JP2007184446A - 発光装置、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】一層の電荷輸送効率の向上に加え、発光層の更なる長寿命化も実現可能な発光装置を提供する。
【解決手段】本発明の発光装置は、陰極７と陽極２との間に発光層６が配設されてなる発光装置であって、前記陽極２と前記発光層６との間に配設された正孔注入層３と、前記正孔注入層３と前記発光層６との間に配設された複数の中間層４，５と、を備え、前記複数の中間層４，５が、それぞれ分子構造の異なる材料から構成されてなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ装置等の発光装置、及び電子機器に関するものである。

有機エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと略す）装置に代表される発光装置として、陰極と陽極との間に発光層（有機層）等の機能層を有してなるものがある。この場合、電極間に電圧を印加すると、陰極より電子が、陽極より正孔（ホール）が発光層に注入され、印加された電場により発光層中を移動し、再結合する。この再結合の際に放出されたエネルギーにより、励起子（エキシトン）が生成し、この励起子が基底状態に戻る際に蛍光や燐光という形でエネルギーを放出する。発光層を構成する分子は、低分子系と高分子系とに大別される。一般に、低分子系の場合は真空蒸着法により成膜することができ、高分子系の場合はスピンコート法やインクジェット法といった塗布法により成膜される。

ところで、有機ＥＬ装置の大きな課題の一つとして、信頼性、すなわち駆動時における発光輝度の安定性が挙げられる。また、発光素子の性能という観点では、駆動電圧、駆動電流を低く、すなわち効率を高めるということも重要な課題の一つである。このような課題を解決する技術として、例えば特許文献１のようなものがある。
特開２００５−２３５５６９号公報

上記特許文献１では、正孔注入層と有機発光層との間に表面改質機能を有する中間層を導入することで、均一な膜厚、膜質の薄膜積層構造を実現し、高い電荷輸送効率の得られる性能の高い有機ＥＬ装置を提供するものとしている。このような構成により確かに電荷輸送効率が向上するものの、更なる高効率が望まれる。そこで、本発明は、一層の電荷輸送効率の向上に加え、発光層の更なる長寿命化も実現可能な発光装置を提供することを目的としており、さらにはこのような発光装置を備えた電子機器を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の発光装置は、陰極と陽極との間に発光層が配設されてなる発光装置であって、前記陽極と前記発光層との間に配設された正孔注入層と、前記正孔注入層と前記発光層との間に配設された複数の中間層と、を備え、前記複数の中間層が、それぞれ分子構造の異なる材料から構成されてなることを特徴とする。

このような発光装置は、長寿命で信頼性が高く、高効率で省エネルギー化が可能なものとなる。つまり、発光層と正孔注入層との間に、それぞれ分子構造の異なる第１中間有機層、第２中間有機層、・・・、を配設するものとしているため、それぞれの中間層に多岐にわたる機能を付与させて、長寿命化及び発光効率向上を図ることが可能とされている。具体的には、第１中間有機層に正孔注入促進機能を具備させて発光効率を高めるとともに、第２中間有機層に電子ブロック機能を具備させて素子の長寿命化を実現させることが可能で、これにより当該発光装置の信頼性向上、及び使用時の省エネルギー化を図ることが可能となる。

本発明の発光装置において、前記複数の中間層が、前記正孔注入層と接して配設され、前記正孔注入層から前記発光層への正孔の注入を促進する機能を有した正孔注入促進層と、前記発光層と接して配設され、前記発光層から前記陽極側への電子の移動を抑制する機能を有した電子ブロック層とを含むものとすることができる。複数の中間層をこのような構成とすることで、当該発光装置の一層の長寿命及び省エネルギー化を図ることが可能となる。

また、前記複数の中間層が、前記正孔注入層と接して配設され、前記正孔注入層との密着性を高める第１密着性向上層を含むものとすることができる。このような構成により中間層と正孔注入層との間の層間剥離が生じ難くなり、当該発光装置の信頼性が向上する。

また、前記複数の中間層が、前記発光層と接して配設され、前記発光層との密着性を高める第２密着性向上層を含むものとすることができる。このような構成により中間層と発光層との間の層間剥離が生じ難くなり、当該発光装置の信頼性が向上する。

さらに、前記正孔注入層を構成する材料の電気化学的な酸化電位が、前記発光層を構成する材料の電気化学的な酸化電位よりも大きいものとされ、前記複数の中間層を構成する各材料の電気化学的な酸化電位が、前記正孔注入層側に形成された中間層から前記発光層側に形成された中間層に段階的に大きく構成されてなるものとすることができる。このような構成により、陽極から発光層への正孔注入が一層促進されることとなる。

なお、前記正孔注入層を構成する材料の電気化学的な酸化電位が、前記発光層を構成する材料の電気化学的な酸化電位よりも小さいものとされ、さらに前記複数の中間層を構成する各材料の電気化学的な酸化電位が、前記正孔注入層側に形成された中間層から前記発光層側に形成された中間層に段階的に小さく構成されてなるものとすることも可能である。この場合も、陽極から発光層への正孔注入が一層促進されることとなる。

次に、上記課題を解決するために、本発明の電子機器は、上記発光装置を備えたことを特徴とする。このような電子機器は、発光部が長寿命で省エネルギーのものとなり、高付加価値を付与することが可能となる。なお、発光装置を適用する場合、例えばテレビ、ＰＣモニタ、携帯電話モニタ、ＰＤＡモニタ、車載用モニタ等のディスプレイの他、照明やプリンタヘッド等の光源として用いることができる。

（発光装置）
以下、本発明の発光装置の一実施の形態たる有機ＥＬ装置の構成について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の有機ＥＬ装置の構成を示す要部断面模式図である。この有機ＥＬ装置１０は、基板１上に陽極２と、陰極７とを有し、これら陽極２と陰極７との間に有機層８を備えたものである。陽極２と陰極７とには、素子制御部（図示略）が接続され、両電極２，７に任意の電圧を印加可能になっている。有機層８は、正孔注入層３、第１中間有機層４、第２中間有機層５、発光層６が積層されて構成される。この有機ＥＬ装置１０は、発光層６で発光した光を基板１側から射出するボトムエミッション方式のものである。

基板１は、ガラス基板等の透明基板上にＴＦＴ素子からなる駆動素子（図示略）や各種配線（図示略）等を形成して構成されたもので、これら駆動素子や各種配線の上に絶縁層や平坦化膜を介して陽極を形成したものである。なお、基板１に適用可能な材料としては、上記透明なガラス以外にも、石英、サファイア、あるいはポリエステル、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリエーテルケトンなどの透明な合成樹脂などが挙げられる。特に、基板１の形成材料としては、安価なソーダガラスが好適に用いられる。

陽極２は、基板１上にパターニングされて形成され、且つＴＦＴ素子からなる駆動素子や各種配線等と接続されたものである。本実施形態では、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）からなるものを採用している。

なお、基板１とは反対の側から発光を取り出す形態の場合には、基板１を構成する材料は不透明であってもよく、その場合、アルミナ等のセラミック、ステンレス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、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを用いることができる。この場合、陽極２は遮光性や光反射性の材料で形成することができる。

正孔注入層３は、陽極２が形成された基板１の全面に形成されている。正孔注入層３は、陽極２から注入した正孔を第１中間有機層４、第２中間有機層５を経て、発光層６に注入する。正孔注入層３の形成材料としては、アリールアミン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポリアニリン誘導体＋有機酸、ポリチオフェン誘導体＋ポリマー酸等を用いることができる。

第１中間有機層４は正孔注入層３上に形成されており、正孔注入層３から注入される正孔を第２中間有機層５に注入する。また、第２中間有機層５は第１中間有機層４上に形成されており、第１中間有機層４から注入される正孔を発光層６に注入する。第１中間有機層４及び第２中間有機層５の形成材料としては、具体的には、ポリフルオレン誘導体、ポリパラパラフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリチオフェン誘導体、ポリアニリン誘導体、ポリメチルフェニルシランなどのポリシラン系などの高分子有機材料が好適に用いられる。

なお、第１中間有機層４は主に正孔注入層３から発光層６への正孔の注入を促進する機能を有した正孔注入促進層であって、第２中間有機層５は主に発光層６から陽極２側への電子の移動を抑制する機能を有した電子ブロック層である。したがって、第１中間有機層４は相対的に正孔を注入させる機能が高い材料からなり、第２中間有機層５は相対的に電子の移動を抑制させる機能が高い材料からなるものを採用している。また、第１中間有機層４は正孔注入層３との親和性が高い材料を選択して構成される一方、第２中間有機層５は発光層６との親和性が高い材料を選択して構成されている。
以上の観点から、本実施形態では、第１中間有機層４として化１を、第２中間有機層５として化２を採用している。

発光層６は、第２中間有機層５上に形成されており、陰極７から注入される電子と、第２中間有機層５から注入される正孔が結合して所定帯域の波長の光を発光する。この発光層の材料としては、具体的には、ポリフルオレン誘導体、ポリパラパラフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリチオフェン誘導体、ポリアニリン誘導体、ポリメチルフェニルシランなどのポリシラン系などの高分子有機材料が好適に用いられる。

陰極７は、発光層６上にフッ化リチウム層と、カルシウム層と、アルミニウム層とが積層されて形成されたものである。なお、有機ＥＬ装置１０では、陰極７を覆う封止部材を設けることが好ましく、さらには、陽極２と基板１との間に、基板１側から陽極２、陰極７を含む有機層８に対して大気が侵入するのを遮断するための封止層を設けることもできる。光取り出し側に設ける封止層は、例えばセラミックや窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化珪素などの透明な材料により形成し、この中でも酸化窒化珪素が透明性、ガスバリア性の観点から好ましい。なお、封止層の厚さは発光層６から射出される光の波長より小さくすることが好ましい（例えば０．１μｍ）。

以上のような構成の本実施形態の有機ＥＬ装置（発光装置）１０は、長寿命で信頼性が高く、高効率で省エネ化が可能なものとなる。つまり、発光層６と正孔注入層３との間に、それぞれ分子構造の異なる第１中間有機層４と第２中間有機層５とを配設したため、それぞれの中間層に多岐にわたる機能を付与させて、長寿命化及び発光効率向上を図っているのである。具体的には、第１中間有機層４に正孔注入促進機能を具備させて発光効率を高めるとともに、第２中間有機層５に電子ブロック機能を具備させて素子の長寿命化を実現させており、これにより当該有機ＥＬ装置１０の信頼性向上、及び使用時の省エネルギー化が図られている。

また、本実施形態では、正孔注入層３、第１中間有機層４、第２中間有機層５、発光層６のそれぞれを構成する材料の電気化学的な酸化電位（酸化力）が、正孔注入材料、第１中間有機層材料、第２中間有機層材料、発光層材料の順に大きくなっている。このように材料の電気化学的な酸化電位を段階的に順次大きくすることで、陽極２から発光層６への正孔の輸送効率を一層高めている。なお、当該酸化電位は、逆に正孔注入材料、第１中間有機層材料、第２中間有機層材料、発光層材料の順に小さくなっていても良い。

以上、本発明の発光装置の一実施形態として有機ＥＬ装置を示したが、本発明はこれに限るものではない。つまり、陽極と陰極との間に発光層が形成されてなる発光装置であれば何れのものにも採用可能で、例えば発光層が無機材料からなる無機ＥＬ装置、或いはプラズマ発光装置等にも本発明の構成を採用することができる。

（発光装置の製造方法）
次に、上記発光装置の製造方法について説明する。当該発光装置の製造工程は、概ね基板処理工程、正孔注入層形成工程、第１中間有機層形成工程、第２中間有機層形成工程、発光層形成工程、陰極形成工程等からなるものである。

＜基板処理工程＞
ガラスからなる基板１上にＴＦＴ素子や各種配線等を形成し、さらに、層間絶縁層や平坦化膜を形成した後、蒸着法等によってＩＴＯを成膜し、さらにパターニングすることによって陽極２を形成する。これにより、図２に示すように、基板１上に陽極２が形成される。この後、陽極２が形成された基板１を洗浄後、大気圧において酸素プラズマ処理を行い、基板１表面を親水性に改質する。これにより、陽極２の仕事関数を上げることができる。

＜正孔注入層形成工程＞
次に、陽極２が形成された基板１の全面に、正孔注入層材料である３，４−ポリエチレンジオシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）の分散液をスピンコーティング法により所定の膜厚（２０ｎｍ〜１００ｎｍ）に成膜し、焼成・乾燥を行って（２００℃で１０分間）、図３に示すように正孔注入層３を形成する。

＜第１中間有機層形成工程＞
次に、正孔注入層３上に正孔輸送機能を有する高分子化合物をトルエンに溶解させた液状体をスピンコーティング法により、所定の膜厚（５０ｎｍ〜１００ｎｍ）に成膜した。さらに、これを窒素雰囲気下で加熱（２００℃で１０分間）した後、トルエンで可溶分を除去することで、約１０ｎｍ〜３０ｎｍの膜厚からなる第１中間有機層４が形成される（図４）。この層は、所定の溶媒に対して、難溶・不溶性を示すこととなる。

＜第２中間有機層形成工程＞
次に、第１中間有機層４上に正孔輸送機能を有する高分子化合物をトルエンに溶解させた液状体をスピンコーティング法により、所定の膜厚（５０ｎｍ〜１００ｎｍ）に成膜した。さらに、これを窒素雰囲気下で加熱（２００℃で１０分間）した後、トルエンで可溶分を除去することで、約１０ｎｍ〜３０ｎｍの膜厚からなる第２中間有機層５が形成される（図４）。この層は、所定の溶媒に対して、難溶・不溶性を示すこととなる。

なお、上記正孔輸送機能を有する高分子化合物としては化１〜化３に示すようなものを採用することができる。なお、本実施形態では、第１中間有機層４として化１を、第２中間有機層５として化２を用いた。

＜発光層形成工程＞
次に、第２中間有機層５上に、発光層材料をトルエンに溶解させた液状体をスピンコーティング法により所定の膜厚（５０ｎｍ〜２００ｎｍ）により形成した後、窒素雰囲気下で加熱処理（１３０℃で３０分間）を行って溶媒を蒸発させることで、図５に示すように発光層６を形成する。なお、発光層材料としては化４に示すものを採用した。

＜陰極形成工程＞
次に、発光層６上に真空蒸着法で、フッ化リチウム、カルシウム、アルミニウムを順次積層させて、図６に示すようにフッ化リチウム層、カルシウム層、アルミニウム層からなる陰極７を形成する。

その後、封止工程を行って、図１に示した有機ＥＬ装置１０を得るものとしている。以上のような方法によれば、本発明に係る有機ＥＬ装置１０を簡便且つ確実に製造することが可能となる。

なお、第１中間有機層４及び第２中間有機層５は、スピンコーティング法により所定の膜厚に制御して成膜することで、加熱処理後の溶媒による除去工程を省略することが可能である。
また、正孔注入層３〜発光層６を構成する材料の電気化学的な酸化電位が、正孔注入材料＜第１中間有機層４材料＜第２中間有機層５材料＜発光材料、正孔注入材料＞第１中間有機層４材料＞第２中間有機層５材料＞発光材料の関係にあることが望ましい。
さらに、正孔注入層３〜発光層６の界面、すなわち正孔注入層３と第１中間有機層４との界面、第１中間有機層４と第２中間有機層５との界面、第２中間有機層５と発光層６との界面において、各層を構成する材料の分子構造（置換基など）により、物理的密着性、化学的親和性が高いものが望ましい。

（電子機器）
次に、上記有機ＥＬ装置を利用した電子機器の一実施形態について説明する。
図７は、本発明の発光装置を携帯電話に適用した例を示す斜視図であり、携帯電話１３００は、本発明の発光装置を小サイズの表示部１３０１として備える。携帯電話１３００は、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、及び送話口１３０４を備えて構成されている。このような携帯電話は、本発明に係る発光装置を表示部１３０１に備えたものであるため、当該表示部１３０１は長寿命で省エネルギーのものとなり、携帯電話として高付加価値のものとなる。

なお、上述した携帯電話の例に加えて、他の例として、腕時計、モバイル型コンピュータ、テレビ、ビューファインダ型や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が挙げられる。本発明の発光装置は、こうした電子機器の表示部としても適用できる。また、照明やプリンタヘッド等の光源としても用いることが可能である。

本実施形態の有機ＥＬ装置の断面構成図。 本実施形態の有機ＥＬ装置の一製造工程を示す断面構成図。 図２に続く一製造工程を示す断面構成図。 図３に続く一製造工程を示す断面構成図。 図４に続く一製造工程を示す断面構成図。 図５に続く一製造工程を示す断面構成図。 本実施形態の電子機器の斜視図。

符号の説明

１…基板、２…陽極、３…正孔注入層、４…第１中間有機層（中間層）、５…第２中間有機層（中間層）、６…発光層、７…陰極、８…有機層

Claims (7)

1. 陰極と陽極との間に発光層が配設されてなる発光装置であって、
   前記陽極と前記発光層との間に配設された正孔注入層と、
   前記正孔注入層と前記発光層との間に配設された複数の中間層と、を備え、
   前記複数の中間層が、それぞれ分子構造の異なる材料から構成されてなることを特徴とする発光装置。
2. 前記複数の中間層が、前記正孔注入層と接して配設され、前記正孔注入層から前記発光層への正孔の注入を促進する機能を有した正孔注入促進層と、前記発光層と接して配設され、前記発光層から前記陽極側への電子の移動を抑制する機能を有した電子ブロック層とを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記複数の中間層が、前記正孔注入層と接して配設され、前記正孔注入層との密着性を高める第１密着性向上層を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記複数の中間層が、前記発光層と接して配設され、前記発光層との密着性を高める第２密着性向上層を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 前記正孔注入層を構成する材料の電気化学的な酸化電位が、前記発光層を構成する材料の電気化学的な酸化電位よりも大きいものとされ、
   さらに前記複数の中間層を構成する各材料の電気化学的な酸化電位が、前記正孔注入層側に形成された中間層から前記発光層側に形成された中間層に段階的に大きく構成されてなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発光装置。
6. 前記正孔注入層を構成する材料の電気化学的な酸化電位が、前記発光層を構成する材料の電気化学的な酸化電位よりも小さいものとされ、
   さらに前記複数の中間層を構成する各材料の電気化学的な酸化電位が、前記正孔注入層側に形成された中間層から前記発光層側に形成された中間層に段階的に小さく構成されてなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発光装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の発光装置を備えたことを特徴とする電子機器。

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