JP2010192441A - 有機発光素子及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】有機発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】十分な厚さのアノードを備えて消費電力を低減しつつも効率を落とさないためのものであって、基板と、該基板上に備えられて金属で形成された反射膜と、該反射膜上に透明なAZOで形成された第1電極と、該第1電極上に備えられて発光層を備える有機膜と、該有機膜上に備えられて半透過反射膜を備える第2電極とを備える有機発光素子及びその製造方法。
【選択図】図1

Description

本発明は有機発光素子及びその製造方法に係り、より詳細には、高発光効率の良い前面発光型有機発光素子及びその製造方法に関する。
有機発光素子は、基板上にアノードになる第1電極、有機発光層、カソードになる第2電極を順次積層して形成する。
この時、有機発光層からの光が第2電極を透過して画像を具現させる前面発光型構造において、第1電極は、反射膜上に仕事関数が高い金属酸化物を形成して構成し、第2電極は、半透過反射型電極を使用して構成する。そして、これらの前面発光型有機発光素子は、前記反射膜と第2電極との間で光学的共振効果を利用して、第2電極方向に出射される光効率をさらに極大化している。
ところが、この時、アノードになる第1電極の厚さを厚くする場合、暗点の発生を低減させることができ、消費電力を低めることができる。
また、前面発光型有機発光素子において前述したように、有機発光層からの光がアノード下部の反射膜とカソードである半透過反射膜との間で共振する原理を利用するため、光はアノードを透過する。したがって、アノードの吸収定数k値が大きくなれば、効率は顕著に落ちざるをえない。
ところが、既存でアノードとして使われたITOの場合、吸収定数k値が高く、反射膜とのエッチングレート差が大きくて、厚く使用し難かった。関連分野の先行技術文献としては、特許文献1がある。
特開2006−215279号公報
本発明は前記のような問題を解決するためのものであって、十分な厚さのアノードを備えて、消費電力を低めつつも効率を落とさない有機発光素子及びその製造方法を提供するところに目的がある。
前記のような目的を達成するために本発明は、基板と、前記基板上に備えられ、かつ金属で形成された反射膜と、前記反射膜上に透明なAZOで形成された第1電極と、前記第1電極上に備えられ、かつ発光層を備える有機膜と、前記有機膜上に備えられ、かつ半透過反射膜を備える第2電極と、を備える有機発光素子を提供する。
前記基板に備えられ、かつ前記反射膜と電気的に連結された薄膜トランジスタをさらに備える。
前記反射膜の下部にAZOで形成され、前記薄膜トランジスタとコンタクトされるコンタクト膜をさらに備える。
前記有機膜は、前記発光層と前記第1電極との間に介された第1層をさらに備え、前記第1層の厚さは、40nmないし120nmである。
前記第1電極の厚さは、30nmないし140nmである。
前記AZOは、吸収定数値が1×10−3ないし2×10−2である。
本発明はまた、前記のような目的を達成するために、基板上に金属で反射膜を形成する工程と、前記反射膜上に透明なAZOで第1電極を形成する工程と、前記第1電極上に発光層を備える有機膜を形成する工程と、前記有機膜上に半透過反射膜を備える第2電極を形成する工程と、を含む有機発光素子の製造方法を提供する。
前記第1電極を形成する工程は、前記反射膜上に酸化アルミニウムを蒸着する工程と、前記反射膜上に酸化亜鉛を蒸着する工程と、を含む。
前記酸化アルミニウムを蒸着する工程と前記酸化亜鉛を蒸着する工程とは同時に行われる。
前記第1電極を形成する工程は、前記酸化アルミニウムと酸化亜鉛との重量比率を、1:99ないし10:90で蒸着する工程である。
前記酸化アルミニウムと酸化亜鉛との蒸着は100℃ないし450℃で行われる。
前記基板上に薄膜トランジスタを形成する工程をさらに含み、前記反射膜は、前記薄膜トランジスタに電気的に連結されるように形成する。
前記反射膜の形成前に、AZOで前記薄膜トランジスタとコンタクトされるコンタクト膜をさらに形成し、前記反射膜は前記コンタクト膜上に形成する。
前記有機膜は、前記発光層と前記第1電極との間に介された第1層をさらに備え、前記第1層の厚さは、40nmないし120nmで蒸着される。
前記第1電極の厚さは、30nmないし140nmで形成される。
前記第1電極及び反射膜は、同時にパターニングされる。
前記のような本発明によれば、前面発光構造で反射膜上に形成される第1電極の厚さを十分に厚くして光効率が低下しない。
そして、このように第1電極が十分に厚いため、消費電力も低減させることができ、有機発光素子の全体的な効率を高めることができる。
また、反射膜と半透過反射膜である第2電極との間の共振厚さを有機膜の第1層にて調節する必要がなく、第1電極の厚さでもって調節できる。
十分に厚い第1電極と反射膜とを同時にパターニングすることができて、生産効率を向上させることができる。
本発明の望ましい一実施形態による有機発光素子の概略的な構造を示した断面図である。 本発明の第1電極と既存のITOとの波長−吸収定数の関係を示したグラフである。 本発明の望ましい他の一実施形態による有機発光素子の概略的な構造を示した断面図である。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の望ましい一実施形態による有機発光素子を図示した概略図である。
図1を参照すれば、本発明の望ましい一実施形態による有機発光素子は、基板1上に形成された反射膜2、前記反射膜2上に形成された第1電極3、前記第1電極3上に形成された有機膜4、前記有機膜4上に備えられた第2電極5を備える。
前記基板1はガラス材で形成できるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、プラスチック材、金属材なども適用できる。この基板1上には図面に図示していないが、表面の平坦化及び基板からの不純物拡散防止のために、別途の絶縁膜がさらに形成されうる。この基板1は透明な基板が使われうるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、不透明な基板を使用してもよいということはいうまでもない。
前記反射膜2は、金属のように光反射率が高い物質で形成することが望ましい。そして、その厚さも光反射が十分に行われるものが望ましい。
これらの反射膜2は、Al、Ag、CrまたはMoなどで形成でき、ほぼ1,000Åの厚さに形成する。
前記反射膜2上に形成される第1電極3は、透明なAZOで形成される。この第1電極3は、有機発光素子のアノードとして機能するものである。
前記AZOは、酸化アルミニウム(例えば、Al)と酸化亜鉛(ZnO)とを一定割合で混合して蒸着させて形成するものであって、透明に形成することが望ましい。
酸化アルミニウムと酸化亜鉛とは重量比率を1:99ないし10:90で蒸着させることが望ましいが、さらに望ましくは、2:98の割合(重量比)で蒸着する。酸化アルミニウムの重量比率が1より低くて10より大きい場合、抵抗値が高くなるという問題が発生しうる。
また前記酸化アルミニウムと酸化亜鉛とは、別途の坩堝で同時に蒸着させてAZO膜を成膜するが、この時の蒸着温度は100ないし450℃の範囲で行うことが望ましい。蒸着温度が100℃より低い場合には、AZO膜品質が低下し、特に透過度が低くなって吸収定数k値も高くなる。蒸着温度が450℃より高い場合には、基板変形の問題が発生しうる。
このように形成されたAZO膜は、吸収定数値を1×10−3ないし2×10−2にすることが望ましい。このように吸収定数k値を上記範囲内に低める場合、消費電力をさらに低めることができ、前面発光の光効率も高めることができる。
図2は、一般的なITOの場合(I)と、本発明のAZOの場合(II)(III)との吸収定数k値を比較したものである。
図2でAZO(II)の場合は、酸化アルミニウムと酸化亜鉛とを2:98の重量比で200℃で蒸着した場合を示し、AZO(III)の場合は、酸化アルミニウムと酸化亜鉛とを2:98の重量比で400℃で蒸着した場合を示す。AZO(II)の場合、可視光領域である450〜650nmの領域で0.016〜0.012まで低い吸収定数値を持ち、AZO(III)の場合は0.002〜0.006の非常に低い吸収定数値を持つことが分かる。二つの場合とも可視光領域で、0.022〜0.04の吸収定数値を持つITO(I)より顕著に低い吸収定数値を表すことが分かる。
吸収定数の場合、その値が10倍低くなる時に消費電力が10%ほど低くなる結果を得ることができるので、蒸着温度200℃で蒸着した場合より蒸着温度400℃で蒸着した場合がさらに望ましい。吸収定数値を1×10−3より低くすることは、製造上困難である。
一方、前記のようなAZOは、既存のアノードとして使われたITOに比べてはるかに短時間にエッチングされるため、反射膜2と共にパターニングしやすい。すなわち、ITOの場合、厚さ200Åに形成する場合、反射膜2として使われるAgと共にパターニングするエッチング条件を確保し難かった。しかし、前記AZOは、1000Å以上の厚さでもエッチングレートが速いため、Agを利用した反射膜2と共にパターニングしやすい長所がある。したがって、第1電極3を十分に厚い厚さ、すなわち、30〜140nmに確保することができて消費電力を低減させることができ、また反射膜2と第2電極5との間の距離t1である共振厚さを合わせるにも十分になる。既存には前記共振厚さを合せるために有機膜に別途の補助層をさらに形成することもあったが、本発明はこのような不便さがない。
前記有機膜4は、発光層42を備える。
前記発光層42と第1電極3との間には、共通機能層として第1層41が介在される。
第1層41は、正孔注入層と正孔輸送層とがいずれもまたは選択的に積層されて備えられうる。
前記正孔注入層は、正孔注入物質を真空熱蒸着、またはスピンコーティングして正孔注入層を選択的に形成する。
前記正孔注入物質としては、銅フタロシアニンなどのフタロシアニン化合物(下式に示す)またはスターバースト型アミン類であるTCTA(下式に示す)、m−MTDATA(下式に示す)、m−MTDAPBなどを使用できる。
前記正孔注入層の上部に形成される正孔輸送層は、正孔輸送層物質を真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、LB(Langmuir Blodgett)法などの方法により形成できるが、均一な膜質を得やすく、またピンホールが発生し難いというなどの点で、真空蒸着法により形成することが望ましい。真空蒸着法により正孔輸送層を形成する場合、その蒸着条件は使用する化合物によって異なるが、一般的に正孔注入層の形成とほぼ同じ条件範囲から選択される。
前記正孔輸送層物質は、特別に制限されず、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−[1,1−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(TPD)(下式に示す)、N,N’−ジ(ナフタレン−1−イル)−N,N’−ジフェニルベンジジン(α−NPD)(下式に示す)などが使われる。
次いで前記第1層41上に発光層42を形成し、この発光層42上にさらに他の共通機能層として第2層43を形成する。
第2層43は、電子注入層と電子輸送層とがいずれもまたは選択的に積層されて備えられうる。
前記電子注入層は、LiF、NaCl、CsF、LiO、BaO、Liq(下式に示す)などの物質を利用できる。前記電子注入層の厚さは1ないし100Åであることが望ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。前記電子注入層は、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、LB法などの方法により形成できるが、均一な膜質を得やすく、またピンホールが発生し難いというなどの点で、真空蒸着法により形成することが望ましい。
前記電子輸送層は、真空蒸着方法、またはスピンコーティング方法で形成できるが、電子輸送層の材料としては特別に制限されず、トリス(8−ヒドロキシ−キノリノラート)アルミニウム(Alq3)を利用できる。前記電子輸送層の厚さは50ないし600Åでありうるが、これは他の層の材料によって可変できる。
たとえ図面で図示していないにしても、前記有機発光層42と第2層43との間、または第2層43の電子注入層と電子輸送層との間には、正孔阻止用物質を使用して正孔阻止層(Hole Blocking Layer:HBL)を選択的に介在させることができる。この時に使われる正孔阻止層形成用の物質は特別に制限されないが、電子輸送能力を持ちつつ、発光化合物より高いイオン化ポテンシャルを持つべきであり、代表的にBalq(下式に示す)、BCP(下式に示す)、TPBI(下式に示す)などが使われうる。
一方、本発明において、前記発光層42は、ホスト物質とドーパント物質との混合層で備えられるか、それぞれ別途層をなして備えられうる。
ホスト物質としては、Alq3、9,10−ジ(ナフト−2−イル)アントラセン(AND)、3−Tert−ブチル−9,10−ジ(ナフト−2−イル)アントラセン(TBADN)、4,4’−ビス(2,2−ジフェニル−エテン−1−イル)−4,4’−ジメチルフェニル(DPVBi)、4,4’−ビス(2,2−ジフェニル−エテン−1−イル)−4,4’−ジメチルフェニル(p−DMDPVBi)、Tert(9,9−ジアリールフルオレン)s(TDAF)、2−(9,9’−スピロビフルオレン−2−イル)−9,9’−スピロビフルオレン(BSDF)、2,7−ビス(9,9’−スピロビフルオレン−2−イル)−9,9’−スピロビフルオレン(TSDF)、ビス(9,9−ジアリールフルオレン)s(BDAF)、4,4’−ビス(2,2−ジフェニル−エテン−1−イル)−4,4’−ジ−(tert−ブチル)フェニル(p−TDPVBi)、1,3−ビス(カルバゾール−9−イル)ベンジン(mCP)、1,3,5−トリス(カルバゾール−9−イル)ベンジン(tCP)、4,4’,4”−トリス(カルバゾール−9−イル)トリフェニルアミン(TcTa)、4,4’−ビス(カルバゾール−9−イル)ビフェニル(CBP)、4,4’−ビス(9−カルバゾリル)−2,2’−ジメチル−ビフェニル(CBDP)、4,4’−ビス(カルバゾール−9−イル)−9,9−ジメチル−フルオレン(DMFL−CBP)、4,4’−ビス(カルバゾール−9−イル)−9,9−ビス(9−フェニル−9H−カルバゾール)フルオレン(FL−4CBP)、4,4’−ビス(カルバゾール−9−イル)−9,9−ジ−トリル−フルオレン(DPFL−CBP)、9,9−ビス(9−フェニル−9H−カルバゾール)フルオレン(FL−2CBP)などが使われうる。
ドーパント物質としては、4,4’−ビス[4−(ジ−p−トリルアミノ)スチリル]ビフェニル(DPAVBi)(下式に示す)、9,10−ジ(ナフト−2−イル)アントラセン(ADN)(下式に示す)、3−tert−ブチル−9,10−ジ(ナフト−2−イル)アントラセン(TBADN)(下式に示す)などが使われうる。
前記のように有機膜4を形成した後には、有機膜4上に第2電極5を形成する。
前記第2電極5は仕事関数が低い金属で形成するが、厚さを薄く形成して半透過反射が可能に形成する。Mg:Ag薄膜で100〜300Åの厚さに形成できる。これ以外にもAl、Au、Crなど仕事関数の低い金属などが適用できる。
前記のように第2電極5を形成した後には、第2電極5上に別途のキャッピング層6をさらに形成できる。前記キャッピング層6は、透光可能に透明な有機物または無機物で形成できる。
本発明において、前述した光学的共振は、反射膜2と第2電極5との相互対向面間の距離t1を、発光層42の発光波長に合せて設定することによって光取出効率を高める。
従来の有機発光素子では、前述したように、第1電極3の厚さt3を十分に厚く製作できなかったため、前記共振距離t1を合せるためには、第1層の厚さt2を厚くするしかなかった。実際に従来の有機発光素子では、前記第1層3の厚さt3を1000Å以上に形成した。
ところが、本発明は前述したように、第1電極3としてAZOを使用していて、その厚さt3を30〜140nmに十分に厚く形成できて、有機膜4のうち第1層41の厚さt2を薄く形成できる。本発明の望ましい一実施形態によれば、前記第1層41の厚さt2を40ないし120nmに形成できる。厚いAZO電極の使用による有機層の厚さが薄くなるにつれて駆動電圧が低くなり、これによる消費電力が、有機層の厚さが薄くなるほど低減する傾向を示す。
図3は、本発明の望ましい他の一実施形態を示したものであって、アクティブマトリックスタイプ(型)の前面発光型有機発光素子を示したものである。
基板1上にはバッファ層11が形成されており、このバッファ層11上に薄膜トランジスタ12を備える画素回路が形成されている。図3には、前記画素回路の構成として薄膜トランジスタ12のみを図示したが、画素回路は、薄膜トランジスタとキャパシタとをさらに備えることができる。
前記バッファ層11上に備えられた薄膜トランジスタ12の構成は、次の通りである。まず、前記バッファ層11上には半導体物質で活性層121が形成される。そして、活性層121を覆うようにゲート絶縁膜122がさらに形成され、ゲート絶縁膜122上にはゲート電極123が形成される。ゲート電極123を覆うようにゲート絶縁膜122上に層間絶縁膜124が形成され、この層間絶縁膜124上に活性層121とコンタクトされたソース電極125及びドレイン電極126が形成される。
これらの薄膜トランジスタ12を覆うように平坦化膜13が形成され、平坦化膜13上に、薄膜トランジスタ12のドレイン電極126とコンタクトされるコンタクト膜31が形成される。このコンタクト膜31は、第1電極3であるAZOと同じ物質で形成されることが望ましく、50〜150Åの厚さに形成できる。コンタクト膜31の厚さがあまりにも厚くなれば、ドレイン電極126と反射膜2との間のコンタクト抵抗を高め過ぎ、コンタクト膜31があまりにも薄くてもオーミックコンタクトをなすことができない。
前記のようなコンタクト膜31上に反射膜2が形成され、反射膜2上に第1電極3が形成される。
図3から分かるように、コンタクト膜31、反射膜2及び第1電極3はAZO膜、Ag膜、AZO膜を順に積層した後、一括パターニングすることによって同時に形成することが望ましい。この時、前述したように、前記コンタクト膜31及び第1電極3はAZOで備えられるため、エッチング速度が速くて反射膜2と同時にエッチングするのに十分である。
このように第1電極3まで形成した後には、絶縁物質で画素定義膜14を形成する。画素定義膜14は平坦化膜13上に形成されるものであって、前記第1電極3の縁部を覆う。
次いで、前記第1電極3上に第1層41、発光層42及び第2層43を順次積層して有機膜4を形成する。この時、第1層41及び第2層43は全体画素にわたって共通の層で形成でき、発光層42は画素別にパターニングされるように形成できる。
そして、有機膜4上には、第2電極5を前述した半透過反射膜で形成し、第2電極5は全体画素を覆うように形成する。
第2電極5上にはキャッピング層6をさらに形成できる。
本発明は図面に図示された実施形態を参考までに説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって定められねばならない。
本発明は、有機発光素子関連の技術分野に好適に用いられる。
1 基板、
2 反射膜、
3 第1電極、
4 有機膜、
41 第1層、
42 発光層、
43 第2層、
5 第2電極、
6 キャッピング層、
11 バッファ層、
12 薄膜トランジスタ、
121 活性層、
122 ゲート絶縁膜、
123 ゲート電極、
124 層間絶縁膜、
125 ソース電極、
126 ドレイン電極、
13 平坦化膜、
14 画素定義膜、
31 コンタクト膜。

Claims (16)

  1. 基板と、
    前記基板上に備えられ、かつ金属で形成された反射膜と、
    前記反射膜上に透明なAZOで形成された第1電極と、
    前記第1電極上に備えられ、かつ発光層を備える有機膜と、
    前記有機膜上に備えられ、かつ半透過反射膜を備える第2電極と、を備える有機発光素子。
  2. 前記基板に備えられ、かつ前記反射膜と電気的に連結された薄膜トランジスタをさらに備える請求項1に記載の有機発光素子。
  3. 前記反射膜の下部にAZOで形成され、前記薄膜トランジスタとコンタクトされるコンタクト膜をさらに備える請求項1または2に記載の有機発光素子。
  4. 前記有機膜は、前記発光層と前記第1電極との間に介された第1層をさらに備え、前記第1層の厚さは、40nmないし120nmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機発光素子。
  5. 前記第1電極の厚さは、30nmないし140nmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の有機発光素子。
  6. 前記第1電極を構成するAZOは、吸収定数値が1×10−3ないし2×10−2であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の有機発光素子。
  7. 基板上に金属で反射膜を形成する工程と、
    前記反射膜上に透明なAZOで第1電極を形成する工程と、
    前記第1電極上に発光層を備える有機膜を形成する工程と、
    前記有機膜上に半透過反射膜を備える第2電極を形成する工程と、を含む有機発光素子の製造方法。
  8. 前記第1電極を形成する工程は、
    前記反射膜上に酸化アルミニウムを蒸着する工程と、
    前記反射膜上に酸化亜鉛を蒸着する工程と、を含む請求項7に記載の有機発光素子の製造方法。
  9. 前記酸化アルミニウムを蒸着する工程と前記酸化亜鉛を蒸着する工程とは、同時に行われることを特徴とする請求項8に記載の有機発光素子の製造方法。
  10. 前記第1電極を形成する工程は、
    前記酸化アルミニウムと酸化亜鉛との重量比率を、1:99ないし10:90で蒸着する工程であることを特徴とする請求項8または9のいずれか1項に記載の有機発光素子の製造方法。
  11. 前記酸化アルミニウムと酸化亜鉛との蒸着は、100℃ないし450℃で行われることを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の有機発光素子の製造方法。
  12. 前記基板上に薄膜トランジスタを形成する工程をさらに含み、
    前記反射膜は、前記薄膜トランジスタに電気的に連結されるように形成することを特徴とする請求項7〜11のいずれか1項に記載の有機発光素子の製造方法。
  13. 前記反射膜の形成前に、AZOで前記薄膜トランジスタとコンタクトされるコンタクト膜をさらに形成し、前記反射膜は前記コンタクト膜上に形成することを特徴とする請求項12に記載の有機発光素子。
  14. 前記有機膜は、前記発光層と前記第1電極との間に介された第1層をさらに備え、前記第1層の厚さは、40nmないし120nmで蒸着されることを特徴とする請求項7〜13のいずれか1項に記載の有機発光素子の製造方法。
  15. 前記第1電極の厚さは、30nmないし140nmで形成されたことを特徴とする請求項7〜14のいずれか1項に記載の有機発光素子の製造方法。
  16. 前記第1電極及び反射膜は、同時にパターニングされることを特徴とする請求項7〜15のいずれか1項に記載の有機発光素子の製造方法。
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