有機ＥＬ素子
【課題】正孔注入・輸送層と発光層との間の界面の状態を電気的に安定にし、正孔の輸送性を良好にすることでその発光寿命を長くし、長期信頼性を確保した有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】一対の電極間に正孔注入・輸送層６０と発光層７０とを配設してなる有機ＥＬ装置３である。正孔注入・輸送層６０と発光層７０との間の界面に、金属元素または金属イオンが存在してなる金属領域６５が設けられている。
【解決手段】一対の電極間に正孔注入・輸送層６０と発光層７０とを配設してなる有機ＥＬ装置３である。正孔注入・輸送層６０と発光層７０との間の界面に、金属元素または金属イオンが存在してなる金属領域６５が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機蛍光材料等の発光材料を電極間に挟持してなる有機ＥＬ素子が注目されている。このような有機ＥＬ素子としては、発光材料からなる発光層の発光効率を高めるため、この発光層の陽極側に正孔注入層を配置しておくのが一般的である。また、正孔注入層としては、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルフォン酸［ＰＥＤＯＴ（Polyethylene Dioxythiophene）−ＰＳＳ（Polystyrene Sulphonate）］がよく用いられている。
【０００３】
ところで、有機ＥＬ素子は電流駆動型のデバイスであるため、定電流での発光の低下が早く、発光寿命が短くなってしまうことで長期信頼性が十分に確保できないといった課題がある。
このような発光低下の要因としては、その一つとして、積層した各有機膜界面、例えば前記の正孔注入層と発光層との間の界面の状態が不安定であることが挙げられている。
そこで、この有機膜界面の不安定さを改善する目的で、従来、発光層と陽極（正孔注入電極）との間の正孔輸送層に、該正孔輸送層より低い伝導帯最低準位を有する有機物質をドーピングする技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−６５９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記の技術では、正孔輸送層と発光層との間の界面において、正孔輸送層中にドーピングされた有機物質と発光層の形成材料とによって励起錯体が形成され、これが発光層による本来の発光とは異なる波長の発光を生じ、有機ＥＬ素子の発光特性を変化させてしまうおそれがある。また、正孔輸送層中にドーピングされた、正孔輸送層よりも低い伝導帯最低準位を有する有機物質が正孔（ホール）のトラップとして機能してしまい、正孔の輸送性を低下させてしまう懸念もある。
【０００５】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、特に前記の正孔注入・輸送層と発光層との間の界面の状態を電気的に安定にし、正孔の輸送性を良好にすることでその発光寿命を長くし、長期信頼性を確保した有機ＥＬ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため本発明の有機ＥＬ素子は、一対の電極間に正孔注入・輸送層と発光層とを配設してなる有機ＥＬ素子において、前記正孔注入・輸送層と発光層との間の界面に、金属元素または金属イオンが存在してなる金属領域が設けられていることを特徴としている。
また、金属領域は、島状や網状等の全体が連続しない不完全な領域であるのが好ましい。
【０００７】
この有機ＥＬ素子によれば、正孔注入・輸送層と発光層との間の界面に金属領域が設けられているので、前記界面の状態が安定化し、該界面での正孔の輸送性が良好になる。すなわち、該界面に金属元素が存在することにより、この金属元素の導電性等によって界面での正孔輸送性が増し、結果的に該界面での正孔の輸送性が良好になる。つまり、正孔注入・輸送層と発光層とはその材質に違いによって機械的な密着性が低く、したがって電気的にも接続性が低く導通性が低いものの、金属元素はその導電性や電気的活性によって正孔注入・輸送層と発光層との間のかけ橋的な機能を発揮し、前記したように界面での正孔の輸送性を良好にするものとなる。
【０００８】
また、前記界面に金属イオンが存在することによっても、該界面での正孔輸送性が増すことで該界面での正孔の輸送性が良好になる。つまり、この界面には、発光層において正孔と再結合することなく、発光層を通過した漏れ電子が蓄積され、これが正孔注入・輸送層から注入・輸送される正孔のトラップとして機能してしまうおそれがある。しかし、前記界面に金属イオンが存在すれば、該金属イオンが電子と結合して金属イオンが金属元素となり、前記界面に漏れ電子が蓄積されるといったことが抑えられ、正孔がトラップされてしまうことも抑えられるからである。
【０００９】
ここで、電子と結合することで生じた金属元素は、前記したように界面での正孔の輸送性を良好にするように作用する。その際、一部の金属元素に正孔が留まってこれが金属イオンとなることも考えられるが、この金属イオンも前記したように漏れ電子の蓄積を抑え、ここに正孔がトラップされるのを防止して前記界面での正孔の輸送性を良好にするように作用する。したがって、このようなメカニズムによって金属元素と金属イオンとが相互に作用することにより、前記界面の状態が安定化し、該界面での正孔の良好な輸送性が連続的に保持されるようになる。よって、有機ＥＬ素子の発光寿命を長くして長期信頼性を確保することが可能になる。
なお、金属または金属イオンはそれ自身が発光する機能を有していないため、発光層の形成材料と結合して励起錯体を形成し、発光層による本来の発光とは異なる波長の発光を生じるといったことも回避される。
【００１０】
また、前記有機ＥＬ素子においては、前記金属元素または金属イオンが、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｚｎのうちの少なくとも一種、またはそのイオンであるのが好ましい。
このような金属元素または金属イオンが、前記正孔注入・輸送層と発光層との間の界面に存在していれば、該界面での正孔注入・輸送性がより良好に安定化し、これによって発光寿命の長期化が一層顕著になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の有機ＥＬ素子を多数備えてなる有機ＥＬ装置の配線構造を示す説明図、図２は、図１に示した有機ＥＬ装置の平面模式図、図３は、図１に示した有機ＥＬ装置の要部の断面模式図である。
【００１２】
図１に示すように有機ＥＬ装置１は、複数の走査線１０１と、走査線１０１に対して交差する方向に延びる複数の信号線１０２と、信号線１０２に並列に延びる複数の電源線１０３とがそれぞれ配線された構成を有するとともに、走査線１０１及び信号線１０２の各交点付近に、画素領域Ａを形成したものである。
【００１３】
信号線１０２には、シフトレジスタ、レベルシフタ、ビデオライン及びアナログスイッチを備えるデータ側駆動回路１０４が接続されている。走査線１０１には、シフトレジスタ及びレベルシフタを備える走査側駆動回路１０５が接続されている。また、画素領域Ａの各々には、走査線１０１を介して走査信号がゲート電極に供給されるスイッチング用の薄膜トランジスタ１１２と、このスイッチング用の薄膜トランジスタ１１２を介して信号線１０２から供給される画素信号を保持する保持容量ｃａｐと、該保持容量ｃａｐによって保持された画素信号がゲート電極に供給される駆動用の薄膜トランジスタ１１３と、この駆動用薄膜トランジスタ１１３を介して電源線１０３に電気的に接続したときに該電源線１０３から駆動電流が流れ込む陽極（画素電極）１１１と、この画素電極１１１と陰極（対向電極）１２との間に挟み込まれた発光機能層１１０とが設けられている。
なお、陽極（画素電極）１１１と陰極（対向電極）１２と発光機能層１１０とを備えてなることにより、有機ＥＬ素子が構成されている。
【００１４】
このような構成によれば、走査線１０１が駆動されてスイッチング用の薄膜トランジスタ１１２がオンになると、そのときの信号線１０２の電位が保持容量ｃａｐに保持され、該保持容量ｃａｐの状態に応じて、駆動用の薄膜トランジスタ１１３のオン・オフ状態が決まる。そして、駆動用の薄膜トランジスタ１１３のチャネルを介して、電源線１０３から画素電極１１１に電流が流れ、さらに発光機能層１１０を介して陰極１２に電流が流れる。すると、発光機能層１１０はこれを流れる電流量に応じて発光する。
【００１５】
また、図２及び図３に示すようにこの有機ＥＬ装置１は、ガラス等からなる透明な基板２と、マトリックス状に配置された有機ＥＬ素子とを具備して構成されている。図３に示すように本発明の一実施形態となる有機ＥＬ素子３は、基板２上に形成されたもので、画素電極１１１と、発光機能層１１０と、陰極１２とを備えて構成されている。発光機能層１１０は、画素電極１１１側に正孔注入・輸送層６０を有し、その陰極１２側に発光層７０を有するとともに、これら正孔注入・輸送層６０と発光層７０との間の界面に、金属元素または金属イオンが存在してなる金属領域６５を有したものである。
【００１６】
また、基板２の厚さ方向において、前記有機ＥＬ素子３を含むＥＬ素子部１０と基板２との間には、回路素子部１４が形成されている。この回路素子部１４には、前述の走査線、信号線、保持容量、スイッチング用の薄膜トランジスタ、駆動用の薄膜トランジスタ１２３等が形成されている。
また、陰極１２は、その一端が基板２上に形成された陰極用配線（図示略）に接続されており、図２に示すように、この配線の一端部１２ａがフレキシブル基板５上の配線５ａに接続されている。なお、この配線５ａは、フレキシブル基板５上に備えられた駆動ＩＣ６（駆動回路）に接続されている。
【００１７】
また、有機ＥＬ装置１は、発光機能層１１０から基板２側に発した光が、回路素子部１４及び基板２を透過して基板２の外側（観測者側）に出射されるとともに、発光機能層１１０から基板２と反対の側に発した光も、陰極１２に反射されて回路素子部１４及び基板２を透過し、基板２の外側（観測者側）に出射される、いわゆるボトムエミッション型となっている。
【００１８】
図３に示すように回路素子部１４には、基板２上にＳｉＯ２を主体とする下地保護層２８１が下地として形成され、その上にはシリコン層２４１が形成されている。このシリコン層２４１の表面には、ＳｉＯ２及び／又はＳｉＮを主体とするゲート絶縁層２８２が形成されている。
また、前記シリコン層２４１のうち、ゲート絶縁層２８２を挟んでゲート電極２４２と重なる領域が、チャネル領域２４１ａとされている。なお、このゲート電極２４２は、図示しない走査線の一部である。一方、シリコン層２４１を覆い、ゲート電極２４２を形成したゲート絶縁層２８２の表面には、ＳｉＯ２を主体とする第１層間絶縁層２８３が形成されている。
【００１９】
また、シリコン層２４１のうち、チャネル領域２４１ａのソース側には、低濃度ソース領域２４１ｂおよび高濃度ソース領域２４１Ｓが設けられる一方、チャネル領域２４１ａのドレイン側には低濃度ドレイン領域２４１ｃおよび高濃度ドレイン領域２４１Ｄが設けられて、いわゆるＬＤＤ（Light Doped Drain ）構造となっている。これらのうち、高濃度ソース領域２４１Ｓは、ゲート絶縁層２８２と第１層間絶縁層２８３とにわたって開孔するコンタクトホール２４３ａを介して、ソース電極２４３に接続されている。このソース電極２４３は、電源線（図示せず）の一部として構成されている。一方、高濃度ドレイン領域２４１Ｄは、ゲート絶縁層２８２と第１層間絶縁層２８３とにわたって開孔するコンタクトホール２４４ａを介して、ソース電極２４３と同一層からなるドレイン電極２４４に接続されている。
【００２０】
ソース電極２４３およびドレイン電極２４４が形成された第１層間絶縁層２８３の上層には、平坦化膜２８４が形成されている。この平坦化膜２８４は、アクリル系やポリイミド系等の、耐熱性絶縁性樹脂などによって形成されたもので、駆動用ＴＦＴ１２３やソース電極２４３、ドレイン電極２４４などによる表面の凹凸をなくすために形成された公知のものである。
【００２１】
そして、この平坦化膜２８４の表面上には画素電極（陽極）１１１が形成されており、この画素電極１１１は、前記平坦化膜２８４に設けられたコンタクトホール１１１ａを介してドレイン電極２４４に接続されている。すなわち、画素電極１１１は、ドレイン電極２４４を介して、シリコン層２４１の高濃度ドレイン領域２４１Ｄに接続されている。なお、画素電極１１１は、ボトムエミッション型である本実施形態では、透明導電材料によって形成され、具体的にはＩＴＯが好適に用いられている。
【００２２】
画素電極１１１が形成された平坦化膜２８４の表面上には、画素電極１１１と、これの周縁部を覆う無機隔壁２５とが形成されており、さらにこの無機隔壁２５上には、有機隔壁２２１が形成されている。ここで、無機隔壁２５はＳｉＯ２からなっており、有機隔壁２２１はアクリル系やポリイミド系等の耐熱性絶縁性樹脂からなっている。
そして、画素電極１１１上には、無機隔壁２５に形成された開口２５ａと、有機隔壁２２１に形成された開口２２１ａとの内部、すなわち画素領域に、前記した正孔注入・輸送層６０と金属領域６５と発光層７０とが、画素電極（陽極）１１１側からこの順に形成され、これによって発光機能層１１０が形成されている。
【００２３】
正孔注入・輸送層６０は、その形成材料として、特に３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）の分散液、すなわち、分散媒としてのポリスチレンスルフォン酸に３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンを分散させ、さらにこれを水に分散させた分散液が好適に用いられている。ただし、これ以外にも、従来公知の正孔注入・輸送性材料を用いることができるのはもちろんである。
【００２４】
金属領域６５は、前記正孔注入・輸送層６０と発光層７０との間の界面に設けられたもので、金属元素または金属イオンが存在してなる領域である。この金属領域６５は、例えば正孔注入・輸送層６０上に金属元素が島状、網状あるいは単分子膜状に形成配置され、または金属化合物（金属イオン）として島状あるいは網状に形成配置されて、全体が連続しない不完全な領域とされたもので、後述するように蒸着法等の気相で形成され、あるいは液相法で形成されたものである。
【００２５】
このような金属領域６５を構成する金属元素または金属イオンとしては、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｚｎのうちの少なくとも一種、またはそのイオンが好適とされるが、これら以外の金属元素または金属イオンを用いることももちろん可能である。また、金属イオンによって金属領域６５を形成する場合、後述するように金属化合物（金属塩）を正孔注入・輸送層６０上に設けることで金属領域６５を形成するが、このような金属化合物としては、前記したような金属の硫酸塩や硝酸塩、塩酸塩、さらには酢酸塩等の有機酸塩が使用可能であり、中でも硫酸塩が好適に用いられる。
【００２６】
下地である正孔注入・輸送層６０は、前記したようにＰＥＤＯＴ−ＰＳＳによって形成されており、したがってこの正孔注入・輸送層６０中には硫酸イオンが多く存在している。よって、金属領域６５の形成材料中に硫酸イオンが存在していても、これが、正孔注入・輸送層６０の特性を損なう不純物として作用することがないからである。
【００２７】
正孔注入・輸送層６０上には、前記金属領域６５を介して発光層７０が形成されている。この発光層７０を形成するための材料としては、蛍光あるいは燐光を発光することが可能な公知の発光材料が用いられる。発光層７０の形成材料として具体的には、（ポリ）フルオレン誘導体（ＰＦ）、（ポリ）パラフェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ）、ポリフェニレン誘導体（ＰＰ）、ポリパラフェニレン誘導体（ＰＰＰ）、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、ポリチオフェン誘導体、ポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）などのポリシラン系などが好適に用いられる。また、これらの高分子材料に、ペリレン系色素、クマリン系色素、ローダミン系色素などの高分子系材料や、ルブレン、ペリレン、９，１０−ジフェニルアントラセン、テトラフェニルブタジエン、ナイルレッド、クマリン６、キナクリドン等の低分子材料をドープして用いることもできる。
なお、このような発光層７０を形成する材料としては、特にフルカラー表示をなす場合、赤色、緑色、青色の各波長域に対応する光を発光する材料が用いられ、それぞれが予め設定された状態に形成配置される。
【００２８】
陰極１２は、前記発光層７０を覆って形成されたもので、例えばＣａが厚さ５ｎｍ程度に形成され、その上にＡｌが厚さ３００ｎｍ程度に形成されて構成されたものである。このような積層構造の電極とされたことにより、特にＡｌは反射層としても機能するものとなっている。なお、陰極１２についても透明な材料を用いれば、発光した光を陰極側からも出射させることができる。透明な材料としては、ＩＴＯ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｎｉ、もしくはＰｄを用いることができる。膜厚としては、透明性を確保するうえで、７５ｎｍ程度とするのが好ましく、さらにこの膜厚より薄くするのがより好ましい。
また、この陰極１２上には、接着層５１を介して封止基板（図示せず）が貼着されている。
【００２９】
なお、前記発光機能層１１０において正孔注入・輸送層６０は、その内部において正孔を輸送する機能を有するとともに、正孔を発光層７０側に注入・輸送する機能をも有している。このような正孔注入・輸送層６０を画素電極１１１と発光層７０との間に設けることにより、発光層７０の発光効率、寿命等の素子特性を向上させることができる。
また、金属領域６５は、正孔注入・輸送層６０と発光層７０との間の界面の状態を安定化し、該界面での正孔の輸送性を良好にするものとなっている。
発光層７０は、正孔注入・輸送層６０から注入された正孔と、陰極１２から注入される電子とを再結合させ、発光をなすようになっている。
【００３０】
このような構成の有機ＥＬ装置１を製造するには、従来と同様にして基板２上に回路素子部１４を形成する。そして、基板２の全面を覆うように画素電極１１１となる透明導電膜を、ＩＴＯによって形成する。次いで、この導電膜をパターニングすることにより、図４（ａ）に示すように平坦化膜２８４のコンタクトホール１１１ａを介してドレイン電極２４４と導通する画素電極１１１を形成する。
【００３１】
次いで、画素電極１１１上および平坦化膜２８４上に、ＳｉＯ２等の無機絶縁材料をＣＶＤ法等で成膜して隔壁層（図示せず）を形成し、続いて、公知のホトリソグラフィー技術、エッチング技術を用いて隔壁層をパターニングする。これにより、図４（ｂ）に示すように、形成する各有機ＥＬ素子３の画素領域毎に開口２５ａ（図示略）を形成すると同時に、無機隔壁２５を形成する。
【００３２】
次いで、図４（ｃ）に示すように、無機隔壁２５の所定位置、詳しくは画素領域を囲む位置に樹脂等によって有機隔壁２２１を形成する。
次いで、このようにして画素電極１１１と無機隔壁２５と有機隔壁２２１とを形成した側の面を酸素プラズマ処理し、その表面に付着した有機物等の汚染物を除去して濡れ性を向上させる。具体的には、基板２を所定温度、例えば７０〜８０℃程度に加熱し、続いて大気圧下で酸素を反応ガスとするプラズマ処理（Ｏ２プラズマ処理）を行う。
【００３３】
次いで、撥液化処理を行うことにより、特に有機隔壁２２１の上面及び側面の濡れ性を低下させる。具体的には、大気圧下で４フッ化メタンを反応ガスとするプラズマ処理（ＣＦ４プラズマ処理）を行い、その後、プラズマ処理のために加熱された基板２を室温まで冷却することで、有機隔壁２２１の上面及び側面を撥液化し、その濡れ性を低下させる。
なお、このＣＦ４プラズマ処理においては、画素電極１１１の露出面および無機隔壁２５についても多少の影響を受けるが、画素電極１１１の材料であるＩＴＯおよび無機隔壁２５の構成材料であるＳｉＯ２などはフッ素に対する親和性に乏しいため、酸素プラズマ処理で濡れ性が向上した面は濡れ性がそのままに保持される。
【００３４】
次いで、前記有機隔壁２２１に囲まれた領域内に正孔注入・輸送層６０を形成する。この正孔注入・輸送層６０の形成工程では、スピンコート法や液滴吐出法が採用されるが、本実施形態では、有機隔壁２２１に囲まれた領域に正孔注入・輸送層６０の形成材料を選択的に配する必要上、特に液滴吐出法であるインクジェット法が好適に採用される。このインクジェット法により、正孔注入・輸送層６０の形成材料であるＰＥＤＯＴ−ＰＳＳの分散液を前記画素電極１１１の露出面上に配し、その後、熱処理（乾燥処理）を行うことにより、厚さ５０ｎｍの正孔注入・輸送層６０を形成する。
【００３５】
次いで、この正孔注入・輸送層６０上に、図５（ａ）に示すように金属領域６５を形成する。この金属領域６５の形成方法としては、前記したように気相法と液相法とが採用可能である。気相法としては、例えば前記した金属のうち、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉのいずれか一種または複数種を蒸着源とする蒸着法が好適に採用可能である。このような蒸着法で金属領域６５を形成する場合、形成する蒸着膜としては、例えば単分子膜、あるいは島状、網状等の全体が連続しない不完全な薄膜を形成するものとする。形成する金属膜が厚くなってしまうと、光を遮断するように機能し、発光層７０で発光した光が基板２側に良好に透過しなくなってしまうからである。なお、このように蒸着法を用いて金属領域６５を形成する場合、この金属領域６５を有機隔壁２２１に囲まれた正孔注入・輸送層６０上に選択的に形成する必要があることから、例えばマスクを用いて行うマスク蒸着法が好適に採用される。
【００３６】
また、液相法で形成する場合には、例えば前記した金属のうち、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｚｎのいずれかを含有する化合物を一種または複数種用い、これを水等の溶媒に溶解して例えば固形分濃度が０．１〜数重量％程度の低濃度溶液とし、前記正孔注入・輸送層６０上に配する。その後、乾燥することで溶媒を除去し、金属イオンを含む金属化合物からなる金属領域６５を形成する。このようにして金属領域６５を形成する場合にも、形成する膜としては、島状や網状等の全体が連続しない不完全な薄膜を形成するものとする。
すなわち、気相法、液相法のいずれにおいても、正孔注入・輸送層６０上に膜として金属領域６５を形成するというより、正孔注入・輸送層６０の表面上に金属または金属化合物をごく薄く付着させ、これを金属領域６５とするのである。
【００３７】
なお、前記溶液を正孔注入・輸送層６０上に配する方法としては、正孔注入・輸送層６０の形成工程と同様にインクジェット法やスピンコート法が採用され、特にインクジェット法が好適に採用される。このように溶液を配すると、特に該溶液の溶媒として水等の極性溶媒を用いた場合、正孔注入・輸送層６０の表面を一部再溶解させてしまう可能性もあるが、そのように一部再溶解させ、その後乾燥することにより、溶液中の金属化合物を正孔注入・輸送層６０の表層に取り込むことができる。
【００３８】
また、特に液相法で金属領域６５を形成した場合など、その後に加熱（乾燥）処理を行う際には、正孔注入・輸送層６０表面に配した金属元素または金属イオンが正孔注入・輸送層６０中に拡散しないよう、該溶液の溶媒の沸点以上のなるべく低い温度で短時間加熱するのが好ましい。このように正孔注入・輸送層６０中に拡散するのを抑え、正孔注入・輸送層６０表面上、すなわち該正孔注入・輸送層６０と発光層７０との界面のみに選択的に金属領域６５を形成することにより、正孔注入・輸送層６０の正孔輸送性を損なうことなく、該界面の状態を安定化させることができる。
なお、前記気相法による金属元素の付着と、液相法による金属イオン（金属化合物）の付着を共に行い、金属元素と金属イオンとが併存する金属領域６５を形成してもよいのはもちろんである。
【００３９】
このようにして金属領域６５を形成したら、図５（ｂ）に示すように、前記正孔注入・輸送層６０上に前記金属領域６５を介して発光層７０を形成する。この発光層７０の形成工程でも、前記の正孔注入・輸送層６０の形成と同様に、液滴吐出法であるインクジェット法が好適に採用される。すなわち、インクジェット法により、発光層の形成材料を正孔注入・輸送層６０上（金属領域６５上）に吐出し、その後、窒素雰囲気中にて１００℃で１時間程度熱処理を行い、有機隔壁２２１に形成された開口２２１ａ内、すなわち画素領域上に発光層７０を形成する。なお、発光層７０の形成材料中に用いる溶媒としては、前記正孔注入・輸送層６０を再溶解させないもの、例えばキシレンなどが好適に用いられる。また、この発光層７０の形成方法については、特に無機隔壁２５や有機隔壁２２１によって画素領域を区画しない場合、正孔注入・輸送層６０の形成や金属領域６５の形成の場合と同様に、スピンコート法を採用することもできる。
【００４０】
次いで、図５（ｃ）に示すように、前記発光層７０及び有機隔壁２２１を覆って例えばカルシウムを厚さ５ｎｍ程度、アルミニウムを厚さ３００ｎｍ程度に積層し、陰極１２を形成する。この陰極１２の形成に際しては、有機ＥＬ素子３を効率よく発光させるため、例えば電子注入層としてフッ化リチウムを発光層７０側に形成してもよい。また、この陰極１２の形成では、前記正孔注入・輸送層６０や発光層７０の形成とは異なり、蒸着法やスパッタ法等で行うことにより、画素領域にのみ選択的に形成するのでなく、基板２のほぼ全面に陰極１２を形成する。
その後、前記陰極１２上に接着層５１を形成し、さらにこの接着層５１によって封止基板３０を接着し、封止を行う。これにより、本実施形態の有機ＥＬ素子３を備える有機ＥＬ装置１を得る。
【００４１】
このような有機ＥＬ装置１の有機ＥＬ素子３にあっては、前記金属領域６５が正孔注入・輸送層６０と発光層７０との間の界面の状態を安定化させ、該界面での正孔の輸送性を良好にするものとなっているので、発光寿命が長くなり、長期信頼性が確保されたものとなる。
すなわち、該界面に例えば金属領域６５を構成する金属元素が存在することにより、この金属元素の導電性等によって界面での正孔輸送性が増し、結果的に該界面での正孔の輸送性が良好になる。つまり、正孔注入・輸送層６０と発光層７０とはその材質に違いによって機械的な密着性が低く、したがって電気的にも接続性が低く導通性が低いものの、金属元素はその導電性や電気的活性によって正孔注入・輸送層と発光層との間のかけ橋的な機能を発揮し、前記したように界面での正孔の輸送性を良好にするものとなる。
【００４２】
また、前記界面に金属イオンが存在することによっても、該界面での正孔輸送性が増すことで該界面での正孔の輸送性が良好になる。つまり、この界面には、陰極１２から注入され、発光層７０において正孔と再結合することなく、発光層７０を通過した漏れ電子が蓄積され、これが正孔注入・輸送層６０から注入・輸送される正孔のトラップとして機能してしまうおそれがある。しかし、前記界面に金属イオンが存在すれば、該金属イオンが電子と結合して金属イオンが金属元素となり、前記界面に漏れ電子が蓄積されるといったことが抑えられ、正孔がトラップされてしまうことも抑えられるからである。
【００４３】
ここで、電子と結合することで生じた金属元素は、前記したように界面での正孔の輸送性を良好にするように作用する。その際、一部の金属元素に正孔が留まってこれが金属イオンとなることも考えられるが、この金属イオンも前記したように漏れ電子の蓄積を抑え、ここに正孔がトラップされるのを防止して前記界面での正孔の輸送性を良好にするように作用する。したがって、このようなメカニズムによって金属元素と金属イオンとが相互に作用することにより、前記界面の状態が安定化し、該界面での正孔の良好な輸送性が連続的に保持されるようになる。
よって、前記したように本実施形態の有機ＥＬ素子３は、その発光寿命を長くして長期信頼性を確保することができる。
【００４４】
また、金属または金属イオンはそれ自身が発光する機能を有していないため、発光層７０の形成材料と結合して励起錯体を形成し、発光層７０による本来の発光とは異なる波長の発光を生じるといった不都合も回避することができる。
【００４５】
次に、このような有機ＥＬ装置１の応用例として、該有機ＥＬ装置１を備えた電子機器の具体例について説明する。
図６（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図６（ａ）において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は前記有機ＥＬ装置１からなる表示部を示している。
図６（ｂ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図６（ｂ）において、符号１１００は時計本体を示し、符号１１０１は前記有機ＥＬ装置１からなる表示部を示している。
図６（ｃ）は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図６（ｃ）において、符号１２００は情報処理装置、符号１２０２はキーボードなどの入力部、符号１２０４は情報処理装置本体、符号１２０６は前記有機ＥＬ装置１からなる表示部を示している。
図６（ｄ）は、薄型大画面テレビの一例を示した斜視図である。図６（ｄ）において、薄型大画面テレビ１３００は、薄型大画面テレビ本体（筐体）１３０２、スピーカーなどの音声出力部１３０４、前記有機ＥＬ装置１からなる表示部１３０６を備える。
【００４６】
図６（ａ）〜（ｄ）に示す電子機器１０００，１１００，１２００，１３００は、前記有機ＥＬ装置１を備えているので、この有機ＥＬ装置１からなる表示部１００１，１１０１，１２０６，１３０６が長寿命化していることにより、これら電子機器１０００，１１００，１２００，１３００自体も、表示部１００１，１１０１，１２０６，１３０６が長寿命化し、長期信頼性が確保されたものとなる。
【００４７】
なお、本発明は前記実施形態に限られることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、前記実施形態では、発光機能層１１０を正孔注入・輸送層６０と金属領域６５と発光層７０とから構成したが、正孔注入・輸送層を従来公知の正孔注入層と正孔輸送層との二層構造としてもよく、さらに、発光層７０と陰極１２との間に、前記した電子注入層や、さらに公知の電子輸送層を形成してもよい。
また、前記実施形態では、発光層７０で発光した光を基板２側から出射させる、いわゆるボトムエミッション型の有機ＥＬ装置に本発明の有機ＥＬ素子を適用した例を示したが、基板２と反対側の、封止基板側から光を出射させる、いわゆるトップエミッション型の有機ＥＬ装置にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬ装置の配線構造説明図である。
【図２】図１の有機ＥＬ装置の平面模式図である。
【図３】図１の有機ＥＬ装置の要部断面模式図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は図１の有機ＥＬ装置の製造方法を説明する工程図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は図４に続く製造方法を説明する工程図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は本発明の電子機器の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…有機ＥＬ装置、２…基板、１２…陰極、６０…正孔注入・輸送層、６５…金属領域、７０…発光層、１１０…発光機能層、１１１…画素電極（陽極）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機蛍光材料等の発光材料を電極間に挟持してなる有機ＥＬ素子が注目されている。このような有機ＥＬ素子としては、発光材料からなる発光層の発光効率を高めるため、この発光層の陽極側に正孔注入層を配置しておくのが一般的である。また、正孔注入層としては、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルフォン酸［ＰＥＤＯＴ（Polyethylene Dioxythiophene）−ＰＳＳ（Polystyrene Sulphonate）］がよく用いられている。
【０００３】
ところで、有機ＥＬ素子は電流駆動型のデバイスであるため、定電流での発光の低下が早く、発光寿命が短くなってしまうことで長期信頼性が十分に確保できないといった課題がある。
このような発光低下の要因としては、その一つとして、積層した各有機膜界面、例えば前記の正孔注入層と発光層との間の界面の状態が不安定であることが挙げられている。
そこで、この有機膜界面の不安定さを改善する目的で、従来、発光層と陽極（正孔注入電極）との間の正孔輸送層に、該正孔輸送層より低い伝導帯最低準位を有する有機物質をドーピングする技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−６５９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記の技術では、正孔輸送層と発光層との間の界面において、正孔輸送層中にドーピングされた有機物質と発光層の形成材料とによって励起錯体が形成され、これが発光層による本来の発光とは異なる波長の発光を生じ、有機ＥＬ素子の発光特性を変化させてしまうおそれがある。また、正孔輸送層中にドーピングされた、正孔輸送層よりも低い伝導帯最低準位を有する有機物質が正孔（ホール）のトラップとして機能してしまい、正孔の輸送性を低下させてしまう懸念もある。
【０００５】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、特に前記の正孔注入・輸送層と発光層との間の界面の状態を電気的に安定にし、正孔の輸送性を良好にすることでその発光寿命を長くし、長期信頼性を確保した有機ＥＬ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため本発明の有機ＥＬ素子は、一対の電極間に正孔注入・輸送層と発光層とを配設してなる有機ＥＬ素子において、前記正孔注入・輸送層と発光層との間の界面に、金属元素または金属イオンが存在してなる金属領域が設けられていることを特徴としている。
また、金属領域は、島状や網状等の全体が連続しない不完全な領域であるのが好ましい。
【０００７】
この有機ＥＬ素子によれば、正孔注入・輸送層と発光層との間の界面に金属領域が設けられているので、前記界面の状態が安定化し、該界面での正孔の輸送性が良好になる。すなわち、該界面に金属元素が存在することにより、この金属元素の導電性等によって界面での正孔輸送性が増し、結果的に該界面での正孔の輸送性が良好になる。つまり、正孔注入・輸送層と発光層とはその材質に違いによって機械的な密着性が低く、したがって電気的にも接続性が低く導通性が低いものの、金属元素はその導電性や電気的活性によって正孔注入・輸送層と発光層との間のかけ橋的な機能を発揮し、前記したように界面での正孔の輸送性を良好にするものとなる。
【０００８】
また、前記界面に金属イオンが存在することによっても、該界面での正孔輸送性が増すことで該界面での正孔の輸送性が良好になる。つまり、この界面には、発光層において正孔と再結合することなく、発光層を通過した漏れ電子が蓄積され、これが正孔注入・輸送層から注入・輸送される正孔のトラップとして機能してしまうおそれがある。しかし、前記界面に金属イオンが存在すれば、該金属イオンが電子と結合して金属イオンが金属元素となり、前記界面に漏れ電子が蓄積されるといったことが抑えられ、正孔がトラップされてしまうことも抑えられるからである。
【０００９】
ここで、電子と結合することで生じた金属元素は、前記したように界面での正孔の輸送性を良好にするように作用する。その際、一部の金属元素に正孔が留まってこれが金属イオンとなることも考えられるが、この金属イオンも前記したように漏れ電子の蓄積を抑え、ここに正孔がトラップされるのを防止して前記界面での正孔の輸送性を良好にするように作用する。したがって、このようなメカニズムによって金属元素と金属イオンとが相互に作用することにより、前記界面の状態が安定化し、該界面での正孔の良好な輸送性が連続的に保持されるようになる。よって、有機ＥＬ素子の発光寿命を長くして長期信頼性を確保することが可能になる。
なお、金属または金属イオンはそれ自身が発光する機能を有していないため、発光層の形成材料と結合して励起錯体を形成し、発光層による本来の発光とは異なる波長の発光を生じるといったことも回避される。
【００１０】
また、前記有機ＥＬ素子においては、前記金属元素または金属イオンが、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｚｎのうちの少なくとも一種、またはそのイオンであるのが好ましい。
このような金属元素または金属イオンが、前記正孔注入・輸送層と発光層との間の界面に存在していれば、該界面での正孔注入・輸送性がより良好に安定化し、これによって発光寿命の長期化が一層顕著になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の有機ＥＬ素子を多数備えてなる有機ＥＬ装置の配線構造を示す説明図、図２は、図１に示した有機ＥＬ装置の平面模式図、図３は、図１に示した有機ＥＬ装置の要部の断面模式図である。
【００１２】
図１に示すように有機ＥＬ装置１は、複数の走査線１０１と、走査線１０１に対して交差する方向に延びる複数の信号線１０２と、信号線１０２に並列に延びる複数の電源線１０３とがそれぞれ配線された構成を有するとともに、走査線１０１及び信号線１０２の各交点付近に、画素領域Ａを形成したものである。
【００１３】
信号線１０２には、シフトレジスタ、レベルシフタ、ビデオライン及びアナログスイッチを備えるデータ側駆動回路１０４が接続されている。走査線１０１には、シフトレジスタ及びレベルシフタを備える走査側駆動回路１０５が接続されている。また、画素領域Ａの各々には、走査線１０１を介して走査信号がゲート電極に供給されるスイッチング用の薄膜トランジスタ１１２と、このスイッチング用の薄膜トランジスタ１１２を介して信号線１０２から供給される画素信号を保持する保持容量ｃａｐと、該保持容量ｃａｐによって保持された画素信号がゲート電極に供給される駆動用の薄膜トランジスタ１１３と、この駆動用薄膜トランジスタ１１３を介して電源線１０３に電気的に接続したときに該電源線１０３から駆動電流が流れ込む陽極（画素電極）１１１と、この画素電極１１１と陰極（対向電極）１２との間に挟み込まれた発光機能層１１０とが設けられている。
なお、陽極（画素電極）１１１と陰極（対向電極）１２と発光機能層１１０とを備えてなることにより、有機ＥＬ素子が構成されている。
【００１４】
このような構成によれば、走査線１０１が駆動されてスイッチング用の薄膜トランジスタ１１２がオンになると、そのときの信号線１０２の電位が保持容量ｃａｐに保持され、該保持容量ｃａｐの状態に応じて、駆動用の薄膜トランジスタ１１３のオン・オフ状態が決まる。そして、駆動用の薄膜トランジスタ１１３のチャネルを介して、電源線１０３から画素電極１１１に電流が流れ、さらに発光機能層１１０を介して陰極１２に電流が流れる。すると、発光機能層１１０はこれを流れる電流量に応じて発光する。
【００１５】
また、図２及び図３に示すようにこの有機ＥＬ装置１は、ガラス等からなる透明な基板２と、マトリックス状に配置された有機ＥＬ素子とを具備して構成されている。図３に示すように本発明の一実施形態となる有機ＥＬ素子３は、基板２上に形成されたもので、画素電極１１１と、発光機能層１１０と、陰極１２とを備えて構成されている。発光機能層１１０は、画素電極１１１側に正孔注入・輸送層６０を有し、その陰極１２側に発光層７０を有するとともに、これら正孔注入・輸送層６０と発光層７０との間の界面に、金属元素または金属イオンが存在してなる金属領域６５を有したものである。
【００１６】
また、基板２の厚さ方向において、前記有機ＥＬ素子３を含むＥＬ素子部１０と基板２との間には、回路素子部１４が形成されている。この回路素子部１４には、前述の走査線、信号線、保持容量、スイッチング用の薄膜トランジスタ、駆動用の薄膜トランジスタ１２３等が形成されている。
また、陰極１２は、その一端が基板２上に形成された陰極用配線（図示略）に接続されており、図２に示すように、この配線の一端部１２ａがフレキシブル基板５上の配線５ａに接続されている。なお、この配線５ａは、フレキシブル基板５上に備えられた駆動ＩＣ６（駆動回路）に接続されている。
【００１７】
また、有機ＥＬ装置１は、発光機能層１１０から基板２側に発した光が、回路素子部１４及び基板２を透過して基板２の外側（観測者側）に出射されるとともに、発光機能層１１０から基板２と反対の側に発した光も、陰極１２に反射されて回路素子部１４及び基板２を透過し、基板２の外側（観測者側）に出射される、いわゆるボトムエミッション型となっている。
【００１８】
図３に示すように回路素子部１４には、基板２上にＳｉＯ２を主体とする下地保護層２８１が下地として形成され、その上にはシリコン層２４１が形成されている。このシリコン層２４１の表面には、ＳｉＯ２及び／又はＳｉＮを主体とするゲート絶縁層２８２が形成されている。
また、前記シリコン層２４１のうち、ゲート絶縁層２８２を挟んでゲート電極２４２と重なる領域が、チャネル領域２４１ａとされている。なお、このゲート電極２４２は、図示しない走査線の一部である。一方、シリコン層２４１を覆い、ゲート電極２４２を形成したゲート絶縁層２８２の表面には、ＳｉＯ２を主体とする第１層間絶縁層２８３が形成されている。
【００１９】
また、シリコン層２４１のうち、チャネル領域２４１ａのソース側には、低濃度ソース領域２４１ｂおよび高濃度ソース領域２４１Ｓが設けられる一方、チャネル領域２４１ａのドレイン側には低濃度ドレイン領域２４１ｃおよび高濃度ドレイン領域２４１Ｄが設けられて、いわゆるＬＤＤ（Light Doped Drain ）構造となっている。これらのうち、高濃度ソース領域２４１Ｓは、ゲート絶縁層２８２と第１層間絶縁層２８３とにわたって開孔するコンタクトホール２４３ａを介して、ソース電極２４３に接続されている。このソース電極２４３は、電源線（図示せず）の一部として構成されている。一方、高濃度ドレイン領域２４１Ｄは、ゲート絶縁層２８２と第１層間絶縁層２８３とにわたって開孔するコンタクトホール２４４ａを介して、ソース電極２４３と同一層からなるドレイン電極２４４に接続されている。
【００２０】
ソース電極２４３およびドレイン電極２４４が形成された第１層間絶縁層２８３の上層には、平坦化膜２８４が形成されている。この平坦化膜２８４は、アクリル系やポリイミド系等の、耐熱性絶縁性樹脂などによって形成されたもので、駆動用ＴＦＴ１２３やソース電極２４３、ドレイン電極２４４などによる表面の凹凸をなくすために形成された公知のものである。
【００２１】
そして、この平坦化膜２８４の表面上には画素電極（陽極）１１１が形成されており、この画素電極１１１は、前記平坦化膜２８４に設けられたコンタクトホール１１１ａを介してドレイン電極２４４に接続されている。すなわち、画素電極１１１は、ドレイン電極２４４を介して、シリコン層２４１の高濃度ドレイン領域２４１Ｄに接続されている。なお、画素電極１１１は、ボトムエミッション型である本実施形態では、透明導電材料によって形成され、具体的にはＩＴＯが好適に用いられている。
【００２２】
画素電極１１１が形成された平坦化膜２８４の表面上には、画素電極１１１と、これの周縁部を覆う無機隔壁２５とが形成されており、さらにこの無機隔壁２５上には、有機隔壁２２１が形成されている。ここで、無機隔壁２５はＳｉＯ２からなっており、有機隔壁２２１はアクリル系やポリイミド系等の耐熱性絶縁性樹脂からなっている。
そして、画素電極１１１上には、無機隔壁２５に形成された開口２５ａと、有機隔壁２２１に形成された開口２２１ａとの内部、すなわち画素領域に、前記した正孔注入・輸送層６０と金属領域６５と発光層７０とが、画素電極（陽極）１１１側からこの順に形成され、これによって発光機能層１１０が形成されている。
【００２３】
正孔注入・輸送層６０は、その形成材料として、特に３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）の分散液、すなわち、分散媒としてのポリスチレンスルフォン酸に３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンを分散させ、さらにこれを水に分散させた分散液が好適に用いられている。ただし、これ以外にも、従来公知の正孔注入・輸送性材料を用いることができるのはもちろんである。
【００２４】
金属領域６５は、前記正孔注入・輸送層６０と発光層７０との間の界面に設けられたもので、金属元素または金属イオンが存在してなる領域である。この金属領域６５は、例えば正孔注入・輸送層６０上に金属元素が島状、網状あるいは単分子膜状に形成配置され、または金属化合物（金属イオン）として島状あるいは網状に形成配置されて、全体が連続しない不完全な領域とされたもので、後述するように蒸着法等の気相で形成され、あるいは液相法で形成されたものである。
【００２５】
このような金属領域６５を構成する金属元素または金属イオンとしては、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｚｎのうちの少なくとも一種、またはそのイオンが好適とされるが、これら以外の金属元素または金属イオンを用いることももちろん可能である。また、金属イオンによって金属領域６５を形成する場合、後述するように金属化合物（金属塩）を正孔注入・輸送層６０上に設けることで金属領域６５を形成するが、このような金属化合物としては、前記したような金属の硫酸塩や硝酸塩、塩酸塩、さらには酢酸塩等の有機酸塩が使用可能であり、中でも硫酸塩が好適に用いられる。
【００２６】
下地である正孔注入・輸送層６０は、前記したようにＰＥＤＯＴ−ＰＳＳによって形成されており、したがってこの正孔注入・輸送層６０中には硫酸イオンが多く存在している。よって、金属領域６５の形成材料中に硫酸イオンが存在していても、これが、正孔注入・輸送層６０の特性を損なう不純物として作用することがないからである。
【００２７】
正孔注入・輸送層６０上には、前記金属領域６５を介して発光層７０が形成されている。この発光層７０を形成するための材料としては、蛍光あるいは燐光を発光することが可能な公知の発光材料が用いられる。発光層７０の形成材料として具体的には、（ポリ）フルオレン誘導体（ＰＦ）、（ポリ）パラフェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ）、ポリフェニレン誘導体（ＰＰ）、ポリパラフェニレン誘導体（ＰＰＰ）、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、ポリチオフェン誘導体、ポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）などのポリシラン系などが好適に用いられる。また、これらの高分子材料に、ペリレン系色素、クマリン系色素、ローダミン系色素などの高分子系材料や、ルブレン、ペリレン、９，１０−ジフェニルアントラセン、テトラフェニルブタジエン、ナイルレッド、クマリン６、キナクリドン等の低分子材料をドープして用いることもできる。
なお、このような発光層７０を形成する材料としては、特にフルカラー表示をなす場合、赤色、緑色、青色の各波長域に対応する光を発光する材料が用いられ、それぞれが予め設定された状態に形成配置される。
【００２８】
陰極１２は、前記発光層７０を覆って形成されたもので、例えばＣａが厚さ５ｎｍ程度に形成され、その上にＡｌが厚さ３００ｎｍ程度に形成されて構成されたものである。このような積層構造の電極とされたことにより、特にＡｌは反射層としても機能するものとなっている。なお、陰極１２についても透明な材料を用いれば、発光した光を陰極側からも出射させることができる。透明な材料としては、ＩＴＯ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｎｉ、もしくはＰｄを用いることができる。膜厚としては、透明性を確保するうえで、７５ｎｍ程度とするのが好ましく、さらにこの膜厚より薄くするのがより好ましい。
また、この陰極１２上には、接着層５１を介して封止基板（図示せず）が貼着されている。
【００２９】
なお、前記発光機能層１１０において正孔注入・輸送層６０は、その内部において正孔を輸送する機能を有するとともに、正孔を発光層７０側に注入・輸送する機能をも有している。このような正孔注入・輸送層６０を画素電極１１１と発光層７０との間に設けることにより、発光層７０の発光効率、寿命等の素子特性を向上させることができる。
また、金属領域６５は、正孔注入・輸送層６０と発光層７０との間の界面の状態を安定化し、該界面での正孔の輸送性を良好にするものとなっている。
発光層７０は、正孔注入・輸送層６０から注入された正孔と、陰極１２から注入される電子とを再結合させ、発光をなすようになっている。
【００３０】
このような構成の有機ＥＬ装置１を製造するには、従来と同様にして基板２上に回路素子部１４を形成する。そして、基板２の全面を覆うように画素電極１１１となる透明導電膜を、ＩＴＯによって形成する。次いで、この導電膜をパターニングすることにより、図４（ａ）に示すように平坦化膜２８４のコンタクトホール１１１ａを介してドレイン電極２４４と導通する画素電極１１１を形成する。
【００３１】
次いで、画素電極１１１上および平坦化膜２８４上に、ＳｉＯ２等の無機絶縁材料をＣＶＤ法等で成膜して隔壁層（図示せず）を形成し、続いて、公知のホトリソグラフィー技術、エッチング技術を用いて隔壁層をパターニングする。これにより、図４（ｂ）に示すように、形成する各有機ＥＬ素子３の画素領域毎に開口２５ａ（図示略）を形成すると同時に、無機隔壁２５を形成する。
【００３２】
次いで、図４（ｃ）に示すように、無機隔壁２５の所定位置、詳しくは画素領域を囲む位置に樹脂等によって有機隔壁２２１を形成する。
次いで、このようにして画素電極１１１と無機隔壁２５と有機隔壁２２１とを形成した側の面を酸素プラズマ処理し、その表面に付着した有機物等の汚染物を除去して濡れ性を向上させる。具体的には、基板２を所定温度、例えば７０〜８０℃程度に加熱し、続いて大気圧下で酸素を反応ガスとするプラズマ処理（Ｏ２プラズマ処理）を行う。
【００３３】
次いで、撥液化処理を行うことにより、特に有機隔壁２２１の上面及び側面の濡れ性を低下させる。具体的には、大気圧下で４フッ化メタンを反応ガスとするプラズマ処理（ＣＦ４プラズマ処理）を行い、その後、プラズマ処理のために加熱された基板２を室温まで冷却することで、有機隔壁２２１の上面及び側面を撥液化し、その濡れ性を低下させる。
なお、このＣＦ４プラズマ処理においては、画素電極１１１の露出面および無機隔壁２５についても多少の影響を受けるが、画素電極１１１の材料であるＩＴＯおよび無機隔壁２５の構成材料であるＳｉＯ２などはフッ素に対する親和性に乏しいため、酸素プラズマ処理で濡れ性が向上した面は濡れ性がそのままに保持される。
【００３４】
次いで、前記有機隔壁２２１に囲まれた領域内に正孔注入・輸送層６０を形成する。この正孔注入・輸送層６０の形成工程では、スピンコート法や液滴吐出法が採用されるが、本実施形態では、有機隔壁２２１に囲まれた領域に正孔注入・輸送層６０の形成材料を選択的に配する必要上、特に液滴吐出法であるインクジェット法が好適に採用される。このインクジェット法により、正孔注入・輸送層６０の形成材料であるＰＥＤＯＴ−ＰＳＳの分散液を前記画素電極１１１の露出面上に配し、その後、熱処理（乾燥処理）を行うことにより、厚さ５０ｎｍの正孔注入・輸送層６０を形成する。
【００３５】
次いで、この正孔注入・輸送層６０上に、図５（ａ）に示すように金属領域６５を形成する。この金属領域６５の形成方法としては、前記したように気相法と液相法とが採用可能である。気相法としては、例えば前記した金属のうち、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉのいずれか一種または複数種を蒸着源とする蒸着法が好適に採用可能である。このような蒸着法で金属領域６５を形成する場合、形成する蒸着膜としては、例えば単分子膜、あるいは島状、網状等の全体が連続しない不完全な薄膜を形成するものとする。形成する金属膜が厚くなってしまうと、光を遮断するように機能し、発光層７０で発光した光が基板２側に良好に透過しなくなってしまうからである。なお、このように蒸着法を用いて金属領域６５を形成する場合、この金属領域６５を有機隔壁２２１に囲まれた正孔注入・輸送層６０上に選択的に形成する必要があることから、例えばマスクを用いて行うマスク蒸着法が好適に採用される。
【００３６】
また、液相法で形成する場合には、例えば前記した金属のうち、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｚｎのいずれかを含有する化合物を一種または複数種用い、これを水等の溶媒に溶解して例えば固形分濃度が０．１〜数重量％程度の低濃度溶液とし、前記正孔注入・輸送層６０上に配する。その後、乾燥することで溶媒を除去し、金属イオンを含む金属化合物からなる金属領域６５を形成する。このようにして金属領域６５を形成する場合にも、形成する膜としては、島状や網状等の全体が連続しない不完全な薄膜を形成するものとする。
すなわち、気相法、液相法のいずれにおいても、正孔注入・輸送層６０上に膜として金属領域６５を形成するというより、正孔注入・輸送層６０の表面上に金属または金属化合物をごく薄く付着させ、これを金属領域６５とするのである。
【００３７】
なお、前記溶液を正孔注入・輸送層６０上に配する方法としては、正孔注入・輸送層６０の形成工程と同様にインクジェット法やスピンコート法が採用され、特にインクジェット法が好適に採用される。このように溶液を配すると、特に該溶液の溶媒として水等の極性溶媒を用いた場合、正孔注入・輸送層６０の表面を一部再溶解させてしまう可能性もあるが、そのように一部再溶解させ、その後乾燥することにより、溶液中の金属化合物を正孔注入・輸送層６０の表層に取り込むことができる。
【００３８】
また、特に液相法で金属領域６５を形成した場合など、その後に加熱（乾燥）処理を行う際には、正孔注入・輸送層６０表面に配した金属元素または金属イオンが正孔注入・輸送層６０中に拡散しないよう、該溶液の溶媒の沸点以上のなるべく低い温度で短時間加熱するのが好ましい。このように正孔注入・輸送層６０中に拡散するのを抑え、正孔注入・輸送層６０表面上、すなわち該正孔注入・輸送層６０と発光層７０との界面のみに選択的に金属領域６５を形成することにより、正孔注入・輸送層６０の正孔輸送性を損なうことなく、該界面の状態を安定化させることができる。
なお、前記気相法による金属元素の付着と、液相法による金属イオン（金属化合物）の付着を共に行い、金属元素と金属イオンとが併存する金属領域６５を形成してもよいのはもちろんである。
【００３９】
このようにして金属領域６５を形成したら、図５（ｂ）に示すように、前記正孔注入・輸送層６０上に前記金属領域６５を介して発光層７０を形成する。この発光層７０の形成工程でも、前記の正孔注入・輸送層６０の形成と同様に、液滴吐出法であるインクジェット法が好適に採用される。すなわち、インクジェット法により、発光層の形成材料を正孔注入・輸送層６０上（金属領域６５上）に吐出し、その後、窒素雰囲気中にて１００℃で１時間程度熱処理を行い、有機隔壁２２１に形成された開口２２１ａ内、すなわち画素領域上に発光層７０を形成する。なお、発光層７０の形成材料中に用いる溶媒としては、前記正孔注入・輸送層６０を再溶解させないもの、例えばキシレンなどが好適に用いられる。また、この発光層７０の形成方法については、特に無機隔壁２５や有機隔壁２２１によって画素領域を区画しない場合、正孔注入・輸送層６０の形成や金属領域６５の形成の場合と同様に、スピンコート法を採用することもできる。
【００４０】
次いで、図５（ｃ）に示すように、前記発光層７０及び有機隔壁２２１を覆って例えばカルシウムを厚さ５ｎｍ程度、アルミニウムを厚さ３００ｎｍ程度に積層し、陰極１２を形成する。この陰極１２の形成に際しては、有機ＥＬ素子３を効率よく発光させるため、例えば電子注入層としてフッ化リチウムを発光層７０側に形成してもよい。また、この陰極１２の形成では、前記正孔注入・輸送層６０や発光層７０の形成とは異なり、蒸着法やスパッタ法等で行うことにより、画素領域にのみ選択的に形成するのでなく、基板２のほぼ全面に陰極１２を形成する。
その後、前記陰極１２上に接着層５１を形成し、さらにこの接着層５１によって封止基板３０を接着し、封止を行う。これにより、本実施形態の有機ＥＬ素子３を備える有機ＥＬ装置１を得る。
【００４１】
このような有機ＥＬ装置１の有機ＥＬ素子３にあっては、前記金属領域６５が正孔注入・輸送層６０と発光層７０との間の界面の状態を安定化させ、該界面での正孔の輸送性を良好にするものとなっているので、発光寿命が長くなり、長期信頼性が確保されたものとなる。
すなわち、該界面に例えば金属領域６５を構成する金属元素が存在することにより、この金属元素の導電性等によって界面での正孔輸送性が増し、結果的に該界面での正孔の輸送性が良好になる。つまり、正孔注入・輸送層６０と発光層７０とはその材質に違いによって機械的な密着性が低く、したがって電気的にも接続性が低く導通性が低いものの、金属元素はその導電性や電気的活性によって正孔注入・輸送層と発光層との間のかけ橋的な機能を発揮し、前記したように界面での正孔の輸送性を良好にするものとなる。
【００４２】
また、前記界面に金属イオンが存在することによっても、該界面での正孔輸送性が増すことで該界面での正孔の輸送性が良好になる。つまり、この界面には、陰極１２から注入され、発光層７０において正孔と再結合することなく、発光層７０を通過した漏れ電子が蓄積され、これが正孔注入・輸送層６０から注入・輸送される正孔のトラップとして機能してしまうおそれがある。しかし、前記界面に金属イオンが存在すれば、該金属イオンが電子と結合して金属イオンが金属元素となり、前記界面に漏れ電子が蓄積されるといったことが抑えられ、正孔がトラップされてしまうことも抑えられるからである。
【００４３】
ここで、電子と結合することで生じた金属元素は、前記したように界面での正孔の輸送性を良好にするように作用する。その際、一部の金属元素に正孔が留まってこれが金属イオンとなることも考えられるが、この金属イオンも前記したように漏れ電子の蓄積を抑え、ここに正孔がトラップされるのを防止して前記界面での正孔の輸送性を良好にするように作用する。したがって、このようなメカニズムによって金属元素と金属イオンとが相互に作用することにより、前記界面の状態が安定化し、該界面での正孔の良好な輸送性が連続的に保持されるようになる。
よって、前記したように本実施形態の有機ＥＬ素子３は、その発光寿命を長くして長期信頼性を確保することができる。
【００４４】
また、金属または金属イオンはそれ自身が発光する機能を有していないため、発光層７０の形成材料と結合して励起錯体を形成し、発光層７０による本来の発光とは異なる波長の発光を生じるといった不都合も回避することができる。
【００４５】
次に、このような有機ＥＬ装置１の応用例として、該有機ＥＬ装置１を備えた電子機器の具体例について説明する。
図６（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図６（ａ）において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は前記有機ＥＬ装置１からなる表示部を示している。
図６（ｂ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図６（ｂ）において、符号１１００は時計本体を示し、符号１１０１は前記有機ＥＬ装置１からなる表示部を示している。
図６（ｃ）は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図６（ｃ）において、符号１２００は情報処理装置、符号１２０２はキーボードなどの入力部、符号１２０４は情報処理装置本体、符号１２０６は前記有機ＥＬ装置１からなる表示部を示している。
図６（ｄ）は、薄型大画面テレビの一例を示した斜視図である。図６（ｄ）において、薄型大画面テレビ１３００は、薄型大画面テレビ本体（筐体）１３０２、スピーカーなどの音声出力部１３０４、前記有機ＥＬ装置１からなる表示部１３０６を備える。
【００４６】
図６（ａ）〜（ｄ）に示す電子機器１０００，１１００，１２００，１３００は、前記有機ＥＬ装置１を備えているので、この有機ＥＬ装置１からなる表示部１００１，１１０１，１２０６，１３０６が長寿命化していることにより、これら電子機器１０００，１１００，１２００，１３００自体も、表示部１００１，１１０１，１２０６，１３０６が長寿命化し、長期信頼性が確保されたものとなる。
【００４７】
なお、本発明は前記実施形態に限られることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、前記実施形態では、発光機能層１１０を正孔注入・輸送層６０と金属領域６５と発光層７０とから構成したが、正孔注入・輸送層を従来公知の正孔注入層と正孔輸送層との二層構造としてもよく、さらに、発光層７０と陰極１２との間に、前記した電子注入層や、さらに公知の電子輸送層を形成してもよい。
また、前記実施形態では、発光層７０で発光した光を基板２側から出射させる、いわゆるボトムエミッション型の有機ＥＬ装置に本発明の有機ＥＬ素子を適用した例を示したが、基板２と反対側の、封止基板側から光を出射させる、いわゆるトップエミッション型の有機ＥＬ装置にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬ装置の配線構造説明図である。
【図２】図１の有機ＥＬ装置の平面模式図である。
【図３】図１の有機ＥＬ装置の要部断面模式図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は図１の有機ＥＬ装置の製造方法を説明する工程図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は図４に続く製造方法を説明する工程図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は本発明の電子機器の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…有機ＥＬ装置、２…基板、１２…陰極、６０…正孔注入・輸送層、６５…金属領域、７０…発光層、１１０…発光機能層、１１１…画素電極（陽極）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極間に正孔注入・輸送層と発光層とを配設してなる有機ＥＬ素子において、
前記正孔注入・輸送層と発光層との間の界面に、金属元素または金属イオンが存在してなる金属領域が設けられていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記正孔注入・輸送層と発光層との間の界面に、金属元素または金属イオンが存在してなる金属領域が、島状や網状等の全体が連続しない不完全な領域であることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記金属元素または金属イオンが、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｚｎのうちの少なくとも一種、またはそのイオンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１】
一対の電極間に正孔注入・輸送層と発光層とを配設してなる有機ＥＬ素子において、
前記正孔注入・輸送層と発光層との間の界面に、金属元素または金属イオンが存在してなる金属領域が設けられていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記正孔注入・輸送層と発光層との間の界面に、金属元素または金属イオンが存在してなる金属領域が、島状や網状等の全体が連続しない不完全な領域であることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記金属元素または金属イオンが、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｚｎのうちの少なくとも一種、またはそのイオンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−９１４１０（Ｐ２００８−９１４１０Ａ）
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６７８０７（Ｐ２００６−２６７８０７）
【出願日】平成１８年９月２９日（２００６．９．２９）
【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２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２９日（２００６．９．２９）
【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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