JP2002033191A - 発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
発光を良好なものとする手段を提供し、発光の良好なE
L素子を含む発光装置の製造方法を提供する 【解決手段】 発光性材料およびドーパントからなる第
1の発光層を蒸着により成膜し、前記発光性材料の蒸着
を続けたまま前記ドーパントの蒸着を止めて前記発光性
材料からなる第2の発光層を成膜することを特徴とす
る。これにより第1の発光層と第2の発光層との間の連
続性が高まり、発光層の界面の特性が改善されることで
良好な発光が得られる。特に、発光層を成膜する途中で
ドーパント添加を止めたり、逆に加えたりする場合にお
いて、有効な技術である。
Description
間にEL(Electro Luminescence)が得られる発光性材
料からなる薄膜(以下、発光層という)を挟んだ素子
(以下、EL素子という)を有する発光装置に関する。
なお、有機ELディスプレイや有機発光ダイオード(O
LED:Organic Light Emitting Diode)は本発明の発
光装置に含まれる。
材料は、一重項励起もしくは三重項励起または両者の励
起を経由して発光(燐光および/または蛍光)するすべ
ての発光性材料を含む。
は、ホストとなる有機材料からなる薄膜に添加されるゲ
ストとなる有機材料(有機化合物)を指す。代表的に
は、発光色を制御するために発光層に添加される有機材
料を指す。発光層に添加されるドーパントとしては、一
重項励起もしくは三重項励起または両者の励起を経由し
て発光(燐光および/または蛍光)する有機材料を用い
ることができる。
置が低い駆動電圧で発光することをイーストマン・コダ
ック社が発表して以来、有機EL膜を用いた発光装置が
注目されている。コダック社の発表では積層型の素子構
造とすることで駆動電圧が低下することを特徴としてお
り、各社は積層型の素子構造に関する研究開発を行って
きた。
た実験の概略(比較例)であり、本発明を出願する時点
において公知の技術ではない。
2はITO(Indium Tin Oxide)からなる陽極、203
はPEDOT(ポリチオフェン)からなる正孔注入層
(20nm)、204はSTAD(スピロ−トリフェニ
ルアミン誘導体)からなる正孔輸送層(20nm)、2
05はα−NPD(4,4'−ビス[N−(1−ナフチル)
−N−フェニル−アミノ]ビフェニル)からなる正孔輸
送層(10nm)、206はSDPVBi(スピロ−ジ
スチリルビフェニル)からなる発光層(以下、青色発光
層という)(10nm)、207はDCMを添加したA
lq3(トリス−8−キノリノラトアルミニウム錯体)
からなる発光層(以下、赤色発光層という)(10n
m)、208はAlq3からなる発光層(以下、緑色発
光層という)(40nm)、209はYb(イッテルビ
ウム)膜からなる陰極である。
トとを共蒸着(異なる蒸発源から異なる材料を同時に蒸
発させて材料を混合する蒸着)により成膜して赤色発光
層207を形成し、そこで一旦共蒸着を止め、再びAl
q3のみを蒸着して緑色発光層208を形成していた。
は、青色、赤色および緑色が混色されて白色の発光が得
られる。ところが、本発明者らが行った上記方法では図
8に示すように600nm付近にピークをもった発色と
なり、きれいな白色発光を得ることができなかった。
らなる薄膜を形成するにあたり、その薄膜中にドーパン
トを含む層が形成される場合において、ドーパントを含
む層と含まない層との連続性を高めることを課題とす
る。
したEL素子の発光を良好なものとする手段を提供し、
そのような発光の良好なEL素子を含む発光装置の製造
方法を提供することを課題とする。
験結果を踏まえてEL素子の製造方法について様々な検
討を重ね、ドーパントを含まない発光層とドーパントを
含む発光層との間の界面が発光色に大きく影響すると考
えた。即ち、発光層から別の発光層へ変化する界面にお
ける連続性が悪いと白色発光が得られないのではないか
と考えた。
構造において、Alq3とドーパントである有機材料と
を共蒸着により成膜して赤色発光層207を形成し、A
lq 3の蒸着を続けたままドーパントの蒸着を止め、そ
のままAlq3のみを蒸着して緑色発光層208を形成
した。
たEL素子の構造である。図3において、301はガラ
ス基板、302はITO(Indium Tin Oxide)からなる
陽極、303はPEDOT(ポリチオフェン)からなる
正孔注入層(20nm)、304はSTAD(スピロ−
トリフェニルアミン誘導体)からなる正孔輸送層(20
nm)、305はα−NPD(4,4'−ビス[N−(1−
ナフチル)−N−フェニル−アミノ]ビフェニル)から
なる正孔輸送層(10nm)、306はSDPVBi
(スピロ−ジスチリルビフェニル)からなる発光層(以
下、青色発光層という)(20nm)、307はドーパ
ントとしてDCMを添加したAlq3(トリス−8−キ
ノリノラトアルミニウム錯体)からなる発光層(以下、
赤色発光層という)(10nm)、308はAlq3か
らなる発光層(以下、緑色発光層という)(40n
m)、309はYb(イッテルビウム)膜からなる陰極
である。
特徴的な点は、赤色発光層307と緑色発光層308の
境界に明確な界面がなく、非常に連続性の高い領域で接
した構造となっている点である。このような素子構造と
した結果、試作したEL素子からは良好な白色発光を得
ることができた。
れた白色発光の輝度特性であり、横軸を波長とし、縦軸
を輝度(分光放射輝度)としてプロットしている。図1
に示すように、波長400〜700nmの範囲にブロー
ドな輝度特性が得られており、良好な白色発光が得られ
ていることがわかる。
トを含む発光層を有した構造のEL素子を形成する際
は、ホストとなる発光性材料の蒸着を止めることなく連
続的に発光層を形成することが望ましいと考えた。特
に、発光層を形成する発光性材料にドーパントを添加し
て発光色を制御する場合は、ドーパントの蒸着を止める
もしくは始める時にも発光性材料の蒸着を続けることが
望ましいと考えた。
法は、発光性材料およびドーパントからなる発光層を蒸
着により成膜し、次に、発光性材料の蒸着を続けたまま
ドーパントの蒸着を止めて発光性材料からなる発光層を
成膜するという製造方法によりEL素子を形成する点に
特徴がある。
光性材料からなる第1の発光層を蒸着により成膜し、次
に発光性材料の蒸着を続けたままドーパントを蒸着して
発光性材料およびドーパントからなる第2の発光層を成
膜するという製造方法によりEL素子を形成する点に特
徴がある。
を用いることで、良好な発光が得られるパッシブマトリ
クス型の発光装置もしくはアクティブマトリクス型の発
光装置を製造することが可能である。
とドーパントを含まない発光層を積層する場合だけの適
用にとどまらない。即ち、有機材料からなる薄膜を形成
するにあたり、その薄膜中にドーパントを含む層が形成
される場合すべてにおいて本発明を実施することができ
る。その結果、ドーパントを含む層と含まない層との連
続性が高まり、発光特性、電荷注入性もしくは電荷輸送
性の向上を期待することができる。
下に示す実施例をもって詳細に説明する。
図6を用いて説明する。ここでは、画素部とその周辺に
設けられる駆動回路部のTFTを同時に作製する方法に
ついて説明する。但し、説明を簡単にするために、駆動
回路に関しては基本単位であるCMOS回路を図示する
こととする。
板500上に窒化酸化珪素膜からなる下地膜501を3
00nmの厚さに形成した。この時、窒化酸化珪素膜を
二層にし、ガラス基板500に接する方の窒素濃度を1
0〜25wt%と高めに設定した。
非晶質珪素膜(図示せず))をプラズマCVD法により
成膜した。そして、特開平7−130652号公報に記
載の技術に従って非晶質珪素膜を結晶化し、結晶質珪素
膜(多結晶シリコン膜若しくはポリシリコン膜ともい
う)502を形成した。(図4(A))
素膜502をパターニングして島状に加工した半導体膜
503〜506を形成した。(図4(B))
でなる保護膜507を130nmの厚さに形成した。そ
して、保護膜507を介してボロンを半導体膜503〜
506に添加した。本実施例では質量分離を行わないプ
ラズマドーピング法を用いて添加した。この工程により
半導体膜503〜506中にはボロンが1×1015〜5
×1017atoms/cm3の濃度で含まれる。ここで添加され
たボロンはTFTのしきい値電圧の調節に用いられる。
(図4(C))
08a、508bを形成し、保護膜507を介してリンを
添加した。本実施例ではプラズマドーピング法を用いて
添加した。この工程によりリンが2×1016〜5×10
19atoms/cm3の濃度で含まれた半導体領域(n型不純物
領域)509が形成された。(図4(D))
503〜506を覆ってプラズマCVD法によりゲート
絶縁膜510を形成した。ゲート絶縁膜510として
は、110nm厚の窒化酸化珪素膜を用いた。
N)膜と、350nm厚のタンタル(Ta)膜とでなる
積層膜を成膜し、これをパターニングしてゲート電極5
11〜515を形成した。この時、ゲート電極512は
n型不純物領域509の一部にゲート絶縁膜510を介
して重なるように形成した。
極511〜515をマスクとして自己整合的にリンを1
×1016〜5×1018atoms/cm3の濃度で添加した。こ
うして形成された不純物領域516〜523にはn型不
純物領域509の1/2〜1/10の濃度でリンが添加
される。
極511〜515をマスクとして自己整合的にゲート絶
縁膜507をエッチングした。本実施例ではCHF3ガ
スを用いてドライエッチングを行い、ゲート絶縁膜52
4〜528を形成した。
マスク529を形成し、ボロンを3×1020〜3×10
21atoms/cm3の濃度となるように添加して高濃度にボロ
ンを含む不純物領域530〜533を形成した。なお、
不純物領域530〜533には既にリンが添加されてい
るが、ここで添加されるボロンはその少なくとも300
倍以上の濃度で添加される。そのため、予め形成されて
いたn型の不純物領域は完全にP型に反転し、P型の不
純物領域として機能する。
スク534a〜534dを形成し、リンを1×1020〜1
×1021atoms/cm3の濃度となるように添加して高濃度
にリンを含む不純物領域535〜539を形成した。な
お、不純物領域530〜533のうち、540〜543
で示される領域には同様にリンが添加されるが、p型不
純物元素の濃度に比べて十分に低い濃度であるため、p
型からn型に反転するようなことはない。
除去した後、保護膜544として200nm厚の窒化酸
化シリコン膜を形成し、その後、添加されたリンまたは
ボロンを活性化した。本実施例では電熱炉において窒素
雰囲気中、550℃、4時間の熱処理を行った。この処
理中、図の矢印の方向に結晶化に用いたニッケルが移動
するため、後にチャネルを形成する領域中のニッケル濃
度を低減する事が可能である。また、この熱処理の後、
水素を含む雰囲気中で350℃で1時間の熱処理を行い
水素化処理を行った。(図5(E))
絶縁膜545を形成した。本実施例では、保護膜544
の上に500nm厚の酸化シリコン膜を積層した構造と
した。そして、第1層間絶縁膜545に対してコンタク
トホールを形成し、ソース配線546〜549と、ドレ
イン配線550〜552を形成した。なお、本実施例で
はこの電極を、チタン膜60nm、窒化チタン膜40n
m、2wt%のシリコンを含むアルミニウム膜300n
m、チタン膜100nmをスパッタ法で連続形成した四
層構造の積層膜とした。
らなる第2層間絶縁膜553を形成した。本実施例では
アクリル樹脂膜を1.5μmの厚さで形成した。そし
て、第2層間絶縁膜553にドレイン配線552に達す
るコンタクトホールを形成し、酸化物導電膜からなる画
素電極554を形成した。本実施例では画素電極554
として酸化インジウムと酸化スズとの化合物からなる酸
化物導電膜を110nmの厚さに形成した。
を行った。本実施例では、酸素ガス中に晒した状態で紫
外光(UV光)を照射することで処理を行った。
555を形成した。本実施例では、PEDOT(ポリチ
オフェン)からなる正孔注入層(20nm厚)、STA
D(スピロ−トリフェニルアミン誘導体)からなる正孔
輸送層(20nm厚)、SDPVBi(スピロ−ジスチ
リルビフェニル)からなる発光層(10nm厚)、α−
NPD(4,4'−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニ
ル−アミノ]ビフェニル)からなる正孔輸送層(10n
m厚)、ドーパントとしてDCMを添加したAlq
3(トリス−8−キノリノラトアルミニウム錯体)から
なる発光層(10nm厚)、207はAlq3からなる
発光層(30nm厚)を順次形成した積層構造とした。
わりにPAni(ポリアニリン)を用いても良い。ま
た、ドーパントは、DCMに限らず赤色の蛍光を示す有
機材料であれば如何なる材料であっても良い。
Alq3(トリス−8−キノリノラトアルミニウム錯
体)からなる発光層を形成した後、Alq3の蒸着を止
めずにドーパントの蒸着のみを止め、Alq3からなる
発光層を形成した。
q3からなる発光層(第1の発光層)と、Alq3からな
る発光層(第2の発光層)との境界が明確でなくなり、
図3に示したような素子構造となる。即ち、第1の発光
層と第2の発光層との連続性が高まる。図1に示した実
測データと図8に示した実測データの差は、その連続性
の違いによるものと本発明者らは推察している。
膜)からなる陰極559を蒸着により400nmの厚さ
に形成した。こうして図6(C)に示すような構造のア
クティブマトリクス基板が完成した。本実施例では図6
(C)に示すアクティブマトリクス基板の上に紫外線硬
化樹脂膜を塗布し、ガラス基板を張り合わせた後、紫外
線硬化樹脂を硬化させてEL素子を封止した。
キシブルプリントサーキット(FPC)を取り付けて発
光装置を完成した。ここで本実施例に従って作製された
発光装置の表示画像を図7に示す。以上のように、良好
な白色発光が得られるアクティブマトリクス型の発光装
置を製造することができた。
は、パッシブマトリクス型の発光装置の製造方法に用い
ることもできる。本発明は公知のパッシブマトリクス型
発光装置の製造方法において、EL素子を形成する部分
のみ異なり、発光層を形成する際に本発明に従えば本発
明の効果を得ることができる。
マトリクス型の発光装置はプレーナ型TFTで各素子を
形成したが、ボトムゲート型TFT(典型的には逆スタ
ガ型TFT)で形成しても良い。その際、活性層に結晶
質珪素膜を用いても良いし、非晶質珪素膜を用いても良
い。このように本発明はEL素子の製造工程に特徴があ
り、TFTの構造には限定されない。
層に添加するドーパントとしては、公知の赤色の蛍光を
示す有機材料を用いることができる。また、赤色の燐光
を示す有機材料を用いても良い。
例3のいずれの構成とも組み合わせて実施することがで
きる。
層としては、正孔の注入障壁を低める機能を有した有機
材料を用いることができる。本実施例では、正孔注入層
として導電性ポリマーを用いる。具体的には、導電性ポ
リマーとして、ヨウ素を添加したポリアセチレンを用い
ることができる。また、ヨウ素の代わりに臭素としても
良い。
例4のいずれの構成とも組み合わせて実施することがで
きる。
て三重項励起子からの燐光を発光に利用できる発光性材
料を用いることで、外部発光量子効率を飛躍的に向上さ
せることができ、EL素子の低消費電力化、長寿命化、
および軽量化が可能になる。ここで、三重項励起子を利
用し、外部発光量子効率を向上させた報告を示す。
emical Processes in Organized Molecular Systems, e
d.K.Honda, (Elsevier Sci.Pub., Tokyo,1991) p.437.) 上記論文に報告されたEL材料(クマリン色素)の分子
式を以下に示す。
stikov, S.Sibley, M.E.Thompson, S.R.Forrest, Natur
e 395 (1998) p.151.) 上記論文に報告されたEL材料(Pt錯体)の分子式を
以下に示す。
M.E.Thompson, S.R.Forrest, Appl.Phys.Lett.,75 (199
9) p.4.) (T.Tsutsui, M.-J.Yang, M.Yahiro, K.Nakamura, T.Wat
anabe, T.tsuji, Y.Fukuda, T.Wakimoto, S.Mayaguchi,
Jpn.Appl.Phys., 38 (12B) (1999) L1502.) 上記論文に報告されたEL材料(Ir錯体)の分子式を
以下に示す。
を利用できれば原理的には一重項励起子からの蛍光発光
を用いる場合より3〜4倍の高い外部発光量子効率の実
現が可能となる。なお、本実施例の構成は、実施例1〜
実施例5のいずれの構成とも組み合わせて実施すること
が可能である。
発光装置は、自発光型であるため液晶表示装置に比べて
明るい場所での視認性に優れ、しかも視野角が広い。従
って、様々な電気器具の表示部として用いることができ
る。
ラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッド
マウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音
響機器、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機
器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、
携帯型ゲーム機または電子書籍)、記録媒体を備えた画
像再生装置などが挙げられる。それら電気器具の具体例
を図9、図10に示す。
体2001、支持台2002、表示部2003を含む。
本発明の発光装置は表示部2003に用いることができ
る。本発明の発光モジュールを表示部に用いることでE
Lディスプレイの視認性を向上させ、消費電力を下げる
ことが可能である。
101、表示部2102、音声入力部2103、操作ス
イッチ2104、バッテリー2105、受像部2106
を含む。本発明の発光装置は表示部2102に用いるこ
とができる。
2201、表示部2202、接眼部2203、操作スイ
ッチ2204を含む。本発明の発光装置は表示部220
2に用いることができる。
置(具体的にはDVD再生装置)であり、本体230
1、記録媒体(CD、LDまたはDVD等)2302、
操作スイッチ2303、表示部(a)2304、表示部
(b)2305を含む。表示部(a)は主として画像情
報を表示し、表示部(b)は主として文字情報を表示す
るが、本発明の発光装置はこれら表示部(a)、(b)
に用いることができる。なお、記録媒体を備えた画像再
生装置には、CD再生装置、ゲーム機器なども含まれう
る。
ータであり、本体2401、表示部2402、受像部2
403、操作スイッチ2404、メモリスロット240
5を含む。本発明の発光装置は表示部2402に用いる
ことができる。この携帯型コンピュータはフラッシュメ
モリや不揮発性メモリを集積化した記録媒体に情報を記
録したり、それを再生したりすることができる。
り、本体2501、筐体2502、表示部2503、キ
ーボード2504を含む。本発明の発光装置は表示部2
503に用いることができる。
ATV(ケーブルテレビ)などの電子通信回線を通じて
配信された情報を表示することが多くなり、特に動画情
報を表示する機会が増してきている。表示部にEL素子
を有した発光装置を用いた場合、EL素子の応答速度が
非常に高いため遅れのない動画表示が可能となる。
を消費するため、発光部分が極力少なくなるように情報
を表示することが望ましい。従って、携帯情報端末、特
に携帯電話や音響機器のような文字情報を主とする表示
部に発光装置を用いる場合には、非発光部分を背景とし
て文字情報を発光部分で形成するように駆動することが
望ましい。
ー操作を行う部位(操作部)2601、情報表示を行う
部位(情報表示部)2602であり、操作部2601お
よび情報表示部2602は連結部2603で連結してい
る。また、操作部2601には音声入力部2604、操
作キー2605が設けられ、情報表示部2602には音
声出力部2606、表示部2607が設けられている。
ることができる。なお、表示部2607に発光装置を用
いる場合、黒色の背景に白色の文字を表示することで携
帯電話の消費電力を抑えることができる。
示部2604に用いた発光装置にCMOS回路でセンサ
(CMOSセンサ)を内蔵させ、指紋もしくは手相を読
みとることで使用者を認証する認証システム用端末とし
て用いることもできる。また、外部の明るさ(照度)を
読みとり、設定されたコントラストで情報表示が可能と
なるように発光させることもできる。
いる時に輝度を下げ、操作スイッチの使用が終わったら
輝度を上げることで低消費電力化することができる。ま
た、着信した時に表示部2604の輝度を上げ、通話中
は輝度を下げることによっても低消費電力化することが
できる。また、継続的に使用している場合に、リセット
しない限り時間制御で表示がオフになるような機能を持
たせることで低消費電力化を図ることもできる。なお、
これらはマニュアル制御であっても良い。
あり、筐体2701、表示部2702、操作スイッチ2
703、2704を含む。本発明の発光装置は表示部2
702に用いることができる。また、本実施例では音響
機器の例として車載用オーディオ(カーオーディオ)を
示すが、据え置き型のオーディオ(オーディオコンポー
ネント)に用いても良い。なお、表示部2704に発光
装置を用いる場合、黒色の背景に白色の文字を表示する
ことで消費電力を抑えられる。
く、あらゆる分野の電気器具に用いることが可能であ
る。また、本実施例の電気器具は実施例1〜6のいずれ
の構成を含む発光装置を用いても良い。
られるEL素子を有した発光装置を製造することができ
る。その結果、明るい表示部を有した電気器具を製造す
ることが可能となる。
合)を示す図。
を示す図。
示す図。
合)を示す図。
Claims (10)
- 【請求項1】有機材料およびドーパントからなる第1の
薄膜を蒸着により成膜し、前記有機材料の蒸着を続けた
まま前記ドーパントの蒸着を止めて前記有機材料からな
る第2の薄膜を成膜することを特徴とする発光装置の製
造方法。 - 【請求項2】有機材料からなる第1の薄膜を蒸着により
成膜し、前記有機材料の蒸着を続けたままドーパントを
蒸着して前記有機材料および前記ドーパントからなる第
2の薄膜を成膜することを特徴とする発光装置の製造方
法。 - 【請求項3】発光性材料およびドーパントからなる第1
の発光層を蒸着により成膜し、前記発光性材料の蒸着を
続けたまま前記ドーパントの蒸着を止めて前記発光性材
料からなる第2の発光層を成膜することを特徴とする発
光装置の製造方法。 - 【請求項4】発光性材料からなる第1の発光層を蒸着に
より成膜し、前記発光性材料の蒸着を続けたままドーパ
ントを蒸着して前記発光性材料および前記ドーパントか
らなる第2の発光層を成膜することを特徴とする発光装
置の製造方法。 - 【請求項5】請求項1乃至請求項4のいずれか一におい
て、前記第2の発光層の上に金属膜を成膜することを特
徴とする発光装置の製造方法。 - 【請求項6】請求項1乃至請求項5のいずれか一におい
て、前記発光性材料とはAlq3(トリス−8−キノリ
ノラトアルミニウム錯体)であることを特徴とする発光
装置の製造方法。 - 【請求項7】請求項1乃至請求項5のいずれか一におい
て、前記ドーパントとは蛍光を示す有機材料であること
を特徴とする発光装置の製造方法。 - 【請求項8】請求項1乃至請求項5のいずれか一におい
て、前記ドーパントとは燐光を示す有機材料であること
を特徴とする発光装置の製造方法。 - 【請求項9】請求項1乃至請求項8のいずれかの製造方
法によって製造されたことを特徴とする発光装置。 - 【請求項10】請求項9に記載の発光装置を用いたこと
を特徴とする電気器具。
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