JP2006236767A - 電気光学装置、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機ＥＬ装置等の電気光学装置の熱耐性を向上させること。
【解決手段】 陽極(28)と陰極(20)との間に発光層(25)を介在させてなる発光素子を備える電気光学装置(100)であって、上記陰極は、導電性を有し、一方面側が上記発光層と接して設けられる第１の層(21)と、電子輸送機能を有し、上記第１の層に積層して設けられる第２の層(22)と、導電性を有し、上記第２の層に積層して設けられる第３の層(23)と、を含み、上記第１の層を０．０５ｎｍ以上２０ｎｍ以下程度の厚さとすることを特徴とする電気光学装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子等の発光素子を含んで構成される電気光学装置および当該電気光学装置を備える電子機器に関する。

薄型、軽量、かつ高品質な画像を表示し得る電気光学装置（表示装置）として、有機ＥＬ装置が注目されている。かかる有機ＥＬ素子は、陽極と陰極との間に発光層を挟んだ構造が基本構成となる。また、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させるために、発光層と陰極との間に仕事関数の低い金属（例えば、リチウム等）からなるバッファ層を設け、発光層への電子注入性能を高める技術も知られている。更に、特開２００４−１１１２８０号公報（特許文献１）には、仕事関数の低い金属（例えば、カルシウム等）にマグネシウム等とを含有させて陰極を形成することにより、陰極の電子注入性能と安定性向上とを両立させる技術が開示されている。

しかしながら、従来の陰極構造は、陰極形成後に有機ＥＬ装置に対して何らかの熱処理を行った場合に、その後の発光特性が初期特性から低下するという不都合に対して未だ十分に対応できていなかった。また、有機ＥＬ装置が比較的に周辺温度の高い状況で用いられる場合（例えば車載用途や屋外用途等）においても、同様の不都合が発生し得る。このため、有機ＥＬ装置の耐熱性を向上すべく、陰極構造の更なる改良技術が望まれている。

特開２００４−１１１２８０号公報

そこで、本発明は、有機ＥＬ装置等の電気光学装置の熱耐性を向上させることを目的とする。

第１の態様の本発明は、陽極と陰極との間に発光層を介在させてなる発光素子を備える電気光学装置であって、上記陰極は、導電性を有し、一方面側が上記発光層と接して設けられる第１の層と、電子輸送機能を有し、上記第１の層に積層して設けられる第２の層と、導電性を有し、上記第２の層に積層して設けられる第３の層と、を含み、上記第１の層を０．０５ｎｍ以上２０ｎｍ以下程度の厚さとする電気光学装置である。ここで、第１の層の膜厚の下限値である「０．０５ｎｍ」の値は、第１の層が最低限、原子又は分子の１個分に相当する厚さの膜（単原子膜又は短分子膜）に近いものであればよい、という技術的意義を表すものである。

かかる構成によれば、陰極形成後に有機ＥＬ装置等に対して何らかの熱処理を行った場合であっても、発光特性が初期特性から低下することがない。したがって、本発明の陰極構造を採用することにより、有機ＥＬ装置の耐熱性を向上させることが可能となる。

好ましくは、上記第１の層を０．５ｎｍ程度の厚さとする。

これにより、更に良好な発光特性が得られる。

好ましくは、上記第１の層は、上記第２の層よりも仕事関数の高い材料からなる。

これにより、更に良好な発光特性が得られる。

好ましくは、上記第１の層は、アルミニウム、銀、銅又はニッケルの少なくとも一つを含む材料からなり、上記第２の層は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属に属する金属を含む材料からなる。

これにより、良好な第１の層及び第２の層が得られる。

第２の態様の本発明は、上記の本発明にかかる電気光学装置を備える電子機器である。ここで「電子機器」とは、一定の機能を奏する機器一般をいい、例えば電気光学装置やメモリを備えて構成される。その構成に特に限定が無いが、例えば、ＩＣカード、携帯電話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型またはフロント型のプロジェクター、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ等が含まれる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、一実施形態の有機ＥＬ装置の構造を説明する模式断面図である。図１に示す本実施形態の有機ＥＬ装置１００は、陽極２８と陰極２０との間に発光層２５を介在させてなる有機ＥＬ素子を複数備えるものである。

基板２７は、有機ＥＬ素子の構成要素を支持するものである。本実施形態では、この基板２７を介して外部に光が取り出されるボトムエミッション構造を採用しているため、基板２７は透光性であることが求められる。このような基板２７としては、石英ガラス、硼酸塩ガラス、燐酸塩ガラス、燐珪酸ガラス、ケイ酸塩ガラスなどの各種ガラス材料や、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリアクリレート、ポリメタクリレートなどの各種樹脂材料などからなる透光性基板を採用し得る。

陽極２８は、画素に対応して所定形状にパターニングされ、基板２７の上面に設けられている。本実施形態の有機ＥＬ装置１００がボトムエミッション構造を採用する都合上、この陽極２８についても透光性であることが求められる。このような陽極２８を形成するための材料としては、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）が好適である。

酸化硅素膜２６は、基板２７の上面を覆い、かつ陽極２８の上面の大部分を露出させるように形成されている。詳細には、酸化硅素膜２６は、陽極２８の周縁部上に乗り上げるように形成されている。

隔壁（バンク）２４は、画素領域を画定するために、陽極２８を囲むように形成されている。詳細には、隔壁２４は、画素電極である陽極２８の周縁部上に乗り上げるようにして、酸化硅素膜２６の上面に形成されている。この隔壁２４は、後述する正孔注入輸送層２９や発光層２５などをインクジェット法（液滴吐出法）によって形成する際に、滴下される液状組成物があふれない程度の高さを有する。隔壁２４を構成する材料としては、絶縁性を有するものであれば如何なるものも採用し得るが、アクリル樹脂やポリイミド樹脂など、耐熱性および耐溶媒性を備える樹脂が好適に用いられる。

正孔注入輸送層２９は、陽極２８の上側であって隔壁２４及び酸化硅素膜２６によって画定される画素領域内に形成されており、発光層２５に正孔（ホール）を注入する機能を果たすものである。この正孔注入輸送層２９を構成する材料として、ポリエチレンジオキシチオフェンなどのポリチオフェン誘導体とポリスチレンスルホン酸などの混合物や、芳香族アミン誘導体（ＴＰＤ、α−ＴＰＤなど）、ＭＴＤＡＴＡ、銅フタロシアニン、ポリアニリン誘導体、ポリチオフェン誘導体、フェニルアミン誘導体などを例として挙げることができる。

発光層２５は、正孔注入輸送層２９の上側であって隔壁２４によって画定される画素領域内に形成されており、正孔注入輸送層２９から流入する正孔と陰極２０から流入する電子とが再結合するときのエネルギーによって発光を生じるものである。この発光層２５を構成する材料として、ポリフルオレン系高分子誘導体、（ポリ）パラフェニレンビニレン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリチオフェン誘導体を例として挙げることができる。また、発光層２５を赤色に発光させるには、ローダミン、ＤＣＭの誘導体、ナイルレッドなどを上記の発光層２５を構成する材料に添加し、発光層２５を緑色に発光させるには、キナクリドン、クマリン６などを上記の発光層２５を構成する材料に添加し、そして、発光層２５を青色に発光させるには、ペリレン、テトラフェニルブタジエンなどを上記の発光層２５を構成する材料に添加する。

陰極２０は、発光層２５の上側に形成される。本実施形態では、陽極２０は、各画素に亘る共通電極として、隔壁２４及び発光層２５の上面全体に形成されている。本実施形態の陽極２０は、図示のように第１の層２１、第２の層２２、第３の層２３の三層を含む積層構造を有する。

第１の層２１は、導電性を有し、一方面側が発光層２５と接して設けられる。この第１の層２１は、０．０５ｎｍ以上２０ｎｍ以下程度の厚さとすることが好ましく、０．５ｎｍ程度の厚さとすると更に好ましい。また、第１の層２１は、アルミニウム、銀、銅又はニッケルの少なくとも一つを含む材料からなることが好ましい。別な観点からは、第１の層２１は、第２の層２２よりも仕事関数の高い材料からなることが好ましい。

第２の層２２は、電子輸送機能を有し、第１の層２１の上側（他方面側）に積層して設けられる。この第２の層２２は、電子輸送機能を果たす限り、いかなる材料を採用してもよいが、特に、アルカリ金属又はアルカリ土類金属に属する金属を含む材料、すなわちこれらの金属単体（例えば、カルシウム等）又はこれらを一種類以上含む合金（例えば、フッ化リチウム等）が好適に用いられる。第２の層２２の厚さは、例えば数十ｎｍ程度にするとよい。

第３の層２３は、導電性を有し、第２の層２２の上側（他方面側）に積層して設けられる。この第３の層２３は、アルミニウム、銀、銅又はニッケルなどの金属単体又はこれらを一つ以上含む合金などを用いて形成することが好ましい。第３の層２３の厚さは、例えば数百ｎｍ程度にするとよい。

本実施形態の有機ＥＬ装置１００はこのような構成を有しており、次に、上記構成を採用したより具体的な実施例の有機ＥＬ装置について、熱処理に対する発光特性の測定例を説明する。

図２は、熱処理の前後における有機ＥＬ素子の印加電圧対発光輝度の測定結果を示すグラフである。図２は、第１の層２１を膜厚５ｎｍのアルミニウム薄膜、第２の層２２を膜厚２０ｎｍのカルシウム薄膜、第３の層２３を膜厚２００ｎｍのアルミニウム薄膜とした実施例を有機ＥＬ装置についての評価結果である。また、本実施例の有機ＥＬ装置（実施例１）は、陽極２８としてＩＴＯ、正孔注入輸送層２９としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、発光層２５としてポリフルオレン系高分子誘導体がそれぞれ採用されている。図２では、上記条件にて有機ＥＬ装置を製造した後、何らの熱処理を与えていない場合における特性曲線ａに対して、陰極形成後に１１０℃の熱処理を行った場合の特性ｂの方が同じ大きさの印加電圧に対して輝度が高くなり、更に、陰極形成後に１３０℃の熱処理を行った場合の特性ｃの方が同じ大きさの印加電圧に対してより一層、輝度が高くなるという結果が得られている。すなわち、極薄く形成した第１の層２１を設けることにより、加熱に対する耐性が向上し、尚かつ、特性が向上する傾向が見られることが分かる。

図３は、比較例の有機ＥＬ素子について、熱処理前後における印加電圧対発光輝度の測定結果を示すグラフである。図３に示す比較例の有機ＥＬ装置は、上述した実施例１の有機ＥＬ装置と比較して、第１の層２１を設けない点以外は同一条件にて製造されたものである。図３に示すように、比較例の有機ＥＬ素子では、何らの熱処理を与えていない場合における特性曲線ａに対して、陰極形成後に１１０℃の熱処理を行った場合の特性ｂの方が同じ大きさの印加電圧に対して輝度が低くなり、更に、陰極形成後に１３０℃の熱処理を行った場合の特性ｃの方が同じ大きさの印加電圧に対してより一層、輝度が低くなるという結果が得られている。すなわち、第１の層２１を設けない構造においては、加熱に対する耐性が低く、加熱によって特性が低下する傾向が見られることが分かる。

図４は、第１の膜２１の膜厚に対する有機ＥＬ素子の発光輝度特性の依存性を説明するグラフである。有機ＥＬ装置の製造条件は基本的に上述した実施例１の内容と同一であり、第１の層２１の膜厚条件を０．５ｎｍ、２ｎｍ、５ｎｍと設定している。また、発光輝度の測定は印加電圧を６Ｖ一定として行った。図４に示すように、熱処理前（温度＝２２℃）においては、第１の層２１の膜厚が薄いほど発光輝度が高いことが分かる。また、この傾向は、１１０℃の熱処理、１３０℃の熱処理をそれぞれ行った後においても同様であるが、熱処理の温度が上昇するほど第１の層２１の膜厚による発光輝度の差がより大きくなる傾向が見られる。すなわち、第１の膜厚２１はより薄い方がよいと考えられる。この測定結果から、第１の膜２１は最小で原子１個分に相当する厚さである０．０１ｎｍ〜０．０２ｎｍ程度かそれに近い厚さであればよいものと推測される。製造プロセス上の都合等を考慮すると、より現実的には第１の膜２１は０．５ｎｍ〜１ｎｍ程度の膜厚にするとよいと考えられる。また、図４には示していないが、本願発明者の実験によれば、上記実施例１の条件において第１の膜２１を２０ｎｍ以上の膜厚とすると、有機ＥＬ素子が発光しにくくなることが確認されている。このことから、第１の膜２１の膜厚は２０ｎｍ以下とすることが必要であると考えられる。

このように本実施形態によれば、陰極形成後に有機ＥＬ装置に対して何らかの熱処理を行った場合であっても、発光特性が初期特性から低下することがない。したがって、本実施形態の陰極構造を採用することにより、有機ＥＬ装置の耐熱性を向上させることが可能となる。

次に、上述した実施形態にかかる有機ＥＬ装置を備えた電子機器の具体例について説明する。

図５は、有機ＥＬ装置を含んで構成される電子機器の具体例を説明する図である。図５（Ａ）は携帯電話への適用例であり、当該携帯電話５３０はアンテナ部５３１、音声出力部５３２、音声入力部５３３、操作部５３４、および本実施形態にかかる有機ＥＬ装置５３５を備えている。このように本実施形態の有機ＥＬ装置は表示部として利用可能である。図５（Ｂ）はビデオカメラへの適用例であり、当該ビデオカメラ５４０は受像部５４１、操作部５４２、音声入力部５４３、および本実施形態にかかる有機ＥＬ装置５４４を備えている。図５（Ｃ）はテレビジョンへの適用例であり、当該テレビジョン５５０は本実施形態にかかる有機ＥＬ装置５５１を備えている。なお、パーソナルコンピュータ等に用いられるモニタ装置に対しても同様に本発明に係る電気光学装置を適用し得る。図５（Ｄ）はロールアップ式テレビジョンへの適用例であり、当該ロールアップ式テレビジョン５６０は本実施形態にかかる有機ＥＬ装置５６１を備えている。本例は、樹脂フィルム等のフレキシブル基板を採用して有機ＥＬ装置を形成した場合の例である。また、本実施形態の有機ＥＬ装置を搭載可能な電子機器はこれらに限定されず、表示機能を有する各種の電子機器に適用可能である。例えばこれらの他に、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ、ＩＣカードなども含まれる。

なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、ボトムエミッション型構造の有機ＥＬ装置を採り上げて説明したが、トップエミッション型構造の有機ＥＬ装置に対しても同様にして本発明を適用することができる。

一実施形態の有機ＥＬ装置の構造を説明する模式断面図である。 熱処理の前後における有機ＥＬ素子の印加電圧対発光輝度の測定結果を示すグラフである。 比較例の有機ＥＬ素子について、熱処理前後における印加電圧対発光輝度の測定結果を示すグラフである。 第１の膜の膜厚に対する有機ＥＬ素子の発光輝度特性の依存性を説明するグラフである。 電子機器の具体例を説明する図である。

符号の説明

２０…陰極、２１…第１の層、２２…第２の層、２３…第３の層、２４…隔壁（バンク）、２５…発光層、２６…酸化硅素膜、２７…基板、２８…陽極、２９…正孔注入輸送層、１００…有機ＥＬ装置

Claims (5)

1. 陽極と陰極との間に発光層を介在させてなる発光素子を備える電気光学装置であって、
   前記陰極は、
   導電性を有し、一方面側が前記発光層と接して設けられる第１の層と、
   電子輸送機能を有し、前記第１の層に積層して設けられる第２の層と、
   導電性を有し、前記第２の層に積層して設けられる第３の層と、
   を含み、
   前記第１の層を０．０５ｎｍ以上２０ｎｍ以下程度の厚さとする、電気光学装置。
2. 前記第１の層を０．５ｎｍ程度の厚さとする、請求項１に記載の電気光学装置。
3. 前記第１の層は、前記第２の層よりも仕事関数の高い材料からなる、請求項１に記載の電気光学装置。
4. 前記第１の層は、アルミニウム、銀、銅又はニッケルの少なくとも一つを含む材料からなり、前記第２の層は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属に属する金属を含む材料からなる、請求項３に記載の電気光学装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の電気光学装置を備える電子機器。

Images