JP2005005209A

JP2005005209A - 発光素子及びその製造方法、表示装置

Info

Publication number: JP2005005209A
Application number: JP2003169570A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Ono; 雅行小野; Masaya Hori; 賢哉堀; Toshiyuki Aoyama; 俊之青山; Masaru Odagiri; 優小田桐
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】長寿命であり、且つ容易に製造できる上面光取り出し構造の発光素子及び表示装置を提供する。
【解決手段】発光素子１０は、電子注入電極２と、前記電子注入電極と対向している透明または半透明である正孔注入電極５と、前記電子注入電極と前記正孔注入電極との間に挟まれている、発光性有機材料を含む発光体層３と高分子系材料を含む正孔輸送層４とを備え、且つ、前記正孔注入電極と前記電子注入電極は、前記正孔輸送層を接着層として貼り合わせされている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ディスプレイや、通信、照明等に用いられる各種光源として使用可能な発光素子及び該発光素子を用いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、平面型の表示装置の中で、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子に期待が集まっている。このＥＬ素子は、自発発光性を有し視認性に優れ、視野角が広く、応答性が速いなどの特徴を持つ。
【０００３】
現在実用化されているＥＬ素子には、発光材料として無機材料を用いた無機ＥＬ素子と発光材料として有機材料を用いた有機ＥＬ素子がある。硫化亜鉛等の無機材料を用いた無機ＥＬ素子は、その駆動に比較的高い交流電圧を必要とすることから駆動回路が複雑であったり、輝度が低い等の課題があり、実用化が進んでいない。
【０００４】
一方、有機材料を発光材料とする有機ＥＬ素子は、１９８７年にＴａｎｇらによって提案された正孔輸送層と有機発光層とを順次積層した２層構成の素子（例えば、非特許文献１参照。）により、１０Ｖ以下の駆動電圧で、輝度が１０００ｃｄ／ｍ^２以上の発光が得られるとされており、これがきっかけとなって、今日に至るまで、活発な研究開発が進められてきた。
【０００５】
以下、現在一般に検討されている有機ＥＬ素子について、図８を用いて説明する。この有機ＥＬ素子６０は、透明基板６６上に透明又は半透明の正孔注入電極６５、正孔輸送層６４、発光体層６３、電子注入電極６２の順に積層して形成されている。なお、正孔注入電極６５と正孔輸送層６４との間に正孔注入層を設けたり、発光体層６３と電子注入電極６２との間に電子輸送層、さらに電子注入電極６２との界面に電子注入層を設けることもある。
【０００６】
正孔注入電極としては、透明導電膜であるＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜が用いられる。ＩＴＯ膜はその透明性を向上させ、あるいは抵抗率を低下させる目的で、スパッタ法、エレクトロンビーム蒸着法、イオンプレーティング法等によって成膜される。
【０００７】
正孔輸送層としては、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＴＰＤ）等、Ｔａｎｇらの用いたジアミン誘導体が用いられる。これらの材料は一般に透明性に優れ、８０ｎｍ程度の膜厚でもほぼ透明である。また、高分子系の正孔輸送層としては、π電子共役系を分子鎖中に有するポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）等が用いられる。
【０００８】
発光体層としては、Ｔａｎｇらの報告と同様に、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）等の電子輸送性発光材料を真空蒸着により数十ｎｍの膜厚に形成して用いる構成が一般的である。種々の発光色を実現するなどの目的で、発光体層は比較的薄膜とし、電子輸送層を２０ｎｍ程度積層した、所謂ダブルヘテロ構造が採用されることもある。また、高分子系の発光体層としては、π電子共役系を分子鎖中に有するポリ（２−メトキシ−５−２’−エチル−ヘキソキシ）−１，４−フェニレン−ビニレン（ＭＥＨ−ＰＰＶ）等が用いられる。
【０００９】
電子注入電極としては、Ｔａｎｇらの提案したＭｇＡｇ合金あるいはＡｌＬｉ合金等、仕事関数が低く電子注入障壁の低い金属と、比較的仕事関数が大きく安定な金属との合金、又はＬｉＦ等種々の電子注入層とアルミニウム等との積層電極が用いられることが多い。
【００１０】
また、各画素の駆動に低温ポリシリコン薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いた有機ＥＬ表示装置が知られている（例えば、非特許文献２参照。）。
【００１１】
【非特許文献１】
ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，５１，１９８７，Ｐ９１３
【非特許文献２】
ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＳｏｃｉｅｔｙｆｏｒＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ，ｖｏｌ．８，Ｎｏ．２，ｐ９３−９７
【００１２】
従来の有機ＥＬ素子を用いた表示装置では、透明基板上に透明正孔注入電極、有機層、電子注入電極の順に形成し、正孔注入電極側から発光を取り出す構成となっている。さらに、各画素を駆動する薄膜トランジスタを設けたアクティブマトリクス型の表示装置の場合には、薄膜トランジスタを配置することによって大きな開口率を取り難いという欠点があった。
【００１３】
アクティブマトリクス型表示装置の開口率を向上させて高輝度化を図るために、薄膜トランジスタを形成した基板を下部に配置し、対向する上面から光を取り出す構造が提案されている（「高輝度・高精細に有利なＴｏｐＥｍｉｓｓｉｏｎ構造」，Ｔｒｉｇｇｅｒ，１０月号（２００１）ｐｐ１２−１３）。
【００１４】
上面から光を取り出す構造の有機ＥＬ素子を図９を用いて説明する。この有機ＥＬ素子７０は、対向基板６１上に正孔注入電極６５、正孔輸送層６４、発光体層６３、透明である電子注入電極６２、保護層６７の順に積層して形成されている。また、この有機ＥＬ素子７０は、図８を用いて示した有機ＥＬ素子６０と異なり、電子注入電極６２に光透過性が必要となる。前述の提案では、透明電子注入電極としてＴａｎｇらの提案したＭｇＡｇ合金を１０ｎｍ程度の薄層として用いている。また保護層としては透明樹脂膜等が用いられる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上面から光を取り出す構造の発光素子の場合、上部に配置される電極に透過性が必要となる。従って、下部に配置される背面基板に薄膜トランジスタを形成した後、順次有機材料を含む発光層等を積層し、さらにその後に透明電極を形成することになるが、一般に透明電極として用いられるＩＴＯの場合は、成膜する際の熱的影響によって、下層の有機層が劣化してしまったり、十分なキャリア注入が得られないといった課題が生ずる。また、図９のように電子注入電極を透明電極とすると、光取り出し面に薄い金属膜や樹脂膜を用いることになる。一般に有機ＥＬ素子は、水分や酸素の影響を受けて輝度の低下やダークスポットの増加等の劣化が生じるが、光の取り出し面に薄い金属膜や樹脂膜を用いる場合、ガラス基板等に比べて水分や酸素のバリア性に劣るため、素子の寿命が短くなる課題が生じる。このように、上面から光を取り出す構造の発光素子は、大きな開口率を実現しやすい反面、高輝度であることと高信頼性、長寿命であることを同時に満足させることは困難であった。
【００１６】
また、カラー表示装置を実現するには、ＲＧＢ各画素の区分して成膜する必要があるが、図８及び図９に示される従来の発光素子は、いずれも薄膜トランジスタに接続されている電極を正孔注入電極として使用しているため、発光体層をＲＧＢ各色毎に成膜するのに先立って、正孔輸送層を成膜しなければならず、画素単位の位置合せが困難であった。
【００１７】
本発明の目的は、長寿命であり、且つ、製造が容易な上面光取り出し構造の発光素子ならびにその製造方法と、その発光素子を用いた表示装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る発光素子は、透明または半透明基板と、前記基板上に設けられている透明または半透明の正孔注入電極と、前記正孔注入電極と対向して設けられている電子注入電極と、前記正孔注入電極と前記電子注入電極との間に挟みこまれている正孔輸送層と発光体層とを備え、かつ前記正孔輸送層が接着性の高分子系材料を含み、前記接着性の高分子材料を含む層を接着層として、その上下の層を貼り合せていることを特徴とする。
【００１９】
また、前記電子注入電極と前記発光体層との間に挟まれた電子輸送層をさらに備えていてもよい。
【００２０】
またさらに、前記電子注入電極と前記発光体層との間に挟まれた正孔ブロック層をさらに備えていてもよい。
【００２１】
またさらに、前記透明または半透明の正孔注入電極と正孔輸送層との間に挟まれた正孔注入層をさらに備え、且つ前記正孔注入層が高分子系材料を含んでいることを特徴とする。
【００２２】
またさらに、透明または半透明基板と、前記基板上に設けられている透明または半透明の正孔注入電極と、前記正孔注入電極と対向して設けられている電子注入電極と、前記正孔注入電極と前記電子注入電極との間に挟みこまれている正孔注入層と正孔輸送層と発光体層とを備え、かつ前記正孔注入層が接着性の高分子系材料を含み、前記接着性の高分子材料を含む層を接着層として、その上下の層を貼り合せていることを特徴とする。
【００２３】
またさらに、前記電子注入電極と前記発光体層との間に挟まれた電子輸送層をさらに備えていてもよい。
【００２４】
またさらに、前記電子注入電極と前記発光体層との間に挟まれた正孔ブロック層をさらに備えていてもよい。
【００２５】
またさらに、前記電子注入電極に接続された薄膜トランジスタをさらに備えていてもよい。
【００２６】
本発明に係るアクティブマトリックス型表示装置は、上記複数の発光素子が２次元配列されている発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極と、
前記発光素子アレイの面に平行であって、前記第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極と
を備え、
前記発光素子アレイの前記薄膜トランジスタは、前記ｘ電極及び前記ｙ電極とそれぞれ接続されていることを特徴とする。
【００２７】
本発明の発光素子の製造方法は、透明基板を準備する工程と、
前記透明基板の上に正孔注入電極を形成する工程と、
前記正孔注入電極の上に、正孔輸送層を形成する工程と、
対向基板を準備する工程と、
前記対向基板の上に電子注入電極を形成する工程と、
前記電子注入電極の上に発光性有機材料を含む発光体層を形成する工程と、
前記透明基板の上の前記正孔輸送層と、
前記対向基板の上の前記発光体層とを互いに対向させて貼り合せる工程と
を含んでいてもよい。
【００２８】
また、前記電子注入電極の上に、発光体層を形成する工程に先立って、前記電子注入電極の上に電子輸送層を形成する工程を含んでいてもよい。
【００２９】
さらに、前記電子注入電極の上に、発光体層を形成する工程に先立って、前記電子注入電極の上に正孔ブロック層を形成する工程を含んでいてもよい。
【００３０】
またさらに、前記正孔注入電極の上に、正孔輸送層を形成する工程に先立って、前記正孔注入電極の上に正孔注入層を形成する工程を含んでいてもよい。
【００３１】
また、透明基板を準備する工程と、
前記透明基板の上に正孔注入電極を形成する工程と、
前記正孔注入電極の上に、正孔注入層を形成する工程と、
対向基板を準備する工程と、
前記対向基板の上に電子注入電極を形成する工程と、
前記電子注入電極の上に発光性有機材料を含む発光体層を形成する工程と、
前記発光体層の上に正孔輸送層を形成する工程と、
前記透明基板の上の前記正孔注入層と、前記対向基板の上の前記正孔輸送層とを互いに対向させて貼り合せる工程と
を含むことを特徴とする。
【００３２】
さらに、前記電子注入電極の上に、発光体層を形成する工程に先立って、前記電子注入電極の上に電子輸送層を形成する工程を含んでいてもよい。
【００３３】
またさらに、前記電子注入電極の上に、発光体層を形成する工程に先立って、前記電子注入電極の上に正孔ブロック層を形成する工程を含んでいてもよい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る発光素子及びその製造方法、該発光素子を用いた表示装置及びその製造方法について添付図面を用いて説明する。なお、図面において実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【００３５】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る発光素子について、図１を用いて説明する。図１は、この発光素子１０の面に垂直な断面図である。この発光素子１０は、透明基板６の上に形成された透明正孔注入電極５と、対向基板１の上に形成された電子注入電極２との間に、有機材料を含む正孔輸送層４と発光性有機材料を含む発光体層３を挟んでいる。この発光素子１０は、正孔輸送層４に接着性を有する高分子系材料を含んでいる。そこで、この発光素子１０は、透明基板６の上に形成された透明正孔注入電極５と、対向基板１の上に形成された発光体層３とを接着性を有する正孔輸送層４によって貼り合せている。また、光は、矢印で示したように、透明基板６の側から取り出される。なお、前述の構成に加えて、正孔注入電極５と正孔輸送層４との間に正孔注入層又は導電層等を備えていてもよい。また、発光体層３と電子注入電極２との間に電子輸送層又は導電層等を備えていてもよい。
【００３６】
次に、この発光素子１０の各構成部材について説明する。
まず、透明基板６は、発光性有機材料を含む発光体層３を支持できるものであればよい。また、発光体層３内で生じた発光を取り出せるように透明又は半透明の材料であればよい。透明基板６としては、例えば、コーニング１７３７等の通常のガラス基板、又は、ポリエステルその他の樹脂フィルム等を用いることができる。なお、発光素子１０において、対向基板及び正孔注入電極を透明ないし半透明にすることにより、両面から発光を取り出すこともできる。
【００３７】
正孔注入電極５としては、仕事関数の高い金属が用いられ、特に、光を取り出す側として配置される透明電極として、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜を用いることができる。他に、酸化錫、Ｎｉ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ等が挙げられるが、電子注入電極の面から光を取り出す場合には必ずしも透明でなくてもよい。ＩＴＯ膜はその透明性を向上させ、あるいは抵抗率を低下させる目的で、スパッタリング法、エレクトロンビーム蒸着法、イオンプレーティング法等の成膜方法で成膜できる。また成膜後に、抵抗率や仕事関数制御の目的でプラズマ処理などの表面処理を施してもよい。正孔注入電極５の膜厚は必要とされるシート抵抗値と可視光透過率から決定されるが、発光素子１０では比較的駆動電流密度が高く、配線抵抗が問題となるため、シート抵抗値を小さくするため１００ｎｍ以上の厚さで用いられることが多い。なお、この発光素子１０では、正孔注入電極５あるいは電子注入電極２の少なくとも一方の電極を透明ないし半透明にすることにより、面発光を取り出すことができる。
【００３８】
電子注入電極２としては、仕事関数が低く電子注入障壁の少ないアルカリ金属やアルカリ土類金属と、比較的仕事関数が大きく安定なＡｌ、Ａｇなどの金属との合金を用いることができる。この合金からなる電子注入電極２は、安定でかつ電子注入が容易である。この電子注入電極２としては、例えば、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉなどを用いることができる。
【００３９】
また、他の電子注入電極２としては、有機層側に低仕事関数の金属薄膜を形成し、その上に保護電極として安定な金属からなる金属膜を積層とする構成や、ＬｉＦ膜やＡｌ_２Ｏ_３膜の薄膜を形成した後にＡｌ膜を比較的厚く形成する積層構成など、種々の電極を用いることができる。
【００４０】
発光体層３としては、大きく分けて、低分子系発光材料と高分子系発光材料とが挙げられる。低分子系発光材料としては、ナフタレン、アントラセン、ピレン、ナフタセン等の縮合環及びその誘導体や、クマリンや４Ｈ−ピラニリデンプロパンジニトリル、フェノキサゾン等のヘテロ芳香族系化合物の誘導体が用いられる。その他の低分子系発光材料としては、ポリメチン系化合物、スチルベン系化合物、キレート金属錯体、キレートランタノイド錯体、キサンテン系化合物、及びこれらの誘導体が用いられる。また、高分子系発光材料としては、π共役ポリマーやσ共役ポリマー、色素をポリマー化したもの、高分子金属錯体、等が用いられる。例えば、ポリ−パラ−フェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ誘導体）、ポリチオフェン誘導体（ＰＡＴ誘導体）、ポリパラフェニレン誘導体（ＰＰＰ誘導体）、ポリアルキルフェニレン（ＰＤＡＦ）、ポリアセチレン誘導体（ＰＡ誘導体）、ポリシラン誘導体（ＰＳ誘導体）、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）等がある。さらに、分子量が中位のオリゴマーやデンドロン構造を有するデンドリマーであってもよい。またさらに、前述の発光性有機材料の混合物であってもよい。またさらに、前述の前述の発光性有機材料及びその混合物中には、キャリア輸送性材料や発光色を変えるためのドーパント色素を加えてもよい。
【００４１】
また、前述の低分子系材料については、真空蒸着法による成膜が可能である。一方、高分子系材料を含む発行体層３の成膜には、ディッピング、スピンコート、インクジェット法、その他各種の塗布方法を使用することができる。
【００４２】
正孔輸送層４としては、前述の発光体層３と電子注入電極２を含む対向基板１との接着層として機能する高分子系材料が含まれていることが好ましい。この正孔輸送層４としては、導電性ポリマーであればよく、さらに好ましくは、ホール移動度の高い正孔輸送性の高分子材料であればよい。正孔輸送性の高分子材料には、π共役ポリマーやσ共役ポリマー、さらに低分子系で正孔輸送性を示す分子構造を分子鎖中に組み込んだポリマー等があり、例えばアリールアミン系化合物等が組み込まれる。高分子系の正孔輸送性材料としては、例えば、ポリ−パラ−フェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ誘導体）、ポリチオフェン誘導体（ＰＡＴ誘導体）、ポリパラフェニレン誘導体（ＰＰＰ誘導体）、ポリアルキルフェニレン（ＰＤＡＦ）、ポリアセチレン誘導体（ＰＡ誘導体）、ポリシラン誘導体（ＰＳ誘導体）等が挙げられるが、中でもポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）は、１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓと極めて高いホール移動度を示す。他の具体例としては、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）やポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）等がある。
【００４３】
また、非導電性ポリマーに低分子系の正孔輸送性材料を分子分散させた形態も同様に可能である。低分子系の正孔輸送材料としては、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（α−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＤ）等、Ｔａｎｇらの用いたジアミン誘導体、特に日本国特許第２０３７４７５号に開示されたＱ１−Ｇ−Ｑ２構造のジアミン誘導体等が挙げられる。なお、Ｑ１及びＱ２は、別個に窒素原子及び少なくとも３個の炭素鎖（それらの少なくとも１個は芳香族のもの）を有する基である。Ｇは、シクロアルキレン基、アリーレン基、アルキレン基又は炭素−炭素結合からなる連結基である。分子分散系での具体例としては、テトラフェニルジアミン（ＴＰＤ）をポリカーボネート中に高濃度で分子分散させた例があり、そのホール移動度は１０^−４から１０^−５ｃｍ^２／Ｖｓ程度である。
【００４４】
次に、この発光素子１０の製造方法について図２を用いて説明する。この発光素子１０は、以下の工程によって作製される。
（ａ）透明基板６を準備する。
（ｂ）上記透明基板６の上に正孔注入電極５を形成する（図２（ａ））。なお、正孔注入電極として機能する市販のＩＴＯ薄膜付ガラス基板等を用いてもよい。（ｃ）次いで、上記正孔注入電極５の上に、正孔輸送層４を形成する（図２（ｂ））。これを基板Ａとする。
【００４５】
（ｄ）対向基板１を準備する。
（ｅ）その後、該対向基板１の上に電子注入電極２を成膜する（図２（ｃ））。（ｆ）対向基板１の上の電子注入電極２の上に、発光性有機材料を成膜して、発光体層３とする（図２（ｄ））。これを基板Ｂとする。
【００４６】
（ｇ）正孔輸送層４の成膜直後に、基板Ｂの対向基板１の上の発光体層３を、基板Ａの透明基板６の上の正孔輸送層４と互いに対向させて重ね合わせて、基板Ａと基板Ｂとを貼り合わせる（図２（ｅ））。これによって発光素子１０を作成する。
【００４７】
なお、これらの作業は乾燥雰囲気下で行うことが望ましく、さらに低酸素雰囲気下で行うことがより望ましい。これにより、動作電圧の低下、高効率化、長寿命化等の特性改善を図ることができる。
【００４８】
（実施例１）
本発明の実施例１に係る発光素子について説明する。この発光素子の構成は実施の形態１に係る発光素子と実質的に同一である。そこで、用いた各構成部材について具体的に説明する。透明基板６の上に正孔注入電極５を形成した基板としては、市販のＩＴＯ薄膜付ガラス基板を用い、対向基板１としては、ガラス基板を用いた。電子注入電極２としてＭｇＡｇ膜を用いた。発光性有機材料としては、Ａｌｑ３を、正孔輸送層にはＰＶＫを用いた。
【００４９】
次に、この発光素子の製造方法について、図２を用いて説明する。この発光素子は、以下の工程で作製される。
（ａ）正孔注入電極５を形成した透明基板６として、市販のＩＴＯ薄膜付ガラス基板を用いる。
（ｂ）次に、上記ＩＴＯ薄膜付ガラス基板を、アルカリ洗剤、水、アセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を用いて超音波洗浄し、次いで沸騰したＩＰＡ溶液から引き上げて乾燥した。最後に、ＵＶ／Ｏ_３洗浄した（図２（ａ））。
（ｃ）次に、ＰＶＫをクロロホルムに１ｗｔ％の濃度で溶解させ、前述のＩＴＯ薄膜付ガラス基板の上に、正孔輸送層４として厚さ１００ｎｍになるようスピンコートにより成膜した（図２（ｂ））。これを基板Ａとした。
【００５０】
（ｄ）対向基板１としては、ガラス基板を用いて、これを上記透明基板６と同様に洗浄した。
（ｅ）次に、該対向基板１の上に電子注入電極２としてＭｇＡｇ膜を真空蒸着法で成膜した（図２（ｃ））。
（ｆ）次に、上記電子注入電極２の上に発光体層３としてＡｌｑ３を厚さ５０ｎｍになるよう真空蒸着法で成膜した（図２（ｄ））。これを基板Ｂとした。
【００５１】
（ｇ）正孔輸送層４の成膜直後に、基板Ｂの対向基板１の上の発光体層３を、基板Ａの透明基板６の上の正孔輸送層４と互いに対向させて重ね合わせて、常温で静置して、基板Ａと基板Ｂとを貼り合わせた（図２（ｅ））。これによって発光素子１０を作成した。
【００５２】
この発光素子に直流電圧を印加して評価したところ、９Ｖで発光輝度が３５０ｃｄ／ｍ^２、発光効率は１．８ｃｄ／Ａを示し、以下に記述する比較例１及び２の有機ＥＬ素子と同等の発光特性を示した。この発光素子を電流密度１１ｍＡ／ｃｍ^２、初期輝度２００ｃｄ／ｍ^２で寿命試験を実施したところ、輝度半減寿命は９０００時間であった。これはパッケージングをした比較例１と同等であり、比較例２に比べて長かった。
【００５３】
（比較例１）
比較例１の発光素子の製造方法について説明する。この発光素子の製造方法では、実施例１と比較すると、対向基板の上に各層を順に積層している点で相違する。すなわち、ＩＴＯ膜付透明基板の上に正孔輸送層と発光体層を順次形成した後、電子注入電極としてＭｇＡｇ膜を真空蒸着によって形成している。なお、電子注入電極を形成した後に、低湿度低酸素濃度環境下で、ガラス板とエポキシ接着剤によりパッケージングして発光素子を得た。
【００５４】
（比較例２）
比較例２の発光素子の製造方法について説明する。この発光素子の構成は、実施例１と比較すると、透明基板及び正孔注入電極として、ＩＴＯ膜付ガラス基板の代わりに、ＩＴＯ膜付ＰＥＴフィルムを用いる点で相違する。また素子作成時はガラス板をベースとして用い、貼り合わせ後にガラス板を離脱させ、発光素子を得た。
【００５５】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る発光素子について、図３を用いて説明する。この発光素子２０は、実施の形態１に係る発光素子と比較すると、正孔輸送層４と正孔注入電極５との間に正孔注入層７が設けられている点で相違する。また、この発光素子２０では、対向基板１の上に形成した正孔輸送層４と、透明基板６の上に形成した正孔注入電極５とを、接着性を有する正孔注入層７によって貼り合わせている点で相違する。なお、その他の構成部材については実質的に同一なので、説明を省略する。この発光素子２０では、接着性を有する正孔注入層６によって貼り合わせており、正孔輸送層４に接着性の高分子系材料を用いなくてもよい。これによって正孔輸送層４として様々な構成をとることができる。また、光は、矢印で示したように、透明基板６の側から取り出される。なお、前述の構成に加えて、発光体層３と電子注入電極２との間に電子輸送層又は導電層を備えていてもよい。
【００５６】
次に、この発光素子２０における各構成部材について説明する。なお、実施の形態１に係る発光素子と実質的に同一の部材については説明を省略する。
【００５７】
正孔輸送層４には、実施の形態１における正孔輸送性材料に加えて、低分子系材料を単独で使用することもできる。低分子系の正孔輸送材料としては、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（α−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＤ）等、Ｔａｎｇらの用いたジアミン誘導体、特に日本国特許第２０３７４７５号に開示されたＱ１−Ｇ−Ｑ２構造のジアミン誘導体等が挙げられる。なお、Ｑ１及びＱ２は、別個に窒素原子及び少なくとも３個の炭素鎖（それらの少なくとも１個は芳香族のもの）を有する基である。Ｇは、シクロアルキレン基、アリーレン基、アルキレン基又は炭素−炭素結合からなる連結基である。これらの低分子系材料については、真空蒸着法による成膜が可能である。
【００５８】
正孔注入層７としては、前述の正孔輸送層４と、発光層３と電子注入電極２を含む対向基板１との接着層として機能する高分子系材料が含まれていることが好ましい。この正孔注入層７としては、正孔輸送層と同様の高分子材料であればよく、さらに好ましくは、正孔注入層７の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）と、正孔注入電極の仕事関数との間で電位障壁がなく、容易に正孔注入がなされる高分子材料であればよい。具体的には、ポリアニリン誘導体等が用いられる。また、高分子材料に電子アクセプターをドープして導電性を高めた複合層も同様の効果があり、例えば、ＰＥＤＯＴにポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）をドープしたものが挙げられる。またさらに、非導電性ポリマーに低分子系の正孔注入層材料を分子分散させた形態も同様に可能である。低分子系の正孔注入層材料としては、イオン化ポテンシャルの小さい銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）スターバーストアミンと呼ばれる高分子量アリールアミンが用いられる。
【００５９】
次に、この発光素子２０の製造方法について図４を用いて説明する。この発光素子２０は、以下の工程によって作製される。
（ａ）透明基板６を準備する。
（ｂ）次いで、上記透明基板６の上に正孔注入電極５を形成する（図４（ａ））。なお、正孔注入電極として機能する市販のＩＴＯ薄膜付ガラス基板等を用いてもよい。
（ｃ）さらに、上記正孔注入電極５の上に、正孔注入層７を形成する（図４（ｂ））。これを基板Ｃとする。
【００６０】
（ｄ）対向基板１を準備する。
（ｅ）次いで、該対向基板１の上に電子注入電極２を成膜する（図４（ｃ））。
（ｆ）次に、該電子注入電極２に発光性有機材料を成膜して、発光体層３を形成する。
（ｇ）さらに、該発行体層３の上に正孔輸送層４を成膜する（図４（ｄ））。これを基板Ｄとする。
【００６１】
（ｈ）正孔注入層７の成膜直後に、基板Ｂの対向基板１の上の正孔輸送層４を、基板Ａの透明基板６の上の正孔注入層７と互いに対向させて重ね合わせ、基板Ａと基板Ｂとを貼り合わせる（図４（ｅ））。これによって発光素子２０を作成する。
【００６２】
なお、これらの作業は乾燥雰囲気下で行うことが望ましく、さらに低酸素雰囲気下で行うことがより望ましい。これにより、動作電圧の低下、高効率化、長寿命化等の特性改善を図ることができる。
【００６３】
（実施例３）
本発明の実施例３に係る有機ＥＬ素子について説明する。この有機ＥＬ素子では、実施例１に係る有機ＥＬ素子と比較すると、正孔輸送材料として、ＰＶＫの代わりにＮＰＤを用いている点で相違する。この有機材料を真空蒸着により成幕して正孔輸送層４を形成した。
【００６４】
このようにして作製した有機ＥＬ素子を、実施例１に係る発光素子と同様に評価したところ、７Ｖで発光輝度が３７０ｃｄ／ｍ^２、発光効率は２．１ｃｄ／Ａを示し、以下に記述する比較例３の有機ＥＬ素子と同等の発光特性を示した。この発光素子を電流密度９．５ｍＡ／ｃｍ^２、初期輝度２００ｃｄ／ｍ^２で寿命試験を実施したところ、輝度半減寿命は１００００時間であった。これらはパッケージングをした比較例１と同等であった。
【００６５】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る発光素子について、図５を用いて説明する。図５は、この発光素子３０の電極構成を示す斜視図である。この発光素子３０は、電子注入電極２に接続された薄膜トランジスタ１１をさらに備える。薄膜トランジスタ１１には、ｘ電極１２とｙ電極１３とが接続されている。この発光素子３０では、光は透明基板６の側から取り出すので、対向基板１の上への薄膜トランジスタ１１の配置によらず開口率を大きくとることができる。また、薄膜トランジスタ１１を用いることによって発光素子３０にメモリ機能を持たせることができる。
【００６６】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る表示装置について、図６を用いて説明する。図６は、この表示装置４０の互いに直交するｘ電極１２とｙ電極１３とによって構成されるアクティブマトリクスを示す概略平面図である。この表示装置４０は、図５で示された薄膜トランジスタ１１を有するアクティブマトリクス型表示装置である。このアクティブマトリクス型表示装置４０は、上記複数の発光素子が２次元配列されている発光素子アレイと、該発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極１２と、該発光素子アレイの面に平行であって、第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極１３とを備える。この発光素子アレイの薄膜トランジスタ１１は、ｘ電極１２及びｙ電極１３とそれぞれ接続されている。一対のｘ電極１２とｙ電極１３とによって特定される発光素子が一つの画素となる。このアクティブマトリクス表示装置によれば、上述のように、透明基板６の上に形成された透明正孔注入電極５と、対向基板１の上に形成された電子注入電極２とを、接着性を有する正孔輸送層４によって貼り合わせている。
【００６７】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る表示装置５０について、図７を用いて説明する。図７は、この表示装置５０の光を取り出す面に垂直な断面構造を示す断面図である。この表示装置５０は、実施の形態４に係る表示装置と同様に薄膜トランジスタ１１を有するが、ＲＧＢの３色の画素５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを有する点で相違している。各画素５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂでは、発光性有機材料をそれぞれ対応するように変えている。なお、各画素間を隔てる画素分離領域を設けてもよい。ここでは各画素を隔壁で分離している。
【００６８】
次に、この表示装置５０の製造方法について説明する。この表示装置５０は、実施の形態１に係る発光素子を２次元的配列させているものであるので、実施の形態１に係る発光素子の製造方法と実質的に同様に行うことができる。この表示装置５０の製造方法では、それぞれの画素ごとに異なる発光性有機材料５を使用する。この場合、透明基板６の側に正孔輸送層４が形成され、一方、対向基板１の上には薄膜トランジスタ１１、電子注入電極２、さらに発光体層３が各画素５１ごとに形成される。このため、それぞれの発光性有機材料を使用した各画素５１の位置合せを正確に行うことができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る構成の発光素子によれば、上部光取り出し面にガラス及びＩＴＯ電極等からなる透明基板を用いることができ、水分や酸素のバリア性に優れた信頼性の高い発光素子を提供することができる。また、カラー表示装置とした場合、対向基板側に電子注入電極を配置するので、発光体層のみ画素単位の位置決めが必要となり、正孔輸送層、正孔注入電極がベタ薄膜として製造できる。以上のように、高信頼性、長寿命であり、且つ、位置合せ精度の点で容易に製造できる上面光取り出し構造の発光素子及び表示装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る発光素子の面に垂直な断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施の形態１に係る発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る発光素子の面に垂直な断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施の形態２に係る発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る発光素子の平面概略図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係る表示装置の平面概略図である。
【図７】本発明の実施の形態５に係る表示装置の光取りだし面に垂直な断面図である。
【図８】従来の有機ＥＬ素子の面に垂直な断面図である。
【図９】従来の上面光取り出し構造の有機ＥＬ素子の面に垂直な断面図である。
【符号の説明】
１対向基板、２電子注入電極、３発光体層、４正孔輸送層、５透明正孔注入電極、６透明基板、７正孔注入層、１０、２０発光素子、１１薄膜トランジスタ、１２ｘ電極、１３ｙ電極、３０、４０、５０表示装置、５１画素（Ｒ、Ｇ、Ｂ）、６０、７０発光素子、６１対向基板、６２電子注入電極、６３発光体層、６４正孔輸送層、６５正孔注入電極、６６透明基板６７保護層

Claims

透明または半透明基板と、前記基板上に設けられている透明または半透明の正孔注入電極と、前記正孔注入電極と対向して設けられている電子注入電極と、前記正孔注入電極と前記電子注入電極との間に挟みこまれている正孔輸送層と発光体層とを備え、前記正孔輸送層が接着性の高分子系材料を含み、且つ、前記接着性の高分子材料を含む層を接着層として、その上下の層を貼り合せていることを特徴とする発光素子。
前記電子注入電極と前記発光体層との間に挟まれた電子輸送層をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
前記電子注入電極と前記発光体層との間に挟まれた正孔ブロック層をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
前記透明または半透明の正孔注入電極と正孔輸送層との間に挟まれた正孔注入層をさらに備え、且つ前記正孔注入層が高分子系材料を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
透明または半透明基板と、前記基板上に設けられている透明または半透明の正孔注入電極と、前記正孔注入電極と対向して設けられている電子注入電極と、前記正孔注入電極と前記電子注入電極との間に挟みこまれている正孔注入層と正孔輸送層と発光体層とを備え、かつ前記正孔注入層が接着性の高分子系材料を含み、前記接着性の高分子材料を含む層を接着層として、その上下の層を貼り合せていることを特徴とする発光素子。
前記電子注入電極と前記発光体層との間に挟まれた電子輸送層をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の発光素子。
前記電子注入電極と前記発光体層との間に挟まれた正孔ブロック層をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の発光素子。
前記電子注入電極に接続された薄膜トランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の発光素子。
請求項８に記載の複数の発光素子が２次元配列されている発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの面に平行な第１方向に互いに平行に延在している複数のｘ電極と、
前記発光素子アレイの面に平行であって、前記第１方向に直交する第２方向に平行に延在している複数のｙ電極と
を備え、
前記発光素子アレイの前記薄膜トランジスタは、前記ｘ電極及び前記ｙ電極とそれぞれ接続されていることを特徴とする表示装置。
透明基板を準備する工程と、
前記透明基板の上に正孔注入電極を形成する工程と、
前記正孔注入電極の上に、正孔輸送層を形成する工程と、
対向基板を準備する工程と、
前記対向基板の上に電子注入電極を形成する工程と、
前記電子注入電極の上に発光性有機材料を含む発光体層を形成する工程と、
前記透明基板の上の前記正孔輸送層と、前記対向基板の上の前記発光体層とを互いに対向させて貼り合せる工程と
を含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
前記電子注入電極の上に、発光体層を形成する工程に先立って、前記電子注入電極の上に電子輸送層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の発光素子の製造方法。
前記電子注入電極の上に、発光体層を形成する工程に先立って、前記電子注入電極の上に正孔ブロック層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の発光素子の製造方法。
前記正孔注入電極の上に、正孔輸送層を形成する工程に先立って、前記正孔注入電極の上に正孔注入層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の発光素子の製造方法。
透明基板を準備する工程と、
前記透明基板の上に正孔注入電極を形成する工程と、
前記正孔注入電極の上に、正孔注入層を形成する工程と、
対向基板を準備する工程と、
前記対向基板の上に電子注入電極を形成する工程と、
前記電子注入電極の上に発光性有機材料を含む発光体層を形成する工程と、
前記発光体層の上に正孔輸送層を形成する工程と、
前記透明基板の上の前記正孔注入層と、前記対向基板の上の前記正孔輸送層とを互いに対向させて貼り合せる工程と
を含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
前記電子注入電極の上に、発光体層を形成する工程に先立って、前記電子注入電極の上に電子輸送層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１４記載の発光素子の製造方法。
前記電子注入電極の上に、発光体層を形成する工程に先立って、前記電子注入電極の上に正孔ブロック層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の発光素子の製造方法。