JP2006012786A - 有機電界発光素子、並びに該製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐久年限を延長させるために有機電界発光素子を処理する方法及び耐久年限が延長された有機電界発光素子を提供する。
【解決手段】 印加される光線照射のスペクトルが、有機材料層の吸収スペクトルに少なくとも部分的に対応する電磁波照射下で影響される有機電界発光素子、並びに該製造方法である。これにより、一般的なものより、特に長い耐久年限、また短い初期輝度減衰、さらに飽和された色座標シフトを備えることが可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機電界発光素子（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ―Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の耐久年限を延長させる処理方法、及び耐久年限の改善された有機電界発光素子に関する。

ディスプレイ素子において、ＯＬＥＤの商業的使用は絶えず増大している。かようなディスプレイ素子の類型及び特性は、平面、単一色相、７セグメントディスプレイから総天然色能動マトリックス（ＡＭ）ディスプレイに至るまで、多様である。ディスプレイ素子の複雑性が増大すると同時に、例えばＯＬＥＤの耐久年限に関わるように、ＯＬＥＤ製造に要求される事項が増えている。

ＯＬＥＤ基盤ディスプレイ素子は、さる１９８０年代以来から知られている。ＯＬＥＤは、高分子ＯＬＥＤ（ｐＬＥＤ）と低分子ＯＬＥＤ（ＳＭ−ＯＬＥＤ）とに区分できる。ＯＬＥＤにおいて、輝度（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）の急速な減衰は、このようなディスプレイ素子が初めて作動し始めるときから発生する。かかる減衰は、望まれない現象でＯＬＥＤの耐久年限をかなり短縮させる。ディスプレイ素子を安定化させるために、耐久年限の測定が始まる前に、所定の輝度でほぼ２４時間の間初期に作動する、いわゆるバーンイン工程が主に行われる。かかる初期の急速な減衰の原因は、明確ではなかった。

特許文献１及び特許文献２には、密封用の紫外線（ＵＶ）硬化接着剤の硬化のためにＵＶ光線を使用することが記述されている。特許文献３には、乾燥剤の固定のためにＵＶ硬化接着剤の使用を記述する。特許文献４は、インクジェットプリント法用として、基板表面構造化には、ポリイミドに基づいたフォトレジストを使用することを記述している。フォトレジストの構造化にＵＶ光線が要求される。近隣画素を分離させて活性ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ ＴＩＮ Ｏｘｉｄｅ）の表面を形成するために、ＵＶ光線を介して構造化可能なフォトレジストを使用することは、特許文献５に開示されている。特許文献６から、いわゆる「色低下変換（ｃｏｌｏｕｒ ｄｏｗｎ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）」でＯＬＥＤディスプレイ素子を生産するために、ＯＬＥＤ材料としてＵＶエミッタを使用することが開示されている。

しかし、従来技術では、ＯＬＥＤの耐久年限曲線の急激な初期減少を効果的に回避できるいかなる方法も開示されていない。所定の輝度で一定の時間（ほぼ、２４時間）作動する従来技術によるバーンイン工程は、個々のディスプレイ素子（ＯＬＥＤ）への電力供給可用性を要求して相当な時間がかかるが、これはＯＬＥＤの製造において費用面で短所となる。
米国特許第２００４／００３１９１７Ａ１号明細書 国際公開第２００３／０８８３７１号パンフレット 欧州特許出願公開第１３５１３２３号明細書 国際公開第２００３／０８９６０号パンフレット 国際公開第０１／９３３３２号パンフレット 米国特許第２００３／０２２２５７７号明細書

本発明の目的は、耐久年限が延長されたＯＬＥＤ、及びＯＬＥＤの製造及び／または処理方法を提供することである。

前記の目的は、特許請求の範囲の請求項１（方法請求項）及び請求項１１（製品−工程請求項）の特徴部によって解決される。従属項には、本発明の特定の実施形態が含まれる。

本発明による方法を介して製造／処理されたＯＬＥＤは、一般的なＯＬＥＤより、特に長い耐久年限を、また短い初期輝度減衰を、さらに飽和された色座標シフトを備える。

本発明の特別の長所は、本発明によるＯＬＥＤディスプレイ素子の耐久年限が、従来技術によって製造／処理されたＯＬＥＤディスプレイ素子と比較して、かなり延長されうるという点にある。このために、ＯＬＥＤは、採択された照射スペクトルがＯＬＥＤの有機材料層の吸収スペクトルに少なくとも部分的に対応する電磁波照射下で影響されるように考慮される。その後、例えば強いＵＶ／Ｖｉｓ（Ｖｉｓｉｂｌｅ）照射でＯＬＥＤに光線を照射する段階は、耐久年限をさらに長くし、輝度の初期減衰をさらに小さくし、またさらに飽和された色座標へのシフトを誘導することが確認された。

ＯＬＥＤディスプレイ素子の製造時と初期スタート−アップ時との間の貯蔵時間は、ディスプレイ素子の耐久年限に相当な影響を及ぼす。

一定限度まではさらに長い貯蔵を介してＯＬＥＤの耐久年限が延長されうる。可視光線を透過させられるが、ＵＶ光線を不透過とするボックスが貯蔵のために使われる。耐久年限を５０％程度延長させる効果は実験室で達成された。貯蔵期間の第二に重要な効果は、耐久年限曲線の初期下落をかなり減少させられるということである。ほとんどのＯＬＥＤディスプレイ素子で、初期減少は、初期輝度の２０％ないし３０％である。また、初期減少は、個別的な色相について要求される材料に依存するために、最初の作動時間の間、色シフトが発生する方式であり、ディスプレイ素子のホワイト色相座標は、連続的に否定的影響を受ける。貯蔵期間の第三の効果として、個別的な色相についてさらに飽和された色座標への色シフトは、貯蔵の３０日後に観測されるということである。従って、貯蔵期間の効果は相当であり、製品品質においてかなり重要である。しかし、要求されるほぼ３０日の時間は、ＯＬＥＤディスプレイ素子の製造に許容されない。

本発明の目的は、貯蔵によって引き起こされる、プリエージング工程の目標特定加速化を具体化させるところにある。電磁波でＯＬＥＤを照射する段階は、ＯＬＥＤの耐久年限をかなり延長させることが明らかにされた。望ましい実施形態の変形で、光線照射段階は、ＯＬＥＤの最初の作動スタートアップ前に、特にＯＬＥＤカソード蒸着後に実施される。しかし、カソード蒸着が不活性気体ボックス、または真空蒸着チャンバ内で実行される場合、可能な代案としては、光線照射段階がカソード蒸着前に実施されることである。さらに他の本発明の方法の代案的な変形例で、光線照射段階が最初の作動スタートアップ後、望ましくはバーンイン工程の間実行されることが可能なことである。望ましくは、光線照射は、特に透明電極（一般的に、正極）を備えるＯＬＥＤの特定側面を介して走査される。光線照射期間は、１分ないし１０時間、特に望ましい変形例として、光線照射期間が３時間ないし６時間であることである。

光線照射ソースとしては、太陽シミュレータまたは対応する強度を有するＵＶダイオードを使用することが望ましい。光線ソースにおいて要求される唯一の事項は、光線としてＯＬＥＤディスプレイ素子で光発光を励起させる可能性、すなわち光線ソースの励起スペクトルとＯＬＥＤディスプレイ素子の発光材料の吸収スペクトルとの間に少なくとも部分的な重複区間がなければならないということである。励起スペクトルが吸収スペクトルと完全に重畳されることが望ましい。

光線照射段階の効果は、測定可能基準を介して完成したディスプレイ素子で証明されうる。光線照射は：

１．さらに低い波長で約２０ｎｍまでＯＬＥＤ発光スペクトルの長波バンドエッジのシフトに基づいた、さらに強く飽和された色座標と、

２．耐久年限曲線の急激な初期減少とを除去すると確認された。
第１電極、有機材料層及び第２電極を有する、本発明によるＯＬＥＤは、ＯＬＥＤの電磁波を介して本発明によって再生できるが、電磁波照射のスペクトルは、少なくとも部分的にＯＬＥＤ有機材料層の吸収スペクトルに対応する。望ましい実施形態の変形では、光線照射段階は、ＯＬＥＤの最初の作動スタートアップ前に実行される。

本発明は、次の図面で少なくとも部分的に図示された実施形態に基づき、さらに詳細に説明される。

従来技術によるＯＬＥＤに比べ、本発明によって光線照射されたＯＬＥＤの耐久年限延長は、図１に概略的に図示されている。図１は、ＵＶ／Ｖｉｓ光線照射がなされたｐＬＥＤ構造要素についての耐久年限曲線（曲線１２及び曲線１４）と、ＵＶ／Ｖｉｓ照射がなされていないｐＬＥＤ構造要素についての耐久年限曲線（曲線１０）を図示する。個々の曲線は、相対輝度（Ｌ_ＲＥＬ：百分率）の時間推移（ｔは、時間単位）を図示するが、ここで、Ｌ_ＲＥＬ＝Ｌ（ｔ）／Ｌ_ＭＡＸである。

ＯＬＥＤの本発明による光線照射に基づき、耐久年限はかなり延長されうる。かような方式で、３時間（曲線１２）または６時間（曲線１４）ＵＶ光線照射されたＯＬＥＤは、５００時間より長い作動時間後に（初期輝度に比べて）７０％の輝度を表す一方、従来技術による非処理のＯＬＥＤは、２００ないし３００時間の作動時間後に前記に対応する輝度減衰を有する（曲線１０参照）。

本発明によるＯＬＥＤの製造のために、１００ｎｍのＩＴＯでコーティングされたフッ素シリケートガラスが基板として使われる。前記ＩＴＯは、２ｍｍのＩＴＯ外リップが基板の中央に配置される方式で構造化される。かような基板は、イソプロパノールの超音波バスで５分間洗浄された後で窒素流動で乾燥され、ＵＶ／オゾンで１０分ほど処理される。

次の段階で、ＬＶＷ １４２（Ｂａｙｅｒ ＡＧのＢａｙｔｒｏｎ Ｐ（登録商標））がスピンコーティングを介して５０ｎｍ厚さの正孔輸送層として蒸着され、窒素雰囲気で１８０℃で１０分間乾燥される。

次の段階で、無水キシレンの１％溶液（重量％）から製造される発光Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｇｒｅｅｎ １３００（ＤＯＷ ＣｈｅｍｉｃａｌのＤＯＷ ＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ（登録商標））が窒素雰囲気でスピンコーティングを介して７０ｎｍ厚さの膜として蒸着され、加熱プレートで１９０℃で１０分間同じ雰囲気で乾燥される。

次の段階で、基板は、窒素雰囲気下で真空プラントに送られる。ここで、熱蒸着を介してカソードを形成するために、１ｎｍのフッ化リチウム、１０ｎｍのカルシウム、及び５００ｎｍのアルミニウムが、ＩＴＯとの重畳部として外部との電気的接触のための適切な表面が２ｍｍ^２サイズで基板中央に形成され、外部との電気的接触のための適切な表面が形成されるように連続的に蒸着される。

保護気体下で基板の転送がなされた後、外部領域からＯＬＥＤへの酸素及び湿気の接近が、かなり制限された方式で、基板は、密封ガラス及び熱硬化エポキシ接着剤を介して密封される。ＯＬＥＤに含まれている酸素及び湿気の最小レベルを確保するために、まずＳＡＥＳ Ｇｅｔｔｅｒ Ｓ．Ａ．のゲッター（ＧＤＯ／ＣＡ１／Ｒ／Ｔ−Ｆ）が密封ガラスに塗布される。

エポキシ接着剤の熱硬化がなされた後に、ＯＬＥＤディスプレイ素子は、光源（ＫＳＨ Ｌｉｃｈｔｔｅｃｈｎｉｋ ＧｍｈＨ ＤｅｕｔｓｃｈｌａｎｄのＳｏｌａｒｃｏｎｓｔａｎｔ １２００）下に配置される。ＯＬＥＤは、透明ＩＴＯ電極が光源に向けて配向されるようにほぼ３０ｃｍの間隙をおいて配置される。スペクトルは、ほぼ太陽スペクトルと同一である。ＯＬＥＤディスプレイ素子は、１００ｍＷ／ｃｍ^２で３時間照射される。

上述の光線照射は、高分子ＯＬＥＤ構造素子の耐久年限を延長させるのに効果的である。もちろん、代案として、本発明による光線照射を介して低分子有機エミッタの耐久年限も延長される。実施形態に記述されたＯＬＥＤについて、ＵＶ／Ｖｉｓ処理していないＯＬＥＤに比べ、＋５０％の耐久年限が延長されることが証明された。

本発明による光線照射工程を介し、ＯＬＥＤディスプレイ素子の急激な初期減衰（曲線１０のような）は完全に回避できる。かような方式で、最初の作動時間のホワイト点の変移及び輝度の急激な減少は回避されうる。記述されたプリエージング工程に基づき、従来技術による他のバーンイン工程は要求されず、これは製造をさらに廉価で速くする。さらに、ＯＬＥＤディスプレイ素子の耐久年限は、一般的に製造されるＯＬＥＤディスプレイ素子と比較してかなり延長される。さらに、製造時間は、バーンイン工程または貯蔵段階をなくすことによって短縮されうる。

その上、図２に図示されたように、光線照射段階を介して、ＯＬＥＤ発光スペクトルの長波長バンドエッジが短波長側に約２０ｎｍまでシフトできるようにするために、さらに飽和されたＣＩＥ（Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ ｄ’Ｅｃｌａｉｒａｇｅ）色座標を参照し、ＯＬＥＤディスプレイ素子の特性改善が達成されうる。この場合、処理されたＯＬＥＤの電界発光スペクトル（１８，２０）の長波長バンドエッジは、非処理のＯＬＥＤの電界発光スペクトル（１６）と比較し、短波長側にかなりシフトされ、これは、さらに飽和された色座標を誘導する。

一方、図３には、本発明の一実施形態として、ＡＭ駆動型ＯＬＥＤの概略的な部分断面図が図示されている。基板１１０の一面上に形成されたバッファ層１２０の上部に半導体活性層１３０が形成される。半導体活性層１３０は、非晶質シリコン層で構成されるか、または、多結晶シリコン層で構成されることもある。図面で詳細に図示されていないが、半導体活性層１３０は、Ｎ＋型またはＰ＋型のドーパントでドーピングされるソース及びドレーン領域と、チャンネル領域とから構成されるが、半導体活性層１３０は、有機半導体からなりうるなど、多様な構成が可能である。

半導体活性層１３０の上部には、ゲート電極１５０が配置されるが、ゲート電極１５０は、隣接層との密着性、積層される層の表面平坦性、そして加工性などを考慮し、例えばＭｏＷ、Ａｌ／Ｃｕのような物質から形成されることが望ましい。しかし、これに限定されるものではない。

ゲート電極１５０と半導体活性層１３０との間には、それらを絶縁させるためのゲート絶縁層１４０が位置する。ゲート電極１５０及びゲート絶縁層１４０の上部には、絶縁層としての中間層１６０が単層及び／または複層として形成され、その上部には、ソース／ドレーン電極１７０ａ、１７０ｂが形成されるが、ソース／ドレーン電極１７０ａ、１７０ｂは、Ｍｏ、Ａｌのうち一つ以上の材料を備えることも可能である。すなわち、ソース／ドレーン電極１７０ａ、１７０ｂは、ＭｏＷのような材料から構成されることも可能であり、Ｍｏ／Ａｌのように複層より構成されることもあるなど、多様な構成が取れ、半導体活性層１３０とのさらに円滑なオーミックコンタクトをなすために続いて熱処理されうる。

ソース／ドレーン電極１７０ａ、１７０ｂの上部には、一層以上の絶縁層が形成されるが、これはパシベーション層１８０ａ及び／または下部薄膜トランジスタ層を平坦化させるための平坦化層１８０ｂから構成される。パシベーション層１８０ａは、ＳｉＮ_ｘやＳｉＯ_２のような無機物で、平坦化層１８０ｂは、例えばＢＣＢ（Ｂｅｎｚｏ Ｃｙｃｌｏ Ｂｕｔｅｎｅ）またはアクリルのような有機物層から構成されることもあるが、前記絶縁層は、単層または複層からも形成されるなど、多様な変形が可能である。前記絶縁層１８０には、ビアホール１８１が形成される。

前記絶縁層１８０の一面上には、第１電極層１９０が画素電極をなしうるように形成されるが、第１電極層１９０を構成する材料としては、ＩＴＯのような導電性酸化物を含むことができる。

第１電極層１９０が形成された後には、画素を定義するための画素定義層１９１が形成され、画素定義層１９１によって定義された画素の第１電極層１９０の一面上には、有機材料層、すなわち発光層を含む有機電界発光部１９２が配置される。

有機電界発光部１９２は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層を含むことができるが、本発明はこれに限定されず、少なくとも一部がＯＬＥＤに加えられる電磁波照射のスペクトルに対応する吸収スペクトルを備える範囲内で、正孔注入層及び／または正孔輸送層、発光層を含むようにするなど、多様な組み合わせが可能である。

有機電界発光部１９２の上部には、第２電極層１９３が形成されるが、一層以上の層を備えうる。第１電極層１９１及び第２電極層１９３は、スペックにより、透明電極を含むことができるなど、多様な変形が可能である。

前記のように、図３に図示されたＯＬＥＤの場合にも、光線照射段階は、最初の作動スタートアップ前に実施されたり、またはカソード（第２電極層）の形成後に実施されるなど、多様な構成が可能であり、本発明によるＯＬＥＤの製造方法は、ＯＬＥＤを備える有機電界発光ディスプレイ装置の製造にも同様に適用できるなど、多様な変形が可能である。

本発明は、添付された図面に図示された一実施形態を参考に説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当技術分野で当業者ならば、これから多様な変形及び同等な他の実施形態が可能であるという点が理解できるであろう。よって、本発明の真の保護範囲は、請求範囲の範囲によってのみ決まるものである。

本発明のＯＬＥＤ、並びに該製造方法は、例えばディプレイ素子に効果的に適用可能である。

ＵＶ／Ｖｉｓ光線が照射された場合と、照射されない場合の、ｐＬＥＤ構造素子の耐久年限曲線を示す図面である。 ＵＶ／Ｖｉｓ光線が照射された場合と、照射されない場合の、ｐＬＥＤ構造素子用の電界発光スペクトルを示す図面である。 本発明の一実施形態であり、ＡＭ駆動型ＯＬＥＤの概略的な部分断面図である。

符号の説明

１０ 非処理のＯＬＥＤの耐久年限曲線
１２ ３時間ＵＶ−光線照射された後のＯＬＥＤの耐久年限曲線
１４ ６時間ＵＶ−光線照射された後のＯＬＥＤの耐久年限曲線
１６ 非処理のＯＬＥＤの電界発光スペクトル
１８ ３時間ＵＶ−光線照射された後のＯＬＥＤの電界発光スペクトル
２０ ６時間ＵＶ−光線照射された後のＯＬＥＤの電界発光スペクトル
１１０ 基板
１２０ バッファ層
１３０ 半導体活性層
１４０ ゲート絶縁層
１５０ ゲート電極
１６０ 中間層
１７０ａ、１７０ｂ ソース／ドレイン電極
１８０ 絶縁層
１８０ａ パシベーション層
１８０ｂ 平坦化層
１８１ ビアホール
１９０ 第１電極
１９１ 画素定義層
１９２ 電界発光部
１９３ 第２電極

Claims (13)

1. 吸収スペクトルを有する有機物質を備え、前記吸収スペクトルの電磁波照射の吸収を介してフォト発光に励起されうる有機電界発光素子の耐久年限を延長させるための有機電界発光素子の製造方法において、
   光線照射ソースから前記有機電界発光素子に電磁波照射させる光線照射段階を含み、前記電磁波照射光線のスペクトルは、前記有機電界発光素子の有機材料層の吸収スペクトルと少なくとも部分的に重畳されることを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。
2. 前記光線照射段階は、前記有機電界発光素子の最初の作動スタートアップ前に実施されることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子の製造方法。
3. 前記光線照射段階は、前記有機電界発光素子に対するカソード蒸着後に実施されることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子の製造方法。
4. 前記光線照射段階によって印加されるエネルギー密度は、５００Ｗｓ／ｃｍ^２以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子の製造方法。
5. 前記有機電界発光素子は、透明電極を備え、
   前記光線照射段階は、前記透明電極側面を介して走査されることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子の製造方法。
6. 前記光線照射段階により、前記有機電界発光素子は、１分ないし１０時間の間電磁波照射の影響を受けることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子の製造方法。
7. 前記光線照射段階により、前記有機電界発光素子は、３時間ないし６時間の間電磁波照射に影響を受けることを特徴とする請求項６に記載の有機電界発光素子の製造方法。
8. 前記光線照射段階時に、前記有機電界発光素子と前記光線照射ソースは、５ｃｍ及び１５０ｃｍの間隔をおいて配置されることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子の製造方法。
9. 前記光線照射段階で、前記有機電界発光素子の基板が０．５より大きい透過率を備える高周波部のスペクトルと、前記有機電界発光素子の有機材料層吸収スペクトルに少なくとも部分的に対応する低周波部のスペクトルと、を有する光線照射ソースが使われることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子の製造方法。
10. 前記光線照射段階で、前記有機電界発光素子の前記透明電極と前記有機材料層との間に配置される層に、０．５より大きい透過率を備えさせるスペクトルを有する光線照射ソースが使われることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子の製造方法。
11. 前記光線照射ソースは、太陽光シミュレータまたはＵＶ光線ソースであることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子の製造方法。
12. 第１電極、有機材料層及び第２電極を備え、
    前記有機材料層の吸収スペクトルに少なくとも部分的に対応するスペクトルを備える電磁波照射で光線照射される有機電界発光素子。
13. 前記光線照射は、最初の作動スタートアップ前に実施されることを特徴とする請求項１２に記載の有機電界発光素子。

Images