有機EL装置および電子機器
【課題】 有機EL装置において、陰極から発光層への電子注入性を向上させ、高い効率で発光を得ると共に、製造プロセス上の簡便性および安定性を確保する。
【解決手段】 対向する陽極23と陰極50との間に、少なくとも発光層60を備えた有機EL装置であって、発光層60の表面に、インジウム(In)を混合した有機化合物を電子注入層52として形成する。この構成によれば、反応活性な低仕事関数金属を用いることなく、陰極から発光層への電子注入性を向上させることができる。そのため、不活性雰囲気を要することなく、製造プロセスにおける素子の安定性を確保することができる。したがって、製造プロセスが簡略化され、製造コストを低減することができる。また、安定な金属であるInを用いることで、酸素や水分に対する素子の耐久性が向上する。したがって、発光効率が高く安定した特性を有する有機EL装置を得ることができる。
【解決手段】 対向する陽極23と陰極50との間に、少なくとも発光層60を備えた有機EL装置であって、発光層60の表面に、インジウム(In)を混合した有機化合物を電子注入層52として形成する。この構成によれば、反応活性な低仕事関数金属を用いることなく、陰極から発光層への電子注入性を向上させることができる。そのため、不活性雰囲気を要することなく、製造プロセスにおける素子の安定性を確保することができる。したがって、製造プロセスが簡略化され、製造コストを低減することができる。また、安定な金属であるInを用いることで、酸素や水分に対する素子の耐久性が向上する。したがって、発光効率が高く安定した特性を有する有機EL装置を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機EL装置、有機EL装置の製造方法および電子機器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、有機EL装置を構成する有機EL素子は、陽極と陰極との間に有機発光性材料を薄膜形成した構造となっている。そして、両電極から注入された電子と正孔とが発光層内で再結合し、励起したエネルギーが発光として放出される機構となっている。このような有機EL装置は、各電極と発光層との間の電荷注入障壁が問題となる。Tangらは陰極から電子を注入する際に問題となるエネルギー障壁を低下させるため、仕事関数の小さいマグネシウム(Mg)を使用した(Appl. Phys. Lett., 51, 913 (1987).(非特許文献1))。その際、Mgは酸化しやすく、不安定であるので、比較的安定な銀(Ag)との共蒸着により合金化して用いた。また、仕事関数の小さいカルシウム(Ca)もよく用いられている。この場合、さらに保護層として、アルミニウム(Al)等の被膜が形成されている。
【0003】
特開2001−102175号公報(特許文献1)には、リチウム(Li)などの低仕事関数金属と電子輸送性有機化合物を共蒸着の手法により特定量混合し、電子注入層とすることで、陰極にアルミニウム(Al)を用いても低電圧で駆動することが報告されている。
【0004】
しかしながら、Mgなどの合金電極を用いても電極の酸化等による素子劣化が起こる上、配線材料としての機能も考慮しなければならないので、合金電極では電極材料として制限を受ける。また、CaやLiなどの低仕事関数金属は、酸素や水分に対する反応性が高く、取り扱いが困難である。そのため、製造プロセスにおいて不活性雰囲気下を必要とするなど、製造コストを引き上げる要因となる。さらにこれら低仕事関数金属は、素子内または素子外から取り込まれた酸素や水分による影響を受けやすく、素子の安定性を低下させる。
【非特許文献1】Appl. Phys. Lett., 51, 913 (1987).
【特許文献1】特開2001−102175号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、製造プロセスにおける安定性を確保することが可能であり、高い発光効率を得ることの出来る有機EL装置およびその製造方法の提供を目的とする。
また、良好な表示特性を有する電子機器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明の有機EL装置は、対向する陽極と陰極との間に、少なくとも発光層を備えた有機EL装置であって、前記発光層と前記陰極との間に、インジウム(In)を混合した有機化合物を電子注入層として備えていることを特徴とする。
この構成によれば、低仕事関数金属を用いることなく、陰極から発光層への電子注入効率を高め、発光効率を向上させることができる。また、Inは安定な金属であるため、製造プロセス上の取り扱いが容易である。さらに、酸素や水分に対する耐久性が高いため、素子の安定性を向上することができる。
【0007】
また、前記有機化合物は、窒素を含有する複素環化合物及びそれらの誘導体とすることが望ましく、さらには、窒素を含有する縮合複素環化合物及びそれらの誘導体とすることが望ましい。
特に、前記有機化合物は、ピリジン環及びピラジン環、もしくはフェナントロリン骨格を有する化合物及びそれらの誘導体とことが望ましい。
【0008】
そして、前記有機化合物は、テトラ−2−ピリジニルピラジン及びバソクプロイン、もしくはバソフェナントロリンであることが望ましい。
【0009】
一方、本発明の電子機器は、上述した有機EL装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、良好な表示特性を有する電子機器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】
【0010】
以下、本発明を詳しく説明する。なお、この実施の形態は、本発明の一部の態様を示すものであり、本発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下に示す各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を異ならせてある。
【0011】
[有機EL装置]
まず、本発明の有機EL装置の一実施形態を説明する。
(等価回路)
図1は、本実施形態の有機EL装置の配線構造を示す模式図であり、図1において符号1は有機EL装置である。この有機EL装置1は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ(TFT)を用いたアクティブマトリクス方式のもので、複数の走査線101と、各走査線101に対して直角に交差する方向に延びる複数の信号線102と、各信号線102に並列に延びる複数の電源線103とからなる配線構成を有し、走査線101と信号線102との各交点付近に画素領域Xを形成したものである。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線駆動回路100が接続されている。また、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線駆動回路80が接続されている。
【0012】
さらに、画素領域X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TFT112と、このスイッチング用TFT112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113と、該保持容量113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TFT123と、この駆動用TFT123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画素電極(電極)23と、この画素電極23と共通陰極(電極)50との間に挟み込まれた機能層110とが設けられている。このような画素電極23と共通陰極50と機能層110とにより、発光素子、すなわち有機EL素子が構成されている。
【0013】
このような構成の有機EL装置1によれば、走査線101が駆動されてスイッチング用TFT112がオン状態になると、そのときの信号線102の電位が保持容量113に保持され、該保持容量113の状態に応じて、駆動用TFT123のオン・オフ状態が決まる。そして、駆動用TFT123のチャネルを介して電源線103から画素電極23に電流が流れ、さらに機能層110を介して共通陰極50に電流が流れる。すると、機能層110は、これを流れる電流量に応じて発光する。
【0014】
(平面構成)
次に、本実施形態の有機EL装置1の具体的な態様を、図2〜5を参照して説明する。なお、図2は有機EL装置1の構成を模式的に示す平面図である。
【0015】
図2に示すように本実施形態の有機EL装置1は、光透過性と電気絶縁性とを備える基板20と、スイッチング用TFT(図示せず)に接続された画素電極が基板20上にマトリックス状に配置されてなる画素電極域(図示せず)と、画素電極域の周囲に配置されるとともに各画素電極に接続される電源線と、少なくとも画素電極域上に位置する平面視ほぼ矩形の画素部3(図2中一点鎖線枠内)とを備えて構成されている。なお、本実施形態において画素部3は、中央部分の実表示領域4(図中二点鎖線枠内)と、実表示領域4の周囲に配置されたダミー領域5(一点鎖線および二点鎖線の間の領域)とに区画されている。
【0016】
実表示領域4には、それぞれ画素電極を有する発光素子R、G、BがA−B方向およびC−D方向に規則的に配置されている。
また、実表示領域4の図2中両側には、走査線駆動回路80、80が配置されている。この走査線駆動回路80、80は、ダミー領域5の下層側に位置して設けられている。
【0017】
また、実表示領域4の図2中上方側には検査回路90が配置されており、この検査回路90はダミー領域5の下層側に配置されて設けられている。この検査回路90は、有機EL装置1の作動状況を検査するための回路であって、例えば検査結果を外部に出力する検査情報出力手段(図示せず)を備え、製造途中や出荷時における表示装置の品質、欠陥の検査を行うことができるように構成されている。
【0018】
走査線駆動回路80および検査回路90の駆動電圧は、所定の電源部から駆動電圧導通部310(図3参照)および駆動電圧導通部340(図4参照)を介して印加されている。また、これら走査線駆動回路80および検査回路90への駆動制御信号および駆動電圧は、この有機EL装置1の作動制御を司る所定のメインドライバなどから駆動制御信号導通部320(図3参照)および駆動電圧導通部350(図4参照)を介して送信および印加されるようになっている。なお、この場合の駆動制御信号とは、走査線駆動回路80および検査回路90が信号を出力する際の制御に関連するメインドライバなどからの指令信号である。
【0019】
(断面構成)
図3は図2のA−B線に沿う断面図、図4は図2のC−D線に沿う断面図、図5は図3の要部拡大断面図である。図3、図4に示すように、有機EL装置1は、基板20と封止基板30とが封止樹脂40を介して貼り合わされてなるものである。基板20、封止基板30および封止樹脂40で囲まれた領域においては、封止基板30の内面に水分や酸素を吸収するゲッター剤45が貼着されている。また、その空間部は窒素ガスが充填されて窒素ガス充填層46となっている。このような構成のもとに、有機EL装置1内部に水分や酸素が浸透するのが抑制され、これにより有機EL装置1はその長寿命化が図られたものとなっている。
【0020】
基板20としては、いわゆるトップエミッション型の有機EL装置の場合、この基板20の対向側である封止基板30側から発光光を取り出す構成であるので、透明基板及び不透明基板のいずれも用いることができる。不透明基板としては、例えば、アルミナ等のセラミック、ステンレススチール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の他に、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などが挙げられる。
また、いわゆるボトムエミッション型の有機EL装置の場合には、基板20側から発光光を取り出す構成であるので、基板20としては、透明あるいは半透明のものが採用される。例えば、ガラス、石英、樹脂(プラスチック、プラスチックフィルム)等が挙げられ、特にガラス基板が好適に用いられる。なお、本実施形態では、基板20側から発光光を取り出すボトムエミッション型とし、よって基板20としては透明あるいは半透明のものを用いるようにする。
【0021】
封止基板30としては、例えば電気絶縁性を有する板状部材を採用することができる。また、封止樹脂40は、例えば熱硬化樹脂あるいは紫外線硬化樹脂からなるものであり、特に熱硬化樹脂の一種であるエポキシ樹脂よりなっているのが好ましい。
【0022】
また、図5に示すように、基板20上には、画素電極23を駆動するための駆動用TFT123などを含む回路部11が設けられている。この回路部11は基板20上に形成されたものである。すなわち、基板20の表面には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および/またはSiNを主体とするゲート絶縁層282が形成されている。
【0023】
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101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。
【0024】
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、前述した電源線103(図1参照、図5においてはソース電極243の位置に紙面垂直方向に延在する)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。
【0025】
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の上層は、例えばアクリル系の樹脂成分を主体とする第2層間絶縁層284によって覆われている。この第2層間絶縁層284は、アクリル系の絶縁膜以外の材料、例えば、SiN、SiO2などを用いることもできる。そして、ITOからなる画素電極23が、この第2層間絶縁層284の表面上に形成されるとともに、該第2層間絶縁層284に設けられたコンタクトホール23a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23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。
以上に説明した基板20から第2層間絶縁層284までの層が、回路部11を構成するものとなっている。
【0026】
なお、走査線駆動回路80および検査回路90(図2参照)に含まれるTFT(駆動回路用TFT)、すなわち、例えばこれらの駆動回路のうち、シフトレジスタに含まれるインバータを構成するNチャネル型又はPチャネル型のTFTは、画素電極23と接続されていない点を除いて前記駆動用TFT123と同様の構造とされている。
【0027】
画素電極23が形成された第2層間絶縁層284の表面は、画素電極23と、例えばSiO2などの親液性材料を主体とする親液性制御層25と、アクリル樹脂やポリイミド樹脂などからなる有機隔壁層221とによって覆われている。なお、本実施形態における親液性制御層25の「親液性」とは、少なくとも有機隔壁層221を構成するアクリル樹脂やポリイミド樹脂などの材料と比べて親液性が高いことを意味するものとする。そして、親液性制御層25に設けられた開口部25aおよび有機隔壁層221に設けられた開口部221aの開口内部が、画素領域を構成している。なお、各色表示領域(画素領域)の境界には、金属クロムをスパッタリングなどにて成膜した図示略のBM(ブラックマトリクス)が、有機隔壁層221と親液性制御層25との間に位置して形成されている。
【0028】
(発光素子)
そして、各画素領域における画素電極23の上方には、発光素子(有機EL素子)R、G、Bが設けられている。発光素子R、G、Bは、陽極として機能する画素電極23と、この画素電極23からの正孔を注入/輸送する正孔注入層70と、有機EL物質からなる発光層60(60R、60G、60B)と、共通陰極50とが順に形成されたことによって構成されている。そして、このような構成のもとに発光素子R、G、Bは、正孔注入層70から注入された正孔と、共通陰極50から送られてきた電子とが発光層60で結合することにより、赤色、緑色あるいは青色の発光をなすようになっている。
【0029】
陽極として機能する画素電極23は、本例ではボトムエミッション型であることから透明導電材料によって形成されている。透明導電材料としてはITOが好適とされるが、これ以外にも、例えば酸化インジウム・酸化亜鉛系アモルファス透明導電膜(Indium Zinc Oxide :IZO/アイ・ゼット・オー)(登録商標))(出光興産社製)等を用いることができる。なお、本実施形態ではITOを用いるものとする。また、トップエミッション型である場合には、特に光透過性を備えた材料を採用する必要はなく、例えばITOの下層側にAl等を設けて反射層として用いることもできる。
【0030】
正孔注入層70の形成材料としては、特に3,4−ポリエチレンジオシチオフェン/ポリスチレンスルフォン酸(PEDOT/PSS)[商品名;バイトロン−p(Bytron-p):バイエル社製]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、さらにこれを水やイソプロピルアルコール等の極性溶媒に溶解させたものが好適に用いられる。なお、正孔注入層70の形成材料としては、前記のものに限定されることなく種々のものが使用可能である。例えば、ポリスチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレンやその誘導体などを、適宜な分散媒、例えば前記のポリスチレンスルフォン酸に分散させたものなどが使用可能である。
なお、上述した画素電極23を、PEDOT/PSSによって構成することも可能である。この場合、1回の液相プロセスにより導電性および正孔注入性を有する陽極を形成することが可能になり、正孔注入層の形成を省略することができる。したがって、製造コストを低減することができる。
【0031】
発光層60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適宜用いられる。また、本実施形態では、フルカラー表示を行うべく、その発光波長帯域が光の三原色にそれぞれ対応して形成されている。すなわち、発光波長帯域が赤色に対応した発光層60R、緑色に対応した発光層60G、青色に対応した発光層60Bの三つの発光層により、1画素が構成され、これらが階調して発光することにより、有機EL装置1が全体としてフルカラー表示をなすようになっている。
【0032】
発光層60の形成材料として特に限定はないが、例えば、(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、「高分子」とは、分子量が数百程度の所謂「低分子」よりも分子量の大きい重合体を意味し、上述の高分子材料には、一般に高分子と呼ばれる分子量10000以上の重合体の他に、分子量が10000以下のオリゴマーと呼ばれる低重合体が含まれる。
【0033】
なお、本実施形態では、赤色の発光層60Rの形成材料としてMEHPPV(ポリ(3−メトキシ 6−(3−エチルヘキシル)パラフェニレンビニレン)を、緑色の発光層60Rの形成材料としてポリジオクチルフルオレンとF8BT(ジオクチルフルオレンとベンゾチアジアゾールの交互共重合体)の混合溶液を、青色の発光層60Rの形成材料としてポリジオクチルフルオレンを用いている。また、これら各発光層60については、特にその厚さについては制限がなく、また各色毎に好ましい厚さも変わるものの、例えば青色発光層60Bの厚さとしては、60〜70nm程度とするのが好ましい。
【0034】
(電子注入層)
また、発光層60および有機隔壁層221の表面に、電子注入層52が設けられている。電子注入層52は、陰極50から発光層60への電子注入効率を高める機能を有するものである。この電子注入層52の厚さとしては特に限定はないが、10〜500Åの範囲であることが好ましい。10Å未満では電子注入層としての機能が十分に発揮されず、また500Åを越えると駆動電圧が無視できない程度に高くなってしまうからである。
【0035】
また、電子注入層を構成する有機化合物は、窒素を含有する複素環化合物及びそれらの誘導体を採用することが可能である。具体的には、バソクプロイン(2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン)及びパソフェナントロリン(4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン)を採用することが望ましい。
【0036】
(陰極)
共通陰極50は、図2ないし図4に示すように、実表示領域4およびダミー領域5の総面積より広い面積を備え、それぞれを覆うように形成されたものである。
共通陰極50は化学的に安定な導電性材料であれば特に限定されることなく、任意のもの、例えば金属や合金などが使用可能であり、具体的にはAl(アルミニウム)が好適に用いられる。この共通陰極50の厚さとしては、100nm〜500nm程度とするのが好ましく、特に200nm程度とするのが好ましい。100nm未満では保護機能が十分に得られないおそれがあり、また500nmを越えると製造時における熱的負荷が高くなり、発光層60に劣化や変質等の悪影響を及ぼすおそれがあるからである。なお、本実施形態ではAlによって陰極50を形成している。また、特にトップエミッション型の有機EL装置とする場合には、十分に薄い補助陰極50を形成してこれに透光性を持たせることが可能であり、あるいは透光性を有するITO等の導電性材料を用いて陰極50を形成することも可能である。
【0037】
[有機EL装置の製造方法]
次に、本実施形態に係る有機EL装置1の製造方法の一例を、図6および図7を参照して説明する。なお、図6および図7に示す各断面図は、図2中のA−B線の断面図に対応しており、各製造工程順に示している。
まず、図6(a)に示すように、基板20上の回路部11の表面に、画素電極23を形成する。具体的には、まず基板20の全面を覆うように、ITO等の導電材料からなる導電膜を形成する。その際、第2層間絶縁層284のコンタクトホール23aの内部に導電材料を充填してコンタクトを形成する。そして、この導電膜をパターニングすることにより画素電極23を形成するとともに、コンタクトを介して駆動用TFT123のドレイン電極244に導通させる。これと同時に、ダミー領域のダミーパターン26も形成する。なお図3および図4では、画素電極23およびダミーパターン26を総称して画素電極23としている。
【0038】
なおダミーパターン26は、実表示領域に形成されている画素電極23と同様に島状に形成されているが、第2層間絶縁層284を介して下層のメタル配線へ接続しない構成とされている。もちろん、表示領域に形成されている画素電極23とは異なる形状であってもよい。なお、この場合、ダミーパターン26は少なくとも前記駆動電圧導通部310(340)の上方に位置するものも含むものとする。
【0039】
次いで、図6(b)に示すように、画素電極23、ダミーパターン26上、および第2層間絶縁層284上に、絶縁層である親液性制御層25を形成する。なお、画素電極23においては一部が開口する態様にて親液性制御層25を形成し、開口部25a(図3も参照)において画素電極23からの正孔移動が可能とされている。続いて、親液性制御層25において、異なる2つの画素電極23の間に位置して形成された凹状部に、BM(図示せず)を形成する。具体的には、親液性制御層25の前記凹状部に対して、金属クロムを用いスパッタリング法にて成膜する。
【0040】
次いで、図6(c)に示すように、親液性制御層25の所定位置、詳しくは前記BMを覆うように有機隔壁層221を形成する。具体的な有機隔壁層221の形成方法としては、例えばアクリル樹脂やポリイミド樹脂などのレジストを溶媒に溶解したものを、スピンコート法、ディップコート法などの各種塗布法により塗布して有機質層を形成する。なお、有機質層の構成材料は、後述するインクの溶媒に溶解せず、しかもエッチングなどによってパターニングし易いものであればどのようなものでもよい。
続いて、有機質層をフォトリソグラフィ技術、エッチング技術を用いてパターニングし、有機質層に隔壁開口部221aを形成することにより、開口部221aに壁面を有した有機隔壁層221を形成する。なお、この場合、有機隔壁層221は、少なくとも前記駆動制御信号導通部320の上方に位置するものを含むものとする。
【0041】
次いで、有機隔壁層221の表面に、親液性を示す領域と、撥液性を示す領域とを形成する。本実施形態においては、プラズマ処理によって各領域を形成する。そのプラズマ処理は、予備加熱工程と、有機隔壁層221の上面および開口部221aの壁面ならびに画素電極23の電極面23cおよび親液性制御層25の上面をそれぞれ親液性にする親インク化工程と、有機隔壁層の上面および開口部の壁面を撥液性にする撥インク化工程と、冷却工程とによって構成される。
【0042】
すなわち、基材(隔壁などを含む基板20)を所定温度、例えば70〜80℃程度に加熱し、次いで親インク化工程とし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。次いで、撥インク化工程として大気圧下で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材を室温まで冷却することで、親液性および撥液性が所定箇所に付与されることとなる。
【0043】
なお、このCF4プラズマ処理においては、画素電極23の電極面23cおよび親液性制御層25についても多少の影響を受けるが、画素電極23の材料であるITOおよび親液性制御層25の構成材料であるSiO2、TiO2などはフッ素に対する親和性に乏しいため、親インク化工程で付与された水酸基がフッ素基で置換されることがなく、親液性が保たれる。
【0044】
(正孔注入層の形成)
次いで、正孔注入層形成工程によって正孔注入層70を形成する。この正孔注入層形成工程では、液滴吐出法として、特にインクジェット法が好適に採用される。すなわち、このインクジェット法により、正孔注入層形成材料を電極面23c上に選択的に配し、これを塗布する。その後、乾燥処理および熱処理を行い、画素電極23上に正孔注入層70を形成する。正孔注入層70の形成材料としては、例えば前記のPEDOT/PSSを水やイソプロピルアルコールなどの極性溶媒に溶解させたものが用いられる。
【0045】
ここで、このインクジェット法による正孔注入層70の形成にあたっては、まず、インクジェットヘッド(図示略)に正孔注入層形成材料を充填し、インクジェットヘッドと基材(基板20)とを相対移動させながら、インクジェットヘッドの吐出ノズルを親液性制御層25に形成された前記開口部25a内に位置する電極面23cに対向させる。そして、1滴当たりの液量が制御された液滴を吐出ノズルから電極面23cに吐出する。次に、吐出後の液滴を乾燥処理し、正孔注入層材料に含まれる分散媒や溶媒を蒸発させることにより、正孔注入層70を形成する。
【0046】
このとき、吐出ノズルから吐出された液滴は、親液性処理がなされた電極面23c上にて広がり、親液性制御層25の開口部25a内に満たされる。その一方で、撥インク処理された有機隔壁層221の上面では、液滴がはじかれて付着しない。したがって、液滴が所定の吐出位置からずれて、液滴の一部が有機隔壁層221の表面にかかったとしても、該表面が液滴で濡れることがなく、弾かれた液滴が親液性制御層25の開口部25a内に引き込まれる。
なお、この正孔注入層形成工程以降では、各種の形成材料や形成した要素の酸化・吸湿を防止すべく、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気などの不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。
【0047】
(発光層の形成)
次いで、図7(d)に示すように、発光層形成工程による発光層60の形成を行う。この発光層形成工程では、前記の正孔注入層70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、発光層形成材料を正孔注入層70上に吐出し、その後、乾燥処理および熱処理を行うことにより、有機隔壁層221に形成された開口部221a内に発光層60を形成する。この発光層60の形成は、その色毎に行う。なお、インクジェット法(液滴吐出法)を用いることにより、発光層60の形成材料を、所定位置、すなわち画素領域のみに選択的に配置することが可能であり、また個々の位置において吐出量を変えることも可能である。また、前記発光層形成工程では、正孔注入層70の再溶解を防止するため、発光層形成材料に用いる溶媒として、正孔注入層70に対して不溶な無極性溶媒を用いる。一方、焼成温度としては150℃〜200℃の範囲とするのが好ましい。150℃未満では、形成材料が十分に硬化せず、したがって後述するようにその上に青色発光層の形成材料が設けられると、形成材料どうしが混ざり合ってしまうおそれがあるからである。また、200℃を越えると、形成材料が熱により変質し劣化してしまうおそれがあるからである。
【0048】
(電子注入層の形成)
次いで、図7(e)に示すように、発光層60および有機隔壁層221を覆うように電子注入層52を形成する。電子注入層52の形成は、いかなる薄膜形成法であってもよく、たとえば蒸着法が使用できる。この場合には、1×10-6torr程度の真空下で、In及び有機化合物を共蒸発させ、発光層60および有機隔壁層221の表面に堆積させて、電子注入層52を形成する。また、溶液からの塗布で薄膜形成が可能な場合には、スピンコーティング法やインクジェット法などの溶液からの塗布法が使用できる。
【0049】
(陰極の形成)
次いで、陰極50を形成する。陰極50には、空気中で安定に使用できる導電性材料であれば限定はないが、特に配線電極として一般に広く使用されているAlが好ましい。
【0050】
その後、図7(f)に示すように、封止基板30により基板20の表面を封止する。この封止工程では、内側にゲッター剤45を貼り付けた封止基板30を、基板20に対して封止樹脂40により接着する。この封止工程は、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中で行うのが好ましい。これにより、基板20、封止基板30および封止樹脂40によって包囲される空間に、不活性ガスが気密封止される。
以上により、本実施形態の有機EL装置1が形成される。
【0051】
以上に詳述したように、本実施形態の有機EL装置およびその製造方法では、Inを混合した有機化合物を電子注入層として形成する構成とした。この構成によれば、反応活性な低仕事関数金属を用いることなく、陰極から発光層への電子注入性を向上させることができる。そのため、不活性雰囲気を要することなく、製造プロセスにおける素子の安定性を確保することができる。したがって、製造プロセスが簡略化され、製造コストを低減することができる。また、反応性の低い金属であるInを用いることで、酸素や水分に対する素子の耐久性が向上する。したがって、発光効率が高く安定した特性を有する有機EL装置を得ることができる。
【0052】
[電子機器]
次に、本発明の電子機器について、図8を用いて説明する。図8は、本実施形態の有機EL装置を備えた携帯電話の斜視図である。図8において符号1000は携帯電話本体を示し、符号1001は表示部を示している。この携帯電話1000は、本実施形態の有機EL装置からなる表示部1001を備えているので、良好な表示特性を発揮することができる。
本実施形態の電子機器としては、このような携帯電話以外にも、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置や、腕時計型電子機器、フラットパネルディスプレイ(例えばテレビ)などにも適用可能である。
【0053】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上記実施形態では発光層60に高分子材料を用いたが、この代わりに低分子材料を用いることもできる。また、上述の回路部11の構成はほんの一例であり、これ以外の構成を採ることも可能である。
【実施例1】
【0054】
ガラス基板の上面にITOからなる陽極電極を形成し、その上面にPEDOT/PSSからなる正孔注入層を形成し、その上面にポリジオクチルフルオレンとF8BT(ジオクチルフルオレンとベンゾチアジアゾールの交互共重合体)の混合溶液を用いて発光層を形成した。
その発光層の上面に、Inとバソクプロインとを同時に真空蒸着することにより、電子注入層を形成した。真空蒸着には、窒素雰囲気のグローブボックス内に配置された真空蒸着装置を使用した。蒸着開始時の真空度は4×10−6torr程度である。Inとバソクプロインのモル比が1対1になるよう成膜速度を調整し、150Å成膜した。
その電子注入層の上面に陰極となるAlを2000Å真空蒸着により成膜した。
その後、封止基板により全体を封止した。
このように形成した有機EL装置において、陽極電極であるITOと陰極電極であるAlの間に直流電圧を印加し、発光層からの発光の輝度を測定した。図9中の丸プロットは輝度−電圧特性、図10及び図11中の丸プロットは電流効率−輝度特性を示すものである。
【0055】
(比較例1)
実施例1と同様に発光層までを形成した。
その発光層の上面に、バソクプロインを真空蒸着法により150Å成膜した。次いで、Alを2000Å真空蒸着により成膜した。
その後、封止基板により全体を封止した。
このように形成した有機EL装置において、陽極電極であるITOと陰極電極であるAlの間に直流電圧を印加し、発光層からの発光の輝度を測定した。図9、図10中の三角プロットはそれぞれ輝度―電圧特性、電流効率―輝度特性を示すものである。実施例1のInを混合した電子注入層を用いた素子の方が駆動電圧が低く、高効率であることがわかった。
【0056】
(比較例2)
実施例1と同様に発光層までを形成した。
その発光層の上面に、カルシウム(Ca)を真空蒸着法により200Å成膜した。次いで、Alを2000Å真空蒸着により成膜した。
その後、封止基板により全体を封止した。
このように形成した有機EL装置において、陽極電極であるITOと陰極電極であるAlの間に直流電圧を印加し、発光層からの発光の輝度を測定した。図11中の四角プロットは電流効率―輝度特性を示すものである。実施例1のInを混合した電子注入層を有する素子の方がCa陰極を用いた素子よりも高効率であることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図1】実施形態の有機EL装置の配線構造を示す模式図である。
【図2】実施形態の有機EL装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図3】図2のA−B線に沿う側面断面図である。
【図4】図2のC−D線に沿う側面断面図である。
【図5】図3の要部拡大断面図である。
【図6】有機EL装置の製造方法を工程順に説明する断面図である。
【図7】有機EL装置の製造方法を工程順に説明する断面図である。
【図8】実施形態の有機EL装置を備えた携帯電話の斜視図である。
【図9】実施例1と比較例1における輝度−電圧特性である。
【図10】実施例1と比較例1における電流効率−輝度特性である。
【図11】実施例1と比較例2における電流効率−輝度特性である。
【符号の説明】
【0058】
23陽極、50陰極、52電子注入層、60発光層。
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機EL装置、有機EL装置の製造方法および電子機器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、有機EL装置を構成する有機EL素子は、陽極と陰極との間に有機発光性材料を薄膜形成した構造となっている。そして、両電極から注入された電子と正孔とが発光層内で再結合し、励起したエネルギーが発光として放出される機構となっている。このような有機EL装置は、各電極と発光層との間の電荷注入障壁が問題となる。Tangらは陰極から電子を注入する際に問題となるエネルギー障壁を低下させるため、仕事関数の小さいマグネシウム(Mg)を使用した(Appl. Phys. Lett., 51, 913 (1987).(非特許文献1))。その際、Mgは酸化しやすく、不安定であるので、比較的安定な銀(Ag)との共蒸着により合金化して用いた。また、仕事関数の小さいカルシウム(Ca)もよく用いられている。この場合、さらに保護層として、アルミニウム(Al)等の被膜が形成されている。
【0003】
特開2001−102175号公報(特許文献1)には、リチウム(Li)などの低仕事関数金属と電子輸送性有機化合物を共蒸着の手法により特定量混合し、電子注入層とすることで、陰極にアルミニウム(Al)を用いても低電圧で駆動することが報告されている。
【0004】
しかしながら、Mgなどの合金電極を用いても電極の酸化等による素子劣化が起こる上、配線材料としての機能も考慮しなければならないので、合金電極では電極材料として制限を受ける。また、CaやLiなどの低仕事関数金属は、酸素や水分に対する反応性が高く、取り扱いが困難である。そのため、製造プロセスにおいて不活性雰囲気下を必要とするなど、製造コストを引き上げる要因となる。さらにこれら低仕事関数金属は、素子内または素子外から取り込まれた酸素や水分による影響を受けやすく、素子の安定性を低下させる。
【非特許文献1】Appl. Phys. Lett., 51, 913 (1987).
【特許文献1】特開2001−102175号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、製造プロセスにおける安定性を確保することが可能であり、高い発光効率を得ることの出来る有機EL装置およびその製造方法の提供を目的とする。
また、良好な表示特性を有する電子機器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明の有機EL装置は、対向する陽極と陰極との間に、少なくとも発光層を備えた有機EL装置であって、前記発光層と前記陰極との間に、インジウム(In)を混合した有機化合物を電子注入層として備えていることを特徴とする。
この構成によれば、低仕事関数金属を用いることなく、陰極から発光層への電子注入効率を高め、発光効率を向上させることができる。また、Inは安定な金属であるため、製造プロセス上の取り扱いが容易である。さらに、酸素や水分に対する耐久性が高いため、素子の安定性を向上することができる。
【0007】
また、前記有機化合物は、窒素を含有する複素環化合物及びそれらの誘導体とすることが望ましく、さらには、窒素を含有する縮合複素環化合物及びそれらの誘導体とすることが望ましい。
特に、前記有機化合物は、ピリジン環及びピラジン環、もしくはフェナントロリン骨格を有する化合物及びそれらの誘導体とことが望ましい。
【0008】
そして、前記有機化合物は、テトラ−2−ピリジニルピラジン及びバソクプロイン、もしくはバソフェナントロリンであることが望ましい。
【0009】
一方、本発明の電子機器は、上述した有機EL装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、良好な表示特性を有する電子機器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】
【0010】
以下、本発明を詳しく説明する。なお、この実施の形態は、本発明の一部の態様を示すものであり、本発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下に示す各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を異ならせてある。
【0011】
[有機EL装置]
まず、本発明の有機EL装置の一実施形態を説明する。
(等価回路)
図1は、本実施形態の有機EL装置の配線構造を示す模式図であり、図1において符号1は有機EL装置である。この有機EL装置1は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ(TFT)を用いたアクティブマトリクス方式のもので、複数の走査線101と、各走査線101に対して直角に交差する方向に延びる複数の信号線102と、各信号線102に並列に延びる複数の電源線103とからなる配線構成を有し、走査線101と信号線102との各交点付近に画素領域Xを形成したものである。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線駆動回路100が接続されている。また、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線駆動回路80が接続されている。
【0012】
さらに、画素領域X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TFT112と、このスイッチング用TFT112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113と、該保持容量113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TFT123と、この駆動用TFT123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画素電極(電極)23と、この画素電極23と共通陰極(電極)50との間に挟み込まれた機能層110とが設けられている。このような画素電極23と共通陰極50と機能層110とにより、発光素子、すなわち有機EL素子が構成されている。
【0013】
このような構成の有機EL装置1によれば、走査線101が駆動されてスイッチング用TFT112がオン状態になると、そのときの信号線102の電位が保持容量113に保持され、該保持容量113の状態に応じて、駆動用TFT123のオン・オフ状態が決まる。そして、駆動用TFT123のチャネルを介して電源線103から画素電極23に電流が流れ、さらに機能層110を介して共通陰極50に電流が流れる。すると、機能層110は、これを流れる電流量に応じて発光する。
【0014】
(平面構成)
次に、本実施形態の有機EL装置1の具体的な態様を、図2〜5を参照して説明する。なお、図2は有機EL装置1の構成を模式的に示す平面図である。
【0015】
図2に示すように本実施形態の有機EL装置1は、光透過性と電気絶縁性とを備える基板20と、スイッチング用TFT(図示せず)に接続された画素電極が基板20上にマトリックス状に配置されてなる画素電極域(図示せず)と、画素電極域の周囲に配置されるとともに各画素電極に接続される電源線と、少なくとも画素電極域上に位置する平面視ほぼ矩形の画素部3(図2中一点鎖線枠内)とを備えて構成されている。なお、本実施形態において画素部3は、中央部分の実表示領域4(図中二点鎖線枠内)と、実表示領域4の周囲に配置されたダミー領域5(一点鎖線および二点鎖線の間の領域)とに区画されている。
【0016】
実表示領域4には、それぞれ画素電極を有する発光素子R、G、BがA−B方向およびC−D方向に規則的に配置されている。
また、実表示領域4の図2中両側には、走査線駆動回路80、80が配置されている。この走査線駆動回路80、80は、ダミー領域5の下層側に位置して設けられている。
【0017】
また、実表示領域4の図2中上方側には検査回路90が配置されており、この検査回路90はダミー領域5の下層側に配置されて設けられている。この検査回路90は、有機EL装置1の作動状況を検査するための回路であって、例えば検査結果を外部に出力する検査情報出力手段(図示せず)を備え、製造途中や出荷時における表示装置の品質、欠陥の検査を行うことができるように構成されている。
【0018】
走査線駆動回路80および検査回路90の駆動電圧は、所定の電源部から駆動電圧導通部310(図3参照)および駆動電圧導通部340(図4参照)を介して印加されている。また、これら走査線駆動回路80および検査回路90への駆動制御信号および駆動電圧は、この有機EL装置1の作動制御を司る所定のメインドライバなどから駆動制御信号導通部320(図3参照)および駆動電圧導通部350(図4参照)を介して送信および印加されるようになっている。なお、この場合の駆動制御信号とは、走査線駆動回路80および検査回路90が信号を出力する際の制御に関連するメインドライバなどからの指令信号である。
【0019】
(断面構成)
図3は図2のA−B線に沿う断面図、図4は図2のC−D線に沿う断面図、図5は図3の要部拡大断面図である。図3、図4に示すように、有機EL装置1は、基板20と封止基板30とが封止樹脂40を介して貼り合わされてなるものである。基板20、封止基板30および封止樹脂40で囲まれた領域においては、封止基板30の内面に水分や酸素を吸収するゲッター剤45が貼着されている。また、その空間部は窒素ガスが充填されて窒素ガス充填層46となっている。このような構成のもとに、有機EL装置1内部に水分や酸素が浸透するのが抑制され、これにより有機EL装置1はその長寿命化が図られたものとなっている。
【0020】
基板20としては、いわゆるトップエミッション型の有機EL装置の場合、この基板20の対向側である封止基板30側から発光光を取り出す構成であるので、透明基板及び不透明基板のいずれも用いることができる。不透明基板としては、例えば、アルミナ等のセラミック、ステンレススチール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の他に、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などが挙げられる。
また、いわゆるボトムエミッション型の有機EL装置の場合には、基板20側から発光光を取り出す構成であるので、基板20としては、透明あるいは半透明のものが採用される。例えば、ガラス、石英、樹脂(プラスチック、プラスチックフィルム)等が挙げられ、特にガラス基板が好適に用いられる。なお、本実施形態では、基板20側から発光光を取り出すボトムエミッション型とし、よって基板20としては透明あるいは半透明のものを用いるようにする。
【0021】
封止基板30としては、例えば電気絶縁性を有する板状部材を採用することができる。また、封止樹脂40は、例えば熱硬化樹脂あるいは紫外線硬化樹脂からなるものであり、特に熱硬化樹脂の一種であるエポキシ樹脂よりなっているのが好ましい。
【0022】
また、図5に示すように、基板20上には、画素電極23を駆動するための駆動用TFT123などを含む回路部11が設けられている。この回路部11は基板20上に形成されたものである。すなわち、基板20の表面には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および/またはSiNを主体とするゲート絶縁層282が形成されている。
【0023】
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101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。
【0024】
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、前述した電源線103(図1参照、図5においてはソース電極243の位置に紙面垂直方向に延在する)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。
【0025】
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の上層は、例えばアクリル系の樹脂成分を主体とする第2層間絶縁層284によって覆われている。この第2層間絶縁層284は、アクリル系の絶縁膜以外の材料、例えば、SiN、SiO2などを用いることもできる。そして、ITOからなる画素電極23が、この第2層間絶縁層284の表面上に形成されるとともに、該第2層間絶縁層284に設けられたコンタクトホール23a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23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。
以上に説明した基板20から第2層間絶縁層284までの層が、回路部11を構成するものとなっている。
【0026】
なお、走査線駆動回路80および検査回路90(図2参照)に含まれるTFT(駆動回路用TFT)、すなわち、例えばこれらの駆動回路のうち、シフトレジスタに含まれるインバータを構成するNチャネル型又はPチャネル型のTFTは、画素電極23と接続されていない点を除いて前記駆動用TFT123と同様の構造とされている。
【0027】
画素電極23が形成された第2層間絶縁層284の表面は、画素電極23と、例えばSiO2などの親液性材料を主体とする親液性制御層25と、アクリル樹脂やポリイミド樹脂などからなる有機隔壁層221とによって覆われている。なお、本実施形態における親液性制御層25の「親液性」とは、少なくとも有機隔壁層221を構成するアクリル樹脂やポリイミド樹脂などの材料と比べて親液性が高いことを意味するものとする。そして、親液性制御層25に設けられた開口部25aおよび有機隔壁層221に設けられた開口部221aの開口内部が、画素領域を構成している。なお、各色表示領域(画素領域)の境界には、金属クロムをスパッタリングなどにて成膜した図示略のBM(ブラックマトリクス)が、有機隔壁層221と親液性制御層25との間に位置して形成されている。
【0028】
(発光素子)
そして、各画素領域における画素電極23の上方には、発光素子(有機EL素子)R、G、Bが設けられている。発光素子R、G、Bは、陽極として機能する画素電極23と、この画素電極23からの正孔を注入/輸送する正孔注入層70と、有機EL物質からなる発光層60(60R、60G、60B)と、共通陰極50とが順に形成されたことによって構成されている。そして、このような構成のもとに発光素子R、G、Bは、正孔注入層70から注入された正孔と、共通陰極50から送られてきた電子とが発光層60で結合することにより、赤色、緑色あるいは青色の発光をなすようになっている。
【0029】
陽極として機能する画素電極23は、本例ではボトムエミッション型であることから透明導電材料によって形成されている。透明導電材料としてはITOが好適とされるが、これ以外にも、例えば酸化インジウム・酸化亜鉛系アモルファス透明導電膜(Indium Zinc Oxide :IZO/アイ・ゼット・オー)(登録商標))(出光興産社製)等を用いることができる。なお、本実施形態ではITOを用いるものとする。また、トップエミッション型である場合には、特に光透過性を備えた材料を採用する必要はなく、例えばITOの下層側にAl等を設けて反射層として用いることもできる。
【0030】
正孔注入層70の形成材料としては、特に3,4−ポリエチレンジオシチオフェン/ポリスチレンスルフォン酸(PEDOT/PSS)[商品名;バイトロン−p(Bytron-p):バイエル社製]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、さらにこれを水やイソプロピルアルコール等の極性溶媒に溶解させたものが好適に用いられる。なお、正孔注入層70の形成材料としては、前記のものに限定されることなく種々のものが使用可能である。例えば、ポリスチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレンやその誘導体などを、適宜な分散媒、例えば前記のポリスチレンスルフォン酸に分散させたものなどが使用可能である。
なお、上述した画素電極23を、PEDOT/PSSによって構成することも可能である。この場合、1回の液相プロセスにより導電性および正孔注入性を有する陽極を形成することが可能になり、正孔注入層の形成を省略することができる。したがって、製造コストを低減することができる。
【0031】
発光層60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適宜用いられる。また、本実施形態では、フルカラー表示を行うべく、その発光波長帯域が光の三原色にそれぞれ対応して形成されている。すなわち、発光波長帯域が赤色に対応した発光層60R、緑色に対応した発光層60G、青色に対応した発光層60Bの三つの発光層により、1画素が構成され、これらが階調して発光することにより、有機EL装置1が全体としてフルカラー表示をなすようになっている。
【0032】
発光層60の形成材料として特に限定はないが、例えば、(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、「高分子」とは、分子量が数百程度の所謂「低分子」よりも分子量の大きい重合体を意味し、上述の高分子材料には、一般に高分子と呼ばれる分子量10000以上の重合体の他に、分子量が10000以下のオリゴマーと呼ばれる低重合体が含まれる。
【0033】
なお、本実施形態では、赤色の発光層60Rの形成材料としてMEHPPV(ポリ(3−メトキシ 6−(3−エチルヘキシル)パラフェニレンビニレン)を、緑色の発光層60Rの形成材料としてポリジオクチルフルオレンとF8BT(ジオクチルフルオレンとベンゾチアジアゾールの交互共重合体)の混合溶液を、青色の発光層60Rの形成材料としてポリジオクチルフルオレンを用いている。また、これら各発光層60については、特にその厚さについては制限がなく、また各色毎に好ましい厚さも変わるものの、例えば青色発光層60Bの厚さとしては、60〜70nm程度とするのが好ましい。
【0034】
(電子注入層)
また、発光層60および有機隔壁層221の表面に、電子注入層52が設けられている。電子注入層52は、陰極50から発光層60への電子注入効率を高める機能を有するものである。この電子注入層52の厚さとしては特に限定はないが、10〜500Åの範囲であることが好ましい。10Å未満では電子注入層としての機能が十分に発揮されず、また500Åを越えると駆動電圧が無視できない程度に高くなってしまうからである。
【0035】
また、電子注入層を構成する有機化合物は、窒素を含有する複素環化合物及びそれらの誘導体を採用することが可能である。具体的には、バソクプロイン(2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン)及びパソフェナントロリン(4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン)を採用することが望ましい。
【0036】
(陰極)
共通陰極50は、図2ないし図4に示すように、実表示領域4およびダミー領域5の総面積より広い面積を備え、それぞれを覆うように形成されたものである。
共通陰極50は化学的に安定な導電性材料であれば特に限定されることなく、任意のもの、例えば金属や合金などが使用可能であり、具体的にはAl(アルミニウム)が好適に用いられる。この共通陰極50の厚さとしては、100nm〜500nm程度とするのが好ましく、特に200nm程度とするのが好ましい。100nm未満では保護機能が十分に得られないおそれがあり、また500nmを越えると製造時における熱的負荷が高くなり、発光層60に劣化や変質等の悪影響を及ぼすおそれがあるからである。なお、本実施形態ではAlによって陰極50を形成している。また、特にトップエミッション型の有機EL装置とする場合には、十分に薄い補助陰極50を形成してこれに透光性を持たせることが可能であり、あるいは透光性を有するITO等の導電性材料を用いて陰極50を形成することも可能である。
【0037】
[有機EL装置の製造方法]
次に、本実施形態に係る有機EL装置1の製造方法の一例を、図6および図7を参照して説明する。なお、図6および図7に示す各断面図は、図2中のA−B線の断面図に対応しており、各製造工程順に示している。
まず、図6(a)に示すように、基板20上の回路部11の表面に、画素電極23を形成する。具体的には、まず基板20の全面を覆うように、ITO等の導電材料からなる導電膜を形成する。その際、第2層間絶縁層284のコンタクトホール23aの内部に導電材料を充填してコンタクトを形成する。そして、この導電膜をパターニングすることにより画素電極23を形成するとともに、コンタクトを介して駆動用TFT123のドレイン電極244に導通させる。これと同時に、ダミー領域のダミーパターン26も形成する。なお図3および図4では、画素電極23およびダミーパターン26を総称して画素電極23としている。
【0038】
なおダミーパターン26は、実表示領域に形成されている画素電極23と同様に島状に形成されているが、第2層間絶縁層284を介して下層のメタル配線へ接続しない構成とされている。もちろん、表示領域に形成されている画素電極23とは異なる形状であってもよい。なお、この場合、ダミーパターン26は少なくとも前記駆動電圧導通部310(340)の上方に位置するものも含むものとする。
【0039】
次いで、図6(b)に示すように、画素電極23、ダミーパターン26上、および第2層間絶縁層284上に、絶縁層である親液性制御層25を形成する。なお、画素電極23においては一部が開口する態様にて親液性制御層25を形成し、開口部25a(図3も参照)において画素電極23からの正孔移動が可能とされている。続いて、親液性制御層25において、異なる2つの画素電極23の間に位置して形成された凹状部に、BM(図示せず)を形成する。具体的には、親液性制御層25の前記凹状部に対して、金属クロムを用いスパッタリング法にて成膜する。
【0040】
次いで、図6(c)に示すように、親液性制御層25の所定位置、詳しくは前記BMを覆うように有機隔壁層221を形成する。具体的な有機隔壁層221の形成方法としては、例えばアクリル樹脂やポリイミド樹脂などのレジストを溶媒に溶解したものを、スピンコート法、ディップコート法などの各種塗布法により塗布して有機質層を形成する。なお、有機質層の構成材料は、後述するインクの溶媒に溶解せず、しかもエッチングなどによってパターニングし易いものであればどのようなものでもよい。
続いて、有機質層をフォトリソグラフィ技術、エッチング技術を用いてパターニングし、有機質層に隔壁開口部221aを形成することにより、開口部221aに壁面を有した有機隔壁層221を形成する。なお、この場合、有機隔壁層221は、少なくとも前記駆動制御信号導通部320の上方に位置するものを含むものとする。
【0041】
次いで、有機隔壁層221の表面に、親液性を示す領域と、撥液性を示す領域とを形成する。本実施形態においては、プラズマ処理によって各領域を形成する。そのプラズマ処理は、予備加熱工程と、有機隔壁層221の上面および開口部221aの壁面ならびに画素電極23の電極面23cおよび親液性制御層25の上面をそれぞれ親液性にする親インク化工程と、有機隔壁層の上面および開口部の壁面を撥液性にする撥インク化工程と、冷却工程とによって構成される。
【0042】
すなわち、基材(隔壁などを含む基板20)を所定温度、例えば70〜80℃程度に加熱し、次いで親インク化工程とし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。次いで、撥インク化工程として大気圧下で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材を室温まで冷却することで、親液性および撥液性が所定箇所に付与されることとなる。
【0043】
なお、このCF4プラズマ処理においては、画素電極23の電極面23cおよび親液性制御層25についても多少の影響を受けるが、画素電極23の材料であるITOおよび親液性制御層25の構成材料であるSiO2、TiO2などはフッ素に対する親和性に乏しいため、親インク化工程で付与された水酸基がフッ素基で置換されることがなく、親液性が保たれる。
【0044】
(正孔注入層の形成)
次いで、正孔注入層形成工程によって正孔注入層70を形成する。この正孔注入層形成工程では、液滴吐出法として、特にインクジェット法が好適に採用される。すなわち、このインクジェット法により、正孔注入層形成材料を電極面23c上に選択的に配し、これを塗布する。その後、乾燥処理および熱処理を行い、画素電極23上に正孔注入層70を形成する。正孔注入層70の形成材料としては、例えば前記のPEDOT/PSSを水やイソプロピルアルコールなどの極性溶媒に溶解させたものが用いられる。
【0045】
ここで、このインクジェット法による正孔注入層70の形成にあたっては、まず、インクジェットヘッド(図示略)に正孔注入層形成材料を充填し、インクジェットヘッドと基材(基板20)とを相対移動させながら、インクジェットヘッドの吐出ノズルを親液性制御層25に形成された前記開口部25a内に位置する電極面23cに対向させる。そして、1滴当たりの液量が制御された液滴を吐出ノズルから電極面23cに吐出する。次に、吐出後の液滴を乾燥処理し、正孔注入層材料に含まれる分散媒や溶媒を蒸発させることにより、正孔注入層70を形成する。
【0046】
このとき、吐出ノズルから吐出された液滴は、親液性処理がなされた電極面23c上にて広がり、親液性制御層25の開口部25a内に満たされる。その一方で、撥インク処理された有機隔壁層221の上面では、液滴がはじかれて付着しない。したがって、液滴が所定の吐出位置からずれて、液滴の一部が有機隔壁層221の表面にかかったとしても、該表面が液滴で濡れることがなく、弾かれた液滴が親液性制御層25の開口部25a内に引き込まれる。
なお、この正孔注入層形成工程以降では、各種の形成材料や形成した要素の酸化・吸湿を防止すべく、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気などの不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。
【0047】
(発光層の形成)
次いで、図7(d)に示すように、発光層形成工程による発光層60の形成を行う。この発光層形成工程では、前記の正孔注入層70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、発光層形成材料を正孔注入層70上に吐出し、その後、乾燥処理および熱処理を行うことにより、有機隔壁層221に形成された開口部221a内に発光層60を形成する。この発光層60の形成は、その色毎に行う。なお、インクジェット法(液滴吐出法)を用いることにより、発光層60の形成材料を、所定位置、すなわち画素領域のみに選択的に配置することが可能であり、また個々の位置において吐出量を変えることも可能である。また、前記発光層形成工程では、正孔注入層70の再溶解を防止するため、発光層形成材料に用いる溶媒として、正孔注入層70に対して不溶な無極性溶媒を用いる。一方、焼成温度としては150℃〜200℃の範囲とするのが好ましい。150℃未満では、形成材料が十分に硬化せず、したがって後述するようにその上に青色発光層の形成材料が設けられると、形成材料どうしが混ざり合ってしまうおそれがあるからである。また、200℃を越えると、形成材料が熱により変質し劣化してしまうおそれがあるからである。
【0048】
(電子注入層の形成)
次いで、図7(e)に示すように、発光層60および有機隔壁層221を覆うように電子注入層52を形成する。電子注入層52の形成は、いかなる薄膜形成法であってもよく、たとえば蒸着法が使用できる。この場合には、1×10-6torr程度の真空下で、In及び有機化合物を共蒸発させ、発光層60および有機隔壁層221の表面に堆積させて、電子注入層52を形成する。また、溶液からの塗布で薄膜形成が可能な場合には、スピンコーティング法やインクジェット法などの溶液からの塗布法が使用できる。
【0049】
(陰極の形成)
次いで、陰極50を形成する。陰極50には、空気中で安定に使用できる導電性材料であれば限定はないが、特に配線電極として一般に広く使用されているAlが好ましい。
【0050】
その後、図7(f)に示すように、封止基板30により基板20の表面を封止する。この封止工程では、内側にゲッター剤45を貼り付けた封止基板30を、基板20に対して封止樹脂40により接着する。この封止工程は、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中で行うのが好ましい。これにより、基板20、封止基板30および封止樹脂40によって包囲される空間に、不活性ガスが気密封止される。
以上により、本実施形態の有機EL装置1が形成される。
【0051】
以上に詳述したように、本実施形態の有機EL装置およびその製造方法では、Inを混合した有機化合物を電子注入層として形成する構成とした。この構成によれば、反応活性な低仕事関数金属を用いることなく、陰極から発光層への電子注入性を向上させることができる。そのため、不活性雰囲気を要することなく、製造プロセスにおける素子の安定性を確保することができる。したがって、製造プロセスが簡略化され、製造コストを低減することができる。また、反応性の低い金属であるInを用いることで、酸素や水分に対する素子の耐久性が向上する。したがって、発光効率が高く安定した特性を有する有機EL装置を得ることができる。
【0052】
[電子機器]
次に、本発明の電子機器について、図8を用いて説明する。図8は、本実施形態の有機EL装置を備えた携帯電話の斜視図である。図8において符号1000は携帯電話本体を示し、符号1001は表示部を示している。この携帯電話1000は、本実施形態の有機EL装置からなる表示部1001を備えているので、良好な表示特性を発揮することができる。
本実施形態の電子機器としては、このような携帯電話以外にも、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置や、腕時計型電子機器、フラットパネルディスプレイ(例えばテレビ)などにも適用可能である。
【0053】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上記実施形態では発光層60に高分子材料を用いたが、この代わりに低分子材料を用いることもできる。また、上述の回路部11の構成はほんの一例であり、これ以外の構成を採ることも可能である。
【実施例1】
【0054】
ガラス基板の上面にITOからなる陽極電極を形成し、その上面にPEDOT/PSSからなる正孔注入層を形成し、その上面にポリジオクチルフルオレンとF8BT(ジオクチルフルオレンとベンゾチアジアゾールの交互共重合体)の混合溶液を用いて発光層を形成した。
その発光層の上面に、Inとバソクプロインとを同時に真空蒸着することにより、電子注入層を形成した。真空蒸着には、窒素雰囲気のグローブボックス内に配置された真空蒸着装置を使用した。蒸着開始時の真空度は4×10−6torr程度である。Inとバソクプロインのモル比が1対1になるよう成膜速度を調整し、150Å成膜した。
その電子注入層の上面に陰極となるAlを2000Å真空蒸着により成膜した。
その後、封止基板により全体を封止した。
このように形成した有機EL装置において、陽極電極であるITOと陰極電極であるAlの間に直流電圧を印加し、発光層からの発光の輝度を測定した。図9中の丸プロットは輝度−電圧特性、図10及び図11中の丸プロットは電流効率−輝度特性を示すものである。
【0055】
(比較例1)
実施例1と同様に発光層までを形成した。
その発光層の上面に、バソクプロインを真空蒸着法により150Å成膜した。次いで、Alを2000Å真空蒸着により成膜した。
その後、封止基板により全体を封止した。
このように形成した有機EL装置において、陽極電極であるITOと陰極電極であるAlの間に直流電圧を印加し、発光層からの発光の輝度を測定した。図9、図10中の三角プロットはそれぞれ輝度―電圧特性、電流効率―輝度特性を示すものである。実施例1のInを混合した電子注入層を用いた素子の方が駆動電圧が低く、高効率であることがわかった。
【0056】
(比較例2)
実施例1と同様に発光層までを形成した。
その発光層の上面に、カルシウム(Ca)を真空蒸着法により200Å成膜した。次いで、Alを2000Å真空蒸着により成膜した。
その後、封止基板により全体を封止した。
このように形成した有機EL装置において、陽極電極であるITOと陰極電極であるAlの間に直流電圧を印加し、発光層からの発光の輝度を測定した。図11中の四角プロットは電流効率―輝度特性を示すものである。実施例1のInを混合した電子注入層を有する素子の方がCa陰極を用いた素子よりも高効率であることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図1】実施形態の有機EL装置の配線構造を示す模式図である。
【図2】実施形態の有機EL装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図3】図2のA−B線に沿う側面断面図である。
【図4】図2のC−D線に沿う側面断面図である。
【図5】図3の要部拡大断面図である。
【図6】有機EL装置の製造方法を工程順に説明する断面図である。
【図7】有機EL装置の製造方法を工程順に説明する断面図である。
【図8】実施形態の有機EL装置を備えた携帯電話の斜視図である。
【図9】実施例1と比較例1における輝度−電圧特性である。
【図10】実施例1と比較例1における電流効率−輝度特性である。
【図11】実施例1と比較例2における電流効率−輝度特性である。
【符号の説明】
【0058】
23陽極、50陰極、52電子注入層、60発光層。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
対向する陽極と陰極との間に、少なくとも発光層を備えた有機EL装置であって、
前記発光層と前記陰極との間に、インジウム(In)を混合した有機化合物を電子注入層として備えていることを特徴とする有機EL装置。
【請求項2】
前記有機化合物が窒素を含有する複素環化合物及びそれらの誘導体であることを特徴とする請求項1に記載の有機EL装置。
【請求項3】
前記有機化合物が窒素を含有する縮合複素環化合物及びそれらの誘導体であることを特徴とする請求項1ないし請求項2のいずれかに記載の有機EL装置。
【請求項4】
前記有機化合物がピリジン環を有する化合物及びその誘導体であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の有機EL装置。
【請求項5】
前記有機化合物がピラジン環を有する化合物及びその誘導体であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の有機EL装置。
【請求項6】
前記有機化合物がフェナントロリン骨格を有する化合物及びその誘導体であることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の有機EL装置。
【請求項7】
前記有機化合物がテトラ−2−ピリジニルピラジンであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の有機EL装置。
【請求項8】
前記有機化合物がバソクプロインであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の有機EL装置。
【請求項9】
前記有機化合物がバソフェナントロリンであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の有機EL装置。
【請求項10】
請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の有機EL装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項1】
対向する陽極と陰極との間に、少なくとも発光層を備えた有機EL装置であって、
前記発光層と前記陰極との間に、インジウム(In)を混合した有機化合物を電子注入層として備えていることを特徴とする有機EL装置。
【請求項2】
前記有機化合物が窒素を含有する複素環化合物及びそれらの誘導体であることを特徴とする請求項1に記載の有機EL装置。
【請求項3】
前記有機化合物が窒素を含有する縮合複素環化合物及びそれらの誘導体であることを特徴とする請求項1ないし請求項2のいずれかに記載の有機EL装置。
【請求項4】
前記有機化合物がピリジン環を有する化合物及びその誘導体であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の有機EL装置。
【請求項5】
前記有機化合物がピラジン環を有する化合物及びその誘導体であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の有機EL装置。
【請求項6】
前記有機化合物がフェナントロリン骨格を有する化合物及びその誘導体であることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の有機EL装置。
【請求項7】
前記有機化合物がテトラ−2−ピリジニルピラジンであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の有機EL装置。
【請求項8】
前記有機化合物がバソクプロインであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の有機EL装置。
【請求項9】
前記有機化合物がバソフェナントロリンであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の有機EL装置。
【請求項10】
請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の有機EL装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2006−32683(P2006−32683A)
【公開日】平成18年2月2日(2006.2.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−209951(P2004−209951)
【出願日】平成16年7月16日(2004.7.16)
【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18年2月2日(2006.2.2)
【国際特許分類】
【出願日】平成16年7月16日(2004.7.16)
【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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