JP2003077672A - 有機el素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
電極表面の性状の影響を受け易いばかりでなく、電極材
料の選択の自由度が低く、電極の存在に起因する実効的
な発光強度の低下も比較的大きい。 【解決手段】 互いに間隔をあけて対向配置された2つ
の基板の間の空間が収容空間となる容器内に有機発光材
料によって発光層を形成し、前記容器内に横電界または
斜め電界を形成することができる電極対を配置して有機
EL素子とする。
Description
ミネセンス素子およびその製造方法に関する。本明細書
においては、「エレクトロルミネセンス(電界発光)」
を「EL」と略記することがある。
が比較的低い。このため、固体の有機発光材料によって
発光層が形成される従来の有機EL素子では、発光層を
例えば数十nm程度にまで薄膜化することによって、低
電圧での電界発光を可能にしている。
機EL素子は、基板上に電極、発光層、および電極(対
向電極)がこの順番で順次積層された構造を基本とす
る。電子と正孔との再結合エネルギーによって発光中心
を励起する注入型の素子である。一般には、発光効率を
高めるために、陽極と発光層との間に正孔輸送層が設け
られ、陰極と発光層との間に電子輸送層が設けられる。
機EL素子では、発光層側の電極表面の性状が素子の性
能に大きな影響を与える。例えば、発光層側の電極表面
の凹凸は、黒点(ダークスポット)の発生、輝度の低
下、絶縁破壊等の原因となり得る。
るためには、陽極または陰極を透過しなければならない
ので、光が出射する側の電極を透明電極にすることが必
要となる。その結果として、電極材料の選択の自由度が
低下すると共に、透明電極での光の吸収や反射(多重反
射を含む。)によって実効的な発光強度が低下する。
状の影響を受けにくく、電極材料の選択の自由度が高
く、電極での光の吸収や反射に起因する実効的な発光強
度の低下が小さい有機EL素子を提供することである。
の性状の影響を受けにくく、電極材料の選択の自由度が
高く、電極での光の吸収や反射に起因する実効的な発光
強度の低下が小さい有機EL素子の製造方法を提供する
ことである。
ば、2つの基板が互いに間隔をあけて対向配置され、該
2つの基板の間の空間が収容空間となる容器と、前記2
つの基板のうちの一方の基板での内表面に配置され、細
隙を介して相隣る2つの電極によって構成される電極対
と、前記容器内に収容され、有機発光材料によって形成
された発光層とを備えた有機EL素子が提供される。
互いに間隔をあけて対向配置され、該2つの基板の間の
空間が収容空間となる容器と、前記2つの基板の内表面
にそれぞれ配置された2つの電極によって構成され、該
2つの電極が平面視上細隙を介して相隣る電極対と、前
記容器内に収容され、有機発光材料によって形成された
発光層とを備えた有機EL素子が提供される。
つの基板が互いに間隔をあけて対向配置され、該2つの
基板のうちの一方の基板での内表面に、細隙を介して相
隣る2つの電極によって構成される電極対が配置され、
前記2つの基板の間の空間が収容空間となる容器を用意
する工程と、(B)前記容器に、有機発光材料を流動状
態で注入する工程とを含む有機EL素子の製造方法が提
供される。
つの基板が互いに間隔をあけて対向配置され、平面視し
たときに細隙を介して相隣る2つの電極によって構成さ
れる電極対が前記2つの基板の内表面に分かれて配置さ
れ、前記2つの基板の間の空間が収容空間となる容器を
用意する工程と、(B)前記容器に、有機発光材料を流
動状態にして注入する工程とを含む有機EL素子の製造
方法が提供される。
て、電極対を構成する2つの電極の平面視上の間に分布
する有機発光材料が発光に寄与する。このため、従来の
積層構造の有機EL素子に比べて、素子の発光特性が電
極表面の性状の影響を受けにくい。
ことから、種々の電極材料を利用することが可能にな
り、電極材料の選択の自由度が高くなる。発光層で生じ
た光が素子外に出射するにあたって透明電極を透過する
必要がないため、電極での光の吸収や反射に起因する実
効的な発光強度の低下が小さい。
有機EL素子の断面を概略的に示し、図1(B)は、図
1(A)に示した有機EL素子を構成している第1透明
ガラス基板上での電極の平面配置を概略的に示す。
板状を呈する中空の容器10と、容器10に収容された
有機発光材料によって形成される発光層15とを有す
る。
透明ガラス基板5とを備える。第1透明ガラス基板1の
内表面上には、2つの電極対と、これらを覆う配向膜4
とが設けられている。図1(A)には、1つの電極対を
構成する2つの電極3a、3bのみが示されている。配
向膜4には、ラビング処理が施されている。第1透明ガ
ラス基板1と第2透明ガラス基板5とは、ギャップコン
トロール材7aが数%添加された熱硬化型シール剤7に
よって、2μmの間隔Tをあけて対向配置されている。
基板1の内表面上に設けられた2つの電極対のうちの一
方を構成する2つの電極2a、2bは細隙S1を介して
相隣り、他方の電極対を構成する2つの電極3a、3b
は細隙S2を介して相隣る。図1(B)では、第1透明
ガラス基板1と電極2a、2b、3a、3bとを区別し
易くするために、各電極2a、2b、3a、3bにハッ
チングを付してある。
いずれもモリブデンによって形成され、その膜厚は0.
2μm、細隙S1またはS2に面する部分での線幅は2
mmである。個々の細隙S1、S2の幅(間隔)Dは、
いずれも25μm(配向膜4が無い状態での幅)であ
る。
RN−1199)によって形成され、その膜厚は0.0
1μmである。配向膜4での配向処理方向(ラビング方
向)は、図1(B)に矢印Aで示すように、細隙S1の
延在方向と平行な方向であり、細隙S2の延在方向とは
平面視上直交する。
によって等方性液体相状態にしたヘキサドデシルターチ
オフェン(以下、「6−TTP−12」と略記する。)
を毛管現象を利用した方法で容器10に充填することに
よって形成されている。6−TTP−12は、下式によ
って表される公知のターチオフェン誘導体であり、有機
半導体の1種である。この6−TTP−12は、温度に
応じて、液晶状態および液体状態のいずれにもなり得
る。
照射、加熱、電界の付与等によって導電性を示す有機物
であり、炭素(C)、窒素(N)、水素(H)、イオウ
(S)等の原子を含む。
いて、発光層15を65℃程度に加熱して6−TTP−
12をスメクティックF相にし、電極2a、2b間に直
流電圧を印加して、発光特性を調べた。このとき、電極
2aを陽極とし、電極2bを陰極として、電極2a、2
b間での電界強度を4×105 V/cmとした。電極2
a、2b間の電流値は、2.8μAであった。その結
果、20cd/m2 程度の輝度を有する緑色の発光が観
察された。
布を示す。同図から明らかなように、有機EL素子20
からの発光のピーク波長は510nm付近である。
の電極2a、2b付近の顕微鏡観察結果を模式的に示
す。同図に示すように、陰極として用いた電極2bでの
電極2a側端面を覆っている配向膜4付近に、平面視
上、輝点LSが点在していた。
して、その発光特性を調べた。このとき、電極3a、3
b間の電流値は、0.6μAであった。その結果、電極
2a、2b間に直流電圧を印加した場合に比べて発光強
度は低かったものの、緑色の発光が観察された。
きの発光特性と電極3a、3b間に直流電圧を印加した
ときの発光特性との対比から明らかなように、有機EL
素子20においては、電界方向と配向膜4での配向方向
との相対的な関係によって、発光特性、特に発光輝度を
制御することが可能である。
向と平面視上直交する方向にすることによって発光輝度
を高めることができ、配向膜4での配向方向を電界方向
と平面視上平行にすることによって発光輝度を低めるこ
とができる。
や、電極間に長時間電圧を印加することに伴う輝度の低
下は認められなかった。反対に、輝度については学習効
果が認められた。すなわち、連続して電圧を印加するこ
とにより、あるいは繰り返し電圧を印加することにより
輝度が向上する、という現象が認められた。
ついて説明する。
の断面を概略的に示す。同図に示した有機EL素子25
は、電極2bおよび3bが第2透明ガラス基板5側に配
置されると共に、これらの電極2b、3bが配向膜4b
によって覆われている点を除いて、図1に示した有機E
L素子20と同様の構成を有する。ただし、図4におい
ては、電極3a、3bのみが見えている。
た構成部材と共通するものについては、図1で用いた参
照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。発
光層15を収容している容器については、電極2b、3
bの配置および配向膜4bの有無が図1に示した容器1
0とは異なるので、新たな参照符号10aを付してあ
る。
2aと電極3aとが第1透明ガラス基板1の内表面上に
配置され、電極2bと電極3bとが第2透明ガラス基板
5の内表面上に配置される。これらの電極2a、2bお
よび電極3a、3bは、発光層を形成する前の段階で平
面視したときに、電極2a、2bの間および電極3a、
3bの間にそれぞれ細隙S3が形成されるように配置さ
れる。電極2a、2b間または電極3a、3b間に直流
電圧を印加すると、これらの電極間に斜め電界が形成さ
れる。配向膜4bの配向方向は、配向膜4での配向方向
と同じである。
間または電極3a、3b間に直流電圧を印加することに
より、発光するものと期待される。
ついて説明する。
の断面を概略的に示す。同図に示した有機EL素子40
は、配向膜4に代えてN,N'−ジフェニル−N,N'−
ビス(3−メチルフェニル)−1,1'−ビフェニル−
4,4'−ジアミン等のトリフェニルジアミン誘導体か
らなる正孔輸送層33が設けられている点、および、6
−TTP−12に代えて高分子系EL材料(ポリ−p−
フェニレンビニレン(PPV)等のフェニレンビニレン
誘導体)によって発光層35が形成されている点で、図
1に示した有機EL素子20と異なる。
化インジウム・スズ)、金(Au)、白金(Pt)、銀
(Ag)、Cu等によって形成され、陰極として用いる
電極が、陽極材料よりもイオン化エネルギーが小さい材
料、例えばアルミニウム(Al)、インジウム(I
n)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、リ
チウム(Li)、Mg−Al合金、Mg−Li合金、A
l−Li合金、グラファイト薄膜等によって形成されて
いるという点でも、図1に示した有機EL素子20と異
なる。
L素子20と同様であるので、図5に示した構成部材の
うちで図1に示した構成部材と共通するものについて
は、図1で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその
説明を省略する。
覆い、電極2bと電極3bとは覆わない。ただし、図5
においては電極3a、3bのみが見えている。正孔輸送
層33の膜厚は、概ね0.1〜1.0μmの範囲内で適
宜選択可能である。この正孔輸送層33は、例えば、所
定形状のマスクを用いた真空蒸着法やスパッタリング法
等によって形成される。例えば電界重合法によれば、所
望の電極上のみに容易に正孔輸送層を形成することがで
きる。
よび電極3a、3bは、正孔輸送層33および発光層3
5を形成する前の段階で、これらの電極2a、2bの間
および電極3a、3bの間に幅(間隔)数十nm〜2μ
m程度の細隙S4が形成されるように配置される。正孔
輸送層33は、陰極として利用する電極2b、3bに接
しないように形成される。
概ね0.01〜0.1μmとすることが好ましい。この
発光層35は、例えば、スピンコート、キャスティン
グ、ディッピング、バーコート、ロールコート等の塗布
法によって形成される。
2a、2b間または電極3a、3b間に直流電圧を印加
することにより、発光するものと期待される。この有機
EL素子40では、図1に示した有機EL素子20に比
べて、発光させるのに要する印加電圧値が大きくなるも
のと予想される。
電極2b、3b上に電子輸送層を形成してもよい。
ついて説明する。
の断面を概略的に示す。同図に示した有機EL素子50
は、第1透明ガラス基板1の内表面上に配置される部材
の種類と、これらの部材の配置とを除き、図1に示した
有機EL素子20と同様の構成を有する。
た構成部材と共通するものについては、図1で用いた参
照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。た
だし、発光層15を収容している容器については、第1
透明ガラス基板1の内表面上に配置されている部材自体
と各部材の配置とが図1に示した容器10と異なるの
で、新たな参照符号45を付してある。
は、複数のゲート電極43aと、これらのゲート電極4
3aを覆うゲート絶縁膜44とが第1透明ガラス基板1
の内表面上に配置され、複数の電極対が平坦化膜44上
に配置される。ゲート絶縁膜44は、例えばシリコン酸
化膜によって形成される。
cによって構成され、これらの電極43b、43cは、
配向膜4および発光層15を形成する前の段階で細隙S
5を介して相隣るように配置される。
対応して、1つのトランジスタを構成する。各ゲート電
極43aは、平面視上、対応する電極対を構成している
2つの電極43a、43bの間に位置する。配向膜4
は、電気絶縁性をもたないように薄く成膜され、細隙S
5を埋め尽くすことなく、ゲート電極43aの各々と電
極対43b、43cの各々とを覆う。配向膜4での配向
処理方向は、細隙S5の延在方向と平行であり、個々の
電極対での電界方向と平面視上直交する方向である。
対を構成する2つの電極43b、43c間に直流電圧を
印加することにより、発光するものと期待される。
ート電極43aに印加する直流電圧の大きさを制御する
ことにより、このゲート電極43aに対応する電極対を
構成している2つの電極43b、43c間に形成される
電界の強さや向きを制御することが可能である。ゲート
電極43aに印加する直流電圧の大きさによって、発光
強度を制御することが可能である。
は、主として、電極対を構成している2つの電極の平面
視上の間に分布する有機発光材料が発光に寄与する。こ
のため、従来の積層構造の有機EL素子に比べて、素子
の性能が電極表面の性状の影響を受けにくい。黒点(ダ
ークスポット)の発生、輝度の低下、絶縁破壊等を容易
に防止することができる。
から、種々の電極材料を利用することが可能になり、電
極材料の選択の自由度が高くなる。発光層で生じた光が
素子外に出射するにあたって透明電極を透過する必要が
ないため、電極での光の吸収や反射に起因する実効的な
発光強度の低下が小さい。
微小な線幅でライン状に発光できるため、例えば液晶表
示装置でのバックライト(サイドライト)やホログラフ
ィックな光学素子の再生光用光源として利用することが
可能である。また、種々の書込み光源、例えば、静電転
写方式を用いたプリンタの線状光源、銀塩カメラでフィ
ルムに日付等を書き込むための光源、画像データ等を感
光紙や感光フィルム等に書き込むための光源等、として
利用することも可能である。さらには、表示装置の画
素、照明装置を含む各種の光源装置、光通信素子、光セ
ンサ素子等として利用することも可能である。例えば図
6に示した有機EL素子50のように、電極対を構成す
る2つの電極とゲート電極とを組み合わせることによ
り、アクティブマトリックス駆動方式の表示装置を構成
することも可能である。
機EL素子およびその製造方法に限定されるものではな
い。
成する基板は、ガラス以外の透明材料、例えば透明樹脂
や透光性セラミクスによって形成することも可能であ
る。基板は板状である他、シートないしフィルム状であ
ってもよい。容器の形状は、平板状に限らず、棒状、円
柱状、半円柱状、半球状等、適宜選定可能である。
はなく、使用する有機発光材料の種類等に応じてIT
O、IMO(酸化インジウム・モリブデン)、クロム
(Cr)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、ニッ
ケル(Ni)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、
タングステン(W)、カルシウム(Ca)等、適宜選択
可能である。陰極と陽極とで電極材料を変えてもよい。
その場合、陰極材料の仕事関数が陽極材料の仕事関数よ
りも小さくなるように、電極材料を組み合わせることが
好ましい。
せる細隙の幅(間隔)を狭くすることにより、低電圧駆
動の下でも高輝度に発光する有機EL素子が得られるも
のと考えられる。これらの電極間に印加する直流電圧の
値を大きくすれば、細隙の幅を狭くしなくても、有機E
L素子の発光強度を高めることができるものと考えられ
る。
極同士を短絡させることなく、配向膜や正孔輸送層、あ
るいは電子輸送層によって平面視上埋め尽くされていて
もよい。
成する場合には、配向膜を設けることが好ましい。この
配向膜は、電極対を構成する2つの電極の間に介在する
細隙部分で有機半導体の分子を所定方向に配向させるた
めのものである。したがって配向膜は、少なくとも前記
2つの電極の間の基板表面上に形成される。
アンカリング強度は、比較的高く設定することが好まし
い。ラビングによって配向膜に配向処理を施す場合に
は、例えば、1つの配向膜に対して複数回繰り返し、比
較的高い荷重をかけながらラビング処理を施すことによ
り、上記のアンカリング強度を比較的高くすることがで
きる。
る有機EL素子20で使用した日産化学社製のポリイミ
ド(RN−1199)の他に、同社製の他のポリイミド
であるRN−1175も好適である。
は、キャリア輸送性を有し、かつ、液晶相になり得るも
のであることが望まれる。このような有機半導体の具体
例としては、ターチオフェン誘導体を主骨格とするも
の、フェニルナフタレン誘導体を主骨格とするもの、バ
イフェニル誘導体を主骨格とするもの等が挙げられる。
電圧によって制御することが可能であるので、配向制御
用の電極を別途設けることにより、配向膜を省略するこ
とも可能である。特に、上述した有機半導体に不斉炭素
等を導入して誘電率異方性を付与した材料では、分子の
配向方向を低電圧で制御することが可能である。
て、液晶状態または液体状態となる。加熱することによ
って流動状態(例えば等方性液相状態)にした有機半導
体は、毛管現象を利用した方法以外にも、真空注入や減
圧加圧注入等によって容器内に充填することができる。
シール剤を塗布し、このシール剤によって囲まれた領域
内に液晶状態または液体状態の有機半導体を充填した後
に、その上から第2の基板を重ね合わせることによって
も、発光層を形成することができる。
いた有機EL素子では、有機半導体の分子の配向方向を
制御することにより、発光輝度や、発光の偏光状態を制
御することが可能である。第1の実施例による有機EL
素子20からの発光は偏光ではなかったが、1つの電極
対を構成する2つの電極のうちで陰極として利用する電
極付近での有機半導体分子の配向性を向上させることに
より、偏光を発光させることも可能であると思われる。
応用等が可能なことは当業者に自明であろう。
素子性能が電極表面の性状の影響を受けにくく、電極材
料の選択の自由度が高く、電極での光の吸収や反射に起
因する実効的な発光強度の低下が小さい有機EL素子が
提供される。素子性能を向上させやすい有機EL素子を
得ることができる。
を概略的に示す断面図であり、図1(B)は、図1
(A)に示した有機EL素子を構成している第1透明ガ
ラス基板上での電極の平面配置を示す概略図である。
分光分布を示すグラフである。
るときの顕微鏡観察結果を示す模式図である。
す断面図である。
す断面図である。
す断面図である。
する2つの電極、 3a、3b…電極対を構成する2つ
の電極、 4、4b…配向膜、 5…第2透明ガラス基
板、 10、10a、30、45…容器、 15…発光
層、 20、25、40、50…有機EL素子、 43
aゲート電極、 43b、43c…電極対を構成する2
つの電極、 S1、S2、S3、S4、S5…細隙。
Claims (9)
- 【請求項1】 2つの基板が互いに間隔をあけて対向配
置され、該2つの基板の間の空間が収容空間となる容器
と、 前記2つの基板のうちの一方の基板での内表面に配置さ
れ、細隙を介して相隣る2つの電極によって構成される
電極対と、 前記容器内に収容され、有機発光材料によって形成され
た発光層とを備えた有機EL素子。 - 【請求項2】 前記有機発光材料が、液晶状態、液体状
態、または非晶質状態となり得る有機半導体である請求
項1に記載の有機EL素子。 - 【請求項3】 さらに、少なくとも前記2つの電極の間
の基板表面上に形成された配向膜を有し、前記有機発光
材料が液晶状態の有機半導体である請求項1または請求
項2に記載の有機EL素子。 - 【請求項4】 前記有機半導体がターチオフェン誘導体
である請求項3に記載の有機EL素子。 - 【請求項5】 前記電極対がモリブデンによって形成さ
れている請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の有
機EL素子。 - 【請求項6】 2つの基板が互いに間隔をあけて対向配
置され、該2つの基板の間の空間が収容空間となる容器
と、 前記2つの基板の内表面にそれぞれ配置された2つの電
極によって構成され、該2つの電極が平面視上細隙を介
して相隣る電極対と、 前記容器内に収容され、有機発光材料によって形成され
た発光層とを備えた有機EL素子。 - 【請求項7】 (A)2つの基板が互いに間隔をあけて
対向配置され、該2つの基板のうちの一方の基板での内
表面に、細隙を介して相隣る2つの電極によって構成さ
れる電極対が配置され、前記2つの基板の間の空間が収
容空間となる容器を用意する工程と、 (B)前記容器に、有機発光材料を流動状態で注入する
工程とを含む有機EL素子の製造方法。 - 【請求項8】 前記有機発光材料が、液晶状態、液体状
態、または非晶質状態となり得る有機半導体である請求
項7に記載の有機EL素子の製造方法。 - 【請求項9】 (A)2つの基板が互いに間隔をあけて
対向配置され、平面視したときに細隙を介して相隣る2
つの電極によって構成される電極対が前記2つの基板の
内表面に分かれて配置され、前記2つの基板の間の空間
が収容空間となる容器を用意する工程と、(B)前記容
器に、有機発光材料を流動状態にして注入する工程とを
含む有機EL素子の製造方法。
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JP2006156983A (ja) * | 2004-10-29 | 2006-06-15 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置とその作製方法 |
JP2008135407A (ja) * | 2001-03-09 | 2008-06-12 | Seiko Epson Corp | 発光装置、表示装置ならびに電子機器 |
-
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