JP2018032601A - 反射電極およびＡｌ合金スパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明等の素子において、その駆動電圧を十分に低減し、高い反射率を有する反射電極を提供する。【解決手段】Ａｌ合金からなる反射膜と透明導電膜とからなる反射電極であって、前記反射膜のＡｌ合金の主面と前記透明導電膜の主面とが接触しており、かつ前記Ａｌ合金は、Ｚｎを３〜１２原子％の割合で含有し、希土類元素を０．０１〜０．５原子％の割合で含有するように反射電極を構成する。【選択図】なし

Description

本発明は、有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明等の素子に用いる反射電極および当該反射電極を形成するためのＡｌ合金スパッタリングターゲットに関する。

有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明は、有機材料の電界発光現象を利用したデバイスであり、これらには素子の光取り出し効率を向上することで消費電力を低減させることが求められている。

基板と反対方向から光を取り出すトップエミッション型有機ＥＬディスプレイ等の素子では、反射電極上に有機材料が積層される。有機材料で発生した光を基板側で反射させ、取り出し効率を上げるため、反射電極には光反射率の高い材料が適しており、当該反射電極を構成する反射膜としては、可視光波長領域で反射率の高いＡｇやＡｌが用いられている。また、反射膜は、電極としての役割や、一部配線を兼ねる場合があることから低い電気抵抗率も同時に求められる。

Ａｇは金属の中で最も高い反射率を有しているものの、貴金属であり材料価格が高いことが問題の一つである。ＡｌはＡｇに次いで反射率の高い金属であり、反射膜材料として適している。ただし、Ａｌを反射膜として利用する場合、当該反射膜が当該透明導電膜中の酸素によって酸化され、反射膜の表面にＡｌ酸化膜が不可避的に形成されてしまう。そして、このＡｌ酸化膜の存在によって、上記トップエミッション型有機ＥＬディスプレイ等の素子においては、Ａｇを反射膜に用いた素子に比べて、駆動電圧が高くなることが問題である。

上記問題を解決すべく、特許文献１では、Ａｌ反射膜と透明導電膜との間に、タングステンやモリブデンからなる金属膜を介在させ、当該金属膜によって透明導電膜中の酸素によるＡｌ反射膜の酸化を防止することが提案されている。しかしながら、特許文献１に記載の方法では、Ａｌ反射膜と透明導電膜との間に、抵抗率の高いタングステン膜やモリブデン膜を介在させることから、素子全体の駆動電圧を十分に低減することができないという問題があった。

特開２０１２−１１０９０４号公報 特開２０１０−２８７５６５号公報

本発明は、有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明等の素子において、その駆動電圧を十分に低減し、高い反射率を有する反射電極を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、反射膜を構成するＡｌにＺｎおよび希土類元素を添加することにより、反射電極・配線として求められる高反射率、低電気抵抗率を維持しながら有機ＥＬ発光素子の駆動電圧を低減できることを見出した。

すなわち、本発明は、Ａｌ合金からなる反射膜と透明導電膜とからなる反射電極であって、前記反射膜のＡｌ合金の主面と前記透明導電膜の主面とが接触しており、かつ前記Ａｌ合金は、Ｚｎを３〜１２原子％の割合で含有し、希土類元素を０．０１〜０．５原子％の割合で含有していることを特徴とする、反射電極に関する。

本発明によれば、反射電極の反射膜を構成するＡｌ合金が所定の割合でＺｎを含んでいる。このＺｎは、反射膜の表面に偏在し、反射膜の表面に形成されるＡｌ酸化膜の緻密性を低下させてその絶縁性を劣化させる。したがって、当該反射電極を有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明等の素子に用いた場合において、当該素子の駆動電圧を低減することができる。

また、従来のＡｌ反射膜は、その表面平滑性が低いことから、当該反射膜の反射率が低くなるという問題があり、上述のようにＺｎを含むと表面平滑性がより悪化するため、上記反射率がさらに悪くなるという問題があった。さらに、当該反射膜から素子等を形成した場合に、有機層の膜厚が不均一となり、Ａｌ反射膜を含む反射電極を有する素子が短絡してしまうという問題があった。

しかしながら、本発明では、反射膜を構成するＡｌ合金が所定の割合で希土類元素を含むので、当該反射膜の表面平滑性を向上させることができる。したがって、上述したような、反射膜の反射率の低下を抑制することができる。また、有機層の平滑化、さらにはこれに基づく素子の短絡を抑制することができる。

本発明の一態様において、Ａｌ合金は、ＮｉおよびＣｕの少なくとも１種を０．０５〜５．０原子％含有することができる。ＮｉおよびＣｕは、反射電極の反射率を向上させる際の熱処理において、結晶粒が増大したり、副生成物としての化合物が生成したりするのを抑制することができる。したがって、Ａｌ合金、すなわち当該Ａｌ合金からなる反射膜、さらには反射電極の、熱処理後での抵抗率をも低く抑えることができ、当該反射電極を有する有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明等の素子の駆動電圧の上昇を抑えることができる。

本発明の反射電極を構成する反射膜は、任意の方法で形成することができるが、例えば同組成のＡｌ合金スパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法により形成することができる。

なお、数値範囲を示す「〜」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用され、特段の定めがない限り、本明細書において「〜」は、同様の意味をもって使用される。

以上、本発明によれば、有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明等の素子において、その駆動電圧を十分に低減し、高い反射率を有する反射電極を提供することができる。

以下、本発明を発明の実施の形態において詳細に説明する。なお、以下において、「原子％」と「ａｔ原子％」とは同義である。

＜反射膜＞
（Ｚｎ量）
反射電極の反射膜を構成するＡｌ合金は、Ｚｎを３原子％以上１２原子％以下の範囲で含む。３原子％未満ではＩＴＯ等の透明導電膜との電気的接続の改善の効果が十分でなく、当該反射電極を有する有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明等の素子の駆動電圧改善の効果がない。１２原子％超では反射率が低下し、さらにＡｌ合金の抵抗率が増大してしまう結果、反射膜、すなわち反射電極の抵抗率が増大してしまい、当該反射電極を有する有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明等の素子の駆動電圧が上昇してしまう。

なお、Ｚｎ量が１２原子％を超える範囲で素子の駆動電圧が上昇する原因は定かではないが、Ｚｎの濃化が大きくなりすぎて、酸化膜の膜厚が増加するなどして障壁が増加するためと考えられる。好ましくは４原子％以上１１原子％以下である。

また、上述のように、反射電極の反射膜を構成するＡｌ合金がＺｎを上述した割合で含むことによる素子の駆動電圧の低減は、Ｚｎが反射膜の表面に偏在し、反射膜の表面に形成されるＡｌ酸化膜の緻密性を低下させてその絶縁性を劣化させ、透明導電膜との電気的接続を改善するためである。

（希土類元素）
反射電極の反射膜を構成するＡｌ合金は、希土類元素を０．０１原子％以上０．５原子％以下の範囲で含有する。Ｚｎの添加により、例えば１００ｎｍ以上の高膜厚成膜の場合、表面の荒れが大きくなる傾向があるが、希土類元素の添加により成膜中の結晶粒増加を抑制し、薄膜の組織が微細化することで膜表面の平滑性が改善する。また熱処理による結晶成長を抑制し、熱処理後においても高平滑性を維持する効果がある。したがって、反射膜、すなわち反射電極の反射率を十分に高く保持することができるとともに、反射膜を用いて素子等を形成した場合に、素子が短絡してしまうという問題を回避することができる。

希土類元素の含有量は、好ましくは０．０５原子％以上０．３原子％以下である。また、添加元素としては希土類元素のうち、Ｎｄ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｙが特に好ましい。

なお、０．０１原子％未満では微細化の効果が少なく、０．５原子％超では反射率低下の度合いが大きくなる。

（ＮｉおよびＣｕ）
反射電極の反射膜を構成するＡｌ合金は、ＮｉおよびＣｕの少なくとも１種を０．０５原子％以上５．０原子％以下で含有することができる。反射電極は、その反射率を向上させるために、例えば２５０℃程度で熱処理が行われる。しかしながら、反射膜がＮｉおよびＣｕの少なくとも一方を上記の含有割合で含むことにより、表面に酸化層が形成されるのを抑制して導電性を担保し、結晶粒の増大を抑制して微細化させ、さらには、副生成物としての化合物を分散させることができる。したがって、Ａｌ合金、すなわち当該Ａｌ合金からなる反射膜、さらには反射電極の、熱処理後での抵抗率をも低く抑えることができ、当該反射電極を有する有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明等の素子の駆動電圧の上昇を抑えることができる。

ＮｉおよびＣｕの添加量が０．０５原子％未満では、上述した作用効果を十分に奏することができず、５．０％超では反射率低下の度合いが大きくなる。好ましくは０．１原子％以上３原子％以下である。

（反射電極の特性）
電気抵抗率は１０μΩ・ｃｍ以下であることが好ましく、さらには８μΩ・ｃｍ以下であることが好ましい。これによって、有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明等の素子の駆動電圧の上昇を抑えることができる。

また、反射電極として使用する場合は、膜厚１００ｎｍ以上の薄膜で測定した波長５５０ｎｍで代表される反射率が８５％以上であることが好ましく、さらには８８％以上であることが好ましい。これによって、有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明等の素子の、有機材料で発生した光の取り出し効率を向上させることができる。

＜透明導電膜＞
透明導電膜は、その主面と反射膜の主面とが接触しており、一般に、有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明等の素子においては、反射膜上に透明導電膜が積層されている。

透明導電膜は、汎用の材料、例えばＩＴＯ（ＳｎドープＩｎ_２Ｏ_３）、ＧａドープＺｎＯ、ＳｂドープＳｎＯなどの材料を用いることができる。

＜反射電極の製造＞
反射電極を構成する反射膜および透明導電膜は、スパッタリング法やイオンプレーティング法などの物理的蒸着法、ＣＶＤ法などの化学的蒸着法等の汎用の方法を用いて成膜することができ、もって反射電極を形成することができる。これらの中でも制御が容易であって、膜厚や組成をも簡易に制御することが可能なスパッタリング法が好ましい。

スパッタリング法を用いて反射電極を形成する場合、例えば上述した成分組成のＡｌ合金からなる反射膜を形成するに際しては、当該反射膜を構成するＡｌ合金と同一の成分組成のスパッタリングターゲットを準備し、当該スパッタリングターゲットを所定の条件下でスパッタすることにより、目的とする反射膜を得ることができる。具体的には、３原子％以上１２原子％以下の範囲でＺｎを含み、かつ０．０１原子％以上０．５原子％以下の範囲で希土類元素を含み、さらに必要に応じて０．０５原子％以上５．０原子％以下の範囲でＮｉ、Ｃｕを含むＡｌ合金スパッタリングターゲットを準備し、当該スパッタリングターゲットを所定の条件下でスパッタして目的とする反射膜を得る。

スパッタリング法を用いて透明導電膜を形成する場合も、当該透明導電膜と同一の成分組成のスパッタリングターゲットを準備し、当該スパッタリングターゲットを所定の条件下でスパッタすることにより、目的とする透明導電膜を得ることができる。

なお、透明導電膜等の酸化物膜をスパッタリングで成膜する場合、膜中の酸素欠損等が生じる場合があるので、適宜酸素ガス等の反応性ガスを成膜中に供給する。

上述したＡｌ合金スパッタリングターゲット等は、上述した成分組成の他に、製造過程などで不可避的に混入する元素、例えばＦｅ、Ｓｉなどを含む。なお、このような不可避的不純物の割合は、一般に０．０３質量％以下であり、０．０１質量％以下であることが好ましい。

上記ターゲットの形状は、スパッタリング装置の形状または構造に応じて任意の形状（例えば、角型プレート状、円形プレート状およびドーナツプレート状など）に加工したものが含まれる。

上記ターゲットの製造方法としては、例えば、溶解鋳造法、粉末焼結法、スプレイフォーミング法でＡｌ基合金からなるインゴットを製造して得る方法、およびＡｌ基合金からなるプリフォーム（最終的な緻密体を得る前の中間体）を製造した後に該プリフォームを緻密化手段により緻密化して得られる方法が挙げられる。

（１）有機ＥＬ素子の製造
ガラス基板（コーニング ＥａｇｌｅＸＧ）上に、表１および表２に示す成分組成のＡｌ合金からなる反射膜（アノード電極）を２００ｎｍの厚さに形成した後、続けて透明導電膜としてＩＴＯを１０ｎｍ形成した。その後、パターニングを行い２ｍｍ幅の配線を形成した。続けて、赤外ランプ熱処理炉を用い、窒素雰囲気中、２５０℃で１時間の熱処理を行った。その後、ＵＶランプ照射による表面クリーニングを行った。

次に、透明導電膜上に、真空蒸着法により正孔輸送層としてα−ＮＰＤ（α−ｎａｐｈｔｙｌ ｐｈｅｎｉｌ ｄｉａｍｉｎｅ）を６０ｎｍの膜厚で形成した後、発光層としてＡｌｑ３（８−ｈｙｄｒｏｘｙ ｑｕｉｎｏｒｉｎｅ ａｌｍｉｎｕｍ）を５０ｎｍの厚さで形成し、電子注入層としてＬｉＦを０．６ｎｍの厚さで形成し、最後にカソード電極としてＡｌを１００ｎｍの厚さに形成した。これらの蒸着層は２ｍｍ幅のマスクを用いて形成し、２ｍｍ×２ｍｍの発光エリアを持つ有機ＥＬ素子を作製した。

なお、反射膜は、直径４インチのＡｌ合金ターゲットを用い、３〜６Ｗ／ｃｍ^２の投入電力にてスパッタリングを行って成膜した。同様に、透明導電膜は、直径４インチのＩＴＯターゲットを用い、３〜６Ｗ／ｃｍ^２の投入電力にてスパッタリングを行って成膜した。

（２）測定および評価
上述のようにして得た有機ＥＬ素子の諸特性および反射膜（反射電極）の反射率、抵抗率は、以下のようにして測定した。
反射率 ：日本分光製 Ｖ−５７０分光光度計により絶対反射率を測定、表の値は波長４５０ｎｍにおける値（代表値）
抵抗率 ：４探針法
駆動電圧：ＨＰ社製半導体パラメータアナライザ（ＨＰ４１５６Ａ）を用いて、電圧スイープ範囲を０Ｖ−１４Ｖとして素子の電流電圧を測定し、各素子における電圧―電流特性を得た。

以上のような測定に基づき、反射率は８５％以上、電気抵抗率は９μΩ・ｃｍ以下のものを合格とした。また、駆動電圧は、５０ｍＡ／ｃｍ^２の面積電流密度において、９Ｖ以下のものを合格とした。測定結果を表１および表２に示す。

表１から明らかなように、反射電極の反射膜を構成するＡｌ合金中のＺｎ量、希土類元素量およびＮｉ、Ｃｕ量が本発明の要件を満足する実施例１〜７では、熱処理後においても、良好な反射率、電気抵抗率および駆動電圧を示すことが分かる。

一方、表２から明らかなように、純Ａｌから反射膜を構成してなる比較例１および比較例４では、反射膜、すなわち反射電極がＺｎ元素を含まないので、素子の駆動電圧が１４Ｖ超と高い値を示す。

また、希土類元素を含まない比較例２、３、５、６および７においては、反射膜の表面平滑性が十分でないので、反射率が低くなっている。

さらに、Ｎｉ量が本発明の範囲を超えている比較例８では、反射膜、すなわち反射電極の反射率が低くなっている。Ｚｎ量が本発明の範囲を超えている比較例９においても、反射膜、すなわち反射電極の反射率が低くなっており、さらには駆動電圧が高くなっている。

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。

Claims (4)

1. Ａｌ合金からなる反射膜と透明導電膜とからなる反射電極であって、
   前記反射膜のＡｌ合金の主面と前記透明導電膜の主面とが接触しており、
   かつ前記Ａｌ合金は、Ｚｎを３〜１２原子％の割合で含有し、希土類元素を０．０１〜０．５原子％の割合で含有していることを特徴とする、反射電極。
2. 前記希土類元素は、Ｎｄ、Ｌａ、Ｃｅ、およびＹからなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１に記載の反射電極。
3. 前記Ａｌ合金は、ＮｉおよびＣｕの少なくとも１種を０．０５〜５．０原子％含有することを特徴とする、請求項１または２に記載の反射電極。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の反射電極における前記反射膜を形成することを特徴とする、Ａｌ合金スパッタリングターゲット。