JP2006048989A - 有機エレクトロルミネッセンス装置及び製造方法、並びに電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 有機EL表示装置の陰極成膜時に機能層を保護し、機能層の劣化を防止する有機EL装置及び製造方法、並びに電子機器を提供する。
【解決手段】 基板とは反対側に発光光を出射する有機エレクトロルミネッセンス装置であって、前記基板と、前記基板上に設けられた陽極と、前記陽極上に設けられた発光層を含む機能層と、前記機能層上に設けられた陰極と、を含み、前記機能層と陰極との間に前記陰極を構成する材料のバンドギャップエネルギーよりも小さく、かつ光透過性を有する保護層が設けられたことを特徴とする。
【選択図】 図4
Description
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス装置及び製造方法、並びに電子機器に関する。
近年、携帯電話やPDA等の携帯機器やパーソナルコンピュータの表示デバイスとして、有機エレクトロルミネッセンス(Electro-Luminescence,以下、ELと略記する)装置を用いたものが開発されている。この有機EL装置は、電界発光を利用した自己発光素子のため視認性が高く、かつ耐衝撃性に優れる等の特徴を有している。
トップエミッション型の有機EL装置の一般的な構造は、ガラス基板上に金属等の材料からなる陽極が形成され、この陽極上に有機層が形成されている。ここで、有機層は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層がこの順に積層されて形成されている。そして、有機層を構成する電子注入層上には、ITO(Indium Tin Oxide、インジウム錫酸化物)等の透明導電材料からなる陰極が形成されている。このような構造により、上記陽極及び陰極に対して電圧を印加することによって、陽極から発光層に注入される正孔と、陰極から発光層に注入される電子とが、発光層で再結合して発光する。この発光光は、透明導電材料からなる陰極を通過して観察者側に射出される。一方、金属等から構成される陽極側に進んだ発光光は、陽極によって反射され、観察者側に射出される。
トップエミッション型の有機EL装置の一般的な構造は、ガラス基板上に金属等の材料からなる陽極が形成され、この陽極上に有機層が形成されている。ここで、有機層は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層がこの順に積層されて形成されている。そして、有機層を構成する電子注入層上には、ITO(Indium Tin Oxide、インジウム錫酸化物)等の透明導電材料からなる陰極が形成されている。このような構造により、上記陽極及び陰極に対して電圧を印加することによって、陽極から発光層に注入される正孔と、陰極から発光層に注入される電子とが、発光層で再結合して発光する。この発光光は、透明導電材料からなる陰極を通過して観察者側に射出される。一方、金属等から構成される陽極側に進んだ発光光は、陽極によって反射され、観察者側に射出される。
ところで、現在、透明導電材料からなる陰極の形成方法は、真空中でプラズマにより活性化された粒子による弾性衝突を用いたスパッタ法が一般的に利用されている。スパッタ法によれば、透明導電材料からなる陰極は、ガラス基板の加熱や、基板に飛来する粒子の運動エネルギーを増加させることによって、電気的特性が良く、かつ、綿密な膜を早いレートで形成することができる。
しかし、トップエミッション型の有機EL装置において、上述したように、透明導電材料からなる陰極は、有機層上に成膜している。この陰極の下地となる有機層は、ガラス基板等とは異なり、物理的にも化学的にも外部からの影響を受け易い物質である。従って、従来法のスパッタ法により有機層上に陰極を形成した場合、粒子が有機層上に衝突する際に生じる物理的衝撃、熱又は成膜時の紫外光等の影響を受けてしまう。この結果、有機層が劣化してしまい、有機層の特性を大幅に低下させてしまうという問題があった。
このような問題に対して、少なくとも有機層に接する部分に所望の金属膜を形成する有機EL素子が開示されている(例えば、特許文献1)。この有機EL素子によれば、下地となる有機層を劣化させることなく、スパッタ法により透明導電膜からなる陰極を成膜することができる。
特開2001−43980号公報
しかし、トップエミッション型の有機EL装置において、上述したように、透明導電材料からなる陰極は、有機層上に成膜している。この陰極の下地となる有機層は、ガラス基板等とは異なり、物理的にも化学的にも外部からの影響を受け易い物質である。従って、従来法のスパッタ法により有機層上に陰極を形成した場合、粒子が有機層上に衝突する際に生じる物理的衝撃、熱又は成膜時の紫外光等の影響を受けてしまう。この結果、有機層が劣化してしまい、有機層の特性を大幅に低下させてしまうという問題があった。
このような問題に対して、少なくとも有機層に接する部分に所望の金属膜を形成する有機EL素子が開示されている(例えば、特許文献1)。この有機EL素子によれば、下地となる有機層を劣化させることなく、スパッタ法により透明導電膜からなる陰極を成膜することができる。
しかしながら、上記特許文献1に開示の有機EL素子では、有機層から出射する発光光は、有機層上に形成される金属膜により遮断される。この結果、トップエミッション型の有機EL装置においては、陰極側から取り出される発光光の可視透過率が著しく低下し、表示装置として十分な輝度、かつ、表示品質を確保することができないという問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、有機EL表示装置の陰極成膜時に機能層を保護し、機能層の劣化を防止する有機EL装置及び製造方法、並びに電子機器を提供することにある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、有機EL表示装置の陰極成膜時に機能層を保護し、機能層の劣化を防止する有機EL装置及び製造方法、並びに電子機器を提供することにある。
本発明は、上記課題を解決するために、基板とは反対側に発光光を出射する有機エレクトロルミネッセンス装置であって、前記基板と、前記基板上に設けられた陽極と、前記陽極上に設けられた発光層を含む機能層と、前記機能層上に設けられた陰極と、を含み、前記機能層と陰極との間に前記陰極を構成する材料のバンドギャップエネルギーよりも小さく、かつ光透過性を有する保護層が設けられたことを特徴とする。
一般的に、光透過性機能を有する陰極を機能層上に成膜する場合には、スパッタ法、蒸着法、イオンプレーティング法等の方法が利用されている。これらの方法は、成膜装置から粒子等を機能層上に向けて照射するため、機能層は、成膜時の粒子の衝突によって物理的衝撃、熱及びプラズマ等の利用による紫外光の影響を受ける。
本発明は、機能層と陰極との間に保護層を設けている。そのため、陰極を成膜する際に照射される粒子等は、まず機能層上に設けられた保護層に衝突する。従って、保護層が緩衝材となり、直接機能層には粒子が照射されないため、照射される粒子等の衝突の際に発生する物理的衝撃又は熱等から機能層を保護することができる。
また、保護層は、陰極を構成する材料のバンドギャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを有している。そのため、保護層にバンドギャップエネルギー以上の光が照射された場合、この光は保護層によって吸収される。従って、本発明によれば、陰極では吸収不可能な波長領域についても吸収することができる。
さらに、保護層は光透過性機能を有するため、トップエミッション型の有機EL装置を採用した場合、機能層から出射される発光光を減衰させることなく観察者側に透過させることができる。
これらの結果、機能層と陰極との間に上記保護層を設けることによって、保護層の下層に形成される機能層を保護することができ、機能層の劣化を防止することができる。これにより、高輝度、かつ表示品質に優れた有機EL装置を実現することができる。
本発明は、機能層と陰極との間に保護層を設けている。そのため、陰極を成膜する際に照射される粒子等は、まず機能層上に設けられた保護層に衝突する。従って、保護層が緩衝材となり、直接機能層には粒子が照射されないため、照射される粒子等の衝突の際に発生する物理的衝撃又は熱等から機能層を保護することができる。
また、保護層は、陰極を構成する材料のバンドギャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを有している。そのため、保護層にバンドギャップエネルギー以上の光が照射された場合、この光は保護層によって吸収される。従って、本発明によれば、陰極では吸収不可能な波長領域についても吸収することができる。
さらに、保護層は光透過性機能を有するため、トップエミッション型の有機EL装置を採用した場合、機能層から出射される発光光を減衰させることなく観察者側に透過させることができる。
これらの結果、機能層と陰極との間に上記保護層を設けることによって、保護層の下層に形成される機能層を保護することができ、機能層の劣化を防止することができる。これにより、高輝度、かつ表示品質に優れた有機EL装置を実現することができる。
また本発明は、前記機能層が、ZnO又はSnO2を含有する材料から形成されている
ことも好ましい。
上述したように、光透過性機能を有する陰極を機能層上に成膜する場合には、スパッタ法、蒸着法、イオンプレーティング法等の方法が利用されている。
このとき、成膜装置から出射される粒子は、高い運動エネルギーを有している。そのため、この粒子が直接成膜装置から出射された状態で機能層に衝突すると、機能層は大きなダメージを受ける。これを防止するために、成膜中の圧力を高くし、成膜装置から出射された粒子を大気中で衝突させて、粒子の運動エネルギーを散乱させている。これにより、有機層への粒子の衝突の際の物理的衝撃等を緩衝させて、有機層へのダメージを回避している。本発明によれば、このような成膜中の高圧力下においても、ZnO又はSnO2を保護層に採用しているため、結晶性かつ機能層との付着強度に優れた層を形成することができる。
ことも好ましい。
上述したように、光透過性機能を有する陰極を機能層上に成膜する場合には、スパッタ法、蒸着法、イオンプレーティング法等の方法が利用されている。
このとき、成膜装置から出射される粒子は、高い運動エネルギーを有している。そのため、この粒子が直接成膜装置から出射された状態で機能層に衝突すると、機能層は大きなダメージを受ける。これを防止するために、成膜中の圧力を高くし、成膜装置から出射された粒子を大気中で衝突させて、粒子の運動エネルギーを散乱させている。これにより、有機層への粒子の衝突の際の物理的衝撃等を緩衝させて、有機層へのダメージを回避している。本発明によれば、このような成膜中の高圧力下においても、ZnO又はSnO2を保護層に採用しているため、結晶性かつ機能層との付着強度に優れた層を形成することができる。
また本発明は、前記保護層の膜厚が、5〜50nmであることも好ましい。
保護層の膜厚が5nm以下では、保護層の膜厚が薄いためバンドギャップエネルギーが
確立せず不適当であるからである。また、保護層の膜厚が50nm以上では、保護層の膜厚が厚いため、発光層から射出された発光光の透過率を低下させてしまうからである。本発明によれば、トップエミッション型の有機EL装置を採用した場合、機能層から出射される発光光を減衰させることなく観察者側に透過させることができる。また、保護層の下層に形成される機能層を保護することができ、機能層の劣化を防止することができる。
保護層の膜厚が5nm以下では、保護層の膜厚が薄いためバンドギャップエネルギーが
確立せず不適当であるからである。また、保護層の膜厚が50nm以上では、保護層の膜厚が厚いため、発光層から射出された発光光の透過率を低下させてしまうからである。本発明によれば、トップエミッション型の有機EL装置を採用した場合、機能層から出射される発光光を減衰させることなく観察者側に透過させることができる。また、保護層の下層に形成される機能層を保護することができ、機能層の劣化を防止することができる。
本発明は、上記有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法において、前記ZnO又はSnO2を含有する材料から形成される前記保護層を蒸着法により形成する工程を有することを特徴とする。
本発明によれば、保護層を蒸着法によって形成することにより、例えば、低温での保護層の成膜が可能である。また、高い運動エネルギーを持って機能層に衝突するため、機能層との付着強度に優れた保護層を形成することができる。従って、保護層の下層に形成される機能層に対して少ないダメージで保護層を形成することができる。
本発明によれば、保護層を蒸着法によって形成することにより、例えば、低温での保護層の成膜が可能である。また、高い運動エネルギーを持って機能層に衝突するため、機能層との付着強度に優れた保護層を形成することができる。従って、保護層の下層に形成される機能層に対して少ないダメージで保護層を形成することができる。
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス装置を備える電子機器である。
本発明の電子機器によれば、高輝度、かつ表示品質に優れた有機EL装置を実現することができる。
本発明の電子機器によれば、高輝度、かつ表示品質に優れた有機EL装置を実現することができる。
以下、本発明の最良の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の一部の態様を示すものであり、本発明を限定するものではない。また、以下の説明に用いる各図面では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさととするため、各層や各部材ごとに縮尺を適宜変更している。
[第1の実施形態]
図1(a)は、本発明の第1の実施形態であるEL(エレクトロルミネッセンス)表示装置101を示す平面構成図であり、(b)は、同、側面構成図である。
図1に示すように、EL表示装置101は、複数(図示では4枚)の素子基板70をタイル状に配列してなるEL表示体120と、このEL表示体120を、その裏面側(図示下面側)に設けられた接着層160を介して一体に支持する支持基板180(基板)とを主体として構成されている。
図1(a)は、本発明の第1の実施形態であるEL(エレクトロルミネッセンス)表示装置101を示す平面構成図であり、(b)は、同、側面構成図である。
図1に示すように、EL表示装置101は、複数(図示では4枚)の素子基板70をタイル状に配列してなるEL表示体120と、このEL表示体120を、その裏面側(図示下面側)に設けられた接着層160を介して一体に支持する支持基板180(基板)とを主体として構成されている。
EL表示体120は、図1(b)に示すように、複数の素子基板70と、それらに跨って対向配置された封止基板(封止体)30とを備えて構成されている。
素子基板70は、基板本体110と、この基板本体110上に設けられた表示領域50と、その周囲に設けられた駆動回路72,73とを備えており、表示領域50には、複数の画素71が平面視マトリクス状に配列形成されている。画素71は、後述の有機EL素子(発光素子)を備えており、有機EL素子の発光により得られた光を表示光として出力するようになっている。
そして、各素子基板70はそれぞれの表示領域50を面方向で突き合わせるようにして配置され、4つの表示領域50によりEL表示体120(EL表示装置101)の画像表示部111を形成している。前記駆動回路72、73は、係る画像表示部111の周囲を取り囲んで配置されている。
素子基板70は、基板本体110と、この基板本体110上に設けられた表示領域50と、その周囲に設けられた駆動回路72,73とを備えており、表示領域50には、複数の画素71が平面視マトリクス状に配列形成されている。画素71は、後述の有機EL素子(発光素子)を備えており、有機EL素子の発光により得られた光を表示光として出力するようになっている。
そして、各素子基板70はそれぞれの表示領域50を面方向で突き合わせるようにして配置され、4つの表示領域50によりEL表示体120(EL表示装置101)の画像表示部111を形成している。前記駆動回路72、73は、係る画像表示部111の周囲を取り囲んで配置されている。
なお、図1(a)では、図面を見易くするために素子基板70同士の境界70a、70bの近傍の表示領域50,50間の間隙を広く図示しているが、実際には、境界70a、70bを跨って隣接する画素71,71の間隔は極めて狭い幅になっており、また必要に応じて遮光処理等の境界を目立たなくする処理が施される。
また、本実施形態では各素子基板70に駆動回路72,73が備えられている構成としているが、素子基板70,70間の境界70a、70bにおいて相互の配線を接続することにより、少ない数の駆動回路によって複数の画素71を駆動可能に構成することもできる。
また、本実施形態では各素子基板70に駆動回路72,73が備えられている構成としているが、素子基板70,70間の境界70a、70bにおいて相互の配線を接続することにより、少ない数の駆動回路によって複数の画素71を駆動可能に構成することもできる。
また、素子基板70の表示領域50及び駆動回路72,73は、封止基板30側の基板本体110上に設けられており、さらに4つの表示領域50を含む画像表示部111は、図示略の接着層を介して対向配置された封止基板30によって封止されている。従って画像表示部111に設けられた有機EL素子から出力される光は封止基板30及び導電膜36を透過して図1(b)上側へ取り出されるようになっている。すなわち、本実施形態に係るEL表示装置101は、トップエミッション型の有機EL表示装置である。
基板180は、4枚の素子基板70を一体に支持する基板であり、またEL表示装置101の背面を成すものであるから、耐圧性や耐摩耗性、ガスバリア性、紫外線吸収性、低反射性等の機能を具備したものであることが好ましい。係る支持基板180としては、ガラス基板や最表面にDLC(ダイアモンドライクカーボン)層、珪素酸化物層、酸化チタン層などがコーティングされたプラスチックフィルム等が好適に用いられる。本実施形態では封止基板30側から表示光を取り出す形態であるため、封止基板30は透光性基板により構成され、支持基板180には不透明なものを用いることができる。
次に、図2から図4を参照して、前記EL表示装置101の詳細構成につき説明する。
図2は素子基板70の回路構成図である。
図2は素子基板70の回路構成図である。
図2に示す回路構成において、素子基板70は、複数の走査線131と、これら走査線131に対して交差する方向に延びる複数の信号線132と、これら信号線132に並列に延びる複数の電源線133とがそれぞれ配線されたもので、走査線131及び信号線132の各交点毎に、画素71が設けられて構成されたものである。
信号線132に対しては、シフトレジスタ、レベルシフタ、ビデオライン、及びアナログスイッチ等を備えるデータ線駆動回路72が設けられている。一方、走査線131に対しては、シフトレジスタ及びレベルシフタ等を備える走査線駆動回路73が設けられている。また、画素71の各々には、走査線131を介して走査信号がゲート電極に供給されるスイッチング用TFT(薄膜トランジスタ)122と、このスイッチング用TFT(薄膜トランジスタ)122を介して信号線132から供給される画像信号を保持する保持容量capと、保持容量capによって保持された画像信号がゲート電極に供給される駆動用TFT123と、この駆動用TFT123を介して電源線133に電気的に接続したときに電源線133から駆動電流が流れ込む陰極23と、この陰極23と陰極50との間に挟み込まれる後述する機能層60と、が設けられている。前記陰極23と陰極50と、機能層60とによって構成される素子が有機EL素子である。
このような構成のもとに、走査線131が駆動されてスイッチング用TFT122がオンとなると、そのときの信号線132の電位が保持容量capに保持され、該保持容量capの状態に応じて、駆動用TFT123のオン・オフ状態が決まる。そして、駆動用TFT123のチャネルを介して電源線133から陰極23に電流が流れ、さらに機能層60を通じて陰極50に電流が流れることにより、機能層60は、これを流れる電流量に応じて発光する。
図3は、図1に示すA−A‘線に沿った断面図である。
図3に示すように、EL表示装置101の基板180上には、基体本体110が形成されている。基体本体110上には、陽極23と、有機発光層65を含む機能層60と、陰極50とを備えた有機EL素子200がマトリクス状に配置されている。また、マトリクス状に配置された有機EL素子200を含む領域の全面には、これらを覆って接着層33、た封止基板30とが積層されている。この接着層33と封止基板30とにより、封止構造を形成している。なお、後述において有機EL素子200部分については詳細に説明する。
図3に示すように、EL表示装置101の基板180上には、基体本体110が形成されている。基体本体110上には、陽極23と、有機発光層65を含む機能層60と、陰極50とを備えた有機EL素子200がマトリクス状に配置されている。また、マトリクス状に配置された有機EL素子200を含む領域の全面には、これらを覆って接着層33、た封止基板30とが積層されている。この接着層33と封止基板30とにより、封止構造を形成している。なお、後述において有機EL素子200部分については詳細に説明する。
本実施形態におけるEL表示装置101は、基板本体110の対向側である封止基板30側から発光光を取り出すトップエミッション型を採用している。そのため、基体本体110としては、透明基板及び不透明基板のいずれの基板も使用することができる。不透明基板としては、例えばアルミナ等のセラミックス、ステンレススチール等の金属シートに表面酸化などの絶縁処理を施したものがあり、また耐衝撃性や軽量化を考慮して熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂、さらにはそのフィルム(プラスチックフィルム)等を使用しても良い。透明基板としては、透明導電材料からなるITO、IZO等を使用しても良い。
回路部11は、基板本体110上に形成され、陰極23を駆動するための駆動用TFT123等から構成されている。
回路部11は、基板本体110上に形成され、陰極23を駆動するための駆動用TFT123等から構成されている。
続けて、上記回路部11上に形成される有機EL素子200の断面構造について図3、4を参照して詳細に説明する。なお、図4においては、発明の理解を容易とするため、図3に示す回路部11等については省略している。
図4は、図3に示すEL表示装置の破線部分を拡大した断面図である。図4に示すように、基体本体110上には、有機EL素子200を構成する陽極23、機能層60、保護膜80及び陰極50がこの順に積層されている。
図4は、図3に示すEL表示装置の破線部分を拡大した断面図である。図4に示すように、基体本体110上には、有機EL素子200を構成する陽極23、機能層60、保護膜80及び陰極50がこの順に積層されている。
陽極23は、回路部11に形成されている駆動用TFT123の上層に形成され、陽極23の一部が駆動用TFT123に電気的に接続されている。この陽極23は、各駆動用TFT123の位置に対応して形成されている。そして、陽極23は、無機絶縁層25によって区画され、隣接する陰極50とは絶縁して形成されている。本実施形態におけるEL表示装置101はトップエミッション型を採用しているため、陽極23は導電材料、例えばAl、Mg、Li等の金属又はこれらの合金等の金属材料から形成されている。なお、上記基体本体110に不透明基板を採用した場合には、陽極23は、ITO等の透明導電材料によって形成することも可能である。
隔壁構造体(バンク221)は、上記無機絶縁層25上に陽極23を区画して形成され、区画された開口部221a内に後述する機能層60、陰極50等が配置される。本実施形態においては、この区画された開口部221a内に配置された陽極23、機能層60及び陰極50等によって有機EL素子200を構成している。
隔壁構造体(バンク221)は、上記無機絶縁層25上に陽極23を区画して形成され、区画された開口部221a内に後述する機能層60、陰極50等が配置される。本実施形態においては、この区画された開口部221a内に配置された陽極23、機能層60及び陰極50等によって有機EL素子200を構成している。
本実施形態において機能層60は、図4に示すように、陽極23上に形成され、正孔注入層40と正孔輸送層75と有機発光層65と電子注入層45と保護層80とをこの順に積層した構造によって構成されている。
正孔注入層40及び正孔輸送層75は、各有機EL素子200を区画するように形成された無機絶縁層25及び隔壁構造体(バンク)221の開口部221a内に形成されている。また、正孔注入層40及び正孔輸送層75は陽極23上に形成され、陽極23から注入された正孔を有機発光層65まで輸送するようになっている。
正孔注入層40及び正孔輸送層75は、例えばポリチオフェン誘導体、ポリピロール誘導体、又はこれらのドーピング体等の材料から形成されている。具体的には、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)の分散液等を用いて形成されている。
正孔注入層40及び正孔輸送層75は、各有機EL素子200を区画するように形成された無機絶縁層25及び隔壁構造体(バンク)221の開口部221a内に形成されている。また、正孔注入層40及び正孔輸送層75は陽極23上に形成され、陽極23から注入された正孔を有機発光層65まで輸送するようになっている。
正孔注入層40及び正孔輸送層75は、例えばポリチオフェン誘導体、ポリピロール誘導体、又はこれらのドーピング体等の材料から形成されている。具体的には、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)の分散液等を用いて形成されている。
有機発光層65は、上記正孔注入層40上に形成されている。具体的には、各有機EL素子200を区画するように形成された隔壁構造体(バンク)221の開口部221a内に形成されている。有機発光層65は、透明導電材料からなる陰極50から電子、陽極23から正孔が有機発光層65に注入され、電子と正孔とが再結合することにより発光するようになっている。
有機発光層65としては、蛍光あるいは燐光を発光することが可能な公知の発光材料を使用することができる。具体的には、高分子材料としては、(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、ポリメチルフェニルシラン(PMPS)等のポリシラン系等が好適に使用することができる。また、これらの高分子材料に、ペリレン系色素、クマリン系色素、ローダミン系色素などの高分子系材料や、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使用することもできる。一方、低分子材料としては、アルミニウム錯体、オキサジアゾール類、希土類錯体、イリジウム錯体等の各種発光色素を使用することができる。
有機発光層65としては、蛍光あるいは燐光を発光することが可能な公知の発光材料を使用することができる。具体的には、高分子材料としては、(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、ポリメチルフェニルシラン(PMPS)等のポリシラン系等が好適に使用することができる。また、これらの高分子材料に、ペリレン系色素、クマリン系色素、ローダミン系色素などの高分子系材料や、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使用することもできる。一方、低分子材料としては、アルミニウム錯体、オキサジアゾール類、希土類錯体、イリジウム錯体等の各種発光色素を使用することができる。
電子注入層45は、有機発光層65上に形成されている。具体的には、各有機EL素子200を区画するように形成された隔壁構造体(バンク)221の開口部221a内に形成されている。また、電子注入層45は、有機発光層65と有機発光層65上に形成される保護層80との接合性を向上させるためのバッファとして使用されている。電子注入層45は、透明材料であるBCP(bathocuproine)にアルカリ金属を含有した材料から形成されている。なお、上記電子注入層45には、カルシウムやマグネシウム、リチウム、ナトリウム、ストロンチウム、バリウム、セシウムを主成分とした金属又はこれらの金属化合物等を使用することも好ましい。
本実施形態で特徴的な点は、保護層80が上記電子注入層45上に形成されている点でる。具体的には、図3、4に示すように、各有機EL素子200を区画するように形成された隔壁構造体(バンク)221の開口部221a内に形成されている。保護層80は、ITOから構成される陰極50の形成時に、照射される粒子等の衝突によって発生する物理的衝撃又は熱等から保護する機能を有している。この保護層80の膜厚としては、例えば5〜50nm程度が好ましく、さらにより好ましくは10〜20nm程度である。
また、保護層80は、ZnO又はSnO2等のITOから構成される陰極50よりもバンドギャップエネルギーが小さい材料から形成されている。上記保護層80がZnOから形成される場合、このZnOのバンドギャップエネルギーは約3.4eVであり、約360nm以下の波長を吸収する。一方、ITOからなる陰極50のみを有機発光層65上に形成した場合、ITOからなる陰極50のバンドギャップエネルギーは約3.7eVであり、約330nm以下の波長を吸収する。従って、仮に、EL表示装置200の基板120とは反対側の外部から有機EL素子200内部に、例えば、350nmの電磁波が進入した場合であっても、有機発光層65と陰極50との間に保護層80であるZnOを設けられているため、上記電磁波を遮断することができる。従って、保護層80によれば、外部から進入する電磁波から有機発光層65を保護し、有機発光層65の劣化を防止することができる。
また、上記保護層80にSnO2を採用した場合、SnO2のバンドギャップエネルギーは約3.57eVであり、約347nm以下の紫外線を吸収する。従って、ZnOから形成される保護層80と同様に、ITOからなる陰極50では遮断することができない波長を遮断することができる。この結果、外部から進入する電磁波から有機発光層65を保護することができ、有機発光層65の劣化を防止することができるようになっている。
また、上記保護層80にSnO2を採用した場合、SnO2のバンドギャップエネルギーは約3.57eVであり、約347nm以下の紫外線を吸収する。従って、ZnOから形成される保護層80と同様に、ITOからなる陰極50では遮断することができない波長を遮断することができる。この結果、外部から進入する電磁波から有機発光層65を保護することができ、有機発光層65の劣化を防止することができるようになっている。
陰極50は、隔壁構造体221及び隔壁構造体(バンク)221の開口部221a内に形成された保護層80の上面、さらには隔壁構造体221の外側部を形成する壁面を覆ってほぼ全面に形成されている。この陰極50は、図3に示すように隔壁構造体221の外側であって基板本体110の周縁領域に延在する陰極用配線202に接続されている。また、陰極用配線202は、図示略の配線を介して駆動回路72,73乃至外部接続端子を介して外部の回路に電気的に接続されるようになっている。
陰極50は、本実施形態に係るEL表示装置101がトップエミッション型であることから、光透過性の導電材料により形成する必要があり、このような透光性導電材料としては、典型的にはITOが用いられるが、他の透明導電材料例えばIZO(Indium Zinc Oxide、酸化インジウム・酸化亜鉛系アモルファス透明導電膜(登録商標))(出光興産社製)を用いることも好ましい。
なお、基板本体110上に設けられる構成部材のうち基板本体110側から陰極50までにより先の素子基板70が構成されており、複数の素子基板70を平面的に配列することでEL表示体120が構成されている。
陰極50は、本実施形態に係るEL表示装置101がトップエミッション型であることから、光透過性の導電材料により形成する必要があり、このような透光性導電材料としては、典型的にはITOが用いられるが、他の透明導電材料例えばIZO(Indium Zinc Oxide、酸化インジウム・酸化亜鉛系アモルファス透明導電膜(登録商標))(出光興産社製)を用いることも好ましい。
なお、基板本体110上に設けられる構成部材のうち基板本体110側から陰極50までにより先の素子基板70が構成されており、複数の素子基板70を平面的に配列することでEL表示体120が構成されている。
陰極50上には、隔壁構造体221よりも広い範囲で、かつ陰極50を覆う接着層33が設けられており、この接着層33上には封止基板30が披着されている。接着層33は、基板本体110の外周部に立設された離間部材35と、離間部材35の上端面に当接する封止基板30とにより囲まれた内側に封入されており、封止基板30と基板本体110(素子基板70)とを接合している。
接着層33は、例えばウレタン系、アクリル系、エポキシ系、ポリオレフィン系などの樹脂材料からなるものであり、後述する封止基板30より柔軟でガラス転移点の低い材料により構成されて接着材として機能するものである。このような樹脂材料には、シランカップリング剤又はアルコキシシランを添加しておくのが好ましく、このようにすれば、形成される接着層33と封止基板30との密着性がより良好になり、従って機械的衝撃に対する緩衝機能が高くなる。また接着層33は、ディスペンサ等により液状の樹脂材料を基板本体110上に塗布し、封止基板30を被着した状態で固化することにより形成できる。また接着層33は、封止基板30を接着する機能に加え、その内側に酸素や水分が浸入するのを防止する機能も有しており、これにより陰極50や有機発光層60への酸素や水分の浸入を防止し、もって陰極50や有機発光層60の劣化等を抑えるようにしている。
封止基板30は、接着層33とともに有機EL素子200を封止する封止構造を成しており、好ましくは耐圧性や耐摩耗性、外部光反射防止性、ガスバリア性、紫外線遮断性などの機能の少なくとも一つを有する部材とされる。具体的には、ガラス基板や最表面にDLC(ダイアモンドライクカーボン)層、珪素酸化物層、チタン酸化物層などがコーティングされたプラスチックフィルム等が好適に用いられる。
隔壁構造体221より外側の陰極用配線202上の領域には、離間部材35が立設されている。この離間部材35は、基板本体110と封止基板30との間に介挿されることにより前記両基板を所定間隔にて離間する作用を奏する。この離間部材35は、平面的には、隔壁構造体221及び陰極50を取り囲む概略矩形枠状に形成される。
離間部材35は、アクリル樹脂等の有機材料、シリコン酸化物等の無機材料等により形成され、フォトリソグラフィー技術や印刷法等を用いて所定形状にパターン形成する方法が適用できる。
離間部材35は、アクリル樹脂等の有機材料、シリコン酸化物等の無機材料等により形成され、フォトリソグラフィー技術や印刷法等を用いて所定形状にパターン形成する方法が適用できる。
続けて、有機発光層65と陰極50との間に保護層80を設けた場合の有機EL素子200の諸特性を以下に説明する。
図5(a)は、有機発光層65と陰極50との間に、保護層80を形成した場合の有機EL素子200における電圧−電流特性を示した図である。ここで、図5(a)に示す曲線のうち、実線が本実施形態のEL表示装置の測定結果を示すものである。一方、破線で示す曲線は、従来から利用されている方法に基づく測定結果を示すものであり、有機発光層65上に直接陰極を成膜したEL表示装置の場合を示している。
図5(a)は、有機発光層65と陰極50との間に、保護層80を形成した場合の有機EL素子200における電圧−電流特性を示した図である。ここで、図5(a)に示す曲線のうち、実線が本実施形態のEL表示装置の測定結果を示すものである。一方、破線で示す曲線は、従来から利用されている方法に基づく測定結果を示すものであり、有機発光層65上に直接陰極を成膜したEL表示装置の場合を示している。
陽極23と陰極50間に一定の電圧を印加し、有機EL素子200に流れる電流を計測した。その結果、図5(a)のグラフに示すように、本実施形態の有機EL素子の方が従来の有機EL素子と比較して、一定の電流を有機EL素子に流す場合に、従来例より低い電圧で流すことができる。これは、保護層80により機能層60の劣化を防止することができるため、低い電圧で大きな電流を流すことができるということを示している。
図5(b)は、有機発光層65と陰極50との間に、保護層80を形成した場合の有機EL素子200における電流密度−輝度特性を示した図である。ここで、図5(b)に示す曲線のうち、実線が本実施形態のEL表示装置の測定結果を示すものである。一方、破線で示す曲線は、従来から利用されている方法に基づく測定結果を示すものであり、有機発光層65上に直接陰極を成膜したEL表示装置の場合を示している。
陽極23と陰極50間に一定の電圧を印加し、有機EL素子200に電流を流した場合の陰極50側から出射される発光光の輝度を計測した。図5(b)のグラフに示すように、本実施形態の有機EL装置の方が従来の有機EL装置と比較して、一定の発光輝度を得る場合に、従来より低い電流密度で得ることができる。これは、保護層80により機能層60の劣化を防止することができるため、低い電流密度で同等の発光輝度を得るということを示している。
以上説明したように、本実施形態では、機能層60(電子注入層45)と陰極50との間に保護層80を形成している。そのため、陰極50を成膜する際に照射される粒子等は、まず機能層60上に形成された保護層80に衝突する。従って、保護層80が緩衝材となり、直接機能層60には粒子が照射されないため、照射される粒子等の衝突の際に発生する物理的衝撃又は熱等から機能層60を保護することができる。
また、保護層80は、陰極50のバンドギャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを有している。そのため、保護層80にバンドギャップエネルギー以上の光が照射された場合、この光は保護層80によって吸収される。従って、本実施形態によれば、陰極50では吸収不可能な波長領域についても吸収することができる。
さらに、保護層80は光透過性機能を有するため、トップエミッション型の有機EL装置101を採用した場合、機能層60から出射される発光光を減衰させることなく観察者側に透過させることができる。
これらの結果、機能層60と陰極50との間に上記保護層80を形成することによって、保護層80の下層に形成される機能層60を保護することができ、機能層60の劣化を防止することができる。これにより、高輝度、かつ表示品質に優れた有機EL装置101を実現することができる。
また、保護層80は、陰極50のバンドギャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを有している。そのため、保護層80にバンドギャップエネルギー以上の光が照射された場合、この光は保護層80によって吸収される。従って、本実施形態によれば、陰極50では吸収不可能な波長領域についても吸収することができる。
さらに、保護層80は光透過性機能を有するため、トップエミッション型の有機EL装置101を採用した場合、機能層60から出射される発光光を減衰させることなく観察者側に透過させることができる。
これらの結果、機能層60と陰極50との間に上記保護層80を形成することによって、保護層80の下層に形成される機能層60を保護することができ、機能層60の劣化を防止することができる。これにより、高輝度、かつ表示品質に優れた有機EL装置101を実現することができる。
(有機EL装置の製造方法)
次に、本実施形態の有機EL装置の製造方法について詳細に説明する。
なお、基板120上に回路部11を形成する工程、及び陰極50を形成する工程以降の工程については、公知技術が採用されるため説明を省略する。また、保護層80の形成、ITOからなる陰極50の形成を除いては簡略化して説明する。
次に、本実施形態の有機EL装置の製造方法について詳細に説明する。
なお、基板120上に回路部11を形成する工程、及び陰極50を形成する工程以降の工程については、公知技術が採用されるため説明を省略する。また、保護層80の形成、ITOからなる陰極50の形成を除いては簡略化して説明する。
まず、基板120の回路部11上に、陽極23となるAl等からなる導電材料をインクジェット法により成膜する。この成膜した導電材料を所定形状にパターニングすることによって陽極23を形成する。次に、仕切部材として上記陽極23を区画するように隔壁構造体221を、フォトリソグラフィー法により形成する。次に、陽極23上に、正孔注入層40、正孔輸送層75をこの順にインクジェット法により成膜する。次に、正孔輸送層75上に、有機発光層65、電子注入層45をインクジェット法により成膜する。なお、上記陰極23、正孔注入層40及び正孔輸送層75は、蒸着法、イオンプレーティング法等の各種方法により形成することも可能である。
次に、電子注入層45上に保護層80を形成する方法について説明する。
保護層80は、真空蒸着法により電子注入層45上の全面に成膜する。まず、電子注入層45まで形成された有機EL装置200を真空チャンバー内部に配置し、真空チャンバー内部の大気を排気して減圧する。次に、真空チャンバー内部に予め設置されている蒸発源に保護層80となるZnOタブレットを配置する。ここで、蒸発源としては、箔状加熱蒸着源用ヒータ等に電流を流し、発生する電熱を利用する抵抗加熱蒸着源を採用している。
保護層80は、真空蒸着法により電子注入層45上の全面に成膜する。まず、電子注入層45まで形成された有機EL装置200を真空チャンバー内部に配置し、真空チャンバー内部の大気を排気して減圧する。次に、真空チャンバー内部に予め設置されている蒸発源に保護層80となるZnOタブレットを配置する。ここで、蒸発源としては、箔状加熱蒸着源用ヒータ等に電流を流し、発生する電熱を利用する抵抗加熱蒸着源を採用している。
次に、蒸発源に電圧を印加し、ZnOタブレットを溶解する。ZnOの沸点は約1100℃であるため、この付近まで蒸発源を加熱する。これにより蒸発した材料(ZnO)は、電子注入層45上に堆積し、保護層80としてのZnOの薄膜を形成する。本実施形態において、ZnOの膜厚としては、5〜50nm程度に形成している。従って、電子注入層45上にZnOの膜厚が5〜50nm、及び均一な膜厚分布となるように、蒸発源と電子注入層45との位置関係、装置の圧力、電力、成膜時間等を制御する。このようにして、電子注入層45上に保護層80を形成する。なお、保護層80の形成は、イオンプレーティング法、スパッタ法、インクジェット法等の各種方法を適用することが可能である。
次に、保護層80上にITOからなる陰極50を形成する方法を説明する。
陰極50は、図3に示すように、イオンプレーティング法により保護層80及び上述した隔壁構造体221上の全面に成膜する。イオンプレーティング法は、ガスプラズマを利用して、蒸着粒子の一部をイオン等として活性化して蒸着する方法である。従って、真空蒸着装置としては、放電によるプラズマ発生装置と蒸発源を兼ね備えたものを使用する。
まず、保護層80まで形成された有機EL装置200を真空チャンバー内部に配置し、真空チャンバー内部の大気を排気して減圧する。真空チャンバー内部の圧力は、2〜20mtorrの範囲に設定する。次に、真空チャンバー内部に予め設置されている蒸発源に陰極50となる透明導電材料を配置する。
陰極50は、図3に示すように、イオンプレーティング法により保護層80及び上述した隔壁構造体221上の全面に成膜する。イオンプレーティング法は、ガスプラズマを利用して、蒸着粒子の一部をイオン等として活性化して蒸着する方法である。従って、真空蒸着装置としては、放電によるプラズマ発生装置と蒸発源を兼ね備えたものを使用する。
まず、保護層80まで形成された有機EL装置200を真空チャンバー内部に配置し、真空チャンバー内部の大気を排気して減圧する。真空チャンバー内部の圧力は、2〜20mtorrの範囲に設定する。次に、真空チャンバー内部に予め設置されている蒸発源に陰極50となる透明導電材料を配置する。
次に、蒸発源に電圧を印加し、透明導電材料を溶解する。このとき、蒸発源には、20
〜200Aの範囲の電流を流す。そして、Ar等の不活性ガスをプラズマ発生装置に導入してプラズマを発生させる。これによって蒸発した透明導電材料は、プラズマ中を通過する際、イオン化され、保護層80上に高い運動エネルギーを持って衝突し、保護層80上に堆積する。このとき、保護層80上に陰極50が所定の膜厚及び均一な膜厚分布となるように、蒸発源と陰極50との位置関係、装置の圧力、電力、成膜時間等を制御する。このようにして、保護層80上にITOからなる陰極50を形成する。なお、ITOからなる陰極50は、真空蒸着法、スパッタ法、インクジェット法等の各種方法を適用することが可能である。
〜200Aの範囲の電流を流す。そして、Ar等の不活性ガスをプラズマ発生装置に導入してプラズマを発生させる。これによって蒸発した透明導電材料は、プラズマ中を通過する際、イオン化され、保護層80上に高い運動エネルギーを持って衝突し、保護層80上に堆積する。このとき、保護層80上に陰極50が所定の膜厚及び均一な膜厚分布となるように、蒸発源と陰極50との位置関係、装置の圧力、電力、成膜時間等を制御する。このようにして、保護層80上にITOからなる陰極50を形成する。なお、ITOからなる陰極50は、真空蒸着法、スパッタ法、インクジェット法等の各種方法を適用することが可能である。
以上説明したように、保護層80を蒸着法によって形成することにより、高い運動エネルギーを持って機能層60に衝突するため、機能層60との付着強度に優れた保護層80を形成することができる。従って、保護層80の下層に形成される機能層60に対して少ないダメージで保護層80を形成することができる。
また、陰極50をイオンプレーティング法により形成することにより、蒸着法と比較して高い運動エネルギーを持って保護層80に衝突するため、保護層80との付着強度に優れた陰極50を形成することができる。
また、陰極50をイオンプレーティング法により形成することにより、蒸着法と比較して高い運動エネルギーを持って保護層80に衝突するため、保護層80との付着強度に優れた陰極50を形成することができる。
[電子機器]
図6は、本発明に係る電子機器の一例を示す斜視構成図である。
図6に示す映像モニタ1200は、先の実施形態のEL表示装置を備えた表示部1201と、筐体1202と、スピーカ1203等を備えて構成されている。そして、この映像モニタ1200は、先のEL表示装置により明るく視認性に優れた表示が可能である。
図6は、本発明に係る電子機器の一例を示す斜視構成図である。
図6に示す映像モニタ1200は、先の実施形態のEL表示装置を備えた表示部1201と、筐体1202と、スピーカ1203等を備えて構成されている。そして、この映像モニタ1200は、先のEL表示装置により明るく視認性に優れた表示が可能である。
上記実施の形態のEL装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピュータ、デジタルスチルカメラ、ビューファインダ型あるいは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、POS端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段、あるいはプリンタヘッドの光源手段として好適に用いることができ、いずれの電子機器においても、高輝度の発光が得られるものとなっている。
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
本実施形態において保護層80として採用することができる材料としては、上記ZnO又はSnO2に限定されることはない。ITOから形成される陰極50よりもバンドギャップエネルギーが小さく、かつ、透明導電材料からなる材料であれば適宜適用可能である。例えば、ICO、IGO等の透明導電膜として知られる高融点材料を採用することも可能である。
本実施形態において保護層80として採用することができる材料としては、上記ZnO又はSnO2に限定されることはない。ITOから形成される陰極50よりもバンドギャップエネルギーが小さく、かつ、透明導電材料からなる材料であれば適宜適用可能である。例えば、ICO、IGO等の透明導電膜として知られる高融点材料を採用することも可能である。
23…陽極、 50…陰極、 60…機能層、 80…保護層、 180…支持基体(基板)
Claims (5)
- 基板とは反対側に発光光を出射する有機エレクトロルミネッセンス装置であって、
前記基板と、
前記基板上に設けられた陽極と、
前記陽極上に設けられた発光層を含む機能層と、
前記機能層上に設けられた陰極と、を含み、
前記機能層と陰極との間に前記陰極を構成する材料のバンドギャップエネルギーよりも小さく、かつ光透過性を有する保護層が設けられたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置。 - 前記保護層が、ZnO又はSnO2を含有する材料から形成されていることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
- 前記保護層の膜厚が、5〜50nmであることを特徴とする請求項1又は請求項2に
記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。 - 前記請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法において、前記ZnO又はSnO2を含有する材料から形成される前記保護層を蒸着法により形成する工程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装置の製造方法。
- 前記請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置を備える電子機器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004225395A JP2006048989A (ja) | 2004-08-02 | 2004-08-02 | 有機エレクトロルミネッセンス装置及び製造方法、並びに電子機器 |
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-
2004
- 2004-08-02 JP JP2004225395A patent/JP2006048989A/ja not_active Withdrawn
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