JP2006107920A

JP2006107920A - 自発光装置

Info

Publication number: JP2006107920A
Application number: JP2004292782A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Fukuda; 善教福田
Original assignee: Tohoku Pioneer Corp
Current assignee: Tohoku Pioneer Corp
Priority date: 2004-10-05
Filing date: 2004-10-05
Publication date: 2006-04-20
Also published as: CN1758817A; US20060071885A1; DE102005047705A1

Abstract

【課題】自発光装置の非駆動時における自発光素子内の内部電荷を除去することで、自発光装置の良好な発光性能を維持する。
【解決手段】一対の電極１１，１２間に発光層を含む層構造１３が形成された自発光素子１とこの自発光素子１の発光・非発光を制御する制御手段２を備え、自発光素子１は、基板１０上に第１の電極（下部電極）１１，層構造１３，第２の電極（上部電極）１２を積層させた構造を有し、電極１１，１２が引出配線４Ａ，４Ｂを介して制御手段２に接続されている。制御手段２の駆動終了時に、自発光素子１の少なくとも一方の電極（図示の例では電極１１，１２の両方）に対して、自発光素子１内の内部電荷を排出する電荷流路を形成する内部電荷排出手段３を設けている
【選択図】図１

Description

本発明は、自発光装置に関するものである。

有機ＥＬ（ＯＥＬ；Organic Electroluminescence）装置、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ；Organic Light Emitting Diode）等の自発光装置は、フラットディスプレイ、照明、スキャナ等の光源等の各種用途に高機能を発揮できるものとして注目を集めている。特に表示装置としては、ＲＧＢ各色で所望の輝度効率が得られ、駆動電圧が数〜数十ボルト程度と低く、斜めの角度から見ても高い視認性が得られるという特徴を持っている。

この自発光装置は、アノード（陽極、或いは正孔注入電極）とカソード（陰極、電子注入電極）との間にｐｎ接合を有する半導体層を挟み込んだ基本構造を有する自発光素子を発光要素として備えており、低分子型有機ＥＬ装置の場合には、この半導体層が発光層を含む有機層の積層構造で形成されている。また、高分子型有機ＥＬ装置のように、バイポーラ性の材料を単層または複数層積層した構造で形成されることもある。そして、アノード，カソードの両電極に電圧を印加することにより、アノードから有機層内に注入・輸送された正孔とカソードから有機層内に注入・輸送された電子がこの有機層（例えば発光層）内にて再結合し、この再結合によって得られる励起状態からのエネルギー放出によって発光を呈するものである。

このような自発光装置では、半導体層、特に有機層は各種機能を有する積層構造になっており、このような構造では、各層の界面、電極と層との界面にキャリア（正孔又は電子）がトラップする現象が起こり、このトラップキャリア（内部電荷）が自発光素子内に内部電場を形成して、これが素子劣化の原因になって素子の寿命が短くなることが指摘されている。そして、この内部電荷による素子劣化を解消するために、下記特許文献１には、自発光素子の駆動電源に近い方の一端の電位を駆動時に一時的に下げる電位変動回路を設け、この電位変動回路が自発光素子の一端の電位を下げることにより、自発光素子に対して発光時とは逆のバイアスをかけて内部電荷をリセットすることが開示されている。

特開２００３−２８０５８５号公報

前述した従来技術によると、自発光装置の駆動中に自発光素子内の内部電荷をリセットすることは可能であるが、自発光装置の駆動終了時には、電位変動回路を作動させることができないので、この内部電荷を除くことができない。

しかしながら、自発光装置の非駆動時であっても、外部からの光照射によって自発光素子内に光電流が発生し、これによって内部電荷が生じることがあり、また、周辺の静電気による帯電によっても内部電荷が発生する状況も考えられる。そして、自発光装置の非駆動時に自発光素子内に内部電荷が発生した場合には、この内部電荷が層構造の不均一などによって集中すると、リーク経路の形成や放電による層構造の破損が生じることがあり、自発光装置の駆動時における発光性能を劣化させる不具合が生じることが考えられる。また、内在する電荷の移動や蓄積電荷によって生じる内部電界が素子の輝度劣化等を引き起こすことがある。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、自発光装置の非駆動時における自発光素子内の内部電荷を除去することで、自発光装置の良好な発光性能を維持することが本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明による自発光装置は、以下の各独立請求項に係る構成を少なくとも具備するものである。

［請求項１］一対の電極間に発光層を含む層構造が形成された自発光素子と該自発光素子の発光・非発光を制御する制御手段を備えた自発光装置であって、前記制御手段の駆動終了時に、前記自発光素子の少なくとも一方の電極に対して、前記自発光素子内の内部電荷を排出する電荷流路を形成する内部電荷排出手段を設けたことを特徴とする自発光装置。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態に係る自発光装置を示した説明図である。この自発光装置は、一対の電極１１，１２間に発光層を含む層構造１３が形成された自発光素子１とこの自発光素子１の発光・非発光を制御する制御手段２を備えている。自発光素子１は、例えば、基板１０上に第１の電極（下部電極）１１，層構造１３，第２の電極（上部電極）１２を積層させた構造を有し、電極１１，１２が引出配線４Ａ，４Ｂを介して制御手段２に接続されている。そして、制御手段２の駆動終了時に、自発光素子１の少なくとも一方の電極（図示の例では電極１１，１２の両方）に対して、自発光素子１内の内部電荷を排出する電荷流路を形成する内部電荷排出手段３を設けている。ここでは、引出配線４Ｃ，４Ｄを介して電極１１，１２が内部電荷排出手段３と接続されており、この引出配線４Ｃ，４Ｄを介して電荷流路が形成されている。

これによると、内部電荷排出手段３は、制御手段２の駆動終了時に自発光素子１内の内部電荷を排出する電荷流路を形成するので、自発光装置の非駆動時に、外部からの光照射や周辺の静電気の影響で自発光素子１内に内部電荷が発生しても、これを電荷流路を通して速やかに排出することができる。よって、自発光素子１内の内部電荷による不具合を未然に防止することができ、非駆動状態で長期間保管するような場合にも自発光装置の損傷或いは劣化が起こらない。

図２は、本発明の更に具体的な実施形態を示す説明図である（前述の実施形態と同一部位は同一符号を付して重複説明を一部省略する）。この実施形態に係る自発光装置は、内部電荷排出手段３Ａとして、制御手段２の駆動終了時に作動して、自発光素子１の少なくとも一方の電極（図示の例では電極１１，１２の両方）をアースＧに接地する接地機能を有す線路切り換え手段３Ａ_１，３Ａ_２を備えている。

すなわち、自発光装置の発光・非発光駆動時には、同図（ａ）に示すように、電極１１，１２の引出配線４Ａ，４Ｂが制御手段２側に接続されるように線路切り換え手段３Ａ_１，３Ａ_２が作動しており、自発光装置の非駆動時には、同図（ｂ）に示すように、電極１１，１２の引出配線４Ａ，４ＢがアースＧ側に接続されるように線路切り換え手段３Ａ_１，３Ａ_２が作動している。この線路切り換え手段３Ａ_１，３Ａ_２は制御手段２から駆動終了時に発せられる信号によって自動で線路を切り換えるように作動するもの、或いは駆動終了をユーザが確認して手動で線路を切り換えることができるものの何れであっても良い。

これによっても、前述の実施形態と同様に、自発光装置の非駆動時に自発光素子１内に内部電荷が発生しても、これをアースに流して速やかに排出することができる。よって、自発光素子１内の内部電荷による不具合を未然に防止することができ、非駆動状態で長期間保管するような場合にも自発光装置の損傷或いは劣化が起こらない。

図３は、本発明の更に具体的な他の実施形態を示す説明図である（前述の実施形態と同一部位は同一符号を付して重複説明を一部省略する）。この実施形態に係る自発光装置は、内部電荷排出手段３Ｂとして、制御手段２の駆動終了時に作動して、自発光素子１の両電極１１，１２を短絡させる短絡機能を有す線路切り換え手段３Ｂ_１，３Ｂ_２を備えている。

すなわち、自発光装置の発光・非発光駆動時には、同図（ａ）に示すように、電極１１，１２の引出配線４Ａ，４Ｂが制御手段２側に接続されるように線路切り換え手段３Ｂ_１，３Ｂ_２が作動しており、自発光装置の非駆動時には、同図（ｂ）に示すように、電極１１，１２の引出配線４Ａ，４Ｂが互いに接続されて電極１１，１２間が短絡するように線路切り換え手段３Ｂ_１，３Ｂ_２が作動している。この線路切り換え手段３Ｂ_１，３Ｂ_２は制御手段２から駆動終了時に発せられる信号によって自動で線路を切り換えるように作動するもの、或いは駆動終了をユーザが確認して手動で線路を切り換えることができるものの何れであっても良い。

これによっても、前述の実施形態と同様に、自発光装置の非駆動時に自発光素子１内に内部電荷が発生しても、これを他方の電極に流して速やかに排出することができる。よって、自発光素子１内の内部電荷による不具合を未然に防止することができ、非駆動状態で長期間保管するような場合にも自発光装置の損傷或いは劣化が起こらない。

図４は、前述した自発光素子として一対の電極間に発光層を含む有機層を挟持して成る有機ＥＬ素子を採用した自発光装置のパネル（有機ＥＬパネル）構造例を示した説明図である。

有機ＥＬパネル１００の基本構成は、第１電極３１と第２電極３２との間に有機発光機能層を含む有機材料層３３を挟持して基板２０上に複数の有機ＥＬ素子３０を形成したものである。図示の例では、基板２０上に酸化シリコン被覆層２０ａを形成しており、その上に形成される第１電極３１をＩＴＯ等の透明電極からなる陽極に設定し、第２電極３２をＡｌ等の金属材料からなる陰極に設定して、基板２０側から光を取り出すボトムエミッション方式を構成している。また、有機材料層３３としては、正孔輸送層３３Ａ，発光層３３Ｂ，電子輸送層３３Ｃの３層構造の例を示している。そして、基板２０と封止部材４０とを接着層４１を介して貼り合わせることによって基板２０上に封止空間Ｍを形成し、この封止空間Ｍ内に有機ＥＬ素子３０からなる表示部を形成している。

この有機ＥＬ素子の製造方法は、従来から知られている方法で形成することができる。これらの方法を例示すると、低分子有機材料を真空蒸着にて成膜する方法、高分子有機材料を印刷法にて成膜する方法、予め形成した有機ＥＬフィルムをレーザで基板側に転写させるレーザ熱転写法（ＬＩＴＩ（Laser-induced Thermal Imaging）法）等を挙げることができる。

有機ＥＬ素子３０からなる表示部は、図示の例では、第１電極３１を絶縁層３４で区画しており、区画された第１電極３１の下に各有機ＥＬ素子３０による単位表示領域（３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ）を形成している。また、封止空間Ｍを形成する封止部材４０の内面には乾燥手段４２が取り付けられて、湿気による有機ＥＬ素子３０の劣化を防止している。

また、基板２０の端部には、第１電極３１と同材料，同工程で形成される第１の電極層２１Ａが、第１電極３１とは絶縁層３４で絶縁された状態でパターン形成されている。第１の電極層２１Ａの引出部分には、低抵抗金属又は合金等を含む低抵抗配線部分を形成する第２の電極層２１Ｂが形成されており、更にその上に、必要に応じてＩＺＯ等の保護被膜２１Ｃが形成されて、第１の電極層２１Ａ，第２の電極層２１Ｂ，保護被膜２１Ｃからなる引出配線２１が形成されている。そして、封止空間Ｍ内端部で第２電極３２の端部３２ａが引出配線２１に接続されている。

第１電極３１の引出配線は、図示省略しているが、第１電極３１を延出して封止空間Ｍ外に引き出すことによって形成することができる。この引出配線においても、前述した第２電極３２の場合と同様に、低抵抗金属又は合金等を含む低抵抗配線部分を形成する電極層を形成することもできる。

以下に、前述した有機ＥＬパネル１００の細部について、更に具体的に説明する。

ａ．電極；
第１電極３１，第２電極３２は、一方が陰極側、他方が陽極側に設定される。陽極側は陰極側より仕事関数の高い材料で構成され、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）等の金属膜やＩＴＯ、ＩＺＯ等の酸化金属膜等の透明導電膜が用いられる。逆に陰極側は陽極側より仕事関数の低い材料で構成され、アルカリ金属（Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ）、アルカリ土類金属（Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）、希土類金属等、仕事関数の低い金属、その化合物、又はそれらを含む合金、ドープされたポリアニリンやドープされたポリフェニレンビニレン等の非晶質半導体、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、Ｍｎ_２Ｏ_５等の酸化物を使用できる。また、第１電極３１，第２電極３２ともに透明な材料により構成した場合には、光の放出側と反対の電極側に反射膜を設けた構成にすることもできる。

引出配線（図示の引出配線１４及び第１電極３１の引出配線）には、有機ＥＬパネル１００を駆動する駆動回路部品やフレキシブル配線基板が接続されるが、可能な限り低抵抗に形成することが好ましく、前述したように、Ａｇ合金或いはＡＰＣ，Ｃｒ，Ａｌ等の低抵抗金属電極層を積層するか、或いはこれらの低抵抗金属電極単独で形成することができる。

ｂ．有機材料層；
有機材料層３３は、少なくとも有機ＥＬ発光機能層を含む単層又は多層の有機化合物材料層からなるが、層構成はどのように形成されていても良い。低分子有機ＥＬの場合、一般には、図４に示すように、陽極側から陰極側に向けて、正孔輸送層３３Ａ、発光層３３Ｂ、電子輸送層３３Ｃを積層させたものを用いることができるが、発光層３３Ｂ、正孔輸送層３３Ａ、電子輸送層３３Ｃはそれぞれ１層だけでなく複数層積層して設けても良く、正孔輸送層３３Ａ、電子輸送層３３Ｃについてはどちらかの層を省略しても、両方の層を省略しても構わない。また、正孔注入層、電子注入層等の有機材料層を用途に応じて挿入することも可能である。正孔輸送層３３Ａ、発光層３３Ｂ、電子輸送層３３Ｃは従来の使用されている材料（高分子材料、低分子材料を問わない）を適宜選択して採用できる。

また、発光層３３Ｂを形成する発光材料においては、１重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と３重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（りん光）のどちらを採用しても良い。

ｃ．封止部材（封止膜）；
有機ＥＬパネル１００において、有機ＥＬ素子３０を気密に封止するための封止部材４０としては、金属製，ガラス製，プラスチック製等による板状部材又は容器状部材を用いることができる。ガラス製の封止基板にプレス成形，エッチング，ブラスト処理等の加工によって封止用凹部（一段掘り込み、二段掘り込みを問わない）を形成したものを用いることもできるし、或いは平板ガラスを使用してガラス（プラスチックでも良い）製のスペーサにより基板２０との間に封止空間Ｍを形成することもできる。

有機ＥＬ素子３０を気密に封止するためには、封止部材４０に換えて封止膜で有機ＥＬ素子３０を被覆するようにしても良い。この封止膜は、単層膜または複数の保護膜を積層することによって形成することができる。使用する材料としては無機物、有機物等のどちらでもよい。無機物としては、ＳｉＮ，ＡｌＮ，ＧａＮ等の窒化物、ＳｉＯ，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｔａ_２Ｏ_５，ＺｎＯ，ＧｅＯ等の酸化物、ＳｉＯＮ等の酸化窒化物、ＳｉＣＮ等の炭化窒化物、金属フッ素化合物、金属膜、等を挙げることができる。有機物としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリパラキシリレン、パーフルオロオレフィン、パーフルオロエーテル等のフッ素系高分子、ＣＨ_３ＯＭ、Ｃ_２Ｈ_５ＯＭ等の金属アルコキシド、ポリイミド前駆体、ペリレン系化合物、等を挙げることができる。積層や材料の選択は有機ＥＬ素子３０の設計により適宜選択する。

ｄ．接着剤；
接着層４１を形成する接着剤は、熱硬化型，化学硬化型（２液混合），光（紫外線）硬化型等を使用することができ、材料としてアクリル樹脂，エポキシ樹脂，ポリエステル，ポリオレフィン等を用いることができる。特には、加熱処理を要さず即硬化性の高い紫外線硬化型のエポキシ樹脂製接着剤の使用が好ましい。

ｅ．乾燥手段；
乾燥手段４２は、ゼオライト，シリカゲル，カーボン，カーボンナノチューブ等の物理的乾燥剤、アルカリ金属酸化物，アルカリ土類金属酸化物，金属ハロゲン化物，過酸化塩素等の化学的乾燥剤、有機金属錯体をトルエン，キシレン，脂肪族有機溶剤等の石油系溶媒に溶解した乾燥剤、乾燥剤粒子を透明性を有するポリエチレン，ポリイソプレン，ポリビニルシンナエート等のバインダに分散させた乾燥剤により形成することができる。

ｆ．有機ＥＬ表示パネルの各種方式等；
本発明の実施形態に係る有機ＥＬパネル１００としては、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の設計変更が可能である。例えば、有機ＥＬ素子３０の発光形態は、前述した実施例のように基板２０側から光を取り出すボトムエミッション方式でも、基板２０とは逆側から光を取り出すトップエミッション方式でも、両面から光を取り出すＴＯＬＥＤ型でも構わない。また、有機ＥＬパネル１００は単色表示であっても複数色表示であっても良く、複数色表示を実現するためには、塗り分け方式を含むことは勿論のこと、白色や青色等の単色の発光機能層にカラーフィルタや蛍光材料による色変換層を組み合わせた方式（ＣＦ方式、ＣＣＭ方式）、単色の発光機能層の発光エリアに電磁波を照射する等して複数発光を実現する方式（フォトブリーチング方式）、２色以上の単位表示領域を縦に積層し一つの単位表示領域を形成した方式（ＳＯＬＥＤ(transparent Stacked OLED)方式）等を採用することができる。また、駆動方式も、図示の例のように、上下電極をストライプ状に縦横交差して形成し、交差点の素子を選択して発光させるパッシブ駆動方式であっても、ＴＦＴにより発光点を選択して発光させるアクティブ駆動方式であっても構わない。アクティブ駆動方式の場合は、ＴＦＴの製造工程において内部電荷排出手段（３，３Ａ，３Ｂ）を形成すれば有機ＥＬ素子の形成が従来の素子形成と同じ工程で形成することができる。また、アクティブ駆動方式の有機ＥＬ素子は、第２電極３２をベタ塗りで形成するために第２電極をアースＧ側に接続するように線路切り換え手段（３Ａ_１，３Ａ_２，３Ｂ_１，３Ｂ_２）を形成することも可能である。

このような本発明の実施形態では、自発光装置の非駆動時における自発光素子内の内部電荷を除去することで、自発光装置の良好な発光性能を維持することができる。

本発明の実施形態に係る自発光装置を示した説明図である。本発明の更に具体的な実施形態を示す説明図である。本発明の更に具体的な他の実施形態を示す説明図である。自発光素子として一対の電極間に発光層を含む有機層を挟持して成る有機ＥＬ素子を採用した自発光装置のパネル（有機ＥＬパネル）構造例を示した説明図である。

符号の説明

１自発光素子
２制御手段
３，３Ａ，３Ｂ内部電荷排出手段
３Ａ_１，３Ａ_２，３Ｂ_１，３Ｂ_２線路切り換え手段
１０基板
１１，１２電極
１３層構造
４Ａ〜４Ｄ引出配線

Claims

一対の電極間に発光層を含む層構造が形成された自発光素子と該自発光素子の発光・非発光を制御する制御手段を備えた自発光装置であって、
前記制御手段の駆動終了時に、前記自発光素子の少なくとも一方の電極に対して、前記自発光素子内の内部電荷を排出する電荷流路を形成する内部電荷排出手段を設けたことを特徴とする自発光装置。
前記内部電荷排出手段は、前記制御手段の駆動終了時に作動して、前記自発光素子の少なくとも一方の電極をアースに接地する接地機能を有することを特徴とする請求項１に記載された自発光装置。
前記内部電荷排出手段は、前記制御手段の駆動終了時に作動して、前記自発光素子の両電極を短絡させる短絡機能を有することを特徴とする請求項１に記載された自発光装置。