JP2007335737A - 有機エレクトロルミネッセント素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、反射性材料で構成された陽極と、透光性材料で構成された陰極とで、少なくとも一層の機能層を挟んだ有機エレクトロルミネッセント素子において、前記陽極は、基板側に配置された、発光層よりも仕事関数の小さい反射性の金属または金属合金で構成され、前記機能層は、前記陽極上に形成された遷移金属の酸化物層と、前記遷移金属の酸化物層上に形成された発光機能を有した層とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
この場合、基板側から光を取り出すボトムエミッション型の有機エレクトロルミネッセント素子では、TFTなどの存在により、図11に模式図を示すように、光が遮断されることになり、その分発光面積が減るという問題がある。
この構造の場合、トップエミッション型の有機エレクトロルミネッセント素子を提供すること自体は可能であるとしているが、発光特性については十分なものを得ることができていない。
特に、この有機エレクトロルミネッセント素子を表示装置などの表示用途に用いる場合には、発光特性の均一化が極めて重要であり、下地のばらつきに起因する段差についても発光特性の均一化のみならず、発光寿命についても制約が大きく、種々の問題の原因となっていた。
また、本発明は、安定に動作し寿命特性に優れたトップエミッション型の有機エレクトロルミネッセント素子を容易に製造する方法を提供することを目的とする。
アルミニウムは、低抵抗でかつ加工性が良好でかつ反射性を有することから、集積化に際しては特に配線パターンと同一工程で形成でき、極めて有効な材料でありながら、仕事関数が4.20eV程度と小さいため、従来の有機エレクトロルミネッセント素子では陽極としては使用できないとされていた。しかしながら種々の実験の結果、酸化モリブデンなどの遷移金属酸化物層を電荷注入層として用いた場合には、良好な発光特性を得ることができ、トップエミッション型の有機エレクトロルミネッセント素子を形成することができることがわかった。上記構成によれば、陽極として低抵抗でかつ反射性を有するアルミニウムまたはアルミニウム合金層を用いることができるため、発光特性の良好な有機エレクトロルミネッセント素子を形成することが可能となる。
銀は、低抵抗でかつ塗布膜として形成することができ、かつ反射性を有することから、集積化に際しては特に配線パターンなどと同一工程で形成でき、極めて有効な材料でありながら、仕事関数が4.73eV程度と小さく、従来の有機エレクトロルミネッセント素子では陽極としては使用されていない。しかしながら種々の実験の結果、酸化モリブデンなどの遷移金属酸化物層を電荷注入層として用いた場合には、良好な発光特性を得ることができ、トップエミッション型の有機エレクトロルミネッセント素子を形成することができることがわかった。上記構成によれば、陽極として低抵抗でかつ反射性を有する銀または銀合金層を用いることができるため、発光特性の良好な有機エレクトロルミネッセント素子を形成することが可能となる。
銅は、極めて低抵抗でかつ塗布膜として形成することができ、かつ反射性を有することから、集積化に際しては特に配線パターンなどと同一工程で形成でき、極めて有効な材料でありながら、仕事関数が4.1乃至4.5eV程度と小さく、従来の有機エレクトロルミネッセント素子では陽極としては使用されていない。しかしながら種々の実験の結果、酸化モリブデンなどの遷移金属酸化物層を電荷注入層として用いた場合には、良好な発光特性を得ることができ、トップエミッション型の有機エレクトロルミネッセント素子を形成することができることがわかった。上記構成によれば、成膜が容易で、陽極として低抵抗でかつ反射性を有する銅または銅合金層を用いることができるため、発光特性の良好な有機エレクトロルミネッセント素子を形成することが可能となる。
酸化モリブデンなどの遷移金属の酸化物は金属とオーミック接触をするが、高抵抗であるため、一体的に形成してもクロストーク等はない。理由としては、ピクセル間における酸化モリブデンの抵抗が極めて高いことによる可能性があるが、詳細はわかっていない。
単色の有機エレクトロルミネッセント素子の場合は、ホール注入層表面全体を覆うように発光機能を有した層を形成すればよい。また、カラーの有機エレクトロルミネッセント素子など、発光層を分離形成する必要がある場合には、発光層あるいは発光層を分離するフレーム層などのパターニング工程が必要となるが、酸化モリブデンなどの遷移金属の酸化物からなるホール注入層が下地に存在するため、陽極表面のダメージを回避することができ、発光特性に優れた有機エレクトロルミネッセント素子を提供することが可能となる。
望ましくは前記陽極としては反射性の金属材料を用いる。
図1に本発明の実施の形態における高分子有機エレクトロルミネッセント素子の構成図を示す。
また、下地に駆動用の薄膜トランジスタを形成したり、光量検出用の薄膜トランジスタを形成したりした場合にも、有機エレクトロルミネッセント素子の発光を妨げることなく、良好に外部取り出しを行うことが可能となる。
まずガラス基板1上にスパッタリング法によりAl薄膜、続いて真空蒸着法により、酸化モリブデン薄膜を形成し、これらをフォトリソグラフィによりパターニングすることにより、陽極2および電荷注入層3を形成する。
この後塗布法により高分子材料からなるバッファ層Bおよび発光層4を塗布形成する。
そして最後に陰極5を形成する。
このようにして図1に示した有機エレクトロルミネッセント素子が形成される。この方法によれば、バッファ層Bおよび発光層4が高分子材料を塗布することにより形成されるため、製造が容易でかつ大面積化が可能である。
構造としては図1に示したものと同様であり、図1を参照しつつ説明する。
本実施例1の有機エレクトロルミネッセント素子は、厚さ1mmのコーニング7029#と指称されているガラス製の基板1と、この上層に形成された厚さ100nmのAl薄膜からなる陽極2と、この陽極2の上層に形成された厚さ50nmの酸化モリブデン薄膜からなる電荷注入層3と、電荷注入層3上に形成された、厚さ20nmのポリフルオレン系化合物であるバッファ層Bとしてのポリ[(9,9-ジオクチルフルオレニル-2,7-ジイル)-アルト-コ-(N,N'-ジフェニル)-N,N’ジ(p-ブチル-オキシフェニル)-1,4-ジアミノベンゼン)]と、PPV系の材料である厚さ80nmのポリ[2-メトキシ-5-(2-エチルヘキシロキシ)-1,4-フェニレンビニレン]Poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]からなる発光層4と、発光層4上に形成された厚さ2nmのバリウム(Ba)層と厚さ2nmのアルミニウム(Al)層と厚さ100nmの酸化インジウム錫(ITO)層とからなる陰極5とで構成されている。このようにして作製した試料を試料101とした。
また表1に示すように、陽極材料をアルミニウム薄膜に代えて銀薄膜としたもの(試料102)、クロムとしたもの(試料103)を同様にして作成した。
図2は本発明の実施の形態2における有機エレクトロルミネッセント素子の要部を示す断面図である。
この構成により、輝度がさらに増大するとともに、輝度半減寿命も向上した。
構造としては図2に示したものと同様であり、図2を参照しつつ説明する。
本実施例1の有機エレクトロルミネッセント素子の構造に加え、表2に示すように陰極側にバッファ層6とし膜厚2nmの酸化モリブデン層を形成したものである。他は実施例1と同様に構成した。
次に、本発明の実施の形態1で説明した有機エレクトロルミネッセント素子を用いた表示装置について説明する。本実施の形態の表示装置は、機能層として、陽極側に酸化モリブデン層を介在させた図1に示した実施の形態1の有機エレクトロルミネッセント素子を用いてアクティブマトリックス型の表示装置を構成したものである。この表示装置は、図3にこのアクティブマトリックス型の表示装置の等価回路図、図4にレイアウト説明図、図5に断面図、図6に上面説明図を示すように、各画素に駆動回路を形成したアクティブマトリックス型の表示装置を構成するものである。
そしてこの上層に、全面に遷移金属酸化物層を蒸着によって形成する。
この後、インクジェット法によって必要に応じてバッファ層としてTFBを塗布する。このTFB層は遷移金属酸化物層と同様に全面に塗布してもよいし、開口部に対応する部分だけに塗布してもよい。
そして、乾燥工程を経て、開口部に対応する位置にインクジェット法によって所望の色(RGBのいずれか)に対応する高分子有機EL材料を塗布する。
最後に、表示画素141が配置されている領域に対して図示しない陰極を形成する
次に本発明の実施の形態4について説明する。
本実施の形態では、本発明の有機エレクトロルミネッセント素子を用いた画像形成装置の露光部を構成する光ヘッドについて説明する。
本実施の形態の有機エレクトロルミネッセント素子を用いた光ヘッドは、図7に断面概要図、図8に上面図を示すように、表面に平坦化のためのベースコート層(図示せず)を形成したガラス基板100上に、駆動トランジスタ120としての薄膜トランジスタと、エレクトロルミネッセント素子110とを順次積層したものである。この駆動トランジスタは、光検出素子(図示せず)の出力に応じて、駆動電流または駆動時間を補正しつつ前記エレクトロルミネッセント素子を駆動するためのスイッチングトランジスタであり、さらにこのガラス基板100上に、有機エレクトロルミネッセント素子の下層に位置するように、この薄膜トランジスタに接続されたチップICとしての駆動回路(140)を搭載したものである。101は絶縁膜である。そして、駆動トランジスタ120はベースコート層表面に形成された多結晶シリコン層からなる島領域ARを帯状のi層からなるチャネル領域を隔てて所望の濃度にドープすることによりソース領域121S、ドレイン領域121Dを形成し、この上層に形成される酸化シリコン膜からなる第1の絶縁膜122、第2の絶縁膜123を貫通するようにスルーホールを介して形成された多結晶シリコン層からなるソースおよびドレイン電極125S,125Dで構成される。また、この上層に保護層124としての窒化シリコン膜を介して、エレクトロルミネッセント素子110が形成されており、保護膜124、陽極111となるAl層、発光層112、陰極113の順に各層が積層形成されている。
これら各層は、CVD法による半導体薄膜の形成、フォトリソグラフィによるパターニング、不純物イオンの注入、絶縁膜の形成、など通例の半導体プロセスを経て形成される。ここでMoO3薄膜のシート抵抗を通常の4端子法で測定したところ、12MΩcmであった。
次に本発明の実施の形態5について説明する。
本実施の形態では、本発明の有機エレクトロルミネッセント素子を用いた表示装置の変形例について説明する。
本実施の形態では、図9に断面概要図を示すように、ガラス基板100に形成される陽極151を覆うように、酸化モリブデン層153および発光層154を一体的に形成したことを特徴とするものである。なお、発光層154の上層にバッファ層156としての酸化モリブデン層を介して陰極155としてのITO層が形成されているが、陰極155は、陽極と直交する方向にストライプ状をなすように形成されており、マトリックスパターンを構成している。150は駆動用トランジスタの形成されたアモルファスシリコンなどの半導体層である。
この構成によれば、酸化モリブデン層をパターニングすることなく形成できるため、より微細化が可能となる。また、このように一体的に形成されていても、クロストーク等は観察されていない。これは、ピクセル間における酸化モリブデン層の抵抗が極めて高いことによる可能性があるが、詳細はわかっていない。
2 陽極
3 電荷注入層
B バッファ層
4 発光層
5 陰極
10 ガラス基板
11 反射層
12 陽極
13 電荷注入層
14 発光層
15 電荷注入層
16 陰極
Claims (21)
- 陽極と、
陰極とで、少なくとも一層の機能層を挟んだ有機エレクトロルミネッセント素子において、
前記機能層は、少なくとも発光機能を有した発光層と、この発光層と前記陽極との間に配置された遷移金属の酸化物層とを含み、
前記陽極を、前記発光層よりも仕事関数の小さい金属または金属合金で構成した有機エレクトロルミネッセント素子。 - 請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、
前記陽極を反射性を有する金属または金属合金で構成し、前記陰極を透光性材料で構成した有機エレクトロルミネッセント素子。 - 請求項1または2に記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、
前記陽極は、透光性の基板上に形成されたアルミニウムまたはアルミニウム合金層である有機エレクトロルミネッセント素子。 - 請求項1または2に記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、
前記陽極は、透光性の基板上に形成された銀または銀合金層である有機エレクトロルミネッセント素子。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、
前記発光機能を有した層は、高分子層である有機エレクトロルミネッセント素子。 - 請求項5に記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、
前記発光機能を有した層がポリフルオレンおよびその誘導体を含む有機エレクトロルミネッセント素子。 - 請求項5に記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、
前記発光機能を有した層がフェニレンビニレン基を含む有機エレクトロルミネッセント素子。 - 請求項7に記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、
前記発光機能を有した層がポリフェニレンビニレンおよびその誘導体を含む有機エレクトロルミネッセント素子。 - 請求項5に記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、
前記発光機能を有した層はデンドリマー構造をもつ少なくとも1種類の高分子物質からなる発光機能を有した層を含む有機エレクトロルミネッセント素子。 - 請求項1乃至9のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、
前記機能層は少なくとも1種類のバッファ層を含む有機エレクトロルミネッセント素子。 - 請求項10に記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、
前記バッファ層が高分子層で構成される有機エレクトロルミネッセント素子。 - 請求項1乃至11のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、
前記遷移金属の酸化物層が、モリブデン酸化物を含む電荷注入層である有機エレクトロルミネッセント素子。 - 請求項1乃至11のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、
前記遷移金属の酸化物層が、タングステン酸化物を含む電荷注入層である有機エレクトロルミネッセント素子。 - 請求項1乃至11のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、
前記遷移金属の酸化物層が、バナジウム酸化物を含む電荷注入層である有機エレクトロルミネッセント素子。 - 請求項1乃至14のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、
前記電荷注入層は、前記陽極上に形成されたホール注入層と、
前記発光機能を有した層を介して前記ホール注入層に対向するように、前記発光機能を有した層の上に形成された電子注入層とで構成され、
前記ホール注入層および電子注入層は、共に遷移金属酸化物層で構成された有機エレクトロルミネッセント素子。 - 請求項1乃至14のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、
前記陽極は、複数に分割形成されており、
前記遷移金属の酸化物層が、前記複数の陽極を一体的に覆うように形成されホール注入層を構成した有機エレクトロルミネッセント素子。 - 請求項16に記載の有機エレクトロルミネッセント素子であって、
前記ホール注入層上に発光機能を有した層が積層された有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 少なくとも表面が発光層よりも仕事関数の小さい金属材料で構成された陽極上に、
遷移金属の酸化物層を形成する工程と、
前記遷移金属の酸化物層上に、発光機能を有した層を形成する工程と、
陰極を形成する工程とを備えた有機エレクトロルミネッセント素子の製造方法。 - 請求項18に記載の有機エレクトロルミネッセント素子の製造方法であって、
前記遷移金属の酸化物層を形成する工程が、ドライプロセスで酸化モリブデン層を形成する工程である有機エレクトロルミネッセント素子の製造方法。 - 請求項18に記載の有機エレクトロルミネッセント素子の製造方法であって、
前記遷移金属の酸化物層を形成する工程が、ドライプロセスで酸化タングステン層を形成する工程である有機エレクトロルミネッセント素子の製造方法。 - 請求項18に記載の有機エレクトロルミネッセント素子の製造方法であって、
前記遷移金属の酸化物層を形成する工程が、ドライプロセスで酸化バナジウム層を形成する工程である有機エレクトロルミネッセント素子の製造方法。
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