JP2002056983A - 有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法 - Google Patents

有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法

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JP2002056983A
JP2002056983A JP2000240568A JP2000240568A JP2002056983A JP 2002056983 A JP2002056983 A JP 2002056983A JP 2000240568 A JP2000240568 A JP 2000240568A JP 2000240568 A JP2000240568 A JP 2000240568A JP 2002056983 A JP2002056983 A JP 2002056983A
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liquid crystalline
liquid crystal
organic
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Takashi Moriyama
孝志 森山
Akira Tsuboyama
明 坪山
Shinjiro Okada
伸二郎 岡田
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  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャリア移動度の高い液晶性有機化合物を用
いてキャリア輸送層を形成した有機EL素子において、
上記キャリア輸送層の安定化を図る。 【解決手段】 重合性の液晶性有機化合物層を形成した
後、該液晶性有機化合物が液晶相を示す温度雰囲気下に
おいて重合反応を生起し、高分子化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フラットパネルデ
ィスプレイ、プロジェクションディスプレイ、プリンタ
等に用いられる有機エレクトロルミネッセンス素子とそ
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、省スペースのマンマシンイン
ターフェイスであるフラットパネルディスプレイにおい
て、最も広範に用いられているのは液晶素子である。特
に、画素毎にトランジスタのような能動素子を配置し
た、いわゆるアクティブマトリクスタイプ(例えば、T
FT型)の液晶素子は、15インチサイズのディスプレ
イが製造されるまでに至り、フラットパネルディスプレ
イの主流となりつつある。
【0003】しかしながら、最も広範に用いられている
ネマチック液晶の電界に対する応答は数十msec程度
と遅く、高速の描画、例えば動画像などを表示する際に
はこの応答性の遅いことが問題となっている。また、液
晶の複屈折が見える方向によって変化するため、視野角
依存性が大きいという問題を抱えている。
【0004】上記のような問題を克服するために、最近
フラットパネル対応の自発光型デバイスが注目されてい
る。自発光型デバイスとしては、プラズマ発光素子、フ
ィールドエミッション素子、エレクトロルミネッセンス
素子等がある。
【0005】このうち、エレクトロルミネッセンス素子
(以下、「EL素子」と記す)は無機EL素子と有機E
L素子に大別される。無機EL素子は、無機半導体を使
ったAC駆動の薄膜ELデバイスであり、主としてZn
Sなどの無機材料系を用いている。無機EL素子は、階
調性、輝度などに優れているが、数百V程度の交流駆動
電圧を要するなどの問題を有している。
【0006】一方、有機EL素子に関しては、1987
年にT.W.Tangらにより、蛍光性金属キレート錯
体とジアミン系分子の薄膜を積層した構造を利用して、
低電圧DC駆動で高輝度な発光が得られることが実証さ
れた。
【0007】有機EL素子は、発光層に到達した電子と
正孔が再結合する際に生じる発光を利用した、キャリア
注入型の自発光デバイスである。図1に、一般的な有機
EL素子の断面構成を模式的に示す。図中、10は有機
化合物層、11は金属電極、12は発光層、13は正孔
輸送層、14は透明電極である。
【0008】図1の構成において、陰極には金属電極1
1、発光した光を取り出すために陽極には透明電極14
を用い、両電極間に有機化合物層10が挟持されてい
る。有機化合物層10の各層は、数百Å程度の膜厚が一
般的である。一般に陰極の金属材料としては、アルミニ
ウムやアルミニウム・リチウム合金、マグネシウム・銀
合金などの仕事関数の小さな金属が用いられる。また、
陽極には、インジウム錫酸化物(ITO)等の仕事関数
の大きな導電性材料が用いられる。
【0009】有機化合物層10は、図1のように発光層
12と正孔輸送層13とからなる2層構造の他、図2に
示すように、電子輸送層21、発光層12、正孔輸送層
13の3層からなる構造が一般的である。ここで、正孔
輸送層13は陽極である透明電極14からの正孔を効率
よく発光層12に注入させる機能を有している。また、
電子輸送層21は陰極である金属電極11から電子を効
率よく発光層12に注入させる機能を有している。ま
た、同時に、正孔輸送層13は電子を、電子輸送層21
は正孔を、それぞれ発光層12に閉じ込める(キャリア
ブロック)機能を有し、発光効率を高める効果がある。
【0010】これら正孔輸送層13や電子輸送層21と
いったキャリア輸送層に関して、重要な特性と考えられ
るのが電荷輸送能、特に、キャリア移動度である。一般
的に、アモルファス状態の有機化合物のキャリア移動度
は10-5cm2/Vsec程度であり、輸送特性は十分
であるとは言えない。キャリア輸送層のキャリア移動度
を高めることができれば、より多くのキャリアを発光層
に注入させることができ、発光効率が高まると考えられ
ており、同時に高移動度が達成されれば、一般的に数百
Å程度の膜厚であるキャリア輸送層の膜厚を厚く(〜1
μm程度)することができるため、上下ショートなどを
防止し、生産性の向上も期待できる。現在、有機EL素
子の高効率化を達成するためのキャリア輸送層の化合物
材料開発が活発に行われている。
【0011】このような状況で、キャリア輸送層を形成
する有機化合物に液晶性を付与することで高移動度を達
成しようとする動きがある。一般的に有機EL素子に用
いられる有機薄膜はアモルファス状態にあり、分子の配
列に規則性はない。これに対して、分子配列に一定の秩
序を持った液晶性有機化合物においては、高移動度の材
料が見出され、注目されている。例えば、Haarer
らは、代表的なディスコチック液晶である長鎖トリフェ
ニレン系化合物の液晶相において、10-1cm 2/Vs
ecという高速な正孔の移動度を観測している(Nat
ure,1994,371,p.141)。また、Ha
arerらは、一連のトリフェニレン系ディスコチック
液晶におけるカラムナー相の分子配列の秩序度と正孔移
動度の関係について検討しており、秩序度が高くなるほ
ど、正孔移動度が大きくなることを報告している(Ad
v.Mater.,1996,,p.815)。
【0012】また、半那らはフェニルナフタレン骨格を
有する棒状液晶がスメクチックE(SmE)相において
10-2cm2/Vsecという移動度を示し、またこれ
が電子・正孔共に高速な両極性の電子伝導性を持つこと
を報告している(Appl.Phys.Lett.,1
998,73,〔25〕p.3733)。
【0013】上記のように液晶性有機化合物の自発的な
配向によって、キャリア輸送に有利な分子配列制御を行
うことができる可能性、及び該可能性により、優れたキ
ャリア輸送材料が実現する可能性がある。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、液晶性
有機化合物はキャリア輸送の面で優れた特性を有してお
り、有機EL素子のキャリア輸送層として有望である。
【0015】しかしながら、本発明者等の検討によれ
ば、一般的に用いられる薄膜形成法である真空蒸着法に
よって液晶性有機化合物層をキャリア輸送層とし、有機
EL素子を構成した場合、この液晶性有機化合物層が液
晶相を示す温度で該素子を駆動した場合、実用上、十分
な発光が得られるものの、液晶の持つ流動性のために、
電流電圧特性が急速に劣化する、場合によっては液晶性
有機化合物層の上に形成された薄膜電極が剥離したり、
亀裂が入るという問題があった。
【0016】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たもので、その課題とするところは、キャリア移動度の
高い液晶性有機化合物を利用し、安定した発光が得られ
る有機EL素子を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の第一は、少なく
とも発光層を有する有機化合物層と、該有機化合物層を
挟持する一対の電極とを備え、上記有機化合物層が少な
くとも一層の高分子化された液晶性有機化合物層を有す
ることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子
である。
【0018】上記液晶性有機化合物としては、ディスコ
チック液晶性或いはスメクチック液晶性を有する化合物
が好ましく用いられる。
【0019】また、本発明の第二は、上記本発明の有機
EL素子の製造方法であって、高分子化された有機化合
物層の形成工程が、真空蒸着法によって液晶性有機化合
物層を形成した後、該液晶性有機化合物が液晶相を示す
温度雰囲気下において該液晶性有機化合物を重合して高
分子化する工程であることを特徴とする。
【0020】上記本発明の製造方法においては、上記液
晶性有機化合物層の重合が、光重合であることを好まし
い態様として含むものである。
【0021】
【発明の実施の形態】本発明の特徴は、液晶性有機化合
物を用いて有機EL素子を構成するに際し、重合性を有
する液晶性有機化合物を真空蒸着法によって成膜した後
に、液晶相状態で高分子化することで、該液晶相の配向
性を保持させ、安定したキャリア輸送層としたものであ
る。
【0022】図3に本発明の有機EL素子の製造方法の
一実施形態を模式的に示す。図中、31は透明基板、3
2は液晶性有機化合物層、33は高分子化液晶性有機化
合物層である。本実施形態は、高分子化液晶性有機化合
物層33を正孔輸送層として用いる例である。
【0023】先ず、陽極として透明電極14を備えた透
明基板31上に真空蒸着によって液晶性有機化合物層3
2を成膜する(図3(a))。
【0024】本発明において用いられる液晶性有機化合
物としては、ディスコチック液晶相或いはスメクチック
液晶相を示し、該液晶性有機化合物が液晶相を示す温度
範囲において高分子化することが可能な光重合性のもの
が好ましく用いられる。このような光重合性の液晶性有
機化合物としては、例えば下記に示される構造を有する
液晶性有機化合物1〜3が挙げられる。
【0025】
【化1】
【0026】また、真空蒸着法としては、特に本発明に
おいて限定されるものではなく、成膜する液晶性有機化
合物の物性に応じて適宜条件を設定すればよい。
【0027】次に、真空蒸着法により成膜した液晶性有
機化合物層32が液晶相を示す温度雰囲気下で紫外光を
照射し、光重合反応を生起し、高分子化する(図3
(b))。この時、液晶性有機化合物の自発的な配向
は、光重合後も大きく変化しないと考えられ、キャリア
移動度はそれほど低下しない。また、光重合反応に全て
の分子が関わっていなくても、部分的に高分子化するこ
とで液晶性有機化合物層33は安定する。
【0028】重合反応終了後、高分子化液晶性有機化合
物層33上に発光層12、陰極としての金属電極11を
蒸着形成する。
【0029】上記のようにして作成された、本発明の有
機EL素子を駆動した場合、熱や流動性が原因と見られ
る液晶性有機化合物の経時変化を高分子化によって抑制
することができる。
【0030】尚、本発明において、液晶性有機化合物を
用いて構成するキャリア輸送層以外の部材については、
特に限定されない。従って、従来の有機EL素子におけ
る発光層、金属電極、透明電極、さらには、液晶性有機
化合物以外で構成されるキャリア輸送層を好ましく用い
ることができる。また、本発明にかかる高分子化液晶性
有機化合物層は、該液晶性有機化合物のキャリア輸送能
によって、正孔輸送層にも電子輸送層にも適宜用いるこ
とができる。
【0031】
【実施例】(実施例1)基板として、厚さ1.1mmの
ガラス基板を用いた。この基板上に陽極側透明電極とし
て厚さ約70nmのITO膜をスパッタ法により成膜し
た。続いて、前記した液晶性有機化合物1を真空度2.
7×10-3Paの条件下で抵抗加熱蒸着法にて膜厚50
nmにて成膜した。次いで、基板温度を上記液晶性有機
化合物1がカラムナー相を示す温度に設定し、該液晶性
有機化合物1を液晶相に相転移させた後、低圧水銀灯を
用いて紫外光照射し、光重合反応を進行させ、高分子化
した。
【0032】次に、上記高分子化液晶性有機化合物層上
に、真空度2.7×10-3Paの条件下で発光層として
下記の構造を有するアルミキノリノール錯体(Alq
3)を50nmの膜厚で蒸着法にて成膜した。
【0033】
【化2】
【0034】続いて、陰極側金属電極として、Al−L
i合金(Li:1.8重量%)を膜厚10nmで真空度
2.7×10-3Paの条件下で抵抗加熱蒸着法により成
膜した。さらに、陰極を保護するために、Al−Li層
上にAlを厚さ150nmに蒸着し、有機EL素子を得
た。
【0035】得られた有機EL素子の陰極、陽極間に8
VのDC電圧を印加すると、緑色の均一な発光が得られ
た。また、この素子を70℃程度の高温下においても安
定な発光特性が得られた。また、陰極であるAl−Li
電極にも異常は認められなかった。
【0036】(実施例2)前記液晶性有機化合物2と3
とを9:1の重量比で混合したものを、真空度2.7×
10-3Paの条件下で抵抗加熱蒸着法にて膜厚50nm
にて成膜し、基板温度を上記液晶性有機化合物の混合物
がカラムナー相を示す温度に設定して、該混合物層を液
晶相状態に相転移させた後、低圧水銀灯を用いて紫外光
を照射し、光重合反応を進行させて高分子化した以外
は、実施例1と同様にして有機EL素子を作成した。
【0037】得られた有機EL素子は、実施例1と同様
に8VのDC電圧を陰極と陽極との間に印加することに
より、緑色の均一な発光が得られ、70℃程度の温度下
においても安定な発光特性が持続した。また、陰極であ
るAl−Li電極にも異常は認められなかった。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
液晶性有機化合物が液晶相を示した状態で高分子化され
ているため、該液晶相状態が持続し、安定したEL発光
が得られる。よって、従来は安定性の問題から実用が阻
まれていた環境、用途においても低いDC電圧で駆動可
能な、信頼性の高い有機EL素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的な有機EL素子の断面構成を示す模式図
である。
【図2】有機化合物層が3層構造である有機EL素子の
断面構成を示す模式図である。
【図3】本発明の有機EL素子の製造方法の一例を示す
工程図である。
【符号の説明】
10 有機化合物層 11 金属電極 12 発光層 13 正孔輸送層 21 電子輸送層 31 透明基板 32 液晶性有機化合物層 33 高分子化液晶性有機化合物層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H05B 33/14 H05B 33/14 B (72)発明者 岡田 伸二郎 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 3K007 AB04 AB06 AB18 CA01 CB01 DA01 DB03 EB00 FA01 4J011 CA01 CC04 CC10 QA03 QA33 QA46 QA48 UA01 VA01 VA04 WA01 4J100 AL08P BA04P BC48P CA01 CA04 DA66 FA28 JA39

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも発光層を有する有機化合物層
    と、該有機化合物層を挟持する一対の電極とを備え、上
    記有機化合物層が少なくとも一層の高分子化された液晶
    性有機化合物層を有することを特徴とする有機エレクト
    ロルミネッセンス素子。
  2. 【請求項2】 上記液晶性有機化合物がディスコチック
    液晶性を有する請求項1に記載の有機エレクトロルミネ
    ッセンス素子。
  3. 【請求項3】 上記液晶性有機化合物がスメクチック液
    晶性を有する請求項1に記載の有機エレクトロルミネッ
    センス素子。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の有機エ
    レクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、高分
    子化された液晶性有機化合物層の形成工程が、真空蒸着
    法によって液晶性有機化合物層を形成した後、該液晶性
    有機化合物が液晶相を示す温度雰囲気下において該液晶
    性有機化合物を重合して高分子化する工程であることを
    特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方
    法。
  5. 【請求項5】 上記液晶性有機化合物の重合が、光重合
    である請求項4に記載の有機エレクトロルミネッセンス
    素子の製造方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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