JP2007103174A - エレクトロルミネセンス素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリア注入効率の高いエレクトロルミネセンス素子とその製造方法を提供する。
【解決手段】発光層、正孔を該発光層に注入する陽極および電子を該発光層に注入する陰極を備えたエレクトロルミネセンス素子であって、分子内に双極子モーメントを持ち、かつ、自己組織化単分子層を形成する有機分子で電極表面が化学的に修飾されており、陽極を修飾する有機分子と陰極を修飾する有機分子とが互いに異なっている。
【選択図】 図２

Description

本発明は表示装置やその光源、バックライトの発光素子等に用いられるエレクトロルミネセンス素子、それを用いたバックライト、表示装置、照明装置、携帯情報端末に関する。

有機材料を用いる有機エレクトロルミネセンス素子は自発光のため視認性が良く、また軽量薄型であることから、携帯電話、パソコンモニターやＴＶの表示素子、さらには液晶ディスプレイ用バックライト、広告看板や照明の面光源として非常に注目されており、現在もさかんに研究開発が行われている。

有機エレクトロルミネセンス素子の発光原理は、電流を流して電極から有機層にキャリアを注入、輸送し、発光中心でキャリアの再結合が生じて励起子を生成、それが緩和する際に発光すると説明されている。そのため、キャリア注入をより効果的に行うために、電極と有機発光体との界面処理を行うことは非常に重要である。

電極と有機発光体層との界面処理には様々な方法が挙げられるが、その一つとして電極界面を有機化合物で化学的に修飾し、密着性や濡れ性を改善し、かつ電極の仕事関数の大きさを制御して発光デバイスとしての特性を向上しようとする試みがある。

例えば特許文献１では陽極もしくは陰極に対して、双極子モーメントを持つ有機金属錯体の単分子層を形成することで輝度を向上させる発明がなされている。また、特許文献２では陽極にＡｕの薄膜と、チオールもしくはその誘導体を付与した有機ＥＬ素子が記載されている。さらに、特許文献３では電子注入層として双極子モーメントを持つ自己組織化単分子層が用いられた素子が提案されている。

従来のこれらの手法は、陽極もしくは陰極のいずれか一方の電極に対して、自己組織化単分子層を形成する１種類の有機分子で表面処理する手法であり、そのため陰陽両方の電極を処理した有機ＥＬ素子に関しては検討されていない。これは、従来は各層を順次形成していく製造方法が一般的であったため、発光層の後に形成される電極表面は修飾されなかったためである。

しかしながら、近年、単純な積層構造に留まらない発光素子の作製方法がいくつか開示されている。例えば特許文献４では発光素子は基板の同じ表面に陽極及び陰極の両方を配置した形状を有している。また、特許文献５の発光素子では電極層の間に誘電体層をはさんだ、キャビティと呼称される構造を有している。これらの発光素子はいずれも陽極及び陰極の両方の電極が表面に露出した基板を用いているため、従来の発明のように、いずれか一方の電極を１種類の有機分子で処理する方法では、他方の電極も同様に処理されるため、これらの素子の特性を充分に生かすことが困難である。

自己組織化単分子層を形成する有機分子を選択的に配置する試みとして、例えば特許文献６では基板と１種類の有機化合物存在下で基板に通電し、通電された電極に選択的に自己組織化分子を形成し、その後、通電されていない部分に対して他の有機化合物で自己組織化が可能な有機分子を形成する素子が提案されている。しかしながら、上記の施策においては通電するための配線が必要であり、また異なる有機分子を用いて、同時に単分子層を形成することはできないため、素子作製が煩雑になる。

米国特許第６５６９５４４号公報 米国特許出願公開第２００４−０２３２８２７号公報 米国特許出願公開第２００５−００２９０９２号公報 米国特許第５６７７５４６号公報 国際特許出願公開０１／０６５７７号公報 米国特許出願公開第２００２−０１９０７５９号公報 特表２００３−５２２３７１号公報

本発明は上記問題点に鑑み、分子内に双極子モーメントを持ち、自己組織化単分子層を形成する有機分子を用いて、電極表面の濡れ性、密着性、仕事関数を改善し、高効率な発光性能を維持することができるエレクトロルミネセンス素子、それを用いたバックライト装置、表示装置、照明装置、携帯端末を提供できることを目的とする。

上記問題を解決する本発明請求項１のエレクトロルミネセンス素子は、発光層、正孔を該発光層に注入する陽極および電子を該発光層に注入する陰極を備えたエレクトロルミネセンス素子であって、分子内に双極子モーメントを持ち、かつ、自己組織化単分子層を形成する有機分子で電極表面が化学的に修飾されており、陽極を修飾する有機分子と陰極を修飾する有機分子とが互いに異なることを特徴とするエレクトロルミネセンス素子である。

また、請求項２の本発明は、前記陽極上に自己組織化単分子層を形成する前記有機分子が、電子吸引性の官能基を有し、マイナスからプラスの向きで定義される自己組織化単分子層を成す前記有機分子内の双極子モーメントの向きが、電極表面の方向に向いている前記のエレクトロルミネセンス素子である。

また、請求項３の本発明は、前記の陰極上に自己組織化単分子層を形成する前記有機分子が、電子供与性の官能基を有し、マイナスからプラスの向きで定義される自己組織化単分子層を成す前記有機分子内の双極子モーメントの向きが、電極表面と逆の方向に向いている前記請求項１または２のエレクトロルミネセンス素子である。

また、請求項４の本発明は、前記の陽極上に自己組織化単分子層を形成する有機分子が、チオール−ＳＨ、ホスホン酸−ＰＯ（ＯＨ）_２、カルボン酸−ＣＯＯＨ、カルボニルクロライド−ＣＯＣｌ、カルボニルブロミド−ＣＯＢｒ、クロロシラン−ＳｉＣｌ、ブロモシラン−ＳｉＢｒのいずれかの結合基を持つ前記請求項１または２のエレクトロルミネセンス素子である。

また、請求項５の本発明は、前記の陰極上に自己組織化単分子層を形成する有機分子が、ホスホン酸−ＰＯ（ＯＨ）_２、カルボン酸−ＣＯＯＨ、カルボニルクロライド−ＣＯＣｌ、カルボニルブロミド−ＣＯＢｒ、クロロシラン-ＳｉＣｌ、ブロモシラン−ＳｉＢｒのいずれかの結合基を持つ前記請求項１または３のエレクトロルミネセンス素子である。

また、請求項６の本発明は、前記の陽極がＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ＩＴＯ（Indium-Tin-Oxideの略称）、ＩＺＯ（Indium-Zinc-Oxideの略称）、ＺｎＯのいずれかの元素か無機酸化物を含む前記請求項１または２のエレクトロルミネセンス素子である。

また、請求項７の本発明は、前記の陰極がＡｌ、Ｍｇ、Ａｇ、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯのいずれかの元素か無機酸化物を含む前記請求項１または３のエレクトロルミネセンス素子である。

また、請求項８の本発明は、前記陽極および／または前記陰極を修飾する自己組織化単分子層が、4−ニトロフェニルチオール、４−ニトロフェニルホスホン酸、アミノメチルホスホン酸、４−ニトロ安息香酸、４−シアノ安息香酸、４−クロロ安息香酸、４−ブロモ安息香酸、安息香酸、４−メトキシ安息香酸、４−クロロベンゾイルクロリド、４−ブロモベンゾイルクロリド、（ジクロロメチル）ジメチルクロロシランおよび４−トリフルオロメチル安息香酸からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む前記請求項１のエレクトロルミネセンス素子である。

また、請求項９の本発明は、前記発光層が、共役系発光ポリマーを含む請求項１のエレクトロルミネセンス素子であり、請求項１０の本発明は、前記発光層が、有機低分子発光材料を含む前記請求項１のエレクトロルミネセンス素子である。

さらに、請求項１１の本発明は、前記のエレクトロルミネセンス素子を備えたバックライト装置であり、請求項１２の本発明は、前記のエレクトロルミネセンス素子を備えた表示装置であり、請求項１３の本発明は、前記のエレクトロルミネセンス素子を備えた照明装置であり、請求項１４の本発明は、前記のエレクトロルミネセンス素子を備えた携帯情報端末である。

また、請求項１５の本発明は、正孔を発光層に注入する陽極および電子を発光層に注入する陰極を備えたエレクトロルミネセンス素子用の基板であって、分子内に双極子モーメントを持ち、かつ、自己組織化単分子層を形成する有機分子で電極表面が化学的に修飾されており、陽極を化学的に修飾する有機分子と陰極を化学的に修飾する有機分子が互いに異なるエレクトロルミネセンス素子用の基板である。

さらに、請求項１６の本発明は、発光層、正孔を該発光層に注入する陽極および電子を該発光層に注入する陰極を備えたエレクトロルミネセンス素子の製造方法であって、分子内に双極子モーメントを持ち、かつ、自己組織化単分子層を形成する有機分子を２種類以上含む溶液に陽極及び陰極を備えた基板を浸漬し、相異なる少なくとも１種類以上の前記有機分子により該陽極および該陰極の電極表面を化学的に修飾させる工程、および、前記工程により得られる基板上に発光層を形成する工程を備えるエレクトロルミネセンス素子の製造方法である。

本発明によれば、陽極、陰極の両方の電極に対してそれぞれ適切な表面処理が可能になるため、高効率な発光性能を持つエレクトロルミネセンス素子が達成できる。

本発明は、発光層に正孔を注入する陽極、発光層に電子を注入する陰極、発光層を備えたエレクトロルミネセンス素子であり、分子内に双極子モーメントを持ち、自己組織化単分子層を形成する有機分子で電極表面が化学的に修飾されており、陽極及び陰極がそれぞれ異なる有機分子で化学的に修飾されている。そして、陽極と陰極の両方の表面処理をそれぞれ最適に行うことで高効率の発光性能を維持することができる。

自己組織化単分子層を形成する有機分子の構造は、自己組織化により単分子層の形成が可能であれば特に限定されないが、素子に電流を流すため有機分子が導電性を有することが好ましく、共役系有機分子であることがより好ましい。

自己組織化単分子層は陽極、陰極のどちらにも形成されていれば、その形成方法は特に限定されない。例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、分子線エピタキシー法（以後、ＭＢＥと称することがある）のようなドライプロセスや、スピンコート法のようなウェットプロセスが適用可能である。好ましくはウェットプロセスで、溶液中に電極が形成された基板を一定時間浸漬するディップ法や、ラングミュア−ブロジェット法（以後、ＬＢ法と称することがある）が挙げられる。

ディップ法やＬＢ法を用いた場合、各有機分子の濃度は特に限定されないが、希薄溶液の場合には単分子層の形成が不充分になり、また濃厚溶液の場合には第二層が形成される可能性があるため、好ましくは各有機分子に対して１０^−１〜１０^−６Ｍ、より好ましくは１０^−３〜１０^−４Ｍである。

ディップ法やＬＢ法を用いた場合、溶媒の種類には特に限定されず、有機分子が溶解すれば非極性溶媒でも極性溶媒でも構わない。例えばｎ−へキサン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、１,２−ジクロロエタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、アセトン、エタノール、メタノール、エトキシエタノール、２−プロパノール、水、等が挙げられる。

適用される電極の形状については特に限定されず、積層型であっても良いし、素子の構造において陽極と陰極が同じ面に露出した形状になっていても構わない。積層型のように陽極と陰極が異なる面にある場合はそれぞれ個別に自己組織化単分子層を形成すれば良い。陽極と陰極が同じ面に露出している場合には、電極と結合する結合基の種類や性質が異なった複数の有機分子を混合して、電極表面に対する吸着性能の違いを利用すれば良い。

陽極上に自己組織化単分子層を形成する有機分子は、電子吸引性の官能基を有し、マイナスからプラスの向きで定義される分子内の双極子モーメントの向きが、電極表面の方向に向いていることが好ましい。陽極上に修飾される自己組織化単分子層を形成する有機分子の双極子モーメントの向きを制御することで、より高効率な素子の作製が可能である。

自己組織化単分子層を形成する有機分子は、その分子内において陽極表面と化学結合する結合基とおよそ反対側に電子吸引性の官能基を配置することで双極子モーメントを持つことになる。双極子モーメントの向きが電極表面の方向に向いていることで、陽極の静電ポテンシャルが変化し、電極の仕事関数をより大きな値にシフトさせることができる。その結果としてキャリア注入時のエネルギー障壁が低減されるために高効率な発光が期待できる。

このような双極子モーメントを誘起させるために用いられる電子吸引性の官能基の種類は特に限定されないが、例えばニトロ基−ＮＯ_２、シアノ基−ＣＮ、また塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲン、さらにジクロロメチル、トリクロロメチルなどのハロゲン化アルキル、等が挙げられる。

有機分子の双極子モーメントの大きさは特に限定されないが、大きいほど電極表面の電気的なポテンシャルが変化し、電極の仕事関数を大きく変え、素子の性能を向上することができる。よって、好ましくは絶対値が０.１Ｄｅｂｙｅ以上、より好ましくは１Ｄｅｂｙｅ以上である。

陰極上に自己組織化単分子層を形成する有機分子は、電子供与性の官能基を有し、マイナスからプラスの向きで定義される分子内の双極子モーメントの向きが、電極表面と逆の方向に向いているのが好ましい。陰極上に修飾される自己組織化単分子層を形成する有機分子の双極子モーメントの向きを制御することで、より高効率な素子の作製が可能である。

自己組織化単分子層を形成する有機分子は、その分子内において陰極表面と化学結合する結合基とおよそ反対側に電子供与性の官能基を配置することで双極子モーメントを持つことになる。双極子モーメントの向きが電極表面と逆の方向に向いていることで、陰極の静電ポテンシャルが変化し、電極の仕事関数をより小さな値にシフトさせることができる。その結果としてキャリア注入時のエネルギー障壁が低減されるために高効率な発光が期待できる。

このような双極子モーメントを誘起させるために用いられる電子供与性の官能基の種類は特に限定されないが、例えばアミノ基−ＮＨ_２、メトキシ基-ＯＣＨ_３、トリフルオロメチル基−ＣＦ_３、等が挙げられる。

有機分子の双極子モーメントの大きさは特に限定されないが、大きいほど電極表面の電気的なポテンシャルが変化し、電極の仕事関数を大きく変え、素子の性能を向上することができる。よって、好ましくは絶対値が０.１Ｄｅｂｙｅ以上、より好ましくは１Ｄｅｂｙｅ以上である

陽極上に自己組織化単分子層を形成する有機分子は、チオール−ＳＨ、ホスホン酸−ＰＯ（ＯＨ）_２、カルボン酸−ＣＯＯＨ、カルボニルクロライド−ＣＯＣｌ、カルボニルブロミド−ＣＯＢｒ、クロロシラン−ＳｉＣｌ、ブロモシラン−ＳｉＢｒのいずれかの結合基を持つことが好ましい。これらを陽極との化学結合に用いることで、自己組織化単分子層を形成し、高効率な素子の作製が容易となる。

有機分子と陽極の化学結合の例として、例えばチオールを含む有機分子はＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔの表面と良く結合する。また、ホスホン酸やカルボン酸を含む有機分子は、−ＯＨ基を持つＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯの表面と結合する。

陰極上に自己組織化単分子層を形成する有機分子は、ホスホン酸−ＰＯ（ＯＨ）_２、カルボン酸−ＣＯＯＨ、カルボニルクロライド−ＣＯＣｌ、カルボニルブロミド−ＣＯＢｒ、クロロシラン−ＳｉＣｌ、ブロモシラン−ＳｉＢｒのいずれかの結合基を持つことが好ましい。これらを陰極との化学結合に用いることで、自己組織化単分子層を形成し、高効率な素子の作製が容易となる。

有機分子と陰極の化学結合の例として、例えばホスホン酸やカルボン酸を含む有機分子はＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯの表面や、大気中酸化により−ＯＨ基を有するＡｌの表面と結合する。

陽極は、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯのいずれかの元素か無機酸化物を含むことが好ましい。陽極に仕事関数が高い金属や無機物を使用することで高効率な素子の作製が容易となる。

陽極はいずれか１種類の単独の材料で構成されても良いし、他の元素や化合物を添加しても構わない。例えば基板との密着性を改善するためにＰｔ−Ｃｒの合金を用いても良い。また、他の元素で構成された層を加えた多層構造でも構わない。例えば密着性を改善するためにＣｒを積層後にＡｕを積層して陽極として用いても良く、また例えばＴｉを積層後にＰｔを積層して陽極として用いても良い。また、例えば基板の透明性を保持するためにＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電層を設け、その上に薄くＡｕやＰｔを積層する構造でも構わない。いずれにせよ、前記元素もしくは無機化合物を含めば、元素の組成や層構造には限定されない。

陰極は、Ａｌ、Ｍｇ、Ａｇ、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯのいずれかの元素か無機酸化物を含むことが好ましい。陰極に仕事関数が低い金属や無機物を使用することで高効率な素子の作製が容易となる。

陰極はいずれか１種類の単独の材料で構成されても良いし、他の元素や化合物を添加しても構わない。例えば陰極の仕事関数を低くするためにＡｌ−Ｌｉ、Ｍｇ−Ａｌ、Ｍｇ−Ａｇ、Ｍｇ−Ａｕの合金を用いても良い。また、他の元素で構成された層を加えた多層構造でも構わない。例えば基板の透明性を保持するためにＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電層を設け、その上に薄くＡｌやＭｇ−Ａｇを積層する構造でも構わない。いずれにせよ、前記元素もしくは無機化合物を含めば、元素の組成や層構造には限定されない。

陽極及び陰極を修飾する自己組織化単分子層は、４−ニトロフェニルチオール、４−ニトロフェニルホスホン酸、アミノメチルホスホン酸、４−ニトロ安息香酸、４−シアノ安息香酸、４−クロロ安息香酸、４−ブロモ安息香酸、安息香酸、４−メトキシ安息香酸、４−クロロベンゾイルクロリド、４−ブロモベンゾイルクロリド、（ジクロロメチル）ジメチルクロロシラン、４−トリフルオロメチル安息香酸のいずれかを含むことが好ましい。これらの有機分子を用いることでより高効率な素子の作製が可能である。

発光層が共役系発光ポリマーを含むことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子とすることで、可とう性を持つポリマーを発光層に用いることができ、ロールトゥーロールによる低コストかつ大面積な素子の作製が容易になる。

発光層が低分子発光材料を含むことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子とすることで、高効率、長寿命な素子の作製が可能である。低分子発光材料は蛍光材料でもりん光材料でも構わない。また発光材料は配位子に有機物が含まれればトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム、即ちＩｒ（ｐｐｙ）_３錯体のような有機金属錯体でも構わない。

上記のエレクトロルミネセンス素子は、エレクトロルミネセンスバックライト装置として用いられ、面光源のバックライト装置として高効率である。また、エレクトロルミネセンス表示装置としても用いられ、表示装置として高効率である。また、エレクトロルミネセンス照明装置として用いられ、照明装置として高効率である。さらに、エレクトロルミネセンス携帯情報端末として用いられ、高効率な携帯情報端末が期待できる。

上記のエレクトロルミネセンス素子は、正孔を発光層に注入する陽極および電子を発光層に注入する陰極を備えたエレクトロルミネセンス素子用の基板上に形成され、該基板は、分子内に双極子モーメントを持ち、かつ、自己組織化単分子層を形成する有機分子で電極表面が化学的に修飾されており、陽極を化学的に修飾する有機分子と陰極を化学的に修飾する有機分子とが互いに異なることを特徴とするエレクトロルミネセンス素子用の基板である。そして、当該基板を用いることで高効率な素子の作製が可能となる。

上記のエレクトロルミネセンス素子は、分子内に双極子モーメントを持ち、かつ、自己組織化単分子層を形成する有機分子を２種類以上含む溶液に陽極及び陰極を備えた基板を浸漬し、相異なる少なくとも１種類以上の前記有機分子により該陽極および該陰極の電極表面を化学的に修飾させる工程、および、前記工程により得られる基板上に発光層を形成する工程を備えることを特徴とするエレクトロルミネセンス素子の製造方法によって製造することができ、当該製造方法を用いることによって高効率な素子の作製が可能となる。

当該方法は陽極と陰極が同じ面に露出している構造の場合に特に有効である。即ち、電極と結合する結合基の種類や性質が異なった複数の有機分子を混合して、電極表面に対する吸着性能の違いを利用すれば良い。具体的には、例えば陽極にＰｔ、陰極にＡｌを用いた場合には、有機分子として４−ニトロフェニルチオールと４−メトキシ安息香酸の混合溶液で処理することにより陽極には４−ニトロフェニルチオールが、陰極には４−メトキシ安息香酸が吸着し、一回の処理で自己組織化単分子層を形成することができる。

＜実施例１＞
まず基板として耐熱性に優れる市販のポリエーテルサルフォン（以後、ＰＥＳと称することがある）フィルムを２枚用意した。１枚の基板サイズは１００×１００ｍｍ、厚みは０.２ｍｍである。
次に市販の紫外線硬化性樹脂をバーコーターで塗布後、紫外線照射して表面の平坦性を確保した後に、水分及び酸素の侵入を防ぐため、バリア層としてＳｉＯ_２を２００ｎｍの厚みでスパッタ製膜した。スパッタ製膜は芝浦メカトロニクス社のＲＦスパッタ装置を用いて行った。この時の製膜条件は室温、投入電力４００Ｗ、アルゴンガスフロー量２０ｓｃｃｍ、酸素フロー量２.０ｓｃｃｍである。

次に、一方のＰＥＳ基板には陽極材料を、もう一方には陰極材料をスパッタ製膜した。一方は透明導電層のＩＺＯを１５０ｎｍ、次いで半透過膜になるように注意しながらＴｉを５ｎｍ、Ｐｔを１０ｎｍ積層して陽極とした。もう一方のＰＥＳ基板にはＡｌを１００ｎｍ積層して陰極とした。透明導電材のＩＺＯは出光興産製のターゲットを用いた。ＩＺＯのスパッタ製膜条件は室温、圧力０.２Ｐａ、投入電力１００Ｗ、アルゴンガスフロー量１０ｓｃｃｍ、酸素ガスフロー量０.２ｓｃｃｍである。Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｌのスパッタ製膜条件は室温、投入電力２００Ｗ、アルゴンガスフロー量２０ｓｃｃｍである。

次に和光純薬の４−ニトロフェニルチオール（以後、ＮＰＴと称することがある）及び関東化学の４−メトキシ安息香酸（以後、ＭＢＡと称することがある）を用い、各１×１０^−３Ｍ（１ｍＭ）のエタノール溶液を作製した。ＮＰＴ溶液にはＰｔ基板を、ＭＢＡ溶液にはＡｌ基板をそれぞれ浸漬し、６時間ディップした後に、エタノールで数回リンスして基板を洗浄し、基板を窒素ブローにて乾燥した。このようにしてＰｔ基板上にＮＰＴを、Ａｌ基板上にＭＢＡの自己組織化単分子層を形成した電極用基板を作製した。

次に発光層の材料として、アメリカンダイソースのポリ９−９'−ジオクチルポリフルオレン（以後、ＰＦＯと称することがある）を青色発光ポリマーとして用いた。１.２ｗｔ％のトルエン溶液を調整後、スピンコータの回転数を調整して両方の基板にＰＦＯを各５０ｎｍの膜厚で塗布した。

次にこれらの基板をお互いのＰＦＯ積層面が接合するように基板を重ね合わせ、ロール式のラミネータを用いて、ロール部をＰＦＯのガラス転移温度以上となる１００℃まで昇温させた後に、２枚の基板を熱圧着した。

次にケースレー社のソースメータとトプコン社の輝度計を用いて輝度−電流−電圧（Ｌ−Ｉ−Ｖ）測定を行った。その結果、素子の電極間に電圧を印加すると、透明電極を配置させた陽極側から駆動電圧８Ｖで青色発光が観測され、１５Ｖで５００ｃｄ／ｍ^２に達した。この時の素子の電流効率は１.０ｃｄ／Ａであった。

＜実施例２＞
特許文献７に記載された手法に従ってキャビティ構造を作製し、陽極及び陰極がそれぞれ異なる有機分子で化学的に修飾された有機エレクトロルミネセンス素子を作製し、発光特性を評価した。以下にその詳細を記載する。

まず、酸化膜付シリコンウェハ上にＡｕを１５０ｎｍスパッタ製膜した。この時の製膜条件は室温、投入電力２００Ｗ、アルゴンガスフロー量２０ｓｃｃｍである。

次に窒化ケイ素のターゲットを用いて、１５０ｎｍの厚みにスパッタ製膜した。この時の製膜条件は室温、投入電力４００Ｗ、アルゴンガスフロー量２０ｓｃｃｍ、酸素フロー量２.０ｓｃｃｍである。

次に市販のネガ型フォトレジストを厚さ３μｍに塗布し、プリベークを施し乾燥した。次にフォトマスクを用いて等倍型露光装置でコンタクト露光後、露光した基板をポストベークすることにより、ネガレジストとしての機能を発現させ、市販の有機アルカリ現像液を用いて露光部以外のフォトレジストを除去した。その後、純水でリンスし、窒素ブローして乾燥した。

次に真空蒸着装置を用いてパターニングされた基板上にＡｌを１５０ｎｍの厚さで蒸着した。

次にリフトオフ法を用いてフォトレジスト上のＡｌ層をフォトレジストと共に剥離することによって除去した。このようにしてＡｌが微細にパターニングされ、円形のパターン底部には窒化ケイ素が露出した形状を得た。

次に市販のリアクティブイオンエッチング装置を用いて、Ａｌで被覆されていない窒化ケイ素をエッチングにより除去した。プロセスガス及び流量はＣＦ_４を３０ｓｃｃｍ、Ｏ_２を５ｓｃｃｍである。また、エッチング条件はガス圧５.０Ｐａ、パワー１００Ｗ、処理時間は５分である。このようにしてＡｌ及び窒化ケイ素の層が円形状にエッチングされ、その底部にはＡｕが露出した、特許文献７でキャビティと呼称されるパターン形状を得た。ここで得られたキャビティの直径は５μｍである。

次に自己組織化単分子層を形成するＮＰＴ及びＭＢＡを含む混合溶液中に当該基板を浸漬し、６時間ディップした後に、エタノールで数回リンスして基板を洗浄し、基板を窒素ブローにて乾燥した。このようにしてＡｕ表面にはＮＰＴを、Ａｌ表面にはＭＢＡを化学的に吸着させた。

次に発光材料のＰＦＯを１００ｎｍの膜厚でスピンコートした。

次に実施例１と同様に発光試験を行った。その結果、素子の電極間に電圧を印加すると、駆動電圧１５Ｖで青色発光が観測され、２０Ｖで１００ｃｄ／ｍ^２に達した。この時の素子の電流効率は０.５ｃｄ／Ａであった。

＜実施例３＞
特許文献６に記載された形状を作製し、各電極を自己組織化単分子層で修飾した有機エレクトロルミネセンス素子を作製し、発光特性を評価した。以下にその詳細を記載する。

まず、シリコンウェハ上に実施例２と同様にフォトリソグラフィとリフトオフ法を用いて、Ａｕ及びＡｌが互いに対向したくし型電極を作製した。各くし型電極部分の幅は１０μｍ、電極間のギャップサイズは５μｍである。

次に実施例２と同様に自己組織化により単分子層を形成するＮＰＴ及びＭＢＡを含む混合溶液中に当該基板を浸漬し、Ａｕ表面にＮＰＴを、Ａｌ表面にＭＢＡをそれぞれ化学的に吸着させた後に、ＰＦＯを１００ｎｍの厚みでコーティングした。

次に実施例１と同様に発光試験を行った。その結果、素子の電極間に電圧を印加すると、駆動電圧１５Ｖで青色発光が観測され、２０Ｖで１００ｃｄ／ｍ^２に達した。この時の素子の電流効率は０.４ｃｄ／Ａであった。

＜実施例４＞
まず市販の４インチサイズのシリコンウェハ上にスパッタ装置を用いて密着層としてＴｉを５ｎｍ、次いでＰｔを２００ｎｍの厚みで製膜した。同様に、異なるシリコンウェハ上にＡｌを１００ｎｍの厚みで製膜した。

次にＮＰＴとＭＢＡの混合溶液中に作製したＰｔ及びＡｌ基板を３時間、１５時間と時間を変えて浸漬し、エタノールで数回リンスして基板を洗浄し、窒素ブローして基板を乾燥した。

次に各基板の純水に対する静的接触角を測定した。Ｐｔ基板は３時間後の６０°から１５時間後は５０°に、Ａｌ基板は３時間後の６０°から１５時間後の７０°にそれぞれ接触角が変化した。ＮＰＴもしくはＭＢＡの単独溶液の場合には、該当する基板のみに対して同様の接触角変化が観察されることをあらかじめ確認した。即ち、本実施例によりＰｔ基板にはＮＰＴが、Ａｌ基板にはＭＢＡがそれぞれ選択的に吸着していることが明確に示された。

さらに、ＳＩＭＳやＸＰＳによる元素マッピング解析を行い、ＮＰＴに含まれる硫黄元素をモニターした所、Ａｌ基板上と比較しＰｔ基板上では１.５倍の信号強度が観測された。

＜比較例１＞
自己組織化単分子層を形成するＮＰＴ及びＭＢＡの混合溶液中にＰｔ基板及びＡｌ基板を浸漬せず、それ以外は実施例１と同様にして有機エレクトロルミネセンス素子を作製した。

次に実施例１と同様に発光試験を行った。その結果、素子の電極間に電圧を印加すると、透明電極を配置させた陽極側から駆動電圧１２Ｖで青色発光が観測され、１８Ｖで８０ｃｄ／ｍ^２に達した。この時の素子の電流効率は０.１５ｃｄ／Ａであり、輝度、電流効率共に実施例１よりも低い値を示した。

＜比較例２＞
自己組織化単分子層を形成するＮＰＴ及びＭＢＡの混合溶液中にキャビティの基板を浸漬せず、それ以外は実施例２と同様にして有機エレクトロルミネセンス素子を作製した。

次に実施例２と同様に発光試験を行った。その結果、素子の電極間に電圧を印加すると、駆動電圧２０Ｖで青色発光が観測され、２５Ｖで５０ｃｄ／ｍ^２に達した。この時の素子の電流効率は０.１ｃｄ／Ａであり、輝度、電流効率共に実施例２よりも低い値を示した。

＜比較例３＞
自己組織化単分子層を形成するＮＰＴ及びＭＢＡの混合溶液中にＡｕとＡｌをパターニングした基板を浸漬せず、それ以外は実施例３と同様にして有機エレクトロルミネセンス素子を作製した。

次に実施例３と同様に発光試験を行った。その結果、素子の電極間に電圧を印加すると、駆動電圧２０Ｖで青色発光が観測され、２５Ｖで５０ｃｄ／ｍ^２に達した。この時の素子の電流効率は０.１ｃｄ／Ａであり、輝度、電流効率共に実施例３よりも低い値を示した。

本発明の第１の実施例である有機エレクトロルミネセンス素子の模式断面図である。 本発明の第２の実施例である有機エレクトロルミネセンス素子の模式断面図である。 本発明の第３の実施例である有機エレクトロルミネセンス素子の模式断面図である。 本発明の第４の実施例である有機エレクトロルミネセンス用基板の模式断面図である。

符号の説明

１ 基板
２ バリア層
３ 透明導電層
４ 密着層
５ 陽極
６ 陽極用単分子層
７ 発光層
８ 陰極用単分子層
９ 陰極
１０ 絶縁層

Claims (16)

1. 発光層、正孔を該発光層に注入する陽極および電子を該発光層に注入する陰極を備えたエレクトロルミネセンス素子であって、分子内に双極子モーメントを持ち、かつ、自己組織化単分子層を形成する有機分子で電極表面が化学的に修飾されており、陽極を修飾する有機分子と陰極を修飾する有機分子とが互いに異なることを特徴とするエレクトロルミネセンス素子。
2. 前記陽極上に自己組織化単分子層を形成する前記有機分子が、電子吸引性の官能基を有し、マイナスからプラスの向きで定義される自己組織化単分子層を成す前記有機分子内の双極子モーメントの向きが、電極表面の方向に向いていることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネセンス素子。
3. 前記の陰極上に自己組織化単分子層を形成する前記有機分子が、電子供与性の官能基を有し、マイナスからプラスの向きで定義される自己組織化単分子層を成す前記有機分子内の双極子モーメントの向きが、電極表面と逆の方向に向いていることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネセンス素子。
4. 前記の陽極上に自己組織化単分子層を形成する有機分子が、チオール−ＳＨ、ホスホン酸−ＰＯ（ＯＨ）_２、カルボン酸−ＣＯＯＨ、カルボニルクロライド−ＣＯＣｌ、カルボニルブロミド−ＣＯＢｒ、クロロシラン−ＳｉＣｌ、ブロモシラン−ＳｉＢｒのいずれかの結合基を持つことを特徴とする請求項１または２に記載のエレクトロルミネセンス素子。
5. 前記の陰極上に自己組織化単分子層を形成する有機分子が、ホスホン酸−ＰＯ（ＯＨ）_２、カルボン酸−ＣＯＯＨ、カルボニルクロライド−ＣＯＣｌ、カルボニルブロミド−ＣＯＢｒ、クロロシラン-ＳｉＣｌ、ブロモシラン−ＳｉＢｒのいずれかの結合基を持つことを特徴とする請求項１または３に記載のエレクトロルミネセンス素子。
6. 前記の陽極がＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ＩＴＯ（Indium-Tin-Oxideの略称）、ＩＺＯ（Indium-Zinc-Oxideの略称）、ＺｎＯのいずれかの元素か無機酸化物を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のエレクトロルミネセンス素子。
7. 前記の陰極がＡｌ、Ｍｇ、Ａｇ、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯのいずれかの元素か無機酸化物を含むことを特徴とする請求項１または３に記載のエレクトロルミネセンス素子。
8. 前記陽極および／または前記陰極を修飾する自己組織化単分子層が、4−ニトロフェニルチオール、４−ニトロフェニルホスホン酸、アミノメチルホスホン酸、４−ニトロ安息香酸、４−シアノ安息香酸、４−クロロ安息香酸、４−ブロモ安息香酸、安息香酸、４−メトキシ安息香酸、４−クロロベンゾイルクロリド、４−ブロモベンゾイルクロリド、（ジクロロメチル）ジメチルクロロシランおよび４−トリフルオロメチル安息香酸からなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネセンス素子。
9. 前記発光層が、共役系発光ポリマーを含むことを特徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネセンス素子。
10. 前記発光層が、有機低分子発光材料を含むことを特徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネセンス素子。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエレクトロルミネセンス素子を備えたバックライト装置。
12. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエレクトロルミネセンス素子を備えた表示装置。
13. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエレクトロルミネセンス素子を備えた照明装置。
14. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエレクトロルミネセンス素子を備えた携帯情報端末。
15. 正孔を発光層に注入する陽極および電子を発光層に注入する陰極を備えたエレクトロルミネセンス素子用の基板であって、分子内に双極子モーメントを持ち、かつ、自己組織化単分子層を形成する有機分子で電極表面が化学的に修飾されており、陽極を化学的に修飾する有機分子と陰極を化学的に修飾する有機分子が互いに異なることを特徴とするエレクトロルミネセンス素子用の基板。
16. 発光層、正孔を該発光層に注入する陽極および電子を該発光層に注入する陰極を備えたエレクトロルミネセンス素子の製造方法であって、分子内に双極子モーメントを持ち、かつ、自己組織化単分子層を形成する有機分子を２種類以上含む溶液に陽極及び陰極を備えた基板を浸漬し、相異なる少なくとも１種類以上の前記有機分子により該陽極および該陰極の電極表面を化学的に修飾させる工程、および、前記工程により得られる基板上に発光層を形成する工程を備えることを特徴とするエレクトロルミネセンス素子の製造方法。