JP2006210155A

JP2006210155A - 有機ｅｌ装置および電子機器

Info

Publication number: JP2006210155A
Application number: JP2005020832A
Authority: JP
Inventors: Toshiko Hosoda; 登志子細田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】汚れ等の不具合が生じ難い有機ＥＬ装置を提供する。
【解決手段】本発明の有機ＥＬ装置は、陽極１４と陰極２８との間に複数の発光ユニット２２ａ〜２２ｄを積層して備え、前記複数の発光ユニット２２ａ〜２２ｄの間には電荷発生層３０が介在されてなり、前記電荷発生層３０は、前記陽極１４側からマグネシウム単体からなる第１層３１と、五酸化バナジウムからなる第２層３２とを積層して備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ装置および電子機器に関するものである。

次世代の表示装置として、有機エレクトロルミネッセンス装置（有機ＥＬ装置）が脚光を浴びている。有機ＥＬ装置は、上下の電極間に発光層を挟持した有機ＥＬ素子を基体上に配設して構成されており、典型的には、ガラス等の透光性基板の上に、陽極と、有機機能層（正孔輸送層や発光層、電子輸送層等）と、陰極とを順次積層した構造が採られる。そして、陽極および陰極によって有機機能層に電流を供給することにより、有機機能層の発光層を発光させるようになっている。

上記のような有機ＥＬ装置において、発光層に蛍光材料を用いると、最大５％の外部量子効率が実現可能であるが、単体の有機ＥＬ素子では量子効率をこれ以上向上させることは原理的に困難である。しかしながら、例えば非特許文献１に開示されたようなマルチフォトエミッション有機ＥＬ素子を採用することで、見かけ上の量子効率を向上させることが可能となる。つまり、有機ＥＬ素子を積層することにより積層数に比例して駆動電圧は上昇するが、素子内部を流れる電流値は一定であるため、積層した有機ＥＬ素子層の数に比例して発光効率が向上することとなる。
城戸etc,「応用物理学会学術講演会予稿集」,2002,63,p.1165

上記非特許文献１に開示されたマルチフォトエミッション有機ＥＬ素子の素子構造は、陽極／正孔注入層１／正孔輸送層１／発光層１／電荷発生層１／正孔注入層２／正孔輸送層２／発光層２／電荷発生層２／・・・／陰極、となっている。従来、電荷発生層としては、五酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）やＦ４−ＴＣＮＱ（Tetrafluoro Tetracyano Quinodimethane）等の層とアルカリ金属等のドナーを有機層にドープした層の組合せを用いることで、正孔注入と電子注入の両方を実現している。ところが、金属を有機層にドープする際には、これら金属と有機物を同一チャンバーで蒸着する必要があり、チャンバー内の汚染が懸念される。このようなチャンバー内の汚染はコンタミネーションの一因となり、有機ＥＬ素子の特性に大きく影響する場合がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、上述のような汚れ等の問題を解消することが可能な有機ＥＬ装置の提供を目的とする。また、本発明は、表示品質に優れた電子機器の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の有機ＥＬ装置は、陽極と陰極との間に複数の発光ユニットを積層して備え、前記複数の発光ユニットの間には電荷発生層が介在されてなり、前記電荷発生層は、前記陽極側からマグネシウム単体からなる第１層と、五酸化バナジウムからなる第２層とを積層して備えることを特徴とする。

このような複数の発光ユニットを積層してなる有機ＥＬ装置によると、積層した発光ユニットの数に比例して発光効率が向上することとなる。そして、本発明では、複数の発光ユニットの間に介在する電荷発生層を、マグネシウム単体からなる第１層と、五酸化バナジウムからなる第２層とにより構成したため、当該電荷発生層と発光層等の有機物とを別の蒸着チャンバーで形成することができるようになった。したがって、従来の金属を有機層にドープする場合のように、チャンバー内が汚染されることはなく、コンタミネーションの発生も防止することができるようになった。なお、発光ユニットは有機ＥＬ材料からなる発光層を主体として構成されてなるものとすることができ、具体的には正孔輸送層と電子輸送層との間に該発光層を備えた構成のものとすることができる。

前記第１層の層厚が５ｎｍ以上１０ｎｍ未満であるものとすることができる。第１層の層厚が５ｎｍ未満の場合、輝度が低下する場合がある一方、層厚が１０ｎｍ以上の場合、透過率が低下して表示特性が低下する場合がある。

前記陰極と前記発光ユニットとの間には、マグネシウム単体からなる電子注入層が形成されてなるものとすることができる。この場合、当該電子注入層の形成工程において、電荷発生層の形成工程と同一のチャンバーを用いることができるようになり、結果として製造工程を簡略化することができるようになる。

また、本発明の電子機器は、上記有機ＥＬ装置を備えたことを特徴とする。このような電子機器は、不良発生が少なく、非常に信頼性が高いものとなる。

次に、上記課題を解決するために、本発明の有機ＥＬ装置の製造方法は、陽極と陰極との間に複数の発光ユニットを積層して備える有機ＥＬ装置の製造方法であって、前記陽極を形成する工程と、前記陽極上に第１発光ユニットを形成する工程と、前記第１発光ユニット上に電荷発生層を形成する工程と、前記電荷発生層上に第２発光ユニットを形成する工程と、を含み、前記電荷発生層の形成工程は、前記第１発光ユニット上にマグネシウム単体からなる第１層を蒸着により形成する工程と、前記第１層上に五酸化バナジウムからなる第２層を蒸着により形成する工程と、を含み、これらの蒸着工程は、前記第１発光ユニット及び第２発光ユニットを構成する有機材料を蒸着するためのチャンバーとは異なるチャンバーにて行うことを特徴とする。

このような製造方法によると、電荷発生層を形成するに際し、有機材料を蒸着するチャンバーとは別のチャンバーを用いているため、当該電荷発生層の形成時に従来のような汚れの問題が生じることがなくなる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下で参照する各図面においては、図面を見易くするために、各構成要素の寸法等を適宜変更して表示している。

［有機ＥＬ装置］
図１は、本実施形態の有機ＥＬ装置の概略構成図である。
本実施形態の有機ＥＬ装置１０は、陽極１４と陰極２８との間に複数の発光ユニット２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ・・・が積層された構成を有してなり、いわゆるマルチフォトエミッション有機ＥＬ装置と呼ばれるものである。発光ユニット２２ａ〜２２ｄは、それぞれ同一の構成を有してなり、例えば第１発光ユニット２２ａのように正孔輸送層１８と発光層２０と電子輸送層２４とを備えるものとされている。

有機ＥＬ装置１０は、ガラス等の光透過性を有する基板１２の表面に形成され、各発光ユニット２２ａ〜２２ｄからの光を基板側から取り出すボトムエミッション型の有機ＥＬ装置となっている。なお、各発光ユニット２２ａ〜２２ｄからの光を基板側から取り出すトップエミッション型の有機ＥＬ装置に対して、本発明を適用することも可能である。基板１２の表面にはスイッチング素子等を含む回路部（不図示）が形成され、その表面に陽極１４等を含む有機ＥＬ素子が形成されている。そのスイッチング素子により、有機ＥＬ素子が駆動されるようになっている。

陽極１４は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透光性導電材料で構成されている。また、陽極１４上には正孔注入層１６が形成されている。該正孔注入層１６は、アリールアミン類やフタロシアニン類等からなるものである。

次に、正孔注入層１６上には、アリールアミン類等（例えばＫＯＤＡＫ社製ＨＴ２等）からなる正孔輸送層１８が厚さ３０ｎｍ〜５０ｎｍで形成されている。また、正孔輸送層
１８上には、Ａｌｑ３（アルミキノリノール錯体）等からなる発光層２０が厚さ２０ｎｍ〜３０ｎｍで形成されている。さらに、発光層２０上には例えば東レ社製ＴＲ−Ｅ３１４等からなる電子輸送層２４が厚さ３０ｎｍ〜５０ｎｍで形成されている。なお、本実施形態では、以上の正孔輸送層１８、発光層２０、電子輸送層２４により発光ユニット２２ａが構成されている。

正孔注入層１６は、陽極１４から供給される正孔を発光層２０に注入する機能を有し、また、正孔輸送層１８は、該正孔を発光層２０に輸送する機能を有している。一方、電子輸送層２４は、陰極２８から供給される電子を発光層２０に輸送する機能を有している。

発光層２０は、陽極１４及び陰極２８によって電流を流すことにより発光する機能を有する。なお、カラー表示を行う有機ＥＬ装置では、それぞれ異なる色光に発光する複数の発光層２０が、基板１２上に整列配置（例えばマトリクス配置）されることとなる。

陰極２８は、ＡｌやＡｌ−Ｌｉ合金、Ｍｇ−Ａｇ合金等の金属材料で構成されている。
このように、良好な光反射性を有する金属材料で陰極２８を形成することにより、各発光ユニット２２ａ〜２２ｄからの光を陰極２８で反射して基板１２側から取り出すことが可能になり、光利用効率を向上させることができる。なお、陰極２８側に形成された発光ユニット２２ｄと陰極２８の間には、マグネシウム単体からなる電子注入層２６が形成されている。

本実施形態の有機ＥＬ装置１０は、上述の通り、複数の発光ユニット２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ・・・が積層して形成されており、各発光ユニット２２ａ〜２２ｄの間にはそれぞれ電荷発生層３０が形成されている。なお、各発光ユニット２２ａ〜２２ｄの層厚はそれぞれ約１００ｎｍ程度とされている。

電荷発生層３０は、陽極１４側からマグネシウム単体からなるＭｇ層（第１層）３１と、五酸化バナジウムからなるＶ_２Ｏ_５層（第２層）３２とをこの順に積層して備えている。発光ユニット２２ａ等が約１００ｎｍであるのに対して、Ｍｇ層３１の層厚は５ｎｍ以上１０ｎｍ未満で、Ｖ_２Ｏ_５層３２の層厚は約３０ｎｍ程度となっている。このような電荷発生層３０は、陽極１４側に形成された発光ユニット２２ａ等に対して電子を供給する一方、陰極２８側に形成された発光ユニット２２ｄ等に対して正孔を供給する役割を担っている。

以上のような本実施形態の有機ＥＬ装置１０によると、積層した発光ユニット２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ・・・の数に比例して発光効率が向上することとなった。以下、幾つかの実施例に基づいて、その効果を検討した。

具体的には、Ｍｇ層３１とＶ_２Ｏ_５層３２からなる電荷発生層３０のうち、Ｍｇ層３１の層厚を１ｎｍ（実施例１）、２．５ｎｍ（実施例２）、５ｎｍ（実施例３）とした有機ＥＬ装置をそれぞれ作製し、比較例としてＭｇ層に代えてＡｌｑ３にマグネシウムをドープ（ドープ濃度１０％）した複合層を備える有機ＥＬ装置を作製して、電圧−輝度特性、電圧−電流密度特性の検討を行った。

まず、図２は電圧−輝度特性を示すグラフである。このように、Ｍｇ層５ｎｍのものは比較例と同等の輝度特性を有することが分かった。なお、１ｎｍ又は２．５ｎｍのものは、若干比較例のものよりも輝度特性が劣る結果となった。一方、図３は電圧−電流密度特性を示すグラフである。このように、Ｍｇ層５ｎｍのものは比較例と同等の電流密度特性を有することが分かった。なお、１ｎｍ又は２．５ｎｍのものは、若干比較例のものよりも電流密度特性が劣る結果となった。

一方、各実施例及び比較例のそれぞれについて色度を測定したところ、実施例１では（ｘ，ｙ）＝（０．３１，０．６６）、実施例２では（ｘ，ｙ）＝（０．３０，０．６６）、実施例３では（ｘ，ｙ）＝（０．３０，０．６６）、比較例では（ｘ，ｙ）＝（０．３１，０．６５）であり、いずれも差異がないことが分かった。さらに、Ｍｇ層３１の層厚が１０ｎｍの実施例４を加えて、各実施例及び比較例について透過率の測定を行った。その結果、Ｍｇ層３１の層厚が１０ｎｍ以上の場合には、透過率が低下することが分かった。

以上のことから、従来のようなＡｌｑ３にマグネシウムをドープした複合層を採用しなくても、本実施形態のようにマグネシウム単体にてＭｇ層３１を構成することで、複合層と同様の特性を示すことが分かった。そして、特にＭｇ層３１の層厚は５ｎｍ以上１０ｎｍ未満程度が好ましいことが分かった。

また、このような単層による構成を採用した場合は、当該電荷発生層３０と発光層２０等の有機物とを別の蒸着チャンバーで形成することができるようになる。つまり、従来のような複合層では金属と有機物を同一チャンバーで蒸着する必要があったが、本実施形態では複合層を採用していないため別のチャンバーで蒸着を行うことができるようになり、その結果、有機物と金属が混ざることによるコンタミネーションの発生を防止することができるようになるのである。なお、Ｍｇの他、Ｃｓ単体又はＣｓＣＯ_３を用いて電荷発生層３０の第１層３１を形成した場合にも、本実施形態と同様の効果を発現することが可能である。

［有機ＥＬ装置の製造方法］
以下、上述した本実施形態の有機ＥＬ装置の製造方法について説明する。本実施形態の製造方法は、陽極形成工程、正孔注入層形成工程、発光ユニット形成工程、電荷発生層形成工程、発光ユニット形成工程、電荷発生層形成工程、発光ユニット形成工程、・・・、電子注入層形成工程、陰極形成工程をそれぞれ順に行うものである。

まず、ガラス等の透光性の基板１２を用意し、これに陽極１４を形成する（陽極形成工程）。ここでは金属蒸着チャンバーを用いてＩＴＯを蒸着するものとしている。
また、陽極１４を形成した後、正孔注入層１６を形成する（正孔注入層形成工程）。ここでは、有機物蒸着チャンバーを用いてアリールアミンを蒸着するものとしている。

正孔注入層１６を形成した後、第１発光ユニット２２ａを形成する（発光ユニット形成工程）。ここでは、正孔輸送層１８、発光層２０、電子輸送層２４をそれぞれ有機物蒸着チャンバーを用いて上述した各材料を蒸着するものとしている。

次に、第１発光ユニット２２ａ上に、電荷発生層３０を形成する（電荷発生層形成工程）。ここでは、Ｍｇ層３１とＶ_２Ｏ_５層３２とをそれぞれ金属蒸着チャンバーを用いて、マグネシウム及び五酸化バナジウムのそれぞれ蒸着するものとしている。

続いて、第１発光ユニット２２ａと同様に第２発光ユニット２２ｂを形成し、さらに同様に電荷発生層３０、第３発光ユニット２２ｃ、電荷発生層３０、第４発光ユニット２２ｄ・・・を形成する。その後、電子注入層２６を有機物チャンバーを用いて蒸着形成し、さらに陰極２８を金属チャンバーを用いて蒸着形成することで、図１に示した有機ＥＬ装置１０を得ることができる。

以上のような製造方法によると、従来のように電荷発生層に金属材料と有機材料の複合層を採用した場合のような汚れの問題が生じることがなくなる。その結果、コンタミネーションの発生を防止ないし抑制することができ、ひいては信頼性の高い有機ＥＬ装置を製造することが可能となる。

［電子機器］
図５は、上記各実施形態の有機ＥＬ装置を備えた電子機器の一例を示す斜視構成図である。同図に示す携帯電話機１３００は、複数の操作ボタン１３０２と、受話口１３０３と、送話口１３０４と、先の実施形態の有機ＥＬ装置からなる表示部１３０１とを備えて構成されている。そして、この携帯電話機１３００によれば、表示部に備えられた有機ＥＬ装置による高画質表示が可能になっている。

なお、本発明における有機ＥＬ装置を備えた電子機器としては、上記のものに限らず、他に例えば、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ、携帯用テレビ、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、ＰＤＡ、携帯用ゲーム機、ページャ、電子手帳、電卓、時計、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などを挙げることができる。また、本発明における有機ＥＬ装置を備えた電子機器として、車載用オーディオ機器や自動車用計器、カーナビゲーション装置等の車載用ディスプレイを挙げることもできる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した各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、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

有機ＥＬ装置の一実施形態の概略構成を示す断面模式図。電圧−輝度特性を表すグラフ。電圧−電流密度特性を表すグラフ。透過率特性を表すグラフ。電子機器の一実施形態を示す斜視図。

符号の説明

１０…有機ＥＬ装置、１４…陽極、２２ａ〜２２ｄ…発光ユニット、２８…陰極、３０…電荷発生層、３１…Ｍｇ層（第１層）、３２…Ｖ_２Ｏ_５層（第２層）

Claims

陽極と陰極との間に複数の発光ユニットを積層して備える有機ＥＬ装置であって、
前記複数の発光ユニットの間には電荷発生層が介在されてなり、
前記電荷発生層は、前記陽極側からマグネシウム単体からなる第１層と、五酸化バナジウムからなる第２層とを積層して備えることを特徴とする有機ＥＬ装置。
前記第１層の層厚が５ｎｍ以上１０ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ装置。
前記陰極と前記発光ユニットとの間には、マグネシウム単体からなる電子注入層が形成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ装置。
陽極と陰極との間に複数の発光ユニットを積層して備える有機ＥＬ装置の製造方法であって、
前記陽極を形成する工程と、
前記陽極上に第１発光ユニットを形成する工程と、
前記第１発光ユニット上に電荷発生層を形成する工程と、
前記電荷発生層上に第２発光ユニットを形成する工程と、を含み、
前記電荷発生層の形成工程は、前記第１発光ユニット上にマグネシウム単体からなる第１層を蒸着により形成する工程と、前記第１層上に五酸化バナジウムからなる第２層を蒸着により形成する工程と、を含み、これらの蒸着工程は、前記第１発光ユニット及び第２発光ユニットを構成する有機材料を蒸着するためのチャンバーとは異なるチャンバーにて行うことを特徴とする有機ＥＬ装置の製造方法。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ装置を備えたことを特徴とする電子機器。