JP2006253113A - 有機電界発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カソード電極の上に透明伝導性酸化膜を形成せずに，光透過性，発光効率，寿命特性及び色座標に優れている前面発光構造の有機電界発光素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明により，基板１０と，基板１０の上に形成される第１電極１２と，第１電極１２の基板１０との界面と対向する面に形成され，少なくとも有機発光層を含む有機膜層１６と，有機膜層１６の第１電極１２との界面と対向する面に形成される第２電極１８とを含み，第２電極１８は，厚さ１７ｎｍ以上２０ｎｍ以下のＭｇ−Ａｇ膜で形成される有機電界発光素子が開示される。
【選択図】図３

Description

本発明は，有機電界発光素子およびその製造方法に係り，より詳しくは，カソード電極としてマグネシウム（Ｍｇ）−銀（Ａｇ）膜を使用する有機電界発光素子およびその製造方法に関する。

一般に，有機電界発光素子は，アノード電極，カソード電極，および両電極に挟まれた有機発光層を含む。アノード電極とカソード電極との間に電圧を印加すると，正孔はアノード電極から有機発光層内に注入され，電子はカソード電極から有機発光層内に注入される。有機発光層内に注入された正孔と電子とは，有機発光層内で再結合して励起子を生成するが，このような励起子は励起状態から基底状態へ戻る際に光を放出する。

この際，カソード電極は，有機発光層への電子注入を容易にするために，低い仕事関数を持つことが要求される。これを満足する物質には，３．４６ｅＶの仕事関数を有するマグネシウム（Ｍｇ）がある。ところが，Ｍｇは，外気の酸素または水分との反応性が高く，安定した有機電界発光素子を実現することができないという欠点がある。

この欠点を解決するために，特許文献１では，改善されたカソード電極を有する有機電界発光素子（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｄｅｖｉｃｅ ｗｉｔｈ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｃａｔｈｏｄｅ）を開示している。上記特許文献１では，マグネシウム（Ｍｇ）−銀（Ａｇ）合金を用いてカソード電極を形成することにより，周囲環境に対する安定性の高いカソード電極を実現することができる発明を開示している。その結果，寿命特性の良好な有機電界発光素子を得ることができる。ところが，上記特許文献１に開示された発明では，Ｍｇの厚さを２００ｎｍ程度とし，Ａｇの厚さを約２５ｎｍとするため，カソード電極が非常に厚くなってしまう。そのため，光透過性が悪くなり，カソード電極側に発光が透過する前面発光素子には適用することができず，アノード電極側に発光が透過する背面発光素子にしか適用されないという制約があった。

上述の問題を解決するために，特許文献２，特許文献３，特許文献４，特許文献５では，カソード電極として約５ｎｍ〜４０ｎｍ程度の薄いＭｇ−Ａｇ膜を形成することで光透過性を向上させ，透明伝導性酸化膜のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ），ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）などを，上記のＭｇ−Ａｇ膜の上部にできる限り厚く形成して，カソード電極の抵抗を低める発明を開示している。

米国特許第４，８８５，２１１号明細書 米国特許第６，０３０，７００号明細書 米国特許第６，０７５，３１６号明細書 米国特許第６，５４８，９５６号明細書

しかしながら，上記の特許文献２，特許文献３，特許文献４，特許文献５に開示された発明において，Ｍｇ−Ａｇ膜が薄すぎる場合には，カソード電極が島状に形成されてしまうという問題点があり，Ｍｇ−Ａｇ膜が厚すぎる場合には，光透過性が悪くなって前面発光構造に使用することができないという問題点があった。また，上記の透明伝導性酸化膜を，カソード電極の上部にスパッタリング法により形成する必要があるが，図１に示したようなスパッタダメージ（ｓｐｕｔｔｅｒ ｄａｍａｇｅ）によるダークスポット（ｄａｒｋ ｓｐｏｔ）（図１中の１参照）の発生と，図２に示したような漏洩電流の発生（図２中の２参照）という問題点があった。

そこで，本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，
最適の厚さのＭｇ−Ａｇ膜をカソード電極として用いることにより，透明伝導性酸化膜を使用しなくても色純度が高く，消費電極が低く，透過性および発光効率などに優れる，新規かつ改良された有機電界発光素子およびその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，基板と，基板の上に形成される第１電極と，第１電極の上に積層され，少なくとも有機発光層を含む有機膜層と，有機膜層の上に積層される第２電極とを含み，この第２電極は，厚さ１７ｎｍ以上２０ｎｍ以下のＭｇ−Ａｇ膜で形成されることを特徴とする，有機電界発光素子が提供される。

上記の第２電極の厚さは，例えば１８ｎｍ以上２０ｎｍ以下であっても良い。また，第２電極は，例えばＭｇとＡｇとの組成比が２５：１であっても良いし，ＭｇとＡｇとの組成比が１０：１であっても良い。また，この第２電極は，カソード電極としても使用可能である。

さらに，上記の第２電極の上に，例えば保護膜を積層することも可能である。この保護膜は，有機膜，無機膜，もしくはこれらの複層膜とすることもできる。また，上記無機膜は，例えば，シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２），シリコン窒化膜（ＳｉＮ_ｘ）およびシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）からなる群から選択されたいずれかの膜を用いることも可能である。

一方，上記の有機膜は，例えば，ＮＰＢ，ＴＮＡＴＡ，ＴＣＴＡ，ＴＤＡＰＢ，ＴＤＡＴＡ，Ａｌｑ３，ＢＡｌｑおよびＣＢＰからなる群から選択された少なくとも１つの物質を用いて製膜することもできる。また，この有機膜は，上記の第２電極と有機発光層との間に正孔阻止層，電子輸送層または，電子注入層の少なくとも１つを含み，この層は，第２電極と接するような配置に設けることも可能である。

また，上記の第２電極と有機膜層との間に，ＬｉＦ膜をさらに形成することも可能である。

また，上記の有機層は，上記の第１電極と有機発光層との間に正孔注入層または正孔輸送層の少なくともいずれか一方をさらに含むことも可能である。

有機電解発光素子が青色発光素子の場合には，色座標中のＹ座標が０．２００以下とすることもできる。

また，本発明の他の観点によれば，基板と，基板の上に形成される第１電極と，第１電極の上に積層され，少なくとも有機発光層を含む有機膜層と，有機膜層の上に積層される，光透過率２０％以上３５％以下のＭｇ−Ａｇ膜からなる第２電極とを含むことを特徴とする，有機電界発光素子が提供される。

上記のＭｇ−Ａｇ膜の厚さは，１７ｎｍ以上２０ｎｍ以下であるように形成することも可能であり，１８ｎｍ以上２０ｎｍ以下で形成することも可能である。また，ＭｇとＡｇとの組成比は２５：１で形成することも可能であり，組成比を１０：１で形成することも可能である。

また，上記の第２電極は，カソード電極として使用することも可能である。さらに，この第２電極の上に，保護膜を積層することも可能である。この保護膜は，有機膜，無機膜，またはこれらの複層膜で形成することもできる。上記の無機層は，例えば，シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２），シリコン窒化膜（ＳｉＮ_ｘ）およびシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）からなる群から選択されたいずれかの膜を用いて形成することも可能である。

一方，上記の有機膜は，例えば，ＮＰＢ，ＴＮＡＴＡ，ＴＣＴＡ，ＴＤＡＰＢ，ＴＤＡＴＡ，Ａｌｑ３，ＢＡｌｑおよびＣＢＰからなる群から選択された少なくとも１つの物質を用いて製膜することもできる。また，この有機膜は，上記の第２電極と有機発光層との間に正孔阻止層，電子輸送層または，電子注入層の少なくとも１つを含み，この層は，第２電極と接するように配設することも可能である。

また，上記の第２電極と有機膜層との間に，ＬｉＦ膜をさらに形成することも可能である。

また，上記の有機層は，上記の第１電極と有機発光層との間に正孔注入層もしくは正孔輸送層の少なくともいずれか一方をさらに含むことも可能である。

有機電解発光素子が青色発光の場合には，色座標中のＹ座標が０．２００以下とすることもできる。

また，本発明の別の観点によれば，基板の上に第１電極を形成し，第１電極の上に少なくとも有機発光層を備える有機膜を積層し，有機膜の上に厚さ１７ｎｍ以上２０ｎｍ以下のＭｇ−Ａｇ膜からなる第２電極を積層することを特徴とする，有機電界発光素子の製造方法が提供される。

上記の第２電極の厚さが１８ｎｍ以上２０ｎｍ以下となるような製造方法も可能である。また，上記の第２電極を形成する段階の後に，この第２電極の上に保護膜を積層する段階を更に含む製造方法も可能である。この保護膜は，有機膜，無機膜，またはこれらの複層膜となるような製造方法も可能である。上記の無機膜として，例えば，シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２），シリコン窒化膜（ＳｉＮ_ｘ）およびシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）からなる群より選択されたいずれかの膜を用いる作成方法もできる。上記の有機膜の例として，例えば，ＮＰＢ，ＴＮＡＴＡ，ＴＣＴＡ，ＴＤＡＰＢ，ＴＤＡＴＡ，Ａｌｑ３，ＢＡｌｑ３およびＣＢＰからなる群より選択された少なくとも１つの物質を含有する膜を作製する製造方法も可能である。

また，上記の第２電極と有機膜層の間に，ＬｉＦ膜を形成する段階を含む製造方法も可能である。

一方，上述の第２電極は，例えばＭｇとＡｇとを共蒸着することで作製する製造方法も可能である。また，上述の保護膜を，例えば蒸着法，ＣＶＤ法，スパッタリング法またはスピンコーティング法で形成することも可能である。

以上説明したように，本発明によれば，所定の成分比を有するＭｇ−Ａｇ膜を所定の厚さの範囲内でカソード電極として使用することで，本発明とは異なる厚さ範囲のカソード電極を使用する場合に比べ，発光効率，光透過性，寿命特性および色純度に優れた有機電界発光素子およびその製造方法を提供することができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図３は本発明の第１実施形態に係る有機電界発光素子を示す断面図である。

図３を参照すると，基板１０上に第１電極１２が位置する。第１電極１２は，アノード電極またはカソード電極であり，パターニングされて形成される。

また，基板１０は，第１電極１２に接続される少なくとも１つの薄膜トランジスタ（図示せず）を備えることができる。また，第１電極のエッジの一部分上には，絶縁物質で画素定義膜１４が形成される。

第１電極１２は透明電極または反射電極である。第１電極１２が透明電極の場合には，アノード電極１２として，ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜，ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）膜，ＴＯ（Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜またはＺｎＯ（Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）膜を用いることができる。また，第１電極１２が反射電極の場合には，アノード電極１２として，銀（Ａｇ）膜，アルミニウム（Ａｌ）膜，ニッケル（Ｎｉ）膜，白金（Ｐｔ）膜，パラジウム（Ｐｄ）膜，またはこれらの合金膜，またはこれらの合金膜上にＩＴＯ，ＩＺＯ，ＴＯまたはＺｎＯの透明酸化膜が積層されたものを用いることができる。なお，本発明において，第１電極の材質が上記のものに限定されるわけではない。

第１電極１２は，スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法や蒸発（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）法などの気相蒸着（ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法，イオンビーム蒸着（ｉｏｎ ｂｅａｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法，電子ビーム蒸着（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法またはレーザーアブレーション（ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ）法などで形成することができる。

上記の第１電極１２上には，少なくとも有機発光層を含む有機膜層１６がパターニングされて形成される。有機膜層１６は，有機発光層と第１電極との間に正孔注入層（Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ：ＨＩＬ），正孔輸送層（Ｈｏｌｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ：ＨＴＬ）をさらに含むことができる。正孔注入層としては，銅フタロシアニン（ｃｏｐｐｅｒ ｐｈｔａｌｏｃｙａｎｉｎｅ：ＣｕＰＣ），ＴＮＡＴＡ，ＴＣＴＡ，ＴＤＡＰＢ，ＴＤＡＴＡなどの低分子材料，またはポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ：ＰＡＮＩ），ＰＥＤＯＴ（ｐｏｌｙ（３，４）−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）などの高分子材料を用いて形成することができる。また，正孔輸送層としては，α−ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’−Ｂｉｓ（ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ−１−ｙｌ）−Ｎ，Ｎ’−ｂｉｓ（ｐｈｅｎｙｌ）ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ），ＴＰＤ（Ｎ，Ｎ’−Ｂｉｓ−（３−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ）−Ｎ，Ｎ’−ｂｉｓ−（ｐｈｅｎｙｌ）−ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ），ｓ−ＴＡＤ，ＭＴＤＡＴＡ（４，４’，４”−Ｔｒｉｓ（Ｎ−３−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ）などの低分子材料，またはＰＶＤなどの高分子材料を用いて形成することができる。上記の正孔注入層と正孔輸送層は，気相蒸着法，スピンコーティング法，インクジェットプリント法またはレーザー熱転写法などで形成することができる。なお，本発明において，正孔注入層，正孔輸送層の材質は，上記のものに限定されない。

有機発光層は，蛍光発光物質またはリン光発光物質で形成することができる。有機発光層が蛍光発光物質で形成される場合，有機発光層として，ジスチリルアリーレン（ｄｉｓｔｙｒｙｌａｒｙｌｅｎｅ：ＤＳＡ），ジスチリルアリーレン誘導体，ジスチリルベンゼン（ｄｉｓｔｙｒｙｌｂｅｎｚｅｎｅ：ＤＳＢ），ジスチリルベンゼン誘導体，ＤＰＶＢｉ（４，４’−ｂｉｓ（２，２'−ｄｉｐｈｅｎｙｌ ｖｉｎｙｌ）−１，１’−ｂｉｐｈｅｎｙｌ），ＤＰＶＢｉ誘導体，スピロ−ＤＰＶＢｉおよびスピロ−６Ｐ（ｓｐｉｒｏ−ｓｅｘｉｐｈｅｎｙｌ）からなる群より選択される一つの物質を含むことができる。また，有機発光層は，スチリルアミン（ｓｔｙｒｙｌａｍｉｎｅ）系，ペリレン（ｐｅｒｙｌｅｎｅ）系およびジスチリルビフェニル（ｄｉｓｔｙｒｙｌｂｉｐｈｅｎｙｌ：ＤＳＢＰ）系からなる群より選択される一つのドーパント物質をさらに含むことができる。なお，本発明において，有機発光層に使用できる蛍光発光物質ならびにドーパント物質が，上記のものに限定されるわけではない。

一方，上記の有機発光層がリン光発光物質で形成される場合には，有機発光層は，ホスト物質として，アリールアミン系，カルバゾール系，およびスピロ系からなる群より選択される一つの物質を含むことができる。好ましくは，上記ホスト物質は，ＣＢＰ（４，４−Ｎ，Ｎ−ｄｉｃａｒｂａｚｏｌｅ−ｂｉｐｈｅｎｙｌ），ＣＢＰ誘導体，ｍＣＰ（Ｎ，Ｎ−ｄｉｃａｒｂａｚｏｌｙｌ−３，５−ｂｅｎｚｅｎｅ），ｍＣＰ誘導体およびスピロ系誘導体からなる群より選択される一つの物質である。また，上記有機発光層は，ドーパント物質として，イリジウム（Ｉｒ），白金（Ｐｔ），テルビウム（Ｔｂ）およびユウロピウム（Ｅｕ）からなる群より選択される一つの中心金属を有するリン光有機金属錯体を含むことができる。リン光有機金属錯体は，ＰＱＩｒ，ＰＱＩｒ（ａｃａｃ），ＰＱ_２Ｉｒ（ａｃａｃ），ＰＩＱＩｒ（ａｃａｃ）およびＰｔＯＥＰ（２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−ｏｃｔａｅｔｈｙｌ−２１Ｈ，２３Ｈ−ｐｏｒｐｈｙｒｉｎ ｐｌａｔｉｎｕｍ（ＩＩ））よりなる群から選択される一つを使用することができる。なお，本発明において，有機発光層に使用できるリン光発光物質ならびにホスト物質が，上記のものに限定されるわけではない。

上記の有機発光層は，例えば真空蒸着法，インクジェットプリント法またはレーザー熱転写法を用いて形成することができる。

一方，有機膜層１６は，有機発光層と第２電極１８との間に正孔阻止層（Ｈｏｌｅ Ｂｌｏｃｋｉｎｇ Ｌａｙｅｒ：ＨＢＬ），電子輸送層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ：ＥＴＬ），電子注入層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ：ＥＩＬ）の少なくとも１層をさらに含むことができる。

一方，有機電界発光素子では，第１電極から注入された正孔が有機発光層内で電子と出会って励起子を形成しなければならないものの，正孔の移動度が電子の移動度より速いため，正孔が有機発光層を通り過ぎて電子輸送層，電子注入層などに拡散する。正孔阻止層は，この現象を防止する役割をし，かつ，有機発光層内で生成された励起子が拡散することを抑える役割をする。正孔阻止層は，有機発光層が蛍光発光物質で形成された場合には，形成しなくてもよい。ところが，有機発光層がリン光発光物質で形成される場合には，正孔の移動度が蛍光発光物質に比べさらに速くなるため，リン光発光物質を使用するリン光素子では，正孔阻止層が必要となる。このような正孔阻止層は，ＢＡｌｑ，ＢＣＰ（ｂａｔｈｏｃｕｐｒｏｉｎｅ），ＣＦ−Ｘ，トリアゾール誘導体（ＴＡＺ）またはスピロ−ＴＡＺを用いて形成することができるが，本発明において，上記の物質に限定されるわけではない。

電子輸送層は，例えば，ＰＢＤ，ＴＡＺ，スピロ−ＰＢＤなどの高分子材料またはＡｌｑ３（ｔｒｉｓ（８−ｑｕｉｎｏｌｉｎｏｌａｔｏ）ａｌｕｍｉｎｕｍ），ＢＡｌｑ，ＳＡｌｑなどの低分子材料を用いて形成することができる。電子注入層は，例えば，Ａｌｑ３，ＬｉＦ（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｆｌｕｏｒｉｄｅ），ガリウム混合物（Ｇａ ｃｏｍｐｌｅｘ），ＰＢＤを用いて形成することができる。なお，本発明において，電子輸送層や電子注入層が上記の物質に限定されるわけではない。電子輸送層と電子注入層は，例えば真空蒸着法，スピンコーティング法，インクジェットプリント法またはレーザー熱転写法を用いて形成することができる。

有機膜層１６の上層に第２電極１８が位置する。第２電極１８としては，アノード電極またはカソード電極を採用することができるが，本実施形態では，マグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）膜からなるカソード電極１８を形成する。マグネシウム−銀膜からなるカソード電極１８は，電子注入特性に優れるが，カソード電極と電子輸送層との間にアルカリ金属またはアルカリ土類金属のフッ化物や酸化物などの電子注入層をさらに形成すると，カソード電極の電子注入能力を向上させることができる。

一方，本実施形態では，発光効率を考慮に入れて，最適の共振条件を満足することが可能なカソード電極の厚さについて最適化を行った。すなわち，通常，カソード電極は，工程マージンのために厚く形成することが一般的であるが，カソード電極を厚く形成すると，光透過性が低下して高効率の前面発光構造の有機電界発光素子を製作することができないためである。

本実施形態では，発光波長が５５０ｎｍの場合，光透過率が２０％以上３５％以下になると，発光効率の面および消費電極の面双方から，素子としての特性が優れたものになる。このような光透過率を持たせるために，Ｍｇ−Ａｇ膜の厚さを最適化した。

本実施形態では，カソード電極であるＭｇ−Ａｇ膜の厚さは，１７ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。Ｍｇ−Ａｇ膜の厚さが１７ｎｍ未満であれば，厚さが非常に薄くなるためにＭｇ−Ａｇ膜が島状に形成され，その結果電気的特性が悪くなる。また，色座標がずれてしまうことから，素子として使用できなくなる。また，Ｍｇ−Ａｇ膜の厚さが２０ｎｍ超であれば，Ｍｇ−Ａｇ膜の厚さを厚くするほど発光効率，光透過率，消費電力および寿命が悪くなるので，好ましくない。

Ｍｇ−Ａｇ膜の厚さが１８ｎｍ以上２０ｎｍ以下の場合は，光透過率が２０％以上３５％以下であり，色座標のＹ座標が青色を基準として０．２００以下であって色純度に優れ，消費電力も３００ｍＷ以下と良好であり，発光効率，色座標および寿命特性も最も優れたものとなるため，さらに好ましい。

本実施形態では，前面発光構造の有機電界発光ディスプレイ素子に適用する場合において，特に色座標および光透過率に対する消費電力特性が重要な要素となる。

すなわち，色座標および光透過率に依存する関数によって，色座標特性と光透過率が分かれば，消費電力を計算することができるようになる。

本実施形態では，上述したように，色座標，すなわち色純度に優れかつ消費電力が低いことが好ましく，また，所定の範囲の光透過率を維持できれば発光効率および消費電力に優れることとなるので，このような範囲の厚さでＭｇ−Ａｇをカソード電極として使用する。

一方，カソード電極１８は，面抵抗により発生する電圧降下（ＩＲ ｄｒｏｐ）を防止するために，所定の値以下の面抵抗を持たなければならない。このような条件を満足するためには，ＭｇとＡｇの混合比が主要要素となる。本実施形態では，ＭｇとＡｇの組成比が２５：１以下となる場合，電圧降下を抑制することができる。好ましくは，ＭｇとＡｇの組成比が１０：１であることがよい。

また，Ｍｇ−Ａｇ膜は共蒸着法で形成することが可能である。

本発明の第１実施形態では，カソード電極を形成した後，シーラントを含む封止基板２２で素子を封止することにより，有機電界発光素子を完成することができ，シーラントは基板の全面にわたって形成することもできる。符号２０は空の空間である。

図４は本発明の第２実施形態に係る有機電界発光素子の断面図である。

第２実施形態では，カソード電極１８までの工程は第１実施形態と同一であるが，カソード電極１８上に，外気からカソード電極１８が損傷することを防止するために保護膜層２０’をさらに形成することができる。

保護膜層２０’は，有機膜，無機膜またはこれらの多重層とすることができる。無機膜は，絶縁膜としてのシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２），シリコン窒化膜（ＳｉＮ_ｘ）またはシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）を用いることも可能である。また，無機膜はＬｉＦ膜であってもよい。一方，上記の有機膜として，ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’−Ｂｉｓ（ｎａｐｈｔｈａｌｅｎ−１−ｙｌ）−Ｎ，Ｎ’−ｂｉｓ（ｐｈｅｎｙｌ）ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ），ＴＮＡＴＡ，ＴＣＴＡ，ＴＤＡＰＢ，ＴＤＡＴＡ，Ａｌｑ３，ＢＡｌｑまたはＣＢＰを含有する膜を用いることもできる。また，本発明において，保護膜層２０’の材質が上記のものに限定されるわけではない。

保護膜層２０’は，例えば蒸発法，ＣＶＤ法またはスパッタリング法を用いて形成することができる。このような保護膜層２０’は，外気の水分または酸素から有機膜１６を保護して素子の劣化を防止する役割も果たす。

上記の保護膜２０’は透明保護膜層であることが好ましい。また，保護膜層２０’の屈折率は，カソード電極１８に比べて高いことが好ましい。これは，有機発光層から放出される光がカソード電極１８を通過して外部に取り出されるとき，カソード電極１８と保護膜層２０’間の膜界面における全反射を減少させて光透過率を増加させることができるからである。

その後，保護膜層の上に，シーラントを含む封止基板２２を形成することにより，有機電界発光素子を完成することができる。シーラントは，基板の全面にわたって形成してもよい。

以下，本発明の実施形態の理解を助けるために，好適な実施例を提示する。これら実施例は，本発明の理解を助けるためのものに過ぎず，本発明を限定するものではない。

＜有機電界発光素子の製造＞

（実施例１）
基板上にＩＴＯを用いて面積２ｍｍ^２のアノード電極を形成した後，超音波洗浄およびＵＶ−Ｏ_３処理を行った。ＵＶ−Ｏ_３処理済みのアノード電極上にＴＤＡＴＡ（４，４’，４”−Ｔｒｉｓ（Ｎ，Ｎ−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ）を３０ｎｍの厚さに真空蒸着することにより，正孔注入層を形成した。続いて，正孔注入層上にα−ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’−Ｂｉｓ（ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ−１−ｙｌ）−Ｎ，Ｎ’−ｂｉｓ（ｐｈｅｎｙｌ）ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ）を１０ｎｍの厚さに真空蒸着することにより，正孔輸送層を形成した。正孔輸送層上にジスチリルアリーレン（ｄｉｓｔｙｒｙａｒｙｌｅｎｅ：ＤＳＡ）とスチリルアミン（ｓｔｙｒｙｌａｍｉｎｅ）系のドーパント物質を共蒸着することにより，厚さ２０ｎｍの有機発光層を形成した。有機発光層上にＢＡｌｑを５ｎｍの厚さに積層し，その上にＡｌｑ３を２５ｎｍの厚さに真空蒸着することにより，電子輸送層を形成した。電子輸送層上にマグネシウムと銀を共蒸着して，マグネシウムと銀の組成比が１０：１であり，厚さが１７ｎｍであるＭｇ−Ａｇ膜を形成することにより，カソード電極を形成した。その後，封止基板で密封して有機電界発光素子を完成した。

（実施例２）
カソード電極の厚さを１８ｎｍにした以外は，実施例１と同一の構造で有機電界発光素子を製造した。

（実施例３）
カソード電極の厚さを１９ｎｍにした以外は，実施例１と同一の構造で有機電界発光素子を製造した。

（実施例４）
カソード電極の厚さを２０ｎｍにした以外は，実施例１と同一の構造で有機電界発光素子を製造した。

（比較例１）
マグネシウムと銀を共蒸着して，厚さ１０ｎｍのマグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）膜でカソード電極を形成した以外は，実施例１と同一の方法で有機電界発光素子を製造した。

（比較例２）
カソード電極の厚さを１１ｎｍにした以外は，比較例１と同一の方法で有機電界発光素子を製造した。

（比較例３）
カソード電極の厚さを１２ｎｍにした以外は，比較例１と同一の方法で有機電界発光素子を製造した。

（比較例４）
カソード電極の厚さを１３ｎｍにした以外は，比較例１と同一の方法で有機電界発光素子を製造した。

（比較例５）
カソード電極の厚さを１４ｎｍにした以外は，比較例１と同一の方法で有機電界発光素子を製造した。

（比較例６）
カソード電極の厚さを１５ｎｍにした以外は，比較例１と同一の方法で有機電界発光素子を製造した。

（比較例７）
カソード電極の厚さを１６ｎｍにした以外は，比較例１と同一の方法で有機電界発光素子を製造した。

（比較例８）
カソード電極の厚さを２１ｎｍにした以外は，比較例１と同一の方法で有機電界発光素子を製造した。

（比較例９）
カソード電極の厚さを２２ｎｍにした以外は，比較例１と同一の方法で有機電界発光素子を製造した。

（比較例１０）
カソード電極の厚さを２３ｎｍにした以外は，比較例１と同一の方法で有機電界発光素子を製造した。

（比較例１１）
カソード電極の厚さを２４ｎｍにした以外は，比較例１と同一の方法で有機電界発光素子を製造した。

＜素子特性の測定＞

（１）発光効率の測定

有機電界発光素子を駆動させるに当たり，アノード電極に正の電圧を印加し，カソード電極を接地させた後，有機電界発光素子の発光輝度をフォトメーターで測定した。有機電界発光素子は，駆動電圧が６Ｖのときの発光効率を，実施例１〜４と比較例１〜１１で測定した。

（２）色座標測定

カラーアナライザを用いて，有機電界発光素子の青色の色座標を測定した。

（３）光透過率および高温寿命特性の測定

有機電界発光素子の発光波長３８０〜７８０ｎｍに対する光透過率を測定し，初期輝度が３０００ｃｄ／ｍ^２となるように駆動させた後，駆動時間による輝度の減少の度合いを測定した。デバイスの寿命は，相対輝度の減少が４０％になるまでの駆動時間で測定した。

上記のように測定された，実施例１〜４の有機電界発光素子と比較例１〜１１の有機電界発光素子の特性を，表１および図５〜７に示す。

図５はカソード電極の厚さによる発光効率特性を示すグラフ図である。表１および図５を参照すると，カソード電極の厚さが１８ｎｍである実験例２の場合，色座標は（０．１２，０．１９），光透過率は２５．６４６％であり，これによる消費電力は２５２．２ｍＷであって，ディスプレイ素子として満足できる範囲内に存在する。また，発光効率は３．６７Ｃｄ／Ａであって，発光効率特性は，他の比較例１〜７よりは劣るが，通常のディスプレイ素子として作動することが可能な範囲内にある。

また，Ｍｇ−Ａｇ膜の厚さが２０ｎｍである実施例４の場合は，色座標が（０．１２，０．１７６），青色のＹ座標が０．２００以下であって色純度が優れており，消費電力も２５４．７ｍＷであり，光透過率も２２．４６％である。つまり，実施例４の場合は，ディスプレイ素子として優れた特性を示していることがわかる。

実施例３の場合について考察する。実施例２と実施例４を比較すると，Ｍｇ−Ａｇ膜の厚さが増加するにつれて，色座標のＹ座標値が減少し，光透過率も減少することがわかる。このことから，実験例３の色座標および光透過率のデータは，実施例４と比較して優れていることが考察される。

消費電力データに関しては，実施例２および４の場合で殆ど有意差を示さないことからみて，実施例３の場合にもこれと同等な結果値が出るだろうと予想される。

実施例１の場合は，発光効率が４．１２Ｃｄ／Ａであって，実施例２〜４よりは優れた結果であることが分かる。

一方，Ｍｇ−Ａｇ膜の厚さが１０ｎｍである比較例１の場合，色座標が（０．１６，０．２９）であって，青色を基準として色純度が０．２００以上と満足すべき青色が発現せず，かつ，光透過率も５４．８９６％，消費電力が３４１．４ｍＷと非常に高いことが分かる。カソード電極の厚さが１６ｎｍである比較例７までは，色座標中のＹ座標が０．２９〜０．３１と好ましくなく，かつ，消費電力も３５３．０ｍＷ〜３７０．３ｍＷと非常に高く，光透過率も３９．０２７％〜５４．８９６％と非常に高いことが分かる。光透過率が高いというのは，言い換えれば，消費電力が高いことを意味し，表１に示すように，光透過率が高い場合には消費電力が高いことが分かる。

また，カソード電極の厚さ２１ｎｍの比較例８からカソード電極の厚さ２４ｎｍの比較例１１までは，色座標は青色素子に適用できる範囲であり，消費電力も３００ｍＷ以下と満足すべき水準であるが，光透過率が２０％未満であって，発光層で発光した光の透過率が非常に低いので，前面発光構造の有機電界発光素子の発光効率が３．０５Ｃｄ／Ａ〜２．４０Ｃｄ／Ａと非常に低くなって好ましくない。

以上のように，消費電力の面では，厚さ１８ｎｍのときに発光効率対比色座標がよいから，最も優れるので，実施例２の場合が，本実施形態において最適のカソード電極の厚さとなる。このことから，発光効率対比色座標を満足すれば，消費電力の面で素子としての機能が可能である。

図６はカソード電極の厚さによる光透過率を示すグラフ図である。波長５５０ｎｍの光の透過率が２５％以上３５％以下であれば，前面発光構造の有機電界発光素子として適することになる。表１および図６を参照すると，光透過率の面からしても，比較例１，３，５および７は光透過率が３５％を越し，色座標のＹ座標値が青色の色座標には不適であることが分かる。また，カソード電極の厚さが２２ｎｍ以上である比較例９〜１１の場合は，光透過率が約２６％以下であって，消費電力の面から前面発光構造には適用し難いことが分かる。この他に，光透過率は，カソード電極の厚さにほぼ比例して減少することが分かるので，測定データはないが，比較例２，４および６の場合にも光透過率が約４５％以上であり，色座標の面でも青色の前面発光構造を満足しないことが分かる。

図７はカソード電極の厚さの違いによる寿命特性の違いを示すグラフ図である。表１および図７を参照すると，比較例１，５および７の場合は，１６０時間経過後の輝度が初期輝度の７０％以上となっており，実施例の場合も全て１６０時間経過後の輝度が初期輝度の６８％〜７０％になることが分かる。このことから，１６０時間経過後の輝度減少特性，すなわち寿命特性は，実施例２および４と比較例１〜７の場合が優れることが分かる。その一方で，比較例９および１１は寿命特性が６１％以下と悪いことが分かる。

以上説明したように，本発明の実施形態によれば，カソード電極上に伝導性光透過性酸化膜を形成する必要がなくなったために，スパッタダメージによる膜の損傷が生じなくなる。このため，素子特性が向上し，前面発光構造の有機電界発光素子を実現することが可能となる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，有機電界発光素子およびその製造方法に適用可能であり，より詳しくは，カソード電極として所定の厚さのＭｇ−Ａｇ膜を使用する有機電界発光素子およびその製造方法に適用可能である。

従来のスパッタダメージに起因するカソード電極の損傷によるダークスポットを示す写真である。 スパッタダメージによる漏洩電流の発生を示すグラフ図である。 本発明の第１実施形態に係る有機電界発光素子の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る有機電界発光素子の断面図である。 本発明の一実施形態に係る実施例および比較例の発光効率特性を示すグラフ図である。 本発明の一実施形態に係る実施例および比較例の光透過率特性を示すグラフ図である。 本発明の一実施形態に係る実施例および比較例の寿命特性を示すグラフ図である。

符号の説明

１ ダークスポット
２ 漏洩電流
１０ 基板
１２ 第１電極
１４ 画素定義膜
１６ 有機膜層
１８ 第２電極
２０ 空の空間
２０’ 保護膜層
２２ 封止基板

Claims (36)

1. 基板と；
   前記基板の上に形成される第１電極と；
   前記第１電極の上に積層され，少なくとも有機発光層を含む有機膜層と；
   前記有機膜層の上に積層される第２電極と；
   を含み，
   前記第２電極は，厚さ１７ｎｍ以上２０ｎｍ以下のＭｇ−Ａｇ膜で形成される
   ことを特徴とする，有機電界発光素子。
2. 前記第２電極の厚さが，１８ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする，請求項１記載の有機電界発光素子。
3. 前記第２電極は，ＭｇとＡｇとを２５：１の組成比で含有することを特徴とする，請求項１記載の有機電界発光素子。
4. 前記第２電極は，ＭｇとＡｇとを１０：１の組成比で含有することを特徴とする，請求項３記載の有機電界発光素子。
5. 前記第２電極は，カソード電極であることを特徴とする，請求項１記載の有機電界発光素子。
6. 前記第２電極の上に，保護膜がさらに積層されることを特徴とする，請求項１記載の有機電界発光素子。
7. 前記保護膜は，有機膜，無機膜またはこれらの複層膜であることを特徴とする，請求項６記載の有機電界発光素子。
8. 前記無機膜は，シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２），シリコン窒化膜（ＳｉＮ_ｘ）およびシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）からなる群より選択されたいずれかの膜であることを特徴とする，請求項７記載の有機電界発光素子。
9. 前記有機膜は，ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’−Ｂｉｓ（ｎａｐｈｔｈａｌｅｎ−１−ｙｌ）−Ｎ，Ｎ’−ｂｉｓ（ｐｈｅｎｙｌ）ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ），ＴＮＡＴＡ，ＴＣＴＡ，ＴＤＡＰＢ，ＴＤＡＴＡ（４，４’，４”−Ｔｒｉｓ（Ｎ，Ｎ−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ），Ａｌｑ３（ｔｒｉｓ（８−ｑｕｉｎｏｌｉｎｏｌａｔｏ）ａｌｕｍｉｎｕｍ），ＢＡｌｑおよびＣＢＰ（４，４−Ｎ，Ｎ−ｄｉｃａｒｂａｚｏｌｅ−ｂｉｐｈｅｎｙｌ）からなる群より選択された少なくとも一つの物質を含有する膜であることを特徴とする，請求項７記載の有機電界発光素子。
10. 前記第２電極と前記有機膜層との間に，ＬｉＦ膜をさらに含むことを特徴とする，請求項１記載の有機電界発光素子。
11. 前記有機膜は，前記第２電極と前記有機発光層との間に正孔阻止層，電子輸送層または電子注入層の少なくとも１層をさらに含み，前記正孔阻止層，前記電子輸送層または前記電子注入層の少なくとも１層は，前記第２電極と接することを特徴とする，請求項１記載の有機電界発光素子。
12. 前記有機膜は，前記第１電極と前記有機発光層との間に正孔注入層または正孔輸送層の少なくともいずれか一方をさらに含むことを特徴とする，請求項１記載の有機電界発光素子。
13. 前記有機電界発光素子が青色発光素子の場合，色座標中のＹ座標が０．２００以下であることを特徴とする，請求項１記載の有機電界発光素子。
14. 基板と；
    前記基板の上に形成される第１電極と；
    前記第１電極の上に積層され，少なくとも有機発光層を含む有機膜層と；
    前記有機膜層の上に積層される光透過率２５％以上３５％以下のＭｇ−Ａｇ膜からなる第２電極と；
    を含むことを特徴とする，有機電界発光素子。
15. 前記Ｍｇ−Ａｇ膜の厚さが，１７ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする，請求項１４記載の有機電界発光素子。
16. 前記Ｍｇ−Ａｇ膜の厚さが，１８ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする，請求項１５記載の有機電界発光素子。
17. 前記Ｍｇ−Ａｇ膜は，ＭｇとＡｇとを２５：１の組成比で含有することを特徴とする，請求項１４記載の有機電界発光素子。
18. 前記Ｍｇ−Ａｇ膜は，ＭｇとＡｇとを１０：１の組成比で含有することを特徴とする，請求項１７記載の有機電界発光素子。
19. 前記第２電極は，カソード電極であることを特徴とする，請求項１４記載の有機電界発光素子。
20. 前記第２電極の上に，保護膜がさらに積層されることを特徴とする，請求項１４記載の有機電界発光素子。
21. 前記保護膜は，有機膜，無機膜またはこれらの複層膜であることを特徴とする，請求項２０記載の有機電界発光素子。
22. 前記無機膜は，シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２），シリコン窒化膜（ＳｉＮ_ｘ）およびシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）からなる群より選択されたいずれかの膜であることを特徴とする，請求項２１記載の有機電界発光素子。
23. 前記有機膜は，ＮＰＢ，ＴＮＡＴＡ，ＴＣＴＡ，ＴＤＡＰＢ，ＴＤＡＴＡ，Ａｌｑ３，ＢＡｌｑおよびＣＢＰからなる群より選択された少なくとも一つの物質を含有する膜であることを特徴とする，請求項２１記載の有機電界発光素子。
24. 前記第２電極と前記有機膜層との間にＬｉＦ膜をさらに含むことを特徴とする，請求項１４記載の有機電界発光素子。
25. 前記有機膜は，前記第２電極と前記有機発光層との間に正孔阻止層，電子輸送層または電子注入層の少なくとも１層をさらに含み，前記正孔阻止層，前記電子輸送層または前記電子注入層の少なくとも１層は，前記第２電極と接することを特徴とする，請求項１４記載の有機電界発光素子。
26. 前記有機膜は，前記第１電極と前記有機発光層との間に正孔注入層または正孔輸送層の少なくともいずれか一方をさらに含むことを特徴とする，請求項１４記載の有機電界発光素子。
27. 前記有機電界発光素子が青色発光素子の場合，色座標中のＹ座標が０．２００以下であることを特徴とする，請求項１４記載の有機電界発光素子。
28. 基板の上に第１電極を形成する段階と；
    前記第１電極の上に少なくとも有機発光層を備える有機膜を積層する段階と；
    前記有機膜の上に厚さ１７ｎｍ以上２０ｎｍ以下のＭｇ−Ａｇ膜からなる第２電極を積層する段階と；
    を含むことを特徴とする，有機電界発光素子の製造方法。
29. 前記第２電極の厚さが，１８ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする，請求項２８記載の有機電界発光素子の製造方法。
30. 前記第２電極を形成する段階後，前記第２電極の上に保護膜を積層する段階をさらに含むことを特徴とする，請求項２８記載の有機電界発光素子の製造方法。
31. 前記保護膜は，有機膜，無機膜またはこれらの複層膜であることを特徴とする，請求項３０記載の有機電界発光素子の製造方法。
32. 前記無機膜は，シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２），シリコン窒化膜（ＳｉＮ_ｘ）およびシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）よりなる群から選択されるいずれかの膜であることを特徴とする，請求項３１記載の有機電界発光素子の製造方法。
33. 前記有機膜は，ＮＰＢ，ＴＮＡＴＡ，ＴＣＴＡ，ＴＤＡＰＢ，ＴＤＡＴＡ，Ａｌｑ３，ＢＡｌｑおよびＣＢＰからなる群より選択された少なくとも一つの物質を含有する膜であることを特徴とする，請求項３１記載の有機電界発光素子の製造方法。
34. 前記第２電極と前記有機膜層との間にＬｉＦ膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする，請求項２８記載の有機電界発光素子の製造方法。
35. 前記第２電極は，ＭｇとＡｇを共蒸着して形成されることを特徴とする，請求項２８記載の有機電界発光素子の製造方法。
36. 前記保護膜は，蒸着法，ＣＶＤ法，スパッタリング法またはスピンコーティング法で形成されることを特徴とする，請求項３０記載の有機電界発光素子の製造方法。