JP4717265B2 - 有機ｅｌ装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、有機ＥＬ（Electroluminescence）装置及びその製造方法に係り、詳しくは、少なくとも有機発光層を含む有機層と陰極との界面に金属酸化物を含有する有機ＥＬ装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報機器等の表示デバイスに用いられるＥＬ素子の一種として、有機ＥＬ装置が開発されている。図１２は、従来から一般に知られている有機ＥＬ装置の構成を示す断面図である。同有機ＥＬ装置は、図１２に示すように、ガラス基板等から成る透明絶縁基板５１と、透明絶縁基板５１上に形成されたＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジュウム錫）等の透明導電材料から成る陽極（下部電極）５２と、陽極５２上に形成された正孔輸送層５３と、正孔輸送層５３上に形成された有機発光層５４と、有機発光層５４上に形成されたＡｌＬｉ（アルミニウムリチウム）等から成る陰極（上部電極）５５と、陽極５２、正孔輸送層５３、有機発光層５４及び陰極５５から成る素子主要部が形成された透明絶縁基板５１上に、素子主要部を覆うように封止樹脂５６を介して取り付けられたガラス等から成るキャップ５７とを備えている。
上述の封止樹脂としては例えばＵＶ（Ultra-Violet：紫外線）硬化性樹脂が用いられて、光源からＵＶを含んだ光を封止樹脂に照射することにより、硬化させて封止を行なっている。
【０００３】
ところで、上述の有機ＥＬ装置は、有機発光層５４と陰極５５との界面が不完全である場合が多いので、もともと不安定な欠陥が存在している。この欠陥とは、界面準位を形成すべき個所に格子欠陥等による不純物準位が形成されることを意味しており、この欠陥の存在によって、本来流れるべきキャリアのパス以外にもパスが発生して、リーク電流が増加するようになる。さらに、陰極５５と陽極５２とがショートするおそれもある。したがって、有機ＥＬ装置の特性が不安定になり、高い整流比が得られなくなる。これらのため、単純マトリックス駆動を行って場合には、画素ショート、クロストークが発生していた。
【０００４】
ここで、従来から、特性の安定化を図るために有機発光層と陰極との界面に酸化層を形成するように構成した有機ＥＬ装置が知られており、例えば特開平９−２４５９６８号公報に開示されている。同有機ＥＬ装置は、図１３に示すように、ガラス基板６１と、ガラス基板６１上に形成されたＩＴＯから成る陽極６２と、陽極６２上に形成された有機材料から成るホール輸送材料層６３と、ホール輸送材料層６３上に形成された有機材料から成る電子輸送材料層６４と、電子輸送材料層６４上に形成された陰極６５とを備え、電子輸送材料層６４と陰極６５との界面には酸化層６６（または水酸化層）が形成されている。
【０００５】
陰極６５の材料としては、例えばＬｉ（リチウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｋａ（カリウム）等の一価の金属、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）等の二価の金属、あるいはＡｌ（アルミニウム）等の三価の金属を用いる。具体的には、陰極６５の材料の成膜を行う際に、雰囲気中の酸素分子または水素分子の濃度を通常の成膜の際よりも高くすることによって、酸化層６６を形成する。
このような構成により、有機発光層である電子輸送材料層６４と陰極６５との界面の金属の仕事関数あるいはイオン化ポテンシャルを下げることによって、低電圧駆動を可能にし、結果として安定に動作する有機ＥＬ装置を得ることができるとされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９−２４５９６８号公報記載の有機ＥＬ装置の構成では、有機発光層と陰極との界面に単に酸化層を形成しているだけなので、高い整流比を得るのが困難である、という問題がある。
すなわち、上記公報においては、有機ＥＬ装置の製造時に陰極６５の材料の成膜を行う際に、雰囲気中の酸素分子または水素分子の濃度を通常の成膜の際よりも高くすることによって、酸化層６６を形成しているので、酸素分子または水素分子の濃度を望ましい範囲に制御するのが困難なため、有機ＥＬ装置製造の歩留まりが悪くなって、スループットが低下し、しかも整流比が十分高いレベルが得られなかった。また、酸化層６６あるいは水酸化層は絶縁層であるので、これらの層が均一に形成された場合には、駆動電圧が高く、発光効率が低くなる問題点があった。
【０００７】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、高い整流比を得ることができ、しかも駆動電圧は低く、発光効率を高くすることができるようにした有機ＥＬ装置及びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、透明絶縁基板上に透明電極から成る陽極、少なくとも有機発光層を含む有機層、陰極を順次に積層し、該陰極が上記有機層との界面に金属酸化物を含有する有機ＥＬ装置であって、上記金属酸化物が上記有機層との界面側で高濃度となる濃度勾配を有するように形成されていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の有機ＥＬ装置に係り、上記陰極は第１の陰極及び第２の陰極から成り、上記第１の陰極が上記有機層との界面に金属酸化物を含有することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の有機ＥＬ装置に係り、上記陰極は複数層から成り、該複数層の陰極のうち上記有機層と接する陰極が上記有機層との界面に金属酸化物を含有することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載の有機ＥＬ装置に係り、上記陰極の膜厚方向に沿って曲線状に変化していることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５記載の発明は、請求項１、２又は３記載の有機ＥＬ装置に係り、上記金属酸化物の上記濃度勾配は、上記陰極の膜厚方向に沿って直線状に変化していることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１に記載の有機ＥＬ装置に係り、上記金属酸化物の濃度は、上記有機層と界面を形成している陰極の膜厚内で０になっていることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項７記載の発明は、透明絶縁基板上に透明電極から成る陽極、少なくとも有機発光層を含む有機層、陰極を順次に積層し、該陰極が上記有機層との界面に金属酸化物を含有する有機ＥＬ装置の製造方法であって、上記陽極及び上記有機層を順次に積層した上記透明絶縁基板を真空装置内に配置し、上記金属酸化物を形成し得る第１の金属及び上記陰極形成用の第２の金属を共蒸着することにより、上記有機層との界面側で高濃度となる濃度勾配を有する上記金属酸化物を形成することを特徴としている。
【００１５】
また、請求項８記載の発明は、透明絶縁基板上に透明電極から成る陽極、少なくとも有機発光層を含む有機層、陰極を順次に積層し、該陰極が上記有機層との界面に金属酸化物を含有する有機ＥＬ装置の製造方法であって、上記透明絶縁基板上に上記陽極及び上記有機層を順次に積層して形成する工程と、上記透明絶縁基板を、予め上記金属酸化物を形成し得る第１の金属及び上記陰極形成用の第２の金属が供給された真空装置内に配置する工程と、上記第１及び第２の金属を共蒸着することにより、上記有機層との界面側で高濃度となる濃度勾配を有する上記金属酸化物を形成する工程とを含むことを特徴としている。
【００１６】
また、請求項９記載の発明は、請求項７又は８記載の有機ＥＬ装置の製造方法に係り、上記第１の金属が予め表面酸化されていることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項１０記載の発明は、請求項７、８又は９記載の有機ＥＬ装置の製造方法に係り、上記共蒸着を真空装置内に酸素を導入しながら行い、共蒸着開始時から上記真空装置内の上記酸素を徐々に減少するよう制御して行うことを特徴としている。
【００１８】
また、請求項１１記載の発明は、請求項７乃至１０のいずれか１に記載の有機ＥＬ装置の製造方法に係り、上記第１の金属がＬｉあるいはＭｇから成る一方、上記第２の金属がＡｌあるいはＡｇから成ることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用いて具体的に行う。
◇第１実施例
図１は、この発明の第１実施例である有機ＥＬ装置の構成を示す断面図、図２は同有機ＥＬ装置の有機発光層と陰極との界面の近傍部分を拡大して示す図、図３は同有機ＥＬ装置の陰極の膜厚（横軸）と原子濃度（縦軸）との関係をオージェ分析結果で示す図、また、図４は同有機ＥＬ装置の製造方法の構成を工程順に示す工程図、図５は同有機ＥＬ装置の製造方法の主要工程に用いられる真空蒸着装置の構成を概略的に示す図、図６はガラス基板上に酸素雰囲気下放置したＬｉを成膜後Ａｌをその上に積層成膜した分析用薄膜サンプルを用いて分析した結果を示す図、図７は同有機ＥＬ装置及び比較例の整流特性を示す図、図８は同有機ＥＬ装置の参考例における整流特性を示す図である。
この例の有機ＥＬ装置１０は、図１に示すように、ガラス基板等から成る透明絶縁基板１と、透明絶縁基板１上に形成されたＩＴＯ等の透明導電材料から成る陽極２と、陽極２上に形成された例えばα−ＮＰＤ（Ｎ、Ｎ’−ジフェニル(diphenyl)−Ｎ、Ｎ’−ビス(bis)（１−ナフチル(naphthyl)）−（１、１’−ビフェニル(biphenyl)）−（４、４’−ジアミン(diamine））から成る正孔輸送層３と、正孔輸送層３上に形成された例えばＡｌｑ₃(（tris−８−quinolinol）aluminum）から成る有機発光層４と、有機発光層４上に形成された例えばＡｌＬｉから成る第１の陰極５Ａと、第１の陰極５Ａ上に形成された例えばＡｌから成る第２の陰極５Ｂと、陽極２、正孔輸送層３、有機発光層４、第１の陰極５Ａ及び第２の陰極５Ｂから成る素子主要部が形成された透明絶縁基板１上に、素子主要部を覆うように封止樹脂６を介して取り付けられたガラス等から成るキャップ７とを備えている。ここで、ＡｌＬｉから成る第１の陰極５Ａ中には、Ｌｉ₂Ｏ（酸化リチウム）層から成る金属酸化物８が有機発光層４との界面側で高濃度となる濃度勾配を有するように含有されている。
【００２０】
図２は、図１の有機ＥＬ装置１０の有機発光層４と陰極５（第１及び第２の陰極５Ａ、５Ｂの積層構造）との界面の近傍部分を拡大して示す図である。
図３は、有機ＥＬ装置１０の陰極５の膜厚（横軸）と、陰極５に含まれているＡｌ及びＯ（酸素）の原子濃度（縦軸）との関係をオージェ（Auger）分析結果で示す図である。図２及び図３から明らかなように、第１の陰極５Ａにおける酸素の原子濃度（以下、酸素濃度）は、有機発光層４との界面（位置ｃ）で最大となっていて、膜厚方向に沿って界面から離れるにつれて徐々に減少して、膜厚の半分を少し過ぎた位置ｄで０になる。また、酸素濃度は膜厚方向に沿って曲線状に変化している。以上の説明では酸素濃度について述べたが、これはそのまま金属酸化物であるＬｉ₂Ｏ層の濃度にも当てはまる。すなわち、前述したように、第１の陰極５Ａの有機発光層４との界面に含有されるＬｉ₂Ｏ層は、有機発光層４の界面側で高濃度となる濃度勾配を有するように形成されている。一方、Ａｌの原子濃度は、界面（位置ｃ）で最小となっていて、膜厚方向に沿って界面から離れるにつれて徐々に増加して、略位置ｄを過ぎると略１００％になる。また、第２の陰極５Ｂは、略１００％のＡｌで構成されている。Ｌｉ₂Ｏ層の具体的な形成方法については、後述する。
【００２１】
この例の有機ＥＬ装置１０によれば、第１の陰極５Ａの有機発光層４との界面に金属酸化物であるＬｉ₂Ｏ層を含有し、Ｌｉ₂Ｏ層が有機発光層４との界面側で高濃度となる濃度勾配を有するように形成されているので、このＬｉ₂Ｏ層により界面に存在している欠陥が埋められるため、不安定な準位が安定になって、完全な界面に形成される。これにより、リーク電流の増加が抑制され、また陰極と陽極とのショートが回避されるので、有機ＥＬ装置の特性を安定化することができるようになる。この結果、高い整流比を得ることができる。
また、例えばＡｌから成る第２の陰極５Ｂは、陰極５を厚膜化して配線抵抗を小さくするために設けられている。これにより、省力化が図れると同時に発光時の輝度むらを抑えることができるようになる。
【００２２】
また、この例の有機ＥＬ装置１０によれば、図３からも明らかなように、第１の陰極５Ａが有機発光層４との界面に含有しているＬｉ₂Ｏ層の濃度が、第１の陰極５Ａ内の位置ｄで０になっているので、次のような効果が得られる。
まず、金属酸化物であるＬｉ₂Ｏ層は絶縁物として機能するので、第１の陰極５Ａ内でＬｉ₂Ｏ濃度を０にすることにより、陰極５の抵抗値の増大を防止できるため、その分駆動電圧を低くすることができる。また、第１の陰極５Ａ内でＬｉ₂Ｏ濃度を０にすることにより、電子の注入効率が向上するので、ホールと電子のキャリアバランスが改善されて発光に寄与する電流が増加し、電流に対する発光効率（ｃｄ／Ａ）が高くなる。したがって、駆動電圧が低くなるとともに電流効率が向上するので、駆動時の電力に対する発光効率が高くなり、消費電力を抑えることができる。
【００２３】
次に、図４を参照して、この例の有機ＥＬ装置の製造方法について工程順に説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、十分に洗浄されたガラス基板等から成る透明絶縁基板１上に、スパッタ法により、透明導電膜として膜厚が略１５０ｎｍのＩＴＯを成膜する。次に、周知のフォトリソグラフィ法によりＩＴＯを、ＥＬ素子の発光面積が２ｍｍ□となるようにパターニングして陽極２を形成した。次に、基板１をＩＰＡ（Iso-Propyl Alcohol）、純水を用いて洗浄した後、ＩＰＡで超音波洗浄を行い、続いてＵＶオゾン洗浄器を用いて洗浄して、その表面の残留有機物を除去した。
【００２４】
次に、図４（ｂ）に示すように、陽極２上に正孔輸送層３及び有機発光層４を順次に形成する。これら正孔輸送層３及び有機発光層４の形成は、次のようにして行った。
まず、正孔輸送材料として、α−ＮＰＤを１００ｍｇ供給したモリブデン製のボート（第１のボート）と、発光材料として、Ａｌｑ₃を１００ｍｇ供給したモリブデン製のボート（第２のボート）を、それぞれ別々の蒸発源となるように真空蒸着装置内に配置した。次に、基板１を同真空蒸着装置内に収容した後、装置内を２×１０^-4Ｐａ（Pascal）の真空度になるまで排気し、到達した時点で第１のボートの加熱を開始した。そして、第１のボート内のα−ＮＰＤが蒸発速度０．３ｎｍ／ｓｅｃの一定速度になるまで加熱温度を制御した後、予め真空蒸着装置内の上部に設けられているシャッターを開放して、α−ＮＰＤの成膜を開始し、膜厚が略５０ｎｍに到達した時点でシャッターを閉じて、α−ＮＰＤの成膜を終了させた。
【００２５】
次に、同様にして、第２のボート内のＡｌｑ₃が蒸発速度０．３ｎｍ／ｓｅｃの一定速度になるまで加熱温度を制御した後、予め真空蒸着装置内の上部に設けられているシャッターを開放して、Ａｌｑ₃の成膜を開始し、膜厚が略５５ｎｍに到達した時点でシャッターを閉じて、Ａｌｑ₃の成膜を終了させた。
以上により、陽極２上に、α−ＮＰＤから成る正孔輸送層３及びＡｌｑ₃から成る有機発光層４を形成した。
【００２６】
次に、真空を維持したままで、上記真空蒸着装置に接続された、図５に示すような別の真空蒸着装置２０内に基板１を移動させて、図４（ｃ）に示すように、有機発光層４上に第１の陰極５Ａを形成する。
真空蒸着装置２０は、図５に示すように、容器（チャンバー）１１と、容器１１内の底部に設けられたボート支持台１２Ａ、１２Ｂと、容器１１内の上部に設けられた基板支持体１３及びシャッター１４と、シャッター１４の水平方向の位置を制御するシャッター駆動部１５と、容器１１の外部に用意された酸素ガス源１６と、酸素ガス源１６から基板支持体１３に支持される透明絶縁基板１表面に延在されたガス導入端子口１７に酸素ガスを供給するガス管１８と、ガス管１８の途中位置に設けられたマスフローコントローラ１９とを備えている。このような真空蒸着装置２０は、この発明の有機ＥＬ装置の異なる製造方法に共通に用いることができる。
【００２７】
真空蒸着装置２０の容器１１内には予め、Ｌｉを１００ｇ供給したタングステン製のボート（第３のボート）２１Ａ、及び、Ａｌを１ｇ供給したタングステン製のボート（第４のボート）２１Ｂがそれぞれ抵抗加熱源（図示せず）に接続されて配置されている。ここで、Ｌｉは、直径２ｍｍのＬｉワイヤを厚み５〜１０ｍｍのタブレット形状に切断し、これを酸素含有雰囲気下、一例として大気雰囲気下に予め５分間程度放置したものを使用している。Ｌｉは、活性が非常に強い金属であるため、この酸素雰囲気下放置により表面が酸化され、Ｌｉタブレット表面にはＬｉ₂Ｏ層が形成されている。Ｌｉタブレットのオージェによる分析を行ったところ、５分間放置で表面から５〜８μｍほど酸化層が認められた。また、真空蒸着装置２０の容器１１内にガス導入端子口１７から導入される酸素ガスはマスフローコントローラ１９により流量が制御される。そして、この真空蒸着装置２０の容器１１内を排気し４×１０^-4Ｐａの真空度以下に到達した時点で、第３のボート２１Ａ及び第４のボート２１Ｂを各々抵抗加熱源により加熱して、第３のボート２１Ａ内のＬｉが蒸発速度０．０２〜０．０３ｎｍ／ｓｅｃ、第４のボート２１Ｂ内のＡｌが蒸発速度０．４ｎｍ／ｓｅｃの一定速度になるまで加熱温度を制御した後、容器１１内の上部に設けられているシャッター１４をシャッター駆動部１５により水平方向に移動させることで開放して、ＡｌとＬｉの共蒸着を開始し、膜厚が略６０ｎｍに到達した時点でシャッター１４を閉じて、ＡｌとＬｉの共蒸着を終了させた。ここで、Ｌｉの表面にはＬｉ₂Ｏが形成されているので、蒸着開始時にはＬｉとＬｉ₂Ｏが同時に蒸着されるが、Ｌｉ₂ＯはＬｉ表面に薄く形成されているため、蒸着進行に伴い徐々に減少し、Ｌｉ₂Ｏが完全に蒸着された後はＬｉのみが蒸着される。これにより、Ｌｉ₂Ｏ層から成る金属酸化物８が形成される。
以上により、有機発光層４上に、この有機発光層４との界面にＬｉ₂Ｏ層を含有するＡｌＬｉから成る第１の陰極５Ａを形成した。
【００２８】
上述したようなＡｌとＬｉの共蒸着により、有機発光層４上に陰極を積層した際に発生する欠陥にＬｉ₂Ｏ層が埋め込まれるので、有機発光層４と陰極との界面は完全な界面に形成される。この場合の、Ｌｉ₂Ｏ層の形成は、有機発光層４に予めＬｉ₂Ｏ層を均一に積層した後に、陰極を積層した状態とは異なっている。 すなわち、図３にも示したように、ＡｌとＬｉの共蒸着開始時は、Ｌｉ表面のＬｉ₂Ｏ層がＬｉ及びＡｌとともに共蒸着するが、次第にＬｉ₂Ｏ層は薄膜化して、遂に位置ｄでＬｉ₂Ｏ層は消失するようになる。その後、位置ｄと位置ｂとの間ではＡｌとＬｉのみが共蒸着されることになる。このように、共蒸着の進行に伴ってＬｉ₂Ｏ層は徐々に薄膜化し、Ｌｉ₂Ｏ層の濃度勾配は曲線状になる。
Ｘ線光電子分光法を用いて酸素雰囲気下放置したＬｉをガラス基板上に成膜、その上にＡｌを成膜した分析用薄膜を分析したところ、Ｌｉの増加に従って酸素も増加し、酸化していることが示唆された。図６は、その分析結果を原子濃度（縦軸）と成膜速度（横軸）との関係で示している。同図の中央部左側の破線位置は、Ｌｉ／ガラス界面に概ね相当する位置を示している。同図では、Ｌｉ、Ａｌだけでなく、Ｓｉ、Ｏについても示しており、Ｓｉはガラス基板に由来している。
【００２９】
続いて、第３のボート２１Ａの抵抗加熱源への加熱を停止し、第４のボート２１Ｂのみを抵抗加熱源により加熱して、第４のボート２１Ｂ内のＡｌが蒸発速度０．６ｎｍ／ｓｅｃの一定速度になるまで加熱温度を制御した後、シャッター１４を開放して、Ａｌの成膜を開始し、膜厚が略１００ｎｍに到達した時点でシャッター１４を閉じて、Ａｌの成膜を終了させた。
以上により、第１の陰極５Ａ上に、図４（ｃ）に示すように、Ａｌから成る第２の陰極５Ｂを形成した。これによって、透明絶縁基板１上には陽極２、正孔輸送層３、有機発光層４、第１の陰極５Ａ及び第２の陰極５Ｂから成る素子主要部が形成されたことになる。
【００３０】
上述のように表面にＬｉ₂Ｏ層が形成されたＬｉを蒸着することにより、第１の陰極５Ａの有機発光層４との界面にはＬｉ₂Ｏ層が含有される。そして、このようなＬｉ₂Ｏ層は、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に安定した準位を形成するように作用し、それゆえ、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面は完全な界面に形成される。さらに、第１の陰極５Ａ上には第２の陰極５Ｂが形成され、第１の陰極５Ａとともに陰極５として働く。
【００３１】
次に、基板１を封止室に移動した後、図４（ｄ）に示すように、例えばガラス製のキャップ７を用いて、例えばＵＶ硬化性の封止樹脂６を介して透明絶縁基板１に接着することにより封止して、有機ＥＬ装置１０を完成させた。この封止時において、封止樹脂６を硬化させるときは、ＵＶ照射は、陽極２、正孔輸送層３、有機発光層４、第１の陰極５Ａ及び第２の陰極５Ｂから成る素子主要部を遮光して、封止樹脂６にのみ行うようにした。
【００３２】
上述したような有機ＥＬ装置の製造方法によれば、素子特性を安定化すべく第１の陰極５Ａの有機発光層４との界面に金属酸化物であるＬｉ₂Ｏ層を含有し、Ｌｉ₂Ｏ層が有機発光層４との界面側で高濃度となる濃度勾配を有するように形成されている有機ＥＬ装置を製造するにあたり、予め大気雰囲気下で表面酸化によりＬｉ₂Ｏ層を形成したＬｉ（酸化され易い金属）とＡｌ（低抵抗の陰極材料）を蒸発源に用いて、ＡｌとＬｉを共蒸着させるようにしたので、上述のような濃度勾配を有するＬｉ₂Ｏ層を形成することができる。これにより、有機発光層４との界面側で高濃度となる濃度勾配を有する第１の陰極５Ａを制御性良く形成することができるので、高歩留まりで有機ＥＬ装置を製造できるため、スループットを向上させることができる。
【００３３】
次に、半導体パラメータアナライザーを用いて、この例の有機ＥＬ装置の製造方法により製造された有機ＥＬ装置１０の整流特性を測定した結果について説明する。測定は、有機ＥＬ装置１０の陽極２と第２の陰極５Ｂとの間に順方向電圧及び逆方向電圧を印加して行った。なお、有機ＥＬ装置の発光面積は２ｍｍ□であった。
図７は、有機ＥＬ装置の整流特性の一例を示す図で、実施例が上述の測定により得られた結果であり、縦軸は電流値を、横軸は印加電圧を示している。ここで、順方向印加電圧８Ｖにおける順方向電流Ｉfと、逆方向印加電圧−８Ｖにおける逆方向電流Ｉrとの比を整流比(Ｉf/Ｉr)とした場合、逆方向電流Ｉrはほとんど流れないので、４．７×１０⁸と大きな整流比が得られ、優れた整流特性を示すことを確認した。また、１００ｃｄ／ｍ²時の駆動電圧は３．５Ｖと低く、１３．１ ｌｍ／ｗと発光効率の改善も認められた。特に、低電圧領域での発光効率が良好であった。
【００３４】
また、比較例として、第１の陰極５Ａの有機発光層４との界面にＬｉ₂Ｏ層を含有するがそのＬｉ₂Ｏ層が濃度勾配を有しない有機ＥＬ装置から得られた整流比を、図７の比較例に示す。この比較例では、Ｌｉ₂Ｏ層が厚く、閾値が大きくなっていることが確認された。上記と比較して、１００ｃｄ／ｍ²時の駆動電圧が４．２５Ｖと高く、発光効率も１０．０ ｌｍ／ｗと小さかった。特に低電圧領域での発光効率が良好でなかった。また、６．１×１０⁶と整流特性がやや悪化していた。
【００３５】
図７の実施例と比較例とを比較して明らかなように、この例の有機ＥＬ装置によれば、大きな整流比を得ることができる。この理由は、前述したように、有機発光層４との界面側で高濃度となる濃度勾配を有するように形成されているＬｉ₂Ｏ層により、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面が完全な界面に形成されたためであると思われる。
一方、比較例で整流特性が悪いのは、第１の陰極５Ａの有機発光層４との界面にＬｉ₂Ｏ層を含有するがそのＬｉ₂Ｏ層が濃度勾配を有しないため、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に欠陥が残存しているためであると思われる。
なお、参考例として、Ｌｉ₂Ｏ層を全く含有させない場合の特性を図８に示す。同図から明らかなように、整流特性は極めて悪いことがわかる。
【００３６】
このように、この例の有機ＥＬ装置によれば、第１の陰極５Ａの有機発光層４との界面に金属酸化物であるＬｉ₂Ｏ層を含有し、Ｌｉ₂Ｏ層が有機発光層４との界面側で高濃度となる濃度勾配を有するように形成されているので、有機発光層４と第１の陰極５Ａとの界面に存在している欠陥はＬｉ₂Ｏ層により埋められて、完全な界面に形成される。
また、この例の有機ＥＬ装置の製造方法によれば、上記有機ＥＬ装置１０を製造するにあたり、予め大気雰囲気下または酸素雰囲気下での表面酸化によりＬｉ₂Ｏ層を形成したＬｉとＡｌを蒸発源に用いて、ＡｌとＬｉを共蒸着するようにしたので、有機発光層４との界面側で高濃度となる濃度勾配を有するＬｉ₂Ｏ層を形成することができる。
したがって、高い整流比を得ることができ、しかも駆動電圧は低く、発光効率を高くすることができる。
【００３７】
◇第２実施例
図９は、この発明の第２実施例である有機ＥＬ装置の陰極の膜厚（横軸）と原子濃度（縦軸）との関係をオージェ分析結果で示す図である。この第２実施例の有機ＥＬ装置の構成が、上述の第１実施例のそれと大きく異なるところは、金属酸化物が有する濃度勾配を陰極の膜厚方向に沿って直線状に変化させるようにした点である。
すなわち、この例の有機ＥＬ装置は、図９に示すように、第１の陰極５Ａにおける酸素濃度は、有機発光層４との界面（位置ｃ）で最大となっていて、膜厚方向に沿って界面から離れるにつれて徐々に減少して、膜厚の半分を少し過ぎた位置ｄ´で０になっているが、その濃度勾配は膜厚方向に沿って直線状に変化している。
これ以外は、上述した第１実施例と略同様である。それゆえ、有機ＥＬ装置の構成は図１と略同様であるので、その説明を省略する。
【００３８】
次に、この例の有機ＥＬ装置の製造方法について工程順に説明する。
第１実施例の図４（ｃ）に示したように、陽極２、正孔輸送層３、有機発光層４を順次に積層した透明絶縁基板１を、図５に示したような真空蒸着装置２０内に移動させる。ここで、真空蒸着装置２０内の第３のボート２１Ａには予め大気雰囲気下で表面酸化させていないＬｉが供給されている。
真空蒸着装置２０の容器１１内を排気し４×１０^-4Ｐａの真空度以下に到達した時点で、マスフローコントローラ１９により酸素ガス流量を略５ＳＣＣＭ（Standard Cubic Centimeter per Minute）となるように制御し、真空蒸着装置２０の容器１１内にガス導入端子口１７から酸素ガスを基板１表面近傍に導入した。その後、第３のボート２１Ａ及び第４のボート２１Ｂを各々抵抗加熱源により加熱して、第３のボート２１Ａ内のＬｉが蒸発速度０．０２〜０．０３ｎｍ／ｓｅｃ、第４のボート２１Ｂ内のＡｌが蒸発速度０．４ｎｍ／ｓｅｃの一定速度になるまで加熱温度を制御した後、容器１１内の上部に設けられているシャッター１４をシャッター駆動部１５により水平方向に移動させることで開放して、ＡｌとＬｉの共蒸着を開始した。このとき、容器１１内の真空度は２×１０^-3Ｐａであった。
【００３９】
共蒸着開始後、第３のボート２１Ａ内のＬｉの蒸発速度を徐々に低減し、略１００秒後に０ｎｍ／ｓｅｃとなるように制御した。同時に酸素ガスの供給を停止した。その後、膜厚が略６０ｎｍに到達した時点でシャッター１４を閉じて、ＡｌとＬｉの共蒸着を終了させた。酸素ガスが導入されている間は、飛来するＬｉの一部が酸素ガスと反応してＬｉ₂Ｏ層を生成し、陰極としてＬｉ、Ａｌとともに共蒸着される。ここで、酸素ガスの導入量が減少するにしたがって、Ｌｉ₂Ｏ層の生成量も減少する。酸素ガス導入停止後はＡｌとＬｉのみが共蒸着される。
以上により、有機発光層４上に、この有機発光層４との界面にＬｉ₂Ｏ層を含有するＡｌとＬｉから成る第１の陰極５Ａを形成した。
【００４０】
上述したようなＡｌとＬｉの共蒸着により、第１実施例の有機ＥＬ装置の製造方法の場合と同様に、有機発光層４上に陰極を積層した際に発生する欠陥にＬｉ₂Ｏ層が埋め込まれるので、有機発光層４と陰極との界面は完全な界面に形成される。この場合も、Ｌｉ₂Ｏ層の形成は、有機発光層４に予めＬｉ₂Ｏ層を均一に積層した後に、陰極を積層した状態とは異なる。
すなわち、図９に示したように、ＡｌとＬｉの共蒸着開始時は、Ｌｉの一部が酸素ガスと反応してＬｉ₂Ｏ層が形成されるが、Ｌｉの蒸着速度の低減及び酸素ガスの減少に伴って、次第にＬｉ₂Ｏ層は薄膜化して、遂に位置ｄ´でＬｉ₂Ｏ層は消失するようになる。その後、位置ｄ´と位置ｂとの間ではＡｌとＬｉのみが共蒸着されることになる。このように、共蒸着の進行に伴ってＬｉ₂Ｏ層は徐々に薄膜化し、Ｌｉ₂Ｏ層の濃度勾配は直線状になる。なお、Ｌｉ₂Ｏ層の濃度が０になる点は、酸素ガスの導入を停止した時点より少し遅れるが、これは酸素ガス導入を０にしても容器１１内に滞留している酸素ガスの影響と考えられる。
【００４１】
続いて、第１実施例と同様に、第３のボート２１Ａの抵抗加熱源への加熱を停止し、第４のボート２１Ｂのみを抵抗加熱源により加熱して、第４のボート２１Ｂ内のＡｌが蒸発速度０．６ｎｍ／ｓｅｃの一定速度になるまで加熱温度を制御した後、シャッター１４を開放して、Ａｌの成膜を開始し、膜厚が略１２０ｎｍに到達した時点でシャッター１４を閉じて、Ａｌの成膜を終了させた。
以上により、第１の陰極５Ａ上に、第１実施例の図４（ｃ）に示すように、Ａｌから成る第２の陰極５Ｂを形成した。
これ以降は、第１実施例の図４（ｄ）と略同様な工程を経ることにより、有機ＥＬ装置を完成させる。
【００４２】
この例の有機ＥＬ装置によっても、有機ＥＬ装置の特性を安定化することができるようになり、高い整流比を得ることができる。この例では、２．０×１０⁸と大きな整流比が得られ、第１実施例と同様に、優れた整流特性を示すことを確認した。
また、この例の有機ＥＬ装置の製造方法によっても、上記有機ＥＬ装置を製造するにあたり、予め大気雰囲気下で表面酸化させていないＬｉとＡｌを蒸発源に用いて、ＡｌとＬｉを共蒸着するようにしたので、有機発光層４との界面側で高濃度となる濃度勾配を有するＬｉ₂Ｏ層を自動的に形成することができる。
したがって、装置製造のためのスループットを低下させることなく、高い整流比を得ることができる。
【００４３】
このように、この例の構成によっても、第１実施例において述べたのと略同様な効果を得ることができる。
【００４４】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあってもこの発明に含まれる。例えば、透明絶縁基板上に形成する陽極はＩＴＯを用いた例で説明したが、透明導電材料であればＩＴＯに限らずに例えばＳｎＯ₂（酸化錫）等の他の電極材料を用いることができる。また、陰極についてもＡｌとＬｉの共蒸着に限らずに、例えばＭｇとＡｇの共蒸着、Ａｌ単独等の他の電極材料を用いることもできるが、酸化し易い材料を一部共存させることが好ましい。また、正孔輸送材料についてもα−ＮＰＤに限らずに、例えば、ビス（ジ（ｐ−トリル）アミノフェニル）−１、１−シクロヘキサン、Ｎ、Ｎ’−ジフェニル−Ｎ、Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１、１’−ビフェニル−４、４’−ジアミン、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、銅フタロシアニン、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、４−フェニル−４’、４”−ビス〔ジ（３−メチルフェニル）アミノ〕トリフェニルアミン、Ｎ、Ｎ’−ジフェニル−Ｎ、Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１、１’−ビフェニル−４、４’−ジアミン、スターバースト型分子等の他の材料を用いることができる。
【００４５】
また、実施例では陽極、正孔輸送層、有機発光層、第１の陰極及び第２の陰極から成る構成の素子主要部を形成する例で説明したが、有機層と陰極層との界面が形成されている構成であればこれに限らない。有機発光層と陰極との間に、例えば２−（４−ビフィニル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１、３、４−オキサジアゾールやビス（８−キノリノール）マグネシウム、ビス（２−メチル−８−キノリノール）（１−フェノラート）ガリウム等の電子輸送層を介在させることもできるし、正孔輸送層と電子輸送層を共に含有しない陽極、有機発光層及び陰極から成る構成等の他の構成の素子主要部を形成することもできる。また、陰極が複数層から成る構成では、少なくとも有機発光層を含む有機層と接する陰極と有機層との界面に酸化物が含有されていればよい。
【００４６】
また、第１実施例の変形例として、図１０に示したように、金属酸化物であるＬｉ₂Ｏ層の濃度が第１の陰極５Ａと第２の陰極５Ｂの界面（位置ｂ）で０になるような有機ＥＬ装置も考えられる。また、第２実施例の変形例として、図１０に示したように、Ｌｉ₂Ｏ層の濃度が第１の陰極５Ａと第２の陰極５Ｂの界面で０にならない有機ＥＬ装置も考えられる。ただし、これらの変形例はいずれも、図３を参照して説明したように、各実施例を越えるような効果は得られない。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の有機ＥＬ装置によれば、陰極の少なくとも有機発光層を含む有機層との界面に金属酸化物を含有し、金属酸化物が有機層との界面側で高濃度となる濃度勾配を有するように形成されているので、有機層と陰極との界面に存在している欠陥は金属酸化物により埋められて、完全な界面に形成される。
また、この発明の有機ＥＬ装置の製造方法によれば、上記有機ＥＬ装置を製造するにあたり、予め大気雰囲気をはじめとする酸素含有雰囲気下で表面酸化により金属酸化物を形成し得る金属と陰極形成用金属を蒸発源に用いて、両金属を共蒸着するようにしたので、有機層との界面側で高濃度となる濃度勾配を有する金属酸化物を形成することができる。
これにより、素子の逆バイアス印加時のショート防止やリーク電流の抑制により整流比が向上する。また、パッシブマトリックス駆動を行った場合、画素ショートやクロストークが抑制できる。
さらに、濃度勾配を設けることにより、駆動電圧は低く、発光効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例である有機ＥＬ装置の構成を示す断面図である。
【図２】同有機ＥＬ装置の有機発光層と陰極との界面の近傍部分を拡大して示す図である。
【図３】同有機ＥＬ装置の陰極の膜厚（横軸）と原子濃度（縦軸）との関係をオージェ分析結果で示す図である。
【図４】同有機ＥＬ装置の製造方法の構成を工程順に示す工程図である。
【図５】同有機ＥＬ装置の製造方法の主要工程に用いられる真空蒸着装置の構成を概略的に示す図である。
【図６】ガラス基板上に酸素雰囲気下放置したＬｉを成膜後Ａｌをその上に積層成膜した分析用薄膜サンプルを用いて分析した結果を示す図である。
【図７】この発明の第１実施例及び比較例の有機ＥＬ装置の整流特性を示す図である。
【図８】同有機ＥＬ装置の参考例における整流特性を示す図である。
【図９】この発明の第２実施例である有機ＥＬ装置の陰極の膜厚（横軸）と原子濃度（縦軸）との関係をオージェ分析結果で示す図である。
【図１０】この発明の第１実施例の有機ＥＬ装置の変形例の陰極の膜厚（横軸）と原子濃度（縦軸）との関係をオージェ分析結果で示す図である。
【図１１】この発明の第２実施例の有機ＥＬ装置の変形例の陰極の膜厚（横軸）と原子濃度（縦軸）との関係をオージェ分析結果で示す図である。
【図１２】従来の有機ＥＬ装置の構成を示す断面図である。
【図１３】従来の有機ＥＬ装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 透明絶縁基板
２ 陽極
３ 正孔輸送層
４ 有機発光層
５Ａ 第１の陰極
５Ｂ 第２の陰極
６ 封止樹脂
７ キャップ
８ Ｌｉ₂Ｏ層（金属酸化物）
１０ 有機ＥＬ装置
１１ 容器（チャンバー）
１２Ａ、１２Ｂ ボート支持台
１３ 基板支持体
１４ シャッター
１５ シャッター駆動部
１６ 酸素ガス源
１７ ガス導入端子口
１８ ガス管
１９ マスフローコントローラ
２０ 真空蒸着装置
２１Ａ、２１Ｂ ボート

Claims (9)

1. 透明絶縁基板上に透明電極から成る陽極、少なくとも有機発光層を含む有機層、陰極を順次に積層し、該陰極が前記有機層との界面に金属酸化物を含有する有機ＥＬ装置であって、
   前記陰極は複数層から成り、
   前記金属酸化物は、該複数層の陰極のうち前記有機層と接する陰極をなす金属の酸化物であり、
   前記金属酸化物が前記有機層との界面側で高濃度となる濃度勾配を有するように形成されていることを特徴とする有機ＥＬ装置。
2. 前記陰極は第１の陰極及び第２の陰極から成り、前記第１の陰極が前記有機層との界面に金属酸化物を含有することを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ装置。
3. 前記金属酸化物の前記濃度勾配は、前記陰極の膜厚方向に沿って非線形的に変化していることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の有機ＥＬ装置。
4. 前記金属酸化物の前記濃度勾配は、前記陰極の膜厚方向に沿って線形的に変化していることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の有機ＥＬ装置。
5. 前記金属酸化物の濃度は、前記有機層と界面を形成している陰極の膜厚内で０になっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ装置。
6. 透明絶縁基板上に透明電極から成る陽極、少なくとも有機発光層を含む有機層、陰極を順次に積層し、該陰極が前記有機層との界面に金属酸化物を含有する有機ＥＬ装置の製造方法であって、
   前記陽極及び前記有機層を順次に積層した前記透明絶縁基板を真空装置内に配置し、第１の金属及び前記陰極形成用の第２の金属を共蒸着することにより、前記有機層との界面側で高濃度となる濃度勾配を有する前記金属酸化物を形成することを含み、前記金属酸化物は前記第１の金属の酸化物であり、
   前記金属酸化物の形成は、前記共蒸着を真空装置内に酸素を導入しながら行い、共蒸着開始時から前記真空装置内の前記酸素を徐々に減少するよう制御して行うことを特徴とする有機ＥＬ装置の製造方法。
7. 透明絶縁基板上に透明電極から成る陽極、少なくとも有機発光層を含む有機層、陰極を順次に積層し、該陰極が前記有機層との界面に金属酸化物を含有する有機ＥＬ装置の製造方法であって、
   前記透明絶縁基板上に前記陽極及び前記有機層を順次に積層して形成する工程と、
   前記透明絶縁基板を、第１の金属及び前記陰極形成用の第２の金属が供給された真空装置内に配置する工程と、
   前記第１及び第２の金属を共蒸着することにより、前記有機層との界面側で高濃度となる濃度勾配を有する前記金属酸化物を形成する工程とを含み、前記金属酸化物は前記第１の金属の酸化物であり、
   前記金属酸化物の形成は、前記共蒸着を真空装置内に酸素を導入しながら行い、共蒸着開始時から前記真空装置内の前記酸素を徐々に減少するよう制御して行い、
   前記共蒸着は前記酸素の導入後前記第１の金属の表面が酸化する時間の経過後に開始することを特徴とする有機ＥＬ装置の製造方法。
8. 前記第１の金属が予め表面酸化されていることを特徴とする請求項６記載の有機ＥＬ装置の製造方法。
9. 前記第１の金属がＬｉあるいはＭｇから成る一方、前記第２の金属がＡｌあるいはＡｇから成ることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１に記載の有機ＥＬ装置の製造方法。

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