JP2005285617A - 有機ｅｌ装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光層に高分子有機材料を使用した場合に、その発光特性を良好にすることが可能な有機ＥＬ装置および有機ＥＬ装置を搭載した電子機器を提供することを目的とする。
【解決手段】第１電極１０２と第２電極１０３との間に、少なくとも発光層を含む機能層が狭持されてなる有機ＥＬ装置１００において、機能層は、高分子有機材料で形成された発光層１０７と、発光層１０７上に積層された低分子有機材料で形成された電子輸送層１０８とを備えている。
【選択図】 図１
【解決手段】第１電極１０２と第２電極１０３との間に、少なくとも発光層を含む機能層が狭持されてなる有機ＥＬ装置１００において、機能層は、高分子有機材料で形成された発光層１０７と、発光層１０７上に積層された低分子有機材料で形成された電子輸送層１０８とを備えている。
【選択図】 図１
Description
有機ＥＬ装置および電子機器に関し、詳細には、発光層に高分子有機材料を使用した有機ＥＬ装置および電子機器に関する。
有機ＥＬ素子は、薄型、全固体型、面状自発光及び高速応答であるといった特徴を有する発光素子であり、フラットディスプレイパネルやバックライトへの応用が期待されることから、近年各方面で盛んに研究が行われている。以前、有機ＥＬ素子は、無機物を用いた無機ＥＬ素子に比べて素子特性が著しく劣っていたが、１９８７年にコダック社のＴａｎｇらが有機物層を積層構成にする方法を発表してから（例えば、非特許文献１参照）、素子特性が向上し、急速に発展している。また、近年、有機ＥＬ素子をディスプレイパネルに用いた、商品も発売されつつある。有機ＥＬ素子は、有機材料を含む複数の薄膜を第１の電極と第２の電極で挟んだ構造を有しており、２つの電極から注入したキャリヤが有機薄膜中で再結合することにより発光する素子である。
有機ＥＬ素子は、低分子有機材料を使用したものと、高分子有機材料を使用したものに大別される。一般に、低分子有機ＥＬ素子の場合は低分子有機層を蒸着等のドライ法で作製し、他方、高分子有機ＥＬ素子の場合は高分子有機層をインクジェット法等の塗布法で作製する。高分子有機ＥＬ素子の場合には、インクジェット法により赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光の三原色発光を有する各高分子有機材料を容易にパターニングできるため、簡便にフルカラー有機ＥＬ素子を作製できるという特徴を有している。
高分子有機ＥＬ素子は、一般に、基板／陽極／電子注入・輸送層／高分子有機発光層（Ｒ、Ｇ、Ｂ）／陰極の構成を有する（例えば、特許文献１参照）。そして、Ｒ，Ｇ，Ｂの各発光層に対して共通の陰極が使用される。
しかしながら、高分子有機ＥＬ素子において、Ｒ，Ｇ，Ｂの各発光層上に共通の陰極を用いた場合には、全ての発光層の発光特性を良好にすることが難しいという問題がある。すなわち、発光特性として、特に、高輝度化や高寿命化等を図る上で、例えば、Ｂの発光層に良好な陰極がＲやＧの発光層にも好適とは限らなく、また、ＲとＧの発光層に良好な陰極がＢの発光層にも好適とは限らない。
本発明は、発光層に高分子有機材料を使用した場合に、その発光特性を良好にすることが可能な有機ＥＬ装置および電子機器を提供することを目的とする。
上記課題を解決して、上記目的を達成するために、本発明は、第１電極と第２電極との間に、少なくとも発光層を含む機能層が狭持されてなる有機ＥＬ装置において、前記機能層は、高分子有機材料で形成された発光層と、前記発光層上に積層された低分子有機材料で形成された電子輸送層とで構成されることを特徴とする。
これにより、低分子有機材料で形成された電子輸送層から発光層への電子注入を効率的に行うことができ、また、電子輸送層で正孔を効果的にブロックして発光層での正孔−電子の再結合効率の低下を防止することができ、発光層の発光特性を良好にすることが可能となる。例えば、発光層がＲ発光層，Ｂ発光層，Ｇ発光層からなる場合に、Ｒ発光層，Ｂ発光層，Ｇ発光層のＨＯＭレベル／ＬＵＭＯレベルと、電子輸送層のＨＯＭレベル／ＬＵＭＯレベルをマッチングさせることで、各色の発光層の全てを良好な発光特性とすることができる。この結果、発光層に高分子有機材料を使用した場合に、その発光特性を良好にすることが可能な有機ＥＬ装置を提供することができる。
また、本発明の好ましい態様によれば、前記発光層と前記電子輸送層の間に、前記発光層と前記電子輸送層との界面性を向上させるための接着層を設けることが望ましい。これにより、発光層と前記電子輸送層との界面性を向上させることができ、電子輸送層から発光層に効率的に電子を注入することができる。
また、本発明の好ましい態様によれば、前記接着層は、０．５ｎｍ〜２ｎｍの厚さを呈することが望ましい。これにより、発光層と前記電子輸送層との界面性をより向上させることができる。
また、本発明の好ましい態様によれば、前記接着層は、無機化合物、金属、または金属錯体で形成されることが望ましい。これにより、接着層を蒸着法により簡単に形成することができる。
また、本発明の好ましい態様によれば、前記発光層は、インクジェット法で形成され、前記電子輸送層は蒸着法で形成されることが望ましい。これにより、発光層と電子輸送層を簡単な膜形成方法で形成することが可能となる。
また、本発明の好ましい態様によれば、前記電子輸送層は、前記発光層上に積層される第１電子輸送層と、当該第１電子輸送層上に積層される第２電子輸送層とで構成することが望ましい。これにより、電子輸送層を１層の構成とした場合に比して、電子輸送層から発光層への電子注入をより効率的に行うことができ、また、電子輸送層で正孔をより効果的にブロックすることができる。
また、本発明の好ましい態様によれば、前記第１電子輸送層のＬＵＭＯレベルは前記第２電子輸送層のＬＵＭＯレベルより小さく、かつ、前記第１電子輸送層のＨＯＭＯレベルは前記第２電子輸送層のＨＯＭＯレベルより大きいことが望ましい。これにより、第２電子輸送層から第１電子輸送層に電子を効率的に転送でき、また、第１電子輸送層で正孔をブロックすることができる。
また、本発明の好ましい態様によれば、本発明の有機ＥＬ装置を電子機器に搭載することが望ましい。これにより、発光層に高分子有機材料を使用した発光特性の良好な有機ＥＬ装置を搭載した電子機器を提供することができる。
以下に、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるものまたは実質的に同一のものが含まれる。
図１は、本発明の実施例１に係る有機ＥＬ装置１００の構成を示す要部断面図である。この有機ＥＬ装置１００は、基体１０１上に陽極（第１電極）１０２と、陰極（第２電極）１０３とを有し、これら陽極１０１と陰極１０３との間に、機能層を備えたものである。機能層は、正孔注入／輸送層１０６と、発光層１０７と、および電子輸送層１０８とが積層されて構成される。この有機ＥＬ装置１００は、発光層１０７で発光した光を基体側から出射するボトムエミッション方式となっている。
基体１０１は、ガラス基板等の透明基板（図示せず）上にＴＦＴ素子からなる駆動素子（図示せず）や各種配線等を形成して構成されたもので、これら駆動素子や各種配線の上に絶縁層や平坦化膜を介して陽極１０２を形成したものである。
陽極１０２は、基体１０１上に形成される単一ドット領域毎にパターニングされて形成され、かつ、ＴＦＴ素子からなる駆動素子や前記各種配線等と接続されたもので、本実施例では、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）によって形成されている。
陽極１０２の周囲には、単一のドット領域を区画する無機バンク層１０４および有機バンク層１０５が形成されており、これら無機バンク層１０４および有機バンク層１０５に囲まれた凹部には、正孔注入／輸送層１０６、発光層１０７，および電子輸送層１０８が設けられている。
正孔注入／輸送層１０６は、陽極１０２から注入した正孔を発光層１０７に輸送する。正孔注入／輸送層１０９の形成材料としては、特に３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）の分散液、すなわち、分散媒として、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、これを水に分散させた分散液が好適に用いられる。
発光層１０７は、発光波長帯域が赤色に対応したＲ発光層１０７Ｒ、発光波長帯域が青色に対応した発光層１０７Ｂ、発光波長帯域が緑色に対応した発光層１０７Ｇからなる。これらＲ発光層１０７Ｒ、Ｂ発光層１０７Ｂ、およびＧ発光層１０７Ｇで１つの画素が構成され、これらが階調して発光することにより、有機ＥＬ装置１００が全体としてフルカラー表示をなすようになっている。
この発光層１０７の材料としては具体的には、（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、ポリプリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）などのポリシラン系などの高分子系有機材料が好適に用いられる。
また、これらの高分子系材料に、ペニレン系色素、クマリン系色素、ローダミン系色素、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。
電子輸送層１０８は、低分子有機材料が使用されており、反射陰極１０３から注入される電子を発光層１０７まで輸送し、また、透明陽極１０２側から移動してきた正孔をブロックする機能を有する。図２は、電子輸送層１０８と発光層１０７のエネルギーダイヤグラムの一例を示す図である。図２において、電子輸送層１０８のＬＵＭＯレベルは、Ｒ発光層１０７Ｒ，Ｂ発光層１０７Ｂ，Ｇ発光層１０７ＧのＬＵＭＯレベルに比して同程度もしくは小さくし、また、電子輸送層１０８のＨＯＭＯレベルは、Ｒ発光層１０７Ｒ，Ｂ発光層１０７Ｂ，Ｇ発光層１０７ＧのＨＯＭＯレベルに比して大きいことが望ましい。これにより、電子輸送層１０８からのＲ発光層１０７Ｒ，Ｂ発光層１０７Ｂ，Ｇ発光層１０７Ｇへ効率的に電子を注入でき、また、正孔を効果的にブロックすることができ、Ｒ発光層１０７Ｒ，Ｂ発光層１０７Ｂ，Ｇ発光層１０７Ｇの発光特性を良好にすることが可能となる。
この電子輸送層１０８の材料としては、具体的には、Ａｌｑ3，ＢＣＰ、ＴＡＺ、ＰＢＤ、ＯＸＤ、ＴＰＯＢ等の低分子有機材料を使用することができる。
陰極１０３は、全ての画素領域を覆うようにして形成されたもので、電子輸送層１０８側から順にＬｉＦ層（電子注入層）とＡｌ層とが積層されて形成されたものである。また、陰極１０３上には、封止用基板１１０を基体１０１と接合するための封止層１０９が形成されている。封止層１０９は、熱硬化樹脂または紫外線硬化樹脂で形成されている。封止用基板１１０は、例えばガラス板等からなり、封止層１０９により貼設されている。
上記構成の有機ＥＬ装置１００の製造方法を図３を参照して説明する。図３は、有機ＥＬ装置１００の製造工程を説明するための説明図である。まず、従来と同様にして透明基板上にＴＦＴ素子や各種配線等を形成し、さらに、層間絶縁層や平坦化膜を形成して基体１０１を得る。つぎに、この基体１０１上に蒸着法等によってＩＴＯを成膜し、さらにパターニングすることによって陽極１０２を形成する。
つづいて、陽極１０２の周囲を囲むようにして基体１０１上にＳｉＯ2からなる無機バンク層１０４を形成し、さらに、この無機バンク層１０４上に樹脂からなる有機バンク層１０５を形成し、これにより、図３−１に示すように、陽極１０２上に凹部１２０を形成する。有機バンク層１０５に用いられる材料としては、ポリイミド、アクリル樹脂などが挙げられる。これらの材料に予めフッ素元素を含んだ構造のものを用いても良い。
図３−１に示したような、無機バンク層１０４および有機バンク層１０５で囲まれた凹部１２０を有する基体１０１を、酸素プラズマ−ＣＦ4プラズマ連続処理することにより基体１０１上の塗れ性を制御し、ついで、この凹部１２０内にインクジェット法等の液滴吐出法によって、正孔注入／輸送層１０６を形成する。すなわち、図３−２に示すように液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）１３０から正孔注入／輸送層１０６の形成材料１０４ａを凹部１２０内に選択的に吐出し、続いてこれを乾燥・ベイクすることにより、図３−３に示すように、陽極１０２上に正孔注入／輸送層１０６を形成する。
つづいて、インクジェット法等の液滴吐出法によって、凹部１２０内の正孔注入／輸送層１０６上に発光層１０７を形成する。すなわち、図３−４に示すように液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）１３０から発光層１０７の形成材料１０７ａを凹部１２０内の正孔注入／輸送層１０６上に選択的に吐出し、続いてこれを乾燥・ベイクすることにより、図３−５に示すように、正孔注入／輸送層１０６上に発光層１０７を形成する。この発光層１０７の形成にあたっては、Ｒ発光層１０７Ｒ、Ｇ発光層１０７Ｇ、Ｂ発光層１０７Ｂをそれぞれ作り分ける必要があるが、液滴吐出法によれば、各発光層の形成材料をそれぞれ所望位置に打ち分けるだけで、容易に発光層を形成することができる。
この後、ドライプロセスで、電子輸送層１０８および陰極１０３を形成する。まず、蒸着法等によって発光層１０７および有機バンク層１０５を覆った状態に電子輸送層１０８を成膜する。つづいて、電子輸送層１０８上の全面に、ＬｉＦを成膜し、さらにこの上にＡｌ（アルミニウム）を成膜することにより、ＬｉＦ／Ａｌの積層構造からなる陰極１０３を形成する。
その後、陰極１０４上に、熱硬化樹脂または紫外線硬化樹脂からなる接着剤を塗布して封止層１０９を形成した後、封止用基板１１０を重ね、加熱または紫外線照射して、封止層１０９を硬化させて、封止用基板１１０と基材１０１を接合する。このようにして、図１に示す有機ＥＬ装置１００が製造される。
実施例１によれば、高分子有機材料で形成された発光層１０７上に低分子有機材料で形成された電子輸送層１０８を設けているので、電子輸送層から発光層への電子注入を効率的に行うことができ、また、電子輸送層で正孔を効果的にブロックして発光層での正孔−電子の再結合効率の低下を防止することができ、発光層の発光特性を良好にすることが可能となる。
図４は、本発明の実施例２に係る有機ＥＬ装置２００の構成を示す要部断面図である。図４において、図１と同等機能を有する部位には同一符号を付しており、共通する部分のの説明は省略する。実施例１のように、高分子有機材料からなる発光層１０７上に低分子有機材料からなる電子輸送層１０８を積層する構造では、両者の材料の特性（分子数等）が大きく異なり、また、高分子有機材料からなる発光層１０７はインクジェット法のウエットプロセスで形成される一方、低分子有機材料からなる電子輸送層１０８は蒸着等のウエットプロセスで作製している等の理由から、発光層１０７と電子輸送層１０８との密着性／接着性等の界面性に問題が生じる場合があり、電子輸送層１０８から発光層１０７に効率的に電子を注入することができない現象が生じる場合がある。
そこで、実施例２に係る有機ＥＬ装置２００においては、実施例１の有機ＥＬ装置１００において、発光層１０７と電子輸送層１０８の間に接着層を形成して、発光層１０７と電子輸送層１０８との界面性を向上させたものである。
図４において、有機ＥＬ装置２００には、発光層１０７と電子輸送層１０８の間に、発光層１０７と電子輸送層１０８との界面性を向上させるための接着層２０１が形成されている。接着層２０１は、０．５ｎｍ〜２ｎｍの極薄い膜であり、例えば、ＬｉＦ等の無機化合物、Ｃａ等の金属、Ｃａ（ａｃａｃ）2等の金属錯体を使用することができる。この接着層２０１は、蒸着法等を使用して発光層１０７の上に積層する。
実施例２によれば、発光層１０７と電子輸送層１０８の間に、発光層１０７と電子輸送層１０８との界面性を向上させるための接着層２０１を設けているので、発光層と前記電子輸送層との界面性を向上させることができ、電子輸送層から発光層に効率的に電子を注入することができる。
図５は、本発明の実施例３に係る有機ＥＬ装置３００の構成を示す要部断面図である。図５において、図４と同等機能を有する部位には同一符号を付しており、共通する部分のの説明は省略する。実施例３に係る有機ＥＬ装置３００は、電子輸送層を２層構造としたものである。
図５において、接着層２０１の上には、第１電子輸送層３０１と第２電子輸送層３０２が順次積層されている。第１電子輸送層３０１および第２電子輸送層３０１には、低分子有機材料を使用することができ、例えば、Ａｌｑ３，ＢＣＰ、ＴＡＺ、ＰＢＤ、ＯＸＤ、ＴＰＯＢを使用することができる。
図６は、第１電子輸送層３０１，第２電子輸送層３０２と、発光層１０７のエネルギーダイヤグラムの一例を示す図である。図６において、第１電子輸送層３０１のＬＵＭＯレベルは第２電子輸送層３０２のＬＵＭＯレベルより小さく、かつ、第１電子輸送層３０１のＨＯＭＯレベルは第２電子輸送層３０２のＨＯＭＯレベルより大きいことが望ましい。これにより、電子輸送層１０８からのＲ発光層１０７Ｒ，Ｂ発光層１０７Ｂ，Ｇ発光層１０７Ｇへの電子注入効率をより向上でき、また、正孔をより効果的にブロックすることができ、Ｒ発光層１０７Ｒ，Ｂ発光層１０７Ｂ，Ｇ発光層１０７Ｇの発光特性をより良好にすることが可能となる。
実施例３によれば、電子輸送層を第１電子輸送層３０１と第２電子輸送層３０２とで構成することとしたので、電子輸送層を１層の構成とした場合に比して、電子輸送層から発光層への電子注入をより効率的に行うことができ、また、電子輸送層で正孔をより効果的にブロックすることができる。
なお、上記実施例１〜実施例３では、ボトムエミッション方式の有機ＥＬ装置について説明したが、トップエミッション方式にしても良い。また、本発明は上記実施例１〜実施例３に限定されるものではなく、これらの実施例を組み合わせて実施することが可能である。
（電子機器への適用例）
つぎに、本発明に係る有機ＥＬ装置を適用可能な電子機器の具体例について図７を参照して説明する。図７−１は、本発明に係る有機ＥＬ装置を可搬型のパーソナルコンピュータ（いわゆるノート型パソコン）４００の表示部に適用した例を示す斜視図である。同図に示すように、パーソナルコンピュータ４００は、キーボード４０１を備えた本体部４０２と、本発明に係る有機ＥＬ装置を適用した表示部４０３とを備えている。図７−２は、本発明に係る有機ＥＬ装置を携帯電話機５００の表示部に適用した例を示す斜視図である。同図に示すように、携帯電話機５００は、複数の操作ボタン５０１のほか、受話口５０２、送話口５０３とともに、本発明に係る有機ＥＬ装置を適用した表示部５０４を備えている。
つぎに、本発明に係る有機ＥＬ装置を適用可能な電子機器の具体例について図７を参照して説明する。図７−１は、本発明に係る有機ＥＬ装置を可搬型のパーソナルコンピュータ（いわゆるノート型パソコン）４００の表示部に適用した例を示す斜視図である。同図に示すように、パーソナルコンピュータ４００は、キーボード４０１を備えた本体部４０２と、本発明に係る有機ＥＬ装置を適用した表示部４０３とを備えている。図７−２は、本発明に係る有機ＥＬ装置を携帯電話機５００の表示部に適用した例を示す斜視図である。同図に示すように、携帯電話機５００は、複数の操作ボタン５０１のほか、受話口５０２、送話口５０３とともに、本発明に係る有機ＥＬ装置を適用した表示部５０４を備えている。
本発明に係る有機ＥＬ装置は、上述した携帯電話機やノートパソコン以外にも、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）と呼ばれる携帯型情報機器、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、デジタルスチルカメラ、車載用モニタ、デジタルビデオカメラ、テレビ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話機、およびＰＯＳ端末機などの電子機器に広く適用することができる。
本発明の有機ＥＬ装置は、有機ＥＬ表示装置、エレクトロミック調光ガラス、電子ペーパー、照明装置、およびプリンタヘッド等に広く利用可能である。また、本発明に係る電子機器は、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）と呼ばれる携帯型情報機器、携帯型パーソナルコンピュータ、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、デジタルスチルカメラ、車載用モニタ、デジタルビデオカメラ、テレビ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、テレビ電話機、およびＰＯＳ端末機などの電子機器に広く利用することができる。
１００ 有機ＥＬ装置、１０１ 基体、１０２ 陽極（第１電極）、１０３ 陰極（第２電極）、１０４ 無機バンク層、１０５ 有機バンク層、１０６ 正孔注入／輸送層、１０７ は発光層、１０８ 電子輸送層、１０９ 封止層、１１０封止用基板、２００ 有機ＥＬ装置、２０１ 接着層、３００ 有機ＥＬ装置、３０１ 第１電子輸送層、３０２ 第２電子輸送層、４００ コンピュータ、４０１ キーボード、４０２ 本体部、４０３ 表示部、５００ 携帯電話機、５０１ 操作ボタン、５０２ 受話口、５０３ 送話口、５０４ 表示部
Claims (8)
- 第１電極と第２電極との間に、少なくとも発光層を含む機能層が狭持されてなる有機ＥＬ装置において、
前記機能層は、高分子有機材料で形成された発光層と、前記発光層上に積層された低分子有機材料で形成された電子輸送層とを有することを特徴とする有機ＥＬ装置。 - 前記発光層と前記電子輸送層の間に、前記発光層と前記電子輸送層との界面性を向上させるための接着層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ装置。
- 前記接着層は、０．５ｎｍ〜２ｎｍの厚さを呈することを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ装置。
- 前記接着層は、無機化合物、金属、または金属錯体で形成されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の有機ＥＬ装置。
- 前記発光層は、インクジェット法で形成され、前記電子輸送層は蒸着法で形成されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の有機ＥＬ装置。
- 前記電子輸送層は、第１電子輸送層と、当該第１電子輸送層上に積層される第２電子輸送層とで構成されることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の有機ＥＬ装置。
- 前記第１電子輸送層のＬＵＭＯレベルは前記第２電子輸送層のＬＵＭＯレベルより小さく、かつ、前記第１電子輸送層のＨＯＭＯレベルは前記第２電子輸送層のＨＯＭＯレベルより大きいことを特徴とする請求項６に記載の有機ＥＬ装置。
- 請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の有機ＥＬ装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
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