性に優れた表示部を備えた電子機器を提供できる。
【００７５】
更には、上記各実施の形態の有機ＥＬ装置をラインヘッドとして用いることができ、該ラインヘッドを光源として備えた画像形成装置（光プリンタ）として好適に用いることができる。このようにすると、輝度ムラが無く信頼性に優れた光プリンタとすることができる。
【００７６】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ装置を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ装置を模式的に示す断面図である。
【図３】第２実施形態に係る有機ＥＬ装置の変形例を示す断面図である。
【図４】本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７８】
１，２，３…有機ＥＬ装置（有機エレクトロルミネッセンス装置）、２０…反射層（光反射層）、３０…陽極、４６，４６ａ，４６ｂ…有機発光層、５２…金属含有層、５４，５４ａ，５４ｂ…電子輸送層、６０…陰極、６２…電子注入層、７０，７０ａ，７０ｂ…有機ＥＬ素子（発光素子）、１３００…携帯電話（電子機器）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス装置、その製造方法、および電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
情報機器の多様化等に伴い、消費電力が少なく軽量化された平面表示装置のニーズが高まっている。この様な平面表示装置の一つとして、有機発光層を備えた有機エレクトロルミネッセンス装置（以下「有機ＥＬ装置」という）が知られている。
【０００３】
有機ＥＬ装置が備える有機発光層の形成材料としては、正孔および電子を注入することが可能であり、且つ、注入した正孔と電子が内部を移動し再結合して、ＨＯＭＯ（Highest Occupied Molecular Orbital：最高占有軌道）とＬＵＭＯ（Lowest Unoccupied Molecular Orbital：最低非占有軌道）のエネルギーレベル差に応じた発光を行う事が可能であれば、低分子化合物（低分子材料）、高分子化合物（高分子材料）のいずれも用いることができる。ここで、本明細書中において「低分子」とは、構造中に重合による繰り返し部分を有さない分子であることを意味し、「高分子」とは、繰り返し分子構造を有する重合体のことを意味する。
【０００４】
上記形成材料を比較すると、最初に発光現象が確認された有機材料が低分子材料であったこともあり、低分子材料を形成材料とした有機ＥＬ装置（低分子型有機ＥＬ装置）の方が、商品化可能なレベルにまで開発が先行している。しかし、低分子材料は剛直な骨格を有する分子が多く、有機溶媒に対する溶解性が低いものが多い。そのため、有機発光層の形成には、例えば真空蒸着法のような気相反応を用い、形成パターンに応じたマスクパターニングなどを行う必要がある。
【０００５】
一方、高分子材料の発光材料は、有機溶媒に対する溶解性が比較的高いものが多く、液滴吐出法などの湿式塗布法を用いて所望の位置、形成パターンに作り分けた有機発光層を容易に形成することが可能である。この特長を活かし、低コストで高解像度・高品質な有機ＥＬ装置を実現することが期待されている。
【０００６】
ところで、有機ＥＬ装置を良好に発光させて安定駆動させるためには、有機発光層への電子注入を行う陰極の構造が大きな影響を与えることが知られている。電子注入性の良否は、主に陰極と有機発光層とのエネルギーレベル差が大きい事（エネルギー障壁）に起因しており、電子注入性を向上させるために、様々な陰極構造の検討が成されている（例えば特許文献１から７参照）。
【特許文献１】特開２００５−１３５６２４号公報
【特許文献２】特開昭６０−１６５７７１号公報
【特許文献３】特開平０４−２１２２８７号公報
【特許文献４】特開平０５−１２１１７２号公報
【特許文献５】特開平０９−３２７６３号公報
【特許文献６】特開２００５−２０３３３７号公報
【特許文献７】特許第２７６０３４７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
有機発光層に高分子材料の形成材料を用いた有機ＥＬ装置（高分子型有機ＥＬ装置）では、有機発光層への電子注入性の確保、反応性が高い低仕事関数の金属の劣化抑制、低シート抵抗化などの多くの課題を抱えており、上記特許文献でもこれらの課題を解決するための技術を提案している。一方で、低分子型有機ＥＬ装置は開発が先行しており、陰極構造もほぼ確立している。そのため、高分子型有機ＥＬ装置に、開発が先行している低分子型有機ＥＬ装置の陰極構造を適用できれば、技術的に大きな飛躍が期待できる。
【０００８】
高分子型有機ＥＬ装置と低分子型有機ＥＬ装置との、構造上の大きな違いとしては、陰極から有機発光層への電子注入を促進するための電子輸送層の存在が挙げられる。低分子型有機ＥＬ装置では、Ａｌｑ３（tris-(8-quinolinolato) aluminum）等の電子輸送性を有する低分子材料を用い、電子輸送層を設けることが多い。このような構成にすることで、有機発光層への電子注入を良好に行い、発光効率を高めている。しかしながら、そのような電子輸送層を高分子型有機ＥＬ装置に適用する技術は、上記特許文献１から７には示されていない。
【０００９】
そのため発明者は、高分子型有機ＥＬ装置にも電子輸送層を設けることを着想したが、多くの導電性高分子材料は正孔が移動しやすいｐ型であり、電子が移動しやすいｎ型の導電性高分子は少ない。その上、電子輸送性の高分子材料を成膜するために湿式塗布法を用いると、電子輸送性の高分子材料を溶解する有機溶媒が有機発光層を溶解してしまうために明確な界面とならず、良好な層構造が形成できない。
【００１０】
そこで発明者は、高分子材料の有機発光層に、低分子材料であるＡｌｑ３層と陰極とを積層した有機ＥＬ装置を作成し発光状態を確認した。しかし、このような陰極構造の有機ＥＬ装置では、良好な発光が得られなかった。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、高分子発光層に対して良好な電子注入が可能であり、且つ、低分子発光層を用いた有機ＥＬ素子の陰極構造を適用することにより、良好な駆動安定性を備えた有機エレクトロルミネッセンス装置およびその製造方法を提供することを目的とする。更に、このような有機エレクトロルミネッセンス装置を備える電子機器を提供することを合わせて目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明者は様々な検討を重ねた結果、低分子材料を用いた電子輸送層と高分子材料を用いた有機発光層との界面における電子の移動（電子注入）を行うために、新たな層を設けるという発想に至った。
【００１３】
即ち、上記の課題を解決するため、本発明の有機エレクトロルミネッセンス装置は、陽極と陰極との間に有機発光層を挟持した発光素子を備える有機エレクトロルミネッセンス装置であって、前記有機発光層の形成材料は、重合体の発光性高分子化合物を含み、前記有機発光層と前記陰極との間に前記有機発光層と接して設けられた、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属を含む金属含有層と、前記金属含有層と前記陰極との間に前記金属含有層と接して設けられた、重合による繰り返し構造を備えない電子輸送性の低分子化合物を形成材料とする電子輸送層と、を有することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、電子輸送層と有機発光層との界面での電子注入を、低仕事関数の金属材料を含んで形成された金属含有層が促進し、陰極側からの良好な電子注入を行うことができる。そのため、良好な駆動安定性を確保した有機ＥＬ装置とすることができる。
【００１５】
ここで、「アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属を含む」とは、各金属が金属塩ではなく金属材料として存在していることを示す。
【００１６】
本発明においては、前記陰極の前記電子輸送層側に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物またはフッ化物を形成材料とする電子注入層が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、陰極から電子輸送層への電子注入が促進され、高効率の発光と安定な連続駆動を実現することができる。
【００１７】
本発明においては、前記金属含有層には少なくともＣｓが含まれていることが望ましい。
この構成によれば、有機発光層に対して正孔注入能に優れた金属含有層とすることができ、有機ＥＬ装置の発光特性を優れたものとすることができる。
【００１８】
本発明においては、前記有機エレクトロルミネッセンス装置は、前記有機発光層で発せられる光を前記陰極から外部に取り出すトップエミッション方式の発光方式であって、前記陽極は光透過性を有すると共に、前記陽極を挟んで前記有機発光層の反対側には光反射層が配置され、前記陰極は半透過反射性を有し、前記光反射層と前記陰極との間で、前記有機発光層から射出された光を共振させる光共振器構造が構成されており、前記電子輸送層の膜厚により、前記光共振器構造の光路長が制御されていることが望ましい。
この構成によれば、有機発光層から射出された光を共振させる光共振構造を構成することで、各々の有機ＥＬ素子からは光反射層と陰極との間の光学的距離に対応した共振波長の条件を満たす光のみが増幅されて取り出される。例えば、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の各色に対応する共振波長を有する有機ＥＬ素子を形成することで、フルカラー表示が可能な有機ＥＬ装置とすることができる。また、電子輸送層の厚みを制御することで、好適な光路長の光共振構造を構成することができる。そのため、高性能な有機ＥＬ装置を提供することができる。
【００１９】
本発明においては、前記有機エレクトロルミネッセンス装置は、異なる波長の光を射出する２以上の前記発光素子を有し、前記電子輸送層は、射出する光の波長に応じて膜厚が設定されており、各々の前記発光素子において、前記光反射層の表面から前記金属含有層の前記電子輸送層側の表面までの合計膜厚が略等しく設定されていることが望ましい。
この構成によれば、射出する波長ごとに好適に制御された光路長とすることができ、良好な共振構造を構築することができる。そのため、各発光素子から射出される光の色純度を高め、高品質な発光が可能な有機ＥＬ装置とすることができる。
【００２０】
また、本発明の有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法は、陽極と陰極との間に有機発光層を挟持した発光素子を備え、前記有機発光層と前記陰極との間に前記有機発光層と接する金属含有層が設けられた有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法であって、前記金属含有層は、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属から選ばれる金属材料の金属塩を蒸着することにより形成することを特徴とする。
発明者の検討により、この方法によって形成される蒸着膜は金属塩のみで構成される膜ではなく、金属塩を構成する金属材料単体を含む膜（金属含有膜）となることが確かめられている。この方法によれば、大気中での取り扱いが難しい低仕事関数の金属材料を直接取り扱うことなく、所望の金属の蒸着膜を形成することができる。蒸着材料として用いる金属塩は大気中で安定であるために取り扱いが容易であり、作業性が向上する。
【００２１】
本発明の電子機器は、上述の有機エレクトロルミネッセンス装置を備えることを特徴とする。
この構成によれば、発光効率が高く長寿命な有機ＥＬ装置を備え、信頼性に優れた電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［第１実施形態］
以下、図１を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス装置（有機ＥＬ装置）について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
【００２３】
図１は、有機ＥＬ装置１を模式的に示す断面図である。図に示すように、有機ＥＬ装置１は、基板本体１０と、基板本体１０上に形成された反射層（光反射層）２０や不図示の駆動素子等を備える素子層１１と、を備える基板１０Ａと、基板１０Ａ上に形成され光透過性を有する画素電極（陽極）３０と、画素電極３０と平面的に重なる開口部を備えた画素隔壁層１２と、画素隔壁層１２の上に形成された共通隔壁層１４と、を備えている。
【００２４】
共通隔壁層１４に囲まれた領域には、共通隔壁層１４の側壁に当接して発光部４０が形成されており、発光部４０の上面の全面を覆う共通電極（陰極）５０が形成されている。画素電極３０と発光部４０と陰極６０とで有機ＥＬ素子（発光素子）７０を形成している。
【００２５】
発光部４０には、画素電極３０からの正孔の注入を容易にする正孔注入層４２と、正孔注入層４２からの正孔の移動を促す正孔輸送層４４と、有機発光層４６とを備えており、画素電極３０上にこの順に積層している。更に、有機発光層４６上には、金属含有層５２と電子輸送層５４とが積層している。
【００２６】
陰極６０は、共通隔壁層１４の頂面及び側壁を覆って電子輸送層５４の上面の全面を覆う電子注入層６２と、電子注入層６２の表面全面を覆う陰極層６４と、を備えている。
【００２７】
本実施形態の有機ＥＬ装置１は、有機発光層４６で生じる光Ｌが、画素電極３０を介して外部へ射出されるボトムエミッション方式を採用している。以下、各構成要素について順に説明する。
【００２８】
基板本体１０は、光透過性を備える透明基板を用いることができる。このような透明基板としては、例えばガラス、石英ガラス、窒化ケイ素等の無機物や、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機高分子（樹脂）を用いることができる。また、光透過性を備えるならば、前記材料を積層または混合して形成された複合材料を用いることもできる。本実施形態では、基板本体１０の材料としてガラスを用いる。
【００２９】
素子層１１は、有機ＥＬ装置１を駆動させるための各種配線や駆動素子、及び無機物または有機物の絶縁膜などを備えている。各種配線や駆動素子はフォトリソグラフィによりパターニングした後エッチングすることにより、また、絶縁膜は蒸着法やスパッタ法など通常知られた方法により適宜形成することができる。
【００３０】
素子層１１の上には、画素電極３０が形成されている。画素電極３０の形成材料には、光透過性を備え、仕事関数が５ｅＶ以上の材料を用いることができる。このような材料は、正孔注入効果が高いため画素電極３０の形成材料として好ましい。このような材料としては、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物）等の金属酸化物を挙げることができる。本実施形態ではＩＴＯを用いる。
【００３１】
また、素子層１１の上には、画素電極３０の端部に一部が乗り上げるように、画素隔壁層１２が形成されている。画素隔壁層１２は画素電極３０に対応する開口部を備えており、該開口部内に画素電極３０が露出している。画素隔壁層１２は、酸化シリコンや窒化シリコン等の無機絶縁材料で形成されており、開口部の位置に対応するマスクを介したエッチング等の公知の方法で形成することができる。
【００３２】
画素隔壁層１２上には、画素電極３０の周囲を囲むように共通隔壁層１４が形成されている。共通隔壁層１４は、断面形状が順テーパ状に形成されている。そのため、共通隔壁層１４で囲まれた空間は、下部よりも上部が広く開口している。共通隔壁層１４は、例えば光硬化性のアクリル樹脂やポリイミド樹脂等で形成される。
【００３３】
共通隔壁層１４に囲まれた領域の底面に露出した面（ここでは画素電極３０と画素隔壁層１２の一部）には、共通隔壁層１４の側壁に当接して、画素電極３０からの正孔の注入を容易にする電荷移動層としての正孔注入層４２が形成されている。正孔注入層４２の形成材料は、通常知られた材料を用いる事ができる。本実施形態ではＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを用いる。
【００３４】
正孔注入層４２の上には、共通隔壁層１４の側壁に当接して正孔輸送層４４が形成され、更に有機発光層４６が形成されている。これらの層の形成材料としては、通常知られた材料を用いる事ができる。
【００３５】
例えば、正孔輸送層４４の形成材料としては、下記の化学式１で示されるＡＤＳ２５９ＢＥ（American Dye Source社製、商品名）を用いることが出来る。また、有機発光層４６の形成材料としては、化学式２で示される緑色発光高分子材料ＡＤＳ１０９ＧＥ（同社製、商品名）、化学式３で示される赤色発光高分子材料ＡＤＳ１１１ＲＥ（同社製、商品名）、化学式４で示される青色発光高分子材料ＡＤＳ１３６ＢＥ（同社製、商品名）を用いることができる。
【００３６】
【化１】
【００３７】
【化２】
【００３８】
【化３】
【００３９】
【化４】
【００４０】
有機発光層４６の上には、共通隔壁層１４の頂面および側壁を覆って表面全面に金属含有層５２が形成されている。金属含有層５２は、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属（第１金属材料）の金属塩を蒸着材料として用い、真空蒸着することで形成する。第１金属材料としては、Ｌｉ，Ｃｓ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａを挙げることができる。本実施形態ではＣｓの炭酸塩であるＣｓ２ＣＯ３を真空蒸着させ、Ｃｓを含む薄膜を成膜し金属含有層５２を形成した。真空蒸着は、抵抗加熱方式の蒸着装置を用い、１０−５Ｐａ台の真空中にて蒸着速度０．５Å／ｓｅｃにて行った。
【００４１】
ここで、Ｃｓを「含む薄膜」とは、少なくともＣｓ塩を構成する金属材料であるＣｓ単体を含む薄膜となっていることを意味しており、金属含有層５２が蒸着材料である金属塩を含んでいても良い。発明者は、別途行った予備実験により以下に示すような現象を観察しており、真空蒸着した膜がＣｓ塩のみからなる膜ではなく、Ｃｓ単体を含む膜となっていることを間接的に確かめている。
【００４２】
Ｃｓ２ＣＯ３を蒸着源として形成した蒸着膜にＡｌの蒸着膜を積層したものを大気に曝すと、Ａｌの表面が激しく発砲し、表面に顕著な凹凸が生じることが確認された。蒸着膜としてＣｓ２ＣＯ３が成膜されているならば、積層したＡｌ膜に顕著な変化は起きないはずである。これは蒸着膜がＣｓ単体を含むため大気暴露によって急激にＣｓ単体部が酸化、吸湿したためであると考えられる。
【００４３】
よって、蒸着で形成した本実施形態の金属含有層５２は、Ｃｓ単体を含む膜となっていることが分かる。
【００４４】
通常、Ｃｓ単体は非常に反応性が高いために劣化しやすく、また、融点が低い（２８．５℃）ため非常に融解しやすい。このような性質のため、Ｃｓ単体は取り扱いが難しく、Ｃｓ単体を含む膜を成膜することは非常に困難である。しかし、本実施形態では、大気に安定で取り扱いが容易な金属塩を出発物質として用いる。そのため、Ｃｓ単体を含む膜を容易に成膜できる。金属含有層５２の形成に用いる蒸着材料としては、炭酸塩の他にも、硫酸塩、硝酸塩、金属ハロゲン化物などの無機酸との金属塩や、有機酸との金属塩を用いることができる。
【００４５】
また、このような構成の金属含有層５２は、光反射性を有さない膜厚であることが望ましい。本実施形態の金属含有層５２は、０．５ｎｍの膜厚に成膜されている。この程度の膜厚であっても、有機発光層４６と陰極６０との間の電子注入を促進することができる。
【００４６】
金属含有層５２の上には、金属含有層５２の表面全面を覆って電子輸送性を有する電子輸送層５４が形成されている。電子輸送層５４の形成材料としては、Ａｌｑ３、ＢＣＰ（2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10- phenanthroline）等の低分子発光材料を用いた有機ＥＬ装置に用いられる通常知られた材料であれば用いることが可能である。本実施形態では、Ａｌｑ３を用い、２０ｎｍの膜厚に蒸着した。
【００４７】
電子輸送層５４の上には、電子輸送層５４の表面全面を覆ってＬｉＦを形成材料とする電子注入層６２と、Ａｌを形成材料とする陰極層６４と、が積層した陰極６０が形成されている。電子注入層６２の形成材料としては、ＬｉＦの他にも、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物またはフッ化物であれば用いることができる。
【００４８】
本実施形態の電子注入層６２は、真空蒸着により０．５ｎｍの膜厚に成膜されている。また、陰極層６４は、２００ｎｍの膜厚に成膜されており、十分な光反射性と導電性とを備えている。陰極層６４は、不図示の陰極取り出し端子へとつながる陰極コンタクト部へ接続されている。
【００４９】
陰極６０の上には、不図示のＳｉＯｘＮｙなどの無機膜を形成し、更に無機膜の上にはエポキシ樹脂を介してガラス基板を貼り合わせる、所謂、固体封止構造を備えるものとすると良い。
【００５０】
また、ガラス基板に凹部を設け乾燥剤を配置した封止缶部材を用い、ガラス基板の凹部側の面を陰極６０に対向させて配置し、該ガラス基板と基板１０Ａとが平面的に重なる部分の周縁をエポキシ樹脂等で接着する、所謂、缶封止構造を備えるものとしても良い。
本実施形態の有機ＥＬ装置１は、以上のような構成となっている。
【００５１】
以上のような構成の有機ＥＬ装置１によれば、電子輸送層５４と有機発光層４６との界面での電子注入を、低仕事関数の金属材料を含む金属含有層５２が促進し、陰極側からの良好な電子注入を行うことができる。また、金属含有層５２は、有機発光層４６と陰極６０との間のエネルギー障壁を緩和するために存在していれば良く、厚い膜である必要はない。したがって、薄膜として形成することで大幅に低仕事関数の金属材料の使用量を減らすことが可能であり、反応性の高い金属材料の劣化による不具合の発生を抑制することができる。そのため、良好な駆動安定性を確保した有機ＥＬ装置１とすることができる。
【００５２】
また、本実施形態では、ＬｉＦを形成材料とする電子注入層６２を設けることとしている。そのため、陰極層６４から電子輸送層５４への電子注入が促進され、高効率の発光と安定な連続駆動を実現することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、金属塩を出発材料として真空蒸着することにより、低仕事関数の金属含有層５２を形成することとしている。そのため、大気中での取り扱いが難しい低仕事関数の金属材料を直接取り扱うことなく、所望の金属の蒸着膜を形成することができ、作業性が向上する。
【００５４】
なお、本実施形態では、１つの有機ＥＬ素子７０について説明したが、有機ＥＬ装置１は上述した有機ＥＬ素子７０を複数備えることができる。その場合には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光を発する有機ＥＬ素子を設けることで、フルカラー表示が可能な有機ＥＬ装置とすることができる。このような有機ＥＬ装置では、上述した陰極構造が全ての有機ＥＬ素子に共通して設けられていることとすることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、電子注入層６２を設けた有機ＥＬ素子７０としたが、電子注入層６２を備えない構造としても良い。
【００５６】
［第２実施形態］
図２、３は、本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ装置２の説明図である。本実施形態の有機ＥＬ装置２は、第１実施形態の有機ＥＬ装置１と一部共通している。異なるのは、有機発光層４６で生じる光が陰極６０側へ射出されるトップエミッション方式を採用していることである。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５７】
図２は、有機ＥＬ装置２を模式的に示す断面図である。図に示すように、素子層１１内の基板本体１０上には、画素電極３０と平面的に重なって、反射層２０が形成されている。反射層はＡｌＮｄ合金を形成材料としており、マスクパターニングなど通常知られた方法で形成されている。本実施形態では、反射層２０は基板本体１０上に形成されることとしたが、素子層１１中であっても良く、また、素子層１１表面であっても良い。
【００５８】
電子注入層６２の上には、電子注入層６２の表面全面を覆って陰極層６５が形成されている。陰極層６５は、３．５ｅＶ以上４．２ｅＶ未満の仕事関数を有する第２金属材料と、４．２ｅＶ以上の仕事関数を有する第３金属材料とを用い、真空共蒸着にて形成された合金層である。第２金属材料としては、Ｍｇ，Ｓｃ，Ｍｎ，Ｉｎ，Ｚｒ，Ａｓを挙げることができ、第３金属材料としては、Ａｌ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕを挙げることができる。陰極層６５は、不図示の陰極取り出し端子へとつながる陰極コンタクト部へ接続されている。本実施形態では、第２金属材料としてＭｇを用い、第３金属材料としてＡｇを用いる。
【００５９】
陰極層６５は、第２金属材料と第３金属材料との合金層であることで、第３金属材料単体の場合よりも低い仕事関数と、第３金属材料の性質に由来する水分や酸素に対する高い安定性とを兼ね備える陰極層となっている。
【００６０】
発明者が別途行った予備実験では、ＭｇとＡｇとの蒸着比率が、体積比で１：１０（Ａｇの体積比率：９１％）から４０：１（Ａｇの体積比率：２．４％）の範囲で成膜した第２陰極層が、いずれも水分や酸素に対して安定であることが確かめられている。そのため、第２金属材料と第３金属材料との蒸着比率は、体積比で１：１０〜４０：１が好適である。また、成膜のしやすさや再現性の確保のため、蒸着比率は５：１〜２０：１がより好適である。本実施形態では、ＭｇとＡｇとの共蒸着比率は、体積比で１０：１とした。
【００６１】
また、陰極層６５の膜厚は、透明性の確保のため２０ｎｍ以下であることが好ましい。また、良好な面方向の導電性の確保（低いシート抵抗値）を考慮すると、例えば５ｎｍ以上程度の膜厚を備えることが好ましい。本実施形態の陰極層６５は、１５ｎｍの膜厚となっている。
【００６２】
陰極層６５の上には、第３金属材料を形成材料とする共振層６８が設けられている。本実施形態ではＡｇを用いて形成する。共振層６８は、有機発光層４６から発せられた光の一部を反射する半透過膜である。陰極６０は、共振層６８を有することで全体として半透過膜となっている。また、第３金属材料で形成される共振層６８は、陰極６０のシート抵抗値を下げる機能も有している。本実施形態の共振層６８は５ｎｍの膜厚を有している。
【００６３】
共振層６８は、反射層２０との間で光を共振させる光共振構造を構成しており、有機ＥＬ素子７０からは、反射層２０と共振層６８との間の光学的距離に対応した共振波長の条件を満たす光のみが増幅されて取り出される構成となっている。
【００６４】
光共振構造は、射出される光の波長に応じて適切な長さの光路を設定し、設定した光路間を光が往復する間に共振することで構築される。そのため、良好な共振を行うためには、反射層２０と共振層６８との間の長さ（光路長）を適切に設定することが必要となる。
【００６５】
光路長の調整を、有機発光層４６や陰極層６５など、厚みを変えると発光量や安定駆動に影響がある構成では行うことは好ましくない。しかし、本実施形態の有機ＥＬ装置２は、有機発光層４６に高分子材料を用いた通常の有機ＥＬ装置とは異なり、低分子材料を形成材料とする電子輸送層５４を備えている。電子輸送層５４の形成材料は、良好な透明性を備えているため、光路長の調整のために厚みを変更したとしても、射出される光を吸収・散乱することがなく影響を与えにくい。そのため、電子輸送層５４の厚みを調整することで、良好に共振構造の光路長の制御を行うことができる。
【００６６】
陰極６０の上は、固体封止構造を備えるものとすると良い。本実施形態の有機ＥＬ装置２は、以上のような構成となっている。
【００６７】
以上のような構成の有機ＥＬ装置２によれば、良好な光共振構造を備えたトップエミッション方式の有機ＥＬ装置とすることができ、射出される光の色純度を高めた高品質な有機ＥＬ装置とすることができる。
【００６８】
なお、本実施形態においても、１つの有機ＥＬ素子７０について説明したが複数備えた有機ＥＬ装置としても良い。図３は、本実施形態の有機ＥＬ装置の変形例を示す断面図である。
【００６９】
有機ＥＬ装置３は２つ以上の有機ＥＬ素子を備えており、図にはそのうち２つの有機ＥＬ素子７０ａ，７０ｂを示している。有機ＥＬ素子７０ａ，７０ｂは、それぞれ異なる波長の光Ｌａ，Ｌｂを射出する有機発光層４６ａ，４６ｂを備えている。
【００７０】
有機ＥＬ素子７０ａが備える電子輸送層５４ａと、有機ＥＬ素子７０ｂが備える電子輸送層５４ｂとは、それぞれの有機発光層から射出される光の波長に応じた適切な光路長ｄ１，ｄ２となるよう、異なった膜厚に設定されている。異なる膜厚の電子輸送層は、それぞれマスク蒸着などの通常知られた方法を用いて形成される。
【００７１】
また、有機ＥＬ素子７０ａ，７０ｂの、その他の基板１０Ａから金属含有層５２までの構成、および陰極６０の構成については、互いに共通した構造となっている。そのため、これらの構造部分は、製造工程を共通化することができる。
【００７２】
このような構成の有機ＥＬ装置３では、射出する波長ごとに好適に制御された光路長とすることができる。そのため、各発光素子から射出される光の色純度を高め、高品質なカラー表示が可能な有機ＥＬ装置とすることができる。
【００７３】
［電子機器］
次に、本発明の電子機器の実施形態について説明する。図４は、本発明の有機ＥＬ装置を用いた電子機器の一例を示す斜視図である。図４に示す携帯電話（電子機器）１３００は、本発明の有機ＥＬ装置を小サイズの表示部１３０１として備え、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、及び送話口１３０４を備えて構成されている。これにより、本発明の有機ＥＬ装置により構成された、発光効率に優れ信頼性に優れた表示部を具備した携帯電話１３００を提供することができる。
【００７４】
上記各実施の形態の有機ＥＬ装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、プロジェクタ、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、テレビジョン受像機、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができる。かかる構成とすることで、表示品質が高く、信頼性に優れた表示部を備えた電子機器を提供できる。
【００７５】
更には、上記各実施の形態の有機ＥＬ装置をラインヘッドとして用いることができ、該ラインヘッドを光源として備えた画像形成装置（光プリンタ）として好適に用いることができる。このようにすると、輝度ムラが無く信頼性に優れた光プリンタとすることができる。
【００７６】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ装置を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ装置を模式的に示す断面図である。
【図３】第２実施形態に係る有機ＥＬ装置の変形例を示す断面図である。
【図４】本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７８】
１，２，３…有機ＥＬ装置（有機エレクトロルミネッセンス装置）、２０…反射層（光反射層）、３０…陽極、４６，４６ａ，４６ｂ…有機発光層、５２…金属含有層、５４，５４ａ，５４ｂ…電子輸送層、６０…陰極、６２…電子注入層、７０，７０ａ，７０ｂ…有機ＥＬ素子（発光素子）、１３００…携帯電話（電子機器）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極との間に有機発光層を挟持した発光素子を備える有機エレクトロルミネッセンス装置であって、
前記有機発光層の形成材料は、重合体の発光性高分子化合物を含み、
前記有機発光層と前記陰極との間に前記有機発光層と接して設けられた、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属を含む金属含有層と、
前記金属含有層と前記陰極との間に前記金属含有層と接して設けられた、重合による繰り返し構造を備えない電子輸送性の低分子化合物を形成材料とする電子輸送層と、を有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項２】
前記陰極の前記電子輸送層側に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物またはフッ化物を形成材料とする電子注入層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項３】
前記金属含有層には、少なくともＣｓが含まれていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項４】
前記有機エレクトロルミネッセンス装置は、前記有機発光層で発せられる光を前記陰極から外部に取り出すトップエミッション方式の発光方式であって、
前記陽極は光透過性を有すると共に、前記陽極を挟んで前記有機発光層の反対側には光反射層が配置され、
前記陰極は半透過反射性を有し、
前記光反射層と前記陰極との間で、前記有機発光層から射出された光を共振させる光共振器構造が構成されており、
前記電子輸送層の膜厚により、前記光共振器構造の光路長が制御されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項５】
前記有機エレクトロルミネッセンス装置は、異なる波長の光を射出する２以上の前記発光素子を有し、
前記電子輸送層は、射出する光の波長に応じて膜厚が設定されており、
各々の前記発光素子において、前記光反射層の表面から前記金属含有層の前記電子輸送層側の表面までの合計膜厚が略等しく設定され、
各々の前記電子輸送層の膜厚により、各々の前記発光素子における前記光共振器構造の光路長が独立して制御されていることを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項６】
陽極と陰極との間に有機発光層を挟持した発光素子を備え、前記有機発光層と前記陰極との間に前記有機発光層と接する金属含有層が設けられた有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法であって、
前記金属含有層は、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属から選ばれる金属材料の金属塩を蒸着することにより形成されることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１】
陽極と陰極との間に有機発光層を挟持した発光素子を備える有機エレクトロルミネッセンス装置であって、
前記有機発光層の形成材料は、重合体の発光性高分子化合物を含み、
前記有機発光層と前記陰極との間に前記有機発光層と接して設けられた、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属を含む金属含有層と、
前記金属含有層と前記陰極との間に前記金属含有層と接して設けられた、重合による繰り返し構造を備えない電子輸送性の低分子化合物を形成材料とする電子輸送層と、を有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項２】
前記陰極の前記電子輸送層側に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物またはフッ化物を形成材料とする電子注入層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項３】
前記金属含有層には、少なくともＣｓが含まれていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項４】
前記有機エレクトロルミネッセンス装置は、前記有機発光層で発せられる光を前記陰極から外部に取り出すトップエミッション方式の発光方式であって、
前記陽極は光透過性を有すると共に、前記陽極を挟んで前記有機発光層の反対側には光反射層が配置され、
前記陰極は半透過反射性を有し、
前記光反射層と前記陰極との間で、前記有機発光層から射出された光を共振させる光共振器構造が構成されており、
前記電子輸送層の膜厚により、前記光共振器構造の光路長が制御されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項５】
前記有機エレクトロルミネッセンス装置は、異なる波長の光を射出する２以上の前記発光素子を有し、
前記電子輸送層は、射出する光の波長に応じて膜厚が設定されており、
各々の前記発光素子において、前記光反射層の表面から前記金属含有層の前記電子輸送層側の表面までの合計膜厚が略等しく設定され、
各々の前記電子輸送層の膜厚により、各々の前記発光素子における前記光共振器構造の光路長が独立して制御されていることを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項６】
陽極と陰極との間に有機発光層を挟持した発光素子を備え、前記有機発光層と前記陰極との間に前記有機発光層と接する金属含有層が設けられた有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法であって、
前記金属含有層は、アルカリ金属または仕事関数が２．９ｅＶ以下のアルカリ土類金属から選ばれる金属材料の金属塩を蒸着することにより形成されることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置を備えることを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−６７７１８（Ｐ２０１０−６７７１８Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３１２９４（Ｐ２００８−２３１２９４）
【出願日】平成２０年９月９日（２００８．９．９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月９日（２００８．９．９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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