有機ＥＬ素子及びこれを備える画像表示装置
【課題】 高い逆バイアス耐圧電圧を有する有機ＥＬ素子及びこれを備える画像表示装置を提供する。
【解決手段】 有機ＥＬ素子１は、基板２と、陽極３と、有機層４と、陰極５とを備えている。陰極５は、第１の陰極物５１と、第２の陰極物５２とを備え、第１の陰極物５１上に第２の陰極物５２が積層されるように形成されている。陰極５は、その厚さ（第１の陰極物５１の厚さと第２の陰極物５２の厚さとの和）が少なくとも５０ｎｍとなるように形成されている。
【解決手段】 有機ＥＬ素子１は、基板２と、陽極３と、有機層４と、陰極５とを備えている。陰極５は、第１の陰極物５１と、第２の陰極物５２とを備え、第１の陰極物５１上に第２の陰極物５２が積層されるように形成されている。陰極５は、その厚さ（第１の陰極物５１の厚さと第２の陰極物５２の厚さとの和）が少なくとも５０ｎｍとなるように形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子及びこれを備える画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像表示装置には、基板上に陽極、有機層、陰極を順次形成してなる有機ＥＬ素子を備えるものがある。このような有機ＥＬ素子では、陰極と陽極との間で局所的に電界が集中し、両電極間に電圧が印加された場合に過電流が流れる現象（リーク）が発生することがある。このため、例えば、有機ＥＬ素子完成前に、その素子要素を０．１％〜２０％の酸素雰囲気に曝したり、この酸素雰囲気にて素子要素に通電処理を施して、リークが発生した場所の陰極あるいは有機層を選択的に酸化させ、リーク箇所を絶縁化させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば、リーク箇所が絶縁化されているので、両電極間に電圧が印加された場合にも過電流が流れないようになる。
【０００３】
また、陽極表面を研磨して、陽極表面の凹凸を平滑化することで、両電極間の有機層が薄くなる場所を低減することにより、陰極と陽極との間の局所的な電界集中を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−３１２５８０号公報
【特許文献２】特開平９−２４５９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、有機ＥＬ素子の陰極の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）などの金属が広く用いられている。Ａｌなどからなる金属電極は、一般に、膜厚を厚くすると表面性が悪化してしまう。特に、電極表面の起伏が大きくなった場合、あるいは、金属膜全体の応力が大きくなり金属膜全体の応力が緩和される挙動を金属電極が行う（すなわち、金属電極が動く、あるいは、金属が有機層中に拡散する）場合、逆バイアス耐圧電圧（両電極間に逆バイアス電圧を印加した場合に両電極間に過電流が流れない電圧）の低下を促すため、デバイスとして要求される電極抵抗値に足る金属電極を形成する事は困難である。
【０００５】
このため、例えば、マトリックス状に形成された有機ＥＬ素子を使用した画像表示装置を順次駆動する場合において、逆バイアス電圧を上げることができない。結果として、順バイアス印加時に電極間に流せる電流値には限界が生じてしまい、高精細で高輝度、高品位な有機ＥＬ素子および有機ＥＬ素子を使用した画像表示装置を実現することの制約となっている。また、金属電極を陰極として使用し、走査電極としている場合には抵抗の値が大きいとその分発熱が大きくなるので、金属電極の抵抗値は低い方が望ましい。
【０００６】
特に、有機ＥＬ素子とカラーフィルター及び／又は蛍光変換を使用したカラー画像表示装置を実現させる場合、高精細で高輝度、高品位な画像品位を実現するには、金属電極の抵抗値は低い方が望ましい。また、表示装置が所望の輝度を得る為にはカラーフィルター及び／又は蛍光変換を使用することにより光の透過率が下がってしまうので、有機ＥＬ素子の輝度を上げる必要があり、そのため発熱を抑えるには金属電極の抵抗値を下げる必要がある。しかし、陰極に使用するＡｌの膜厚が厚くなると有機ＥＬ素子にかかる逆バイアス耐圧電圧が低下するという問題が顕著になる。つまり、逆バイアス耐圧電圧が低下すると、マトリックス状に形成された有機ＥＬ素子を使用した画像表示装置を駆動するに当たり、逆バイアス電圧が印加された有機ＥＬ素子にリーク電流が流れることになり、十分な画像品質が得られないという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、十分な画像品質を実現することができる有機ＥＬ素子及びこれを備える画像表示装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、高い逆バイアス耐圧電圧を有する有機ＥＬ素子及びこれを備える画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる有機ＥＬ素子は、
基板上に、少なくとも１つの陽極と有機層と陰極とを有する有機ＥＬ素子であって、
前記陰極は、その厚さ方向に、少なくとも２つの陰極物を含んでおり、該陰極物の厚さの合計が少なくとも５０ｎｍであることを特徴とする。
【０００９】
前記各陰極物は、同一材料を含む材料から形成されていることが好ましい。
前記陰極物間の少なくとも一部に中間物が形成されていることが好ましい。
前記中間物は、有機物を含む材料から形成されていることが好ましい。
前記中間物は、その厚さが０．４ｎｍ〜１０ｎｍであることが好ましい。
前記中間物に含まれる有機物は、前記有機層を形成する材料と同一材料を含んでいることが好ましい。
前記陰極は、その厚み方向における前記陰極物の境界で、該陰極物を構成する材料が形成する模様が不連続となる箇所を有することが好ましい。
前記陰極は、そのシート抵抗が３．７×１０−１Ω以下であることが好ましい。
【００１０】
本発明の第２の観点にかかる画像表示装置は、本発明の第１の観点にかかる有機ＥＬ素子を備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高い逆バイアス耐圧電圧を有する有機ＥＬ素子及びこれを備える画像表示装置を提供することができる。また、十分な画像品質を実現することができる有機ＥＬ素子及びこれを備える画像表示装置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】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態にかかる、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子及びこれを備える画像表示装置について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１に、本発明の実施の形態にかかる有機ＥＬ素子の一例を示す。
図１に示すように、有機ＥＬ素子１は、基板２と、陽極３と、有機層４と、陰極５とを備えている。
【００１４】
基板２は、有機層４からの発光光を取り出せるように、ガラス、石英、樹脂等の透明ないし半透明な材料が用いられる。なお、基板２と反対側（図１の上側）から有機層４からの発光光を取り出す構成とすることも可能であり、この場合、基板２は不透明な材料であってもよく、アルミナ等のセラミックス、ステンレス等の金属シートに表面酸化などの絶縁処理を施したもの、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを用いることができる。
【００１５】
陽極３は、基板２上に形成されている。陽極３は、例えば、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム（ＩＺＯ）、ＳｎＯ２、ドーパントをドープしたポリピロールなどの材料を用いることが好ましく、特にＩＴＯを用いることが好ましい。
【００１６】
有機層４は、陽極３上に形成され、ホールおよび電子の注入機能、付加的にそれらの輸送機能、ホールと電子の再結合により励起子を生成させる発光層としての機能を有する。有機層４には、少なくとも発光機能を有する化合物である蛍光性物質あるいはリン光性物質が含有されている。蛍光性物質としては、例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）等の金属錯体色素を用いることができる。これに加え、あるいはこれに替え、キナクリドン、クマリン、ルブレン、スチリル系色素、その他テトラフェニルブタジエン、アントラセン、ペリレン、コロネン、１２−フタロペリノン誘導体等を用いることもできる。
【００１７】
また、有機層４は、電子注入輸送層やホール注入輸送層を備えていてもよい。ホール注入輸送層は、ホール注入電極からのホールの注入を容易にする機能、ホールを安定に輸送する機能、付加的に電子の輸送を妨げる機能を有し、電子注入輸送層は、電子注入電極からの電子の注入を容易にする機能、電子を安定に輸送する機能、付加的にホールの輸送を妨げる機能を有するものであり、これらの層は、発光層へ注入されるホールや電子を増大・閉じ込めさせ、再結合領域を最適化させ、発光効率を改善する。また、有機層４は、これらの層を兼ねたものであってもよく、例えば、発光層と電子注入輸送層とを兼ねたものである場合、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）等を使用することが好ましい。
【００１８】
陰極５は、有機層４上に形成され、その厚さ方向に、少なくとも２つの陰極物を含んでいる。そして、少なくとも２つの陰極物の厚さの合計が少なくとも５０ｎｍとなるように形成されている。ここで、陰極物とは、陰極５を構成する部材をいい、本実施の形態では、陰極５は、第１の陰極物５１と、第２の陰極物５２とを備え、第１の陰極物５１上に第２の陰極物５２が積層されるように形成されている。このため、陰極５の厚さ（第１の陰極物５１の厚さと第２の陰極物５２の厚さとの和）が５０ｎｍ以上となっても、その表面性が悪化しない。例えば、陰極が銀を主成分とする場合、陰極物の厚みの合計が５０ｎｍ以上となっても、その表面性が悪化しない。又、陰極がＡｌを主成分とした場合には陰極物の厚みの合計が１００ｎｍ以上となっても、その表面性が悪化しない。この結果、陰極５は逆バイアス耐圧電圧を十分高く維持することが可能になり、また、時間の経過と共に逆バイアス耐圧電圧が顕著に低下するという問題が発生しなくなる。
【００１９】
陰極５（第１の陰極物５１及び第２の陰極物５２）に用いる材料としては、例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等のアルカリ土類金属、Ｌａ、Ｃｅ等の希土類金属、Ａｌ、Ｉｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒ等が挙げられ、これらから少なくとも１種を選択すればよい。ここで、第１の陰極物５１と第２の陰極物５２とは、同一材料を含む材料から形成されていることが好ましく、例えば、第１の陰極物５１がアルミニウム（Ａｌ）の場合には、第２の陰極物５２は、ＡｌまたはＡｌを含む材料から形成されていることが好ましい。このように、第１の陰極物５１と第２の陰極物５２とに同一材料を含ませることにより、陰極５は製造コストの上昇を抑え、簡単な製造工程で逆バイアス耐圧電圧を高く維持することができる。陰極物５１，５２は、抵抗加熱蒸着法、誘導加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタ法あるいはイオンプレーティング法のいずれの製造方法において適用が可能であり、製造方法を限定するものでは無い。
【００２０】
また、本実施の形態では、陰極５は、第１の陰極物５１と第２の陰極物５２との間に中間物６が形成されている。中間物６は、第１の陰極物５１と第２の陰極物５２との間に形成される部材であり、第１の陰極物５１及び第２の陰極物５２とともに陰極５を構成する。中間物６は電気伝導性を有するものであることが望ましいが、絶縁性であってもよい。また、中間物６は、陰極物５１，５２間の少なくとも一部に形成され、有機物を含む材料から形成されていることが好ましい。さらに、中間物６の有機物は、有機層４を形成する材料と同一材料を含んでいることが好ましい。これらにより、陰極５は逆バイアス耐圧電圧を高く維持することができる。また、中間物が有機ＥＬ素子を形成する材料と同一の材料を含んでいるので、製造コストの上昇を抑え、簡単な製造工程で逆バイアス耐圧電圧を高く維持することができる。中間物６は第１の陰極物５１の製造方法が適用可能であり、また第１の陰極物５１の表面の少なくとも一部を酸化させたり、窒化させたり、炭化するなどの製造方法を適用することでも実現できる。
【００２１】
ここで、中間物６は、その厚さを０．２ｎｍ〜５０ｎｍにすることが好ましく、０．４ｎｍ〜１０ｎｍにすることがさらに好ましい。中間物６をかかる範囲の厚さにすることにより、逆バイアス耐圧電圧を向上させることができるためである。また、中間物６の厚さが、例えば、５０ｎｍのように厚い場合、中間物６に使用する材料によっては、上下の陰極物５１，５２間の電気伝導性が大きく失われて、陰極５を所望の抵抗値を持つ陰極とすることはできないという問題が発生してしまうためである。また、中間物を厚くすると製造コストが上昇し、生産効率が悪くなるという問題が生じる。また、中間物が容量成分を有する場合には画像表示装置を駆動するに当たり、十分な画像品位が得られないという問題が生じる。また、中間物６の厚さが、例えば、０．２ｎｍのように極端に薄い場合、上下に形成された陰極物５１，５２同士の接触面積が大きくなり、結果として陰極５の表面に凹凸が形成される、あるいは、陰極５の応力が大きくなり有機ＥＬ素子の逆バイアス印加時の耐圧を低下させる、という問題が発生してしまうためである。
【００２２】
図２に、中間物６にＡｌｑ３を用いた場合の中間物６の厚さと逆バイアス耐圧電圧との関係を示す。尚、この場合、中間物６の上下の陰極物（Ａｌ）５１、５２をそれぞれ１００ｎｍ、１００ｎｍとした。図２は完成された有機ＥＬ素子表示装置を１１５度に維持された環境下で４時間維持し、その後、１０００時間室温に放置した後の逆バイアス耐圧電圧を示している。図２に示すように、中間物６は、その厚さを０．２ｎｍ以上にすると、逆バイアス耐圧電圧を向上させることができ、特に０．４ｎｍ以上にすると、逆バイアス耐圧電圧をさらに向上させることができることが確認できた。また、中間物の厚みが１．０ｎｍ以上であれば、逆バイアス耐圧電圧が変化することはなかった。ここで、逆バイアス耐圧電圧の値は有機層の膜厚によっても変化する。また、実際に有機ＥＬ素子を使用した画像表示装置を所望の輝度で連続駆動させる場合、有機ＥＬ素子には逆バイアス電圧が印加されるので、印加される逆バイアス電圧以上の逆バイアス耐圧電圧を有していることが必要となる。本例では有機ＥＬ素子表示装置を１１５度に維持された環境下で４時間維持し、その後、１０００時間室温に放置しているので、実使用環境下で十分な性能を有する画像表示装置を実現できる。その際、逆バイアス耐圧電圧は有機ＥＬ素子に印加される逆バイアス電圧より高ければ良く、逆バイアス耐圧電圧が変化しないことが好ましい。ただし、逆バイアス耐圧電圧が変化しても、逆バイアス耐圧電圧が印加される逆バイアス電圧より高ければ実用上問題はない。本例より、中間物６の厚みは、０．２ｎｍ以上であれば実用上問題なく、０．４ｎｍ以上であれば車載用途などの高温環境下で使用される場合であっても問題はない。
【００２３】
また、陰極５は、第１の陰極物５１と中間物６と第２の陰極物５２とから構成されている。図３に、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により、陰極５（第１の陰極物５１、中間物６、第２の陰極物５２）近傍の断面ＴＥＭ像を示す。図３に示すように、陰極５は、中間物６を境に、その上下の陰極物５１，５２の境界で、陰極物５１，５２を構成する材料が形成する模様が不連続となる箇所を有している。すなわち、陰極５は、第１の陰極物５１を構成する材料が形成する模様と、第２の陰極物５２を構成する材料が形成する模様とが、その厚み方向の断面において、不連続となる箇所を有する。
また、このように構成された陰極５は、そのシート抵抗が３．７×１０−１Ω以下であることが好ましい。
【００２４】
このように構成された有機ＥＬ素子１を、例えば、不活性ガス雰囲気下で、ガラス封止基板を所定位置に重ね合わせた後、陰極５にマイナス電圧を、陽極３にプラス電圧を印加できるように電気的に接続することにより、有機ＥＬ素子１を備える画像表示装置を形成することができる。
【００２５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、陰極５は、少なくとも２つの陰極物を含み、その総厚さが５０ｎｍ以上となるように形成されている。このため、陰極５の表面性が悪化せず、逆バイアス耐圧電圧を十分高く維持することが可能となり、又時間の経過と共に逆バイアス耐圧電圧が顕著に低下するという問題が発生しない。
【００２６】
本実施の形態によれば、第１の陰極物５１と第２の陰極物５２との間に中間物６が形成されている。このため、陰極５は逆バイアス耐圧電圧をさらに高く維持することができる。
【００２７】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。
【００２８】
上記実施の形態では、陰極５が第１の陰極物５１と中間物６と第２の陰極物５２とから形成されている場合を例に本発明を説明したが、例えば、図４に示すように、さらに、第２の陰極物５２上に第２の中間物６１を形成するとともに、第２の中間物６１上に第３の陰極物５３を形成してもよい。この場合、陰極５の抵抗値をさらに下げることができる。また、本発明は陰極物の数について特に限定されるものではなく、陰極５が所望の抵抗値を得るために必要な数であれば、その数に制限は無い。
【００２９】
上記実施の形態では、第１の陰極物５１及び第２の陰極物５２が有機層４上の全面に形成されている場合を例に本発明を説明したが、陰極５の厚さ方向に、少なくとも２つの陰極物を含むように形成されていればよく、例えば、図５に示すように、陰極５は、陰極物５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂを備えるように、有機層４上の一部に形成されている場合であってもよい。本構造は、例えば、発光素子がＲＧＢで個別に形成される場合には有効な手段となる。
【００３０】
上記実施の形態では、中間物６が第１の陰極物５１と第２の陰極物５２との間に形成されている場合を例に本発明を説明したが、例えば、中間物６が形成されておらず、陰極５が第１の陰極物５１と第２の陰極物５２とから形成されていてもよい。また、第１の陰極物５１と第２の陰極物５２との間の少なくとも一部に形成されていてもよい。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の実施例を説明する。
まず、基板２としてのガラス基板上に、ＩＴＯ膜（透明電極膜）をスパッタ法で１００ｎｍ形成し、フォトリソグラフィー技術によりＩＴＯ膜を２５６本の直線パターン形状に形成した。具体的には、ＩＴＯ膜を形成したガラス基板上に感光レジスト膜をスピンコートにて形成し、その後、所定のパターン形状の遮光レチクルマスクを通したＵＶ光で基板を順次照射して、基板全面の感光レジスト膜を感光させた。その後基板を現像液に所定時間浸漬させて、所定パターン形状に感光レジスト膜を除去し、その後エッチング液に浸漬させて感光レジスト膜が、ＩＴＯ膜を２５６本の直線のパターン形状にした。
【００３２】
次に、配線電極としてＴｉ−Ｎ膜をスパッタ法で３００ｎｍ形成し、フォトリソグフィー技術によりＴｉ−Ｎ膜をＩＴＯの片側のエッジに接するように直線状のパターン形状に形成した。続いて、絶縁性のポジ型レジストを基板上に塗布し、ＩＴＯ表面に２５６×６４の開口を有するように、ＩＴＯのエッジを被覆する形の形状でパターニングした。
【００３３】
さらに、絶縁性の樹脂膜をスピンコート法により形成して、フォトリソグフィー技術により素子分離構造体をＩＴＯ電極と直交し、かつ、ポジレジスト上に６５本形成した。素子分離構造体は、例えば、特開平１０−２２３３７６号公報に示されているようなものを指す。こうして作製した基板をＵＶオゾンによりＩＴＯ膜の前処理を行った後、蒸着チャンバーに投入して約９×１０−５Ｐａまで真空排気した後、真空蒸着法により有機層４を形成した。
【００３４】
この有機層４は、具体的には、チャンバーに投入した基板上にホール注入層としてα−ＮＰＤ（α−ナフチル・フェニル・ベンゼン）を４０ｎｍ形成し、次にホール輸送層としてＴＰＤ（トリ・フェニル・ジアミン）層を４０ｎｍ形成し、次に発光層としてＡｌｑ３（トリス・８−キノリノラト・アルミニウム）を５０ｎｍ形成した。
【００３５】
このようにして有機成膜を行った基板を、引き続き陰極形成のために用意した真空チャンバーに真空を維持したまま移して、約９×１０−５Ｐａの真空にて電子注入層と陰極５を形成した。具体的には、電子注入層は酸化リチウムを真空蒸着法にて０．５ｎｍ形成し、次に第１の陰極物５１としてのアルミニウム層を１００ｎｍ電子ビーム蒸着法にて形成し、さらに真空蒸着にて中間物６としてのＡｌｑ３を１ｎｍ形成し、さらに第２の陰極物５２としてのアルミニウム膜を１００ｎｍ形成した。
【００３６】
最後に、不活性ガスを満たした封止チャンバーに基板を移して、ガラス封止基板を所定の位置に重ね合わせて接着剤で接着を行った。そして、陰極５（Ａｌ）にマイナス電圧を印加し、陽極３（ＩＴＯ）にプラス電圧を印加することで画像表示が実現できた。また、駆動電圧１５Ｖ、逆バイアス電圧２０Ｖ、駆動周波数１００Ｈｚで駆動した場合、８０ｃｄ/ｍ２の輝度を有する画像表示が可能となり、駆動時間１０００時間でリークは発生しなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態にかかる有機ＥＬ素子の構成図である。
【図２】中間物の厚さと逆バイアス耐圧電圧との関係を示すグラフである。
【図３】陰極近傍の断面ＴＥＭ像を示す図である。
【図４】他の実施の形態にかかる有機ＥＬ素子の構成図である。
【図５】他の実施の形態にかかる有機ＥＬ素子の構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 有機ＥＬ素子
２ 基板
３ 陽極
４ 有機層
５ 陰極
５１ 第１の陰極物
５２ 第２の陰極物
６ 中間物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子及びこれを備える画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像表示装置には、基板上に陽極、有機層、陰極を順次形成してなる有機ＥＬ素子を備えるものがある。このような有機ＥＬ素子では、陰極と陽極との間で局所的に電界が集中し、両電極間に電圧が印加された場合に過電流が流れる現象（リーク）が発生することがある。このため、例えば、有機ＥＬ素子完成前に、その素子要素を０．１％〜２０％の酸素雰囲気に曝したり、この酸素雰囲気にて素子要素に通電処理を施して、リークが発生した場所の陰極あるいは有機層を選択的に酸化させ、リーク箇所を絶縁化させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば、リーク箇所が絶縁化されているので、両電極間に電圧が印加された場合にも過電流が流れないようになる。
【０００３】
また、陽極表面を研磨して、陽極表面の凹凸を平滑化することで、両電極間の有機層が薄くなる場所を低減することにより、陰極と陽極との間の局所的な電界集中を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−３１２５８０号公報
【特許文献２】特開平９−２４５９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、有機ＥＬ素子の陰極の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）などの金属が広く用いられている。Ａｌなどからなる金属電極は、一般に、膜厚を厚くすると表面性が悪化してしまう。特に、電極表面の起伏が大きくなった場合、あるいは、金属膜全体の応力が大きくなり金属膜全体の応力が緩和される挙動を金属電極が行う（すなわち、金属電極が動く、あるいは、金属が有機層中に拡散する）場合、逆バイアス耐圧電圧（両電極間に逆バイアス電圧を印加した場合に両電極間に過電流が流れない電圧）の低下を促すため、デバイスとして要求される電極抵抗値に足る金属電極を形成する事は困難である。
【０００５】
このため、例えば、マトリックス状に形成された有機ＥＬ素子を使用した画像表示装置を順次駆動する場合において、逆バイアス電圧を上げることができない。結果として、順バイアス印加時に電極間に流せる電流値には限界が生じてしまい、高精細で高輝度、高品位な有機ＥＬ素子および有機ＥＬ素子を使用した画像表示装置を実現することの制約となっている。また、金属電極を陰極として使用し、走査電極としている場合には抵抗の値が大きいとその分発熱が大きくなるので、金属電極の抵抗値は低い方が望ましい。
【０００６】
特に、有機ＥＬ素子とカラーフィルター及び／又は蛍光変換を使用したカラー画像表示装置を実現させる場合、高精細で高輝度、高品位な画像品位を実現するには、金属電極の抵抗値は低い方が望ましい。また、表示装置が所望の輝度を得る為にはカラーフィルター及び／又は蛍光変換を使用することにより光の透過率が下がってしまうので、有機ＥＬ素子の輝度を上げる必要があり、そのため発熱を抑えるには金属電極の抵抗値を下げる必要がある。しかし、陰極に使用するＡｌの膜厚が厚くなると有機ＥＬ素子にかかる逆バイアス耐圧電圧が低下するという問題が顕著になる。つまり、逆バイアス耐圧電圧が低下すると、マトリックス状に形成された有機ＥＬ素子を使用した画像表示装置を駆動するに当たり、逆バイアス電圧が印加された有機ＥＬ素子にリーク電流が流れることになり、十分な画像品質が得られないという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、十分な画像品質を実現することができる有機ＥＬ素子及びこれを備える画像表示装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、高い逆バイアス耐圧電圧を有する有機ＥＬ素子及びこれを備える画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる有機ＥＬ素子は、
基板上に、少なくとも１つの陽極と有機層と陰極とを有する有機ＥＬ素子であって、
前記陰極は、その厚さ方向に、少なくとも２つの陰極物を含んでおり、該陰極物の厚さの合計が少なくとも５０ｎｍであることを特徴とする。
【０００９】
前記各陰極物は、同一材料を含む材料から形成されていることが好ましい。
前記陰極物間の少なくとも一部に中間物が形成されていることが好ましい。
前記中間物は、有機物を含む材料から形成されていることが好ましい。
前記中間物は、その厚さが０．４ｎｍ〜１０ｎｍであることが好ましい。
前記中間物に含まれる有機物は、前記有機層を形成する材料と同一材料を含んでいることが好ましい。
前記陰極は、その厚み方向における前記陰極物の境界で、該陰極物を構成する材料が形成する模様が不連続となる箇所を有することが好ましい。
前記陰極は、そのシート抵抗が３．７×１０−１Ω以下であることが好ましい。
【００１０】
本発明の第２の観点にかかる画像表示装置は、本発明の第１の観点にかかる有機ＥＬ素子を備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高い逆バイアス耐圧電圧を有する有機ＥＬ素子及びこれを備える画像表示装置を提供することができる。また、十分な画像品質を実現することができる有機ＥＬ素子及びこれを備える画像表示装置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】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態にかかる、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子及びこれを備える画像表示装置について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１に、本発明の実施の形態にかかる有機ＥＬ素子の一例を示す。
図１に示すように、有機ＥＬ素子１は、基板２と、陽極３と、有機層４と、陰極５とを備えている。
【００１４】
基板２は、有機層４からの発光光を取り出せるように、ガラス、石英、樹脂等の透明ないし半透明な材料が用いられる。なお、基板２と反対側（図１の上側）から有機層４からの発光光を取り出す構成とすることも可能であり、この場合、基板２は不透明な材料であってもよく、アルミナ等のセラミックス、ステンレス等の金属シートに表面酸化などの絶縁処理を施したもの、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを用いることができる。
【００１５】
陽極３は、基板２上に形成されている。陽極３は、例えば、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム（ＩＺＯ）、ＳｎＯ２、ドーパントをドープしたポリピロールなどの材料を用いることが好ましく、特にＩＴＯを用いることが好ましい。
【００１６】
有機層４は、陽極３上に形成され、ホールおよび電子の注入機能、付加的にそれらの輸送機能、ホールと電子の再結合により励起子を生成させる発光層としての機能を有する。有機層４には、少なくとも発光機能を有する化合物である蛍光性物質あるいはリン光性物質が含有されている。蛍光性物質としては、例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）等の金属錯体色素を用いることができる。これに加え、あるいはこれに替え、キナクリドン、クマリン、ルブレン、スチリル系色素、その他テトラフェニルブタジエン、アントラセン、ペリレン、コロネン、１２−フタロペリノン誘導体等を用いることもできる。
【００１７】
また、有機層４は、電子注入輸送層やホール注入輸送層を備えていてもよい。ホール注入輸送層は、ホール注入電極からのホールの注入を容易にする機能、ホールを安定に輸送する機能、付加的に電子の輸送を妨げる機能を有し、電子注入輸送層は、電子注入電極からの電子の注入を容易にする機能、電子を安定に輸送する機能、付加的にホールの輸送を妨げる機能を有するものであり、これらの層は、発光層へ注入されるホールや電子を増大・閉じ込めさせ、再結合領域を最適化させ、発光効率を改善する。また、有機層４は、これらの層を兼ねたものであってもよく、例えば、発光層と電子注入輸送層とを兼ねたものである場合、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）等を使用することが好ましい。
【００１８】
陰極５は、有機層４上に形成され、その厚さ方向に、少なくとも２つの陰極物を含んでいる。そして、少なくとも２つの陰極物の厚さの合計が少なくとも５０ｎｍとなるように形成されている。ここで、陰極物とは、陰極５を構成する部材をいい、本実施の形態では、陰極５は、第１の陰極物５１と、第２の陰極物５２とを備え、第１の陰極物５１上に第２の陰極物５２が積層されるように形成されている。このため、陰極５の厚さ（第１の陰極物５１の厚さと第２の陰極物５２の厚さとの和）が５０ｎｍ以上となっても、その表面性が悪化しない。例えば、陰極が銀を主成分とする場合、陰極物の厚みの合計が５０ｎｍ以上となっても、その表面性が悪化しない。又、陰極がＡｌを主成分とした場合には陰極物の厚みの合計が１００ｎｍ以上となっても、その表面性が悪化しない。この結果、陰極５は逆バイアス耐圧電圧を十分高く維持することが可能になり、また、時間の経過と共に逆バイアス耐圧電圧が顕著に低下するという問題が発生しなくなる。
【００１９】
陰極５（第１の陰極物５１及び第２の陰極物５２）に用いる材料としては、例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等のアルカリ土類金属、Ｌａ、Ｃｅ等の希土類金属、Ａｌ、Ｉｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒ等が挙げられ、これらから少なくとも１種を選択すればよい。ここで、第１の陰極物５１と第２の陰極物５２とは、同一材料を含む材料から形成されていることが好ましく、例えば、第１の陰極物５１がアルミニウム（Ａｌ）の場合には、第２の陰極物５２は、ＡｌまたはＡｌを含む材料から形成されていることが好ましい。このように、第１の陰極物５１と第２の陰極物５２とに同一材料を含ませることにより、陰極５は製造コストの上昇を抑え、簡単な製造工程で逆バイアス耐圧電圧を高く維持することができる。陰極物５１，５２は、抵抗加熱蒸着法、誘導加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタ法あるいはイオンプレーティング法のいずれの製造方法において適用が可能であり、製造方法を限定するものでは無い。
【００２０】
また、本実施の形態では、陰極５は、第１の陰極物５１と第２の陰極物５２との間に中間物６が形成されている。中間物６は、第１の陰極物５１と第２の陰極物５２との間に形成される部材であり、第１の陰極物５１及び第２の陰極物５２とともに陰極５を構成する。中間物６は電気伝導性を有するものであることが望ましいが、絶縁性であってもよい。また、中間物６は、陰極物５１，５２間の少なくとも一部に形成され、有機物を含む材料から形成されていることが好ましい。さらに、中間物６の有機物は、有機層４を形成する材料と同一材料を含んでいることが好ましい。これらにより、陰極５は逆バイアス耐圧電圧を高く維持することができる。また、中間物が有機ＥＬ素子を形成する材料と同一の材料を含んでいるので、製造コストの上昇を抑え、簡単な製造工程で逆バイアス耐圧電圧を高く維持することができる。中間物６は第１の陰極物５１の製造方法が適用可能であり、また第１の陰極物５１の表面の少なくとも一部を酸化させたり、窒化させたり、炭化するなどの製造方法を適用することでも実現できる。
【００２１】
ここで、中間物６は、その厚さを０．２ｎｍ〜５０ｎｍにすることが好ましく、０．４ｎｍ〜１０ｎｍにすることがさらに好ましい。中間物６をかかる範囲の厚さにすることにより、逆バイアス耐圧電圧を向上させることができるためである。また、中間物６の厚さが、例えば、５０ｎｍのように厚い場合、中間物６に使用する材料によっては、上下の陰極物５１，５２間の電気伝導性が大きく失われて、陰極５を所望の抵抗値を持つ陰極とすることはできないという問題が発生してしまうためである。また、中間物を厚くすると製造コストが上昇し、生産効率が悪くなるという問題が生じる。また、中間物が容量成分を有する場合には画像表示装置を駆動するに当たり、十分な画像品位が得られないという問題が生じる。また、中間物６の厚さが、例えば、０．２ｎｍのように極端に薄い場合、上下に形成された陰極物５１，５２同士の接触面積が大きくなり、結果として陰極５の表面に凹凸が形成される、あるいは、陰極５の応力が大きくなり有機ＥＬ素子の逆バイアス印加時の耐圧を低下させる、という問題が発生してしまうためである。
【００２２】
図２に、中間物６にＡｌｑ３を用いた場合の中間物６の厚さと逆バイアス耐圧電圧との関係を示す。尚、この場合、中間物６の上下の陰極物（Ａｌ）５１、５２をそれぞれ１００ｎｍ、１００ｎｍとした。図２は完成された有機ＥＬ素子表示装置を１１５度に維持された環境下で４時間維持し、その後、１０００時間室温に放置した後の逆バイアス耐圧電圧を示している。図２に示すように、中間物６は、その厚さを０．２ｎｍ以上にすると、逆バイアス耐圧電圧を向上させることができ、特に０．４ｎｍ以上にすると、逆バイアス耐圧電圧をさらに向上させることができることが確認できた。また、中間物の厚みが１．０ｎｍ以上であれば、逆バイアス耐圧電圧が変化することはなかった。ここで、逆バイアス耐圧電圧の値は有機層の膜厚によっても変化する。また、実際に有機ＥＬ素子を使用した画像表示装置を所望の輝度で連続駆動させる場合、有機ＥＬ素子には逆バイアス電圧が印加されるので、印加される逆バイアス電圧以上の逆バイアス耐圧電圧を有していることが必要となる。本例では有機ＥＬ素子表示装置を１１５度に維持された環境下で４時間維持し、その後、１０００時間室温に放置しているので、実使用環境下で十分な性能を有する画像表示装置を実現できる。その際、逆バイアス耐圧電圧は有機ＥＬ素子に印加される逆バイアス電圧より高ければ良く、逆バイアス耐圧電圧が変化しないことが好ましい。ただし、逆バイアス耐圧電圧が変化しても、逆バイアス耐圧電圧が印加される逆バイアス電圧より高ければ実用上問題はない。本例より、中間物６の厚みは、０．２ｎｍ以上であれば実用上問題なく、０．４ｎｍ以上であれば車載用途などの高温環境下で使用される場合であっても問題はない。
【００２３】
また、陰極５は、第１の陰極物５１と中間物６と第２の陰極物５２とから構成されている。図３に、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により、陰極５（第１の陰極物５１、中間物６、第２の陰極物５２）近傍の断面ＴＥＭ像を示す。図３に示すように、陰極５は、中間物６を境に、その上下の陰極物５１，５２の境界で、陰極物５１，５２を構成する材料が形成する模様が不連続となる箇所を有している。すなわち、陰極５は、第１の陰極物５１を構成する材料が形成する模様と、第２の陰極物５２を構成する材料が形成する模様とが、その厚み方向の断面において、不連続となる箇所を有する。
また、このように構成された陰極５は、そのシート抵抗が３．７×１０−１Ω以下であることが好ましい。
【００２４】
このように構成された有機ＥＬ素子１を、例えば、不活性ガス雰囲気下で、ガラス封止基板を所定位置に重ね合わせた後、陰極５にマイナス電圧を、陽極３にプラス電圧を印加できるように電気的に接続することにより、有機ＥＬ素子１を備える画像表示装置を形成することができる。
【００２５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、陰極５は、少なくとも２つの陰極物を含み、その総厚さが５０ｎｍ以上となるように形成されている。このため、陰極５の表面性が悪化せず、逆バイアス耐圧電圧を十分高く維持することが可能となり、又時間の経過と共に逆バイアス耐圧電圧が顕著に低下するという問題が発生しない。
【００２６】
本実施の形態によれば、第１の陰極物５１と第２の陰極物５２との間に中間物６が形成されている。このため、陰極５は逆バイアス耐圧電圧をさらに高く維持することができる。
【００２７】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。
【００２８】
上記実施の形態では、陰極５が第１の陰極物５１と中間物６と第２の陰極物５２とから形成されている場合を例に本発明を説明したが、例えば、図４に示すように、さらに、第２の陰極物５２上に第２の中間物６１を形成するとともに、第２の中間物６１上に第３の陰極物５３を形成してもよい。この場合、陰極５の抵抗値をさらに下げることができる。また、本発明は陰極物の数について特に限定されるものではなく、陰極５が所望の抵抗値を得るために必要な数であれば、その数に制限は無い。
【００２９】
上記実施の形態では、第１の陰極物５１及び第２の陰極物５２が有機層４上の全面に形成されている場合を例に本発明を説明したが、陰極５の厚さ方向に、少なくとも２つの陰極物を含むように形成されていればよく、例えば、図５に示すように、陰極５は、陰極物５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂを備えるように、有機層４上の一部に形成されている場合であってもよい。本構造は、例えば、発光素子がＲＧＢで個別に形成される場合には有効な手段となる。
【００３０】
上記実施の形態では、中間物６が第１の陰極物５１と第２の陰極物５２との間に形成されている場合を例に本発明を説明したが、例えば、中間物６が形成されておらず、陰極５が第１の陰極物５１と第２の陰極物５２とから形成されていてもよい。また、第１の陰極物５１と第２の陰極物５２との間の少なくとも一部に形成されていてもよい。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の実施例を説明する。
まず、基板２としてのガラス基板上に、ＩＴＯ膜（透明電極膜）をスパッタ法で１００ｎｍ形成し、フォトリソグラフィー技術によりＩＴＯ膜を２５６本の直線パターン形状に形成した。具体的には、ＩＴＯ膜を形成したガラス基板上に感光レジスト膜をスピンコートにて形成し、その後、所定のパターン形状の遮光レチクルマスクを通したＵＶ光で基板を順次照射して、基板全面の感光レジスト膜を感光させた。その後基板を現像液に所定時間浸漬させて、所定パターン形状に感光レジスト膜を除去し、その後エッチング液に浸漬させて感光レジスト膜が、ＩＴＯ膜を２５６本の直線のパターン形状にした。
【００３２】
次に、配線電極としてＴｉ−Ｎ膜をスパッタ法で３００ｎｍ形成し、フォトリソグフィー技術によりＴｉ−Ｎ膜をＩＴＯの片側のエッジに接するように直線状のパターン形状に形成した。続いて、絶縁性のポジ型レジストを基板上に塗布し、ＩＴＯ表面に２５６×６４の開口を有するように、ＩＴＯのエッジを被覆する形の形状でパターニングした。
【００３３】
さらに、絶縁性の樹脂膜をスピンコート法により形成して、フォトリソグフィー技術により素子分離構造体をＩＴＯ電極と直交し、かつ、ポジレジスト上に６５本形成した。素子分離構造体は、例えば、特開平１０−２２３３７６号公報に示されているようなものを指す。こうして作製した基板をＵＶオゾンによりＩＴＯ膜の前処理を行った後、蒸着チャンバーに投入して約９×１０−５Ｐａまで真空排気した後、真空蒸着法により有機層４を形成した。
【００３４】
この有機層４は、具体的には、チャンバーに投入した基板上にホール注入層としてα−ＮＰＤ（α−ナフチル・フェニル・ベンゼン）を４０ｎｍ形成し、次にホール輸送層としてＴＰＤ（トリ・フェニル・ジアミン）層を４０ｎｍ形成し、次に発光層としてＡｌｑ３（トリス・８−キノリノラト・アルミニウム）を５０ｎｍ形成した。
【００３５】
このようにして有機成膜を行った基板を、引き続き陰極形成のために用意した真空チャンバーに真空を維持したまま移して、約９×１０−５Ｐａの真空にて電子注入層と陰極５を形成した。具体的には、電子注入層は酸化リチウムを真空蒸着法にて０．５ｎｍ形成し、次に第１の陰極物５１としてのアルミニウム層を１００ｎｍ電子ビーム蒸着法にて形成し、さらに真空蒸着にて中間物６としてのＡｌｑ３を１ｎｍ形成し、さらに第２の陰極物５２としてのアルミニウム膜を１００ｎｍ形成した。
【００３６】
最後に、不活性ガスを満たした封止チャンバーに基板を移して、ガラス封止基板を所定の位置に重ね合わせて接着剤で接着を行った。そして、陰極５（Ａｌ）にマイナス電圧を印加し、陽極３（ＩＴＯ）にプラス電圧を印加することで画像表示が実現できた。また、駆動電圧１５Ｖ、逆バイアス電圧２０Ｖ、駆動周波数１００Ｈｚで駆動した場合、８０ｃｄ/ｍ２の輝度を有する画像表示が可能となり、駆動時間１０００時間でリークは発生しなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態にかかる有機ＥＬ素子の構成図である。
【図２】中間物の厚さと逆バイアス耐圧電圧との関係を示すグラフである。
【図３】陰極近傍の断面ＴＥＭ像を示す図である。
【図４】他の実施の形態にかかる有機ＥＬ素子の構成図である。
【図５】他の実施の形態にかかる有機ＥＬ素子の構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 有機ＥＬ素子
２ 基板
３ 陽極
４ 有機層
５ 陰極
５１ 第１の陰極物
５２ 第２の陰極物
６ 中間物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくとも１つの陽極と有機層と陰極とを有する有機ＥＬ素子であって、
前記陰極は、その厚さ方向に、少なくとも２つの陰極物を含んでおり、該陰極物の厚さの合計が少なくとも５０ｎｍであることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記各陰極物は、同一材料を含む材料から形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記陰極物間の少なくとも一部に中間物が形成されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記中間物は、有機物を含む材料から形成されている、ことを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記中間物は、その厚さが０．４ｎｍ〜１０ｎｍである、ことを特徴とする請求項３または４に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記中間物に含まれる有機物は、前記有機層を形成する材料と同一材料を含んでいる、ことを特徴とする請求項４または５に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記陰極は、その厚み方向における前記陰極物の境界で、該陰極物を構成する材料が形成する模様が不連続となる箇所を有する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
前記陰極は、そのシート抵抗が３．７×１０−１Ω以下である、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子を備える、ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１】
基板上に、少なくとも１つの陽極と有機層と陰極とを有する有機ＥＬ素子であって、
前記陰極は、その厚さ方向に、少なくとも２つの陰極物を含んでおり、該陰極物の厚さの合計が少なくとも５０ｎｍであることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記各陰極物は、同一材料を含む材料から形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記陰極物間の少なくとも一部に中間物が形成されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記中間物は、有機物を含む材料から形成されている、ことを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記中間物は、その厚さが０．４ｎｍ〜１０ｎｍである、ことを特徴とする請求項３または４に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記中間物に含まれる有機物は、前記有機層を形成する材料と同一材料を含んでいる、ことを特徴とする請求項４または５に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記陰極は、その厚み方向における前記陰極物の境界で、該陰極物を構成する材料が形成する模様が不連続となる箇所を有する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
前記陰極は、そのシート抵抗が３．７×１０−１Ω以下である、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子を備える、ことを特徴とする画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２８６４０１（Ｐ２００６−２８６４０１Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０４７８４（Ｐ２００５−１０４７８４）
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]