JP2010231927A - 有機ｅｌ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極上に溶媒中の水分が付着することを防止して長寿命化が可能な有機ＥＬ装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】陽極層２１を形成する工程と、陽極層２１上に正孔注入層３５をドライプロセスで形成する工程と、正孔注入層３５上に正孔輸送層３６をウェットプロセスで形成する工程と、正孔輸送層３６上に発光層３７をドライプロセスで形成する工程と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、有機ＥＬ装置の製造方法に関する。

有機ＥＬ（Electroluminescence）装置は、薄型、全固体型、面状自発光及び高速応答であるといった特徴を有する発光装置であり、フラットディスプレイパネルやバックライトへの応用が期待されている。
このような有機ＥＬ装置では、例えば真空蒸着法に代表されるドライプロセスや例えばスピンコート法やインクジェット法に代表されるウェットプロセスを用いて発光層などを形成している。ウェットプロセスの利点としては、形成される薄膜表面の均一性や、下地層にある凹凸のカバレッジ性などがある。

しかし、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）で形成された陽極上にウェットプロセスによって塗布膜を形成した場合、塗布膜を形成する際に使用される溶媒中の水分や酸素が陽極上に付着する。そして、陽極上に水分や酸素が付着した状態で陽極及び陰極間に電流を流すと、水分中のイオンと陽極とが反応して塩や酸化物が発生することがある。そのため、陽極が水分中のイオンや酸素によって変質して抵抗値が上がり、寿命が短くなるという問題がある。そこで、ＩＴＯで形成された陽極上にウェットプロセスによって塗布膜を形成し、これを窒素雰囲気下で加熱、加圧することによって長寿命化を図ることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２６０００号公報

しかしながら、上記従来の有機ＥＬ装置の製造方法においても、以下の課題が残されている。すなわち、上記従来の製造方法では、陽極上にウェットプロセスで塗布膜を形成しているため、溶媒が除去されるものの陽極に水分や酸素がいったんは付着することとなる。そのため、水分や酸素が陽極上に残存することがある。これにより、陽極及び陰極間に電流を流すと陽極が変質して陽極の導電性が低下し、有機ＥＬ装置の長寿命化が図れないおそれがある。ここで、溶媒の水分中のイオンを除去することが考えられるが、コストがかかるため、現実的でない。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、電極上に溶媒中の水分が付着することを防止して長寿命化が可能な有機ＥＬ装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明にかかる有機ＥＬ装置の製造方法は、第１及び第２電極と、該第１及び第２電極間に順に配置された第１から第３層を有する発光機能層と、を備える有機ＥＬ装置の製造方法であって、前記第１電極を形成する工程と、前記第１電極上に前記第１層をドライプロセスで形成する工程と、前記第１層上に前記第２層をウェットプロセスで形成する工程と、前記第２層上に前記第３層をドライプロセスで形成する工程と、を備えることを特徴とする。

この発明では、第２層を形成する工程において溶媒中の水分が第１電極に付着することを確実に防止することで、有機ＥＬ装置の長寿命化が図れる。
すなわち、第２層をウェットプロセスで形成しても第１電極上にドライプロセスで形成された第１層が設けられているため、溶媒中の水分や酸素は第１電極と接触しない。そのため、第１電極が溶媒中の水分に含まれるイオンや酸素によって変質、劣化して抵抗値が増大することを防止し、有機ＥＬ装置の長寿命化が図れる。
また、第２層をウェットプロセスで形成することにより、第１及び第２層間の空隙の発生をより確実に抑制し、第１及び第２層間の密着性が向上する。さらに、第２層の表面が平坦に形成されることにより、第２及び第３層間の空隙の発生をより確実に抑制し、第２層及び第３層の間の密着性が向上する。このため、第１及び第２層間の界面における抵抗値や第２及び第３層の間の界面における導電性が高まり、有機ＥＬ装置の長寿命化が図れる。

また、本発明の有機ＥＬ装置の製造方法は、前記第１電極が、酸化インジウムスズで出構成されていることが好ましい。
この発明では、第１電極を構成する酸化インジウムスズ中のスズとイオンとが反応して塩が発生することを抑制し、第１電極の抵抗値が増大することを防止する。

また、本発明の有機ＥＬ装置の製造方法は、前記第１層が、正孔注入材料で形成されていることが好ましい。
この発明では、第１層が正孔注入層として機能し、第１電極から第２層に向けて正孔を注入する。

また、本発明の有機ＥＬ装置の製造方法は、前記第２層が、正孔輸送材料で形成されていることが好ましい。
この発明では、第２層が正孔輸送層として機能し、第１層から第３層に向けて正孔を輸送する。

本発明の一実施形態における有機ＥＬ装置を示す平面図である。 図１の有機ＥＬ装置の等価回路図である。 図１の有機ＥＬ装置を示す概略断面図である。

以下、本発明における有機ＥＬ装置の製造方法の一実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

［有機ＥＬ装置］
まず、本実施形態における有機ＥＬ装置の製造方法によって製造される有機ＥＬ装置について説明する。
本実施形態における有機ＥＬ装置１は、アクティブマトリックス型のカラー有機ＥＬ装置であって、図１に示すように、平面視でほぼ矩形の素子基板２を備えている。
素子基板２の中央部分には、図１及び図２に示すように、複数の画素領域１１、データ線１２、走査線１３及び電源線１４が配置された実表示領域１５が形成されている。また、素子基板２の実表示領域１５の外側には、図１に示すように、データ線駆動回路１６及び走査線駆動回路１７が配置されたダミー領域１８が形成されている。そして、素子基板２のダミー領域１８の外側には、後述する陰極層（第２電極）２２に接続される陰極用配線１９が配置されている。この実表示領域１５及びダミー領域１８により、画素部２０が形成されている。

複数の画素領域１１それぞれには、図２に示すように、画素電極となる陽極層（第１電極）２１と、陰極層２２と、陽極層２１及び陰極層２２の間に挟みこまれる発光機能層２３とが設けられている。これら陽極層２１、陰極層２２及び発光機能層２３により、有機ＥＬ素子が構成される。また、複数の画素領域１１それぞれには、陽極層２１をスイッチング制御するためのＴＦＴ素子２４、２５と、保持容量２６とが設けられている。

ＴＦＴ素子２４は、ゲートが走査線１３に接続されて、ソースがデータ線１２に接続され、ドレインがＴＦＴ素子２５及び保持容量２６に接続されている。また、ＴＦＴ素子２４は、走査線１３を介して走査線駆動回路１７から供給された走査信号に応じて、データ線１２を介してデータ線駆動回路１６から供給されたデータ信号を保持容量２６に供給する構成となっている。
ＴＦＴ素子２５は、ゲートがＴＦＴ素子２４のドレインに接続され、ソースが電源線１４に接続され、ドレインが陽極層２１に接続されている。そして、ＴＦＴ素子２５は、保持容量２６で保持されたデータ信号に応じてオン・オフ状態が決定され、電源線１４を介して供給される駆動電流を陽極層２１に供給する構成となっている。
データ線１２、走査線１３及び電源線１４は、実表示領域１５内において格子状に配置されている。そして、データ線１２はデータ線駆動回路１６に接続され、走査線１３は走査線駆動回路１７に接続されている。

次に、素子基板２の画素領域１１における詳細な構成について説明する。
素子基板２は、図３に示すように、例えばガラスなどの透光性材料で構成された基板本体３１と、基板本体３１上に積層された素子形成層３２、陽極層２１、発光機能層２３、陰極層２２及び陰極保護膜３３と、を備えている。

素子形成層３２には、データ線１２、走査線１３及び電源線１４とＴＦＴ素子２４、２５とが適宜の絶縁膜を介して形成されている。
陽極層２１は、図３に示すように、例えばＩＴＯなどの透光性の導電材料で形成されており、ＴＦＴ素子２５のドレインに接続されている。
発光機能層２３は、陽極層２１上に順に積層された正孔注入層（第１層）３５、正孔輸送層（第２層）３６、発光層（第３層）３７及び電子輸送層３８を備えている。

正孔注入層３５は、陽極層２１から供給された正孔を陰極層２２に向けて注入する機能を有している。ここで、正孔注入層３５を構成する正孔注入材料としては、例えば銅フタロシアニンなど以下の構造式で表される材料のように、正孔輸送層３６を形成する際に用いられる溶媒に対して不溶である材料で形成されている。なお、正孔注入層３５の層厚は、例えば３０ｎｍとなっている。

正孔輸送層３６は、正孔注入層３５から注入された正孔を発光層３７に向けて輸送する機能を有している。ここで、正孔輸送層３６を構成する正孔輸送材料としては、例えば以下の構造式で表されるようなアミン骨格を有するポリマー材料などの高分子材料であって例えばキシレンやトルエン、テトラヒドロフランなどの溶媒に対して可溶である材料が挙げられる。なお、正孔輸送層３６の層厚は、例えば２０ｎｍとなっている。

発光層３７は、低分子の有機発光色素や高分子発光体のような各種の蛍光物質や燐光物質などの発光物質、例えばＡｌｑ_３（トリス（８−キノリノール）アルミニウム）などで形成されている。発光物質となる共役系高分子の中では、アリーレンビニレンまたはポリフルオレン構造を含むものなどが特に好ましい。また、低分子発光体では、例えばナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、ペリレン誘導体、ポリメチン系、キサテン系、クマリン系、シアニン系などの色素類、８−ヒドロキノリン及びその誘導体の金属錯体、芳香族アミン、テトラフェニルシクロペンタジエン誘導体などが使用可能である。なお、発光層３７は、電圧の印加により白色に発光するように形成されている。また、発光層３７の層厚は、例えば４０ｎｍとなっている。

電子輸送層３８は、陰極層２２から供給された電子を発光層３７に向けて輸送する機能を有している。ここで、電子輸送層３８を構成する電子輸送材料としては、例えばアキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン及びその誘導体、ベンゾキノン及びその誘導体、ナフトキノン及びその誘導体、アントラキノン及びその誘導体、テトラシアノアンスラキノジメタン及びその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン及びその誘導体、ジフェノキノン誘導体、８−ヒドロキシキノリン及びその誘導体の金属錯体などが挙げられる。なお、電子輸送層３８の層厚は、例えば４０ｎｍとなっている。

陰極層２２は、電子輸送層４７側から順に例えば１ｎｍのＬｉＦ（フッ化リチウム）膜及び例えば１００ｎｍのＡｌ（アルミニウム）膜を積層した構成となっている。なお、陰極層２２は、複数の画素領域１１の全域にわたる共通電極となっている。
陰極保護膜３３は、例えばシリコン酸化物やシリコン窒化物、シリコン窒酸化物などのシリコン化合物のような無機化合物で形成されており、製造工程において陰極層２２が腐食することを防止する。

また、素子基板２の上面には、接着層４０によりカラーフィルタ基板４１が貼付されている。カラーフィルタ基板４１は、例えばガラスなどの透光性材料で形成された基板本体４２と、基板本体４２上に形成されたカラーフィルタ層４３及び遮光層４４とを備えている。
カラーフィルタ層４３は、画素領域１１に対応して配置されており、例えばアクリルなどで形成されて各画素領域１１の表示色に対応する色材を含有している。
遮光層４４は、各画素領域１１の縁部に対応して配置されており、各画素領域１１を縁取っている。
なお、基板本体４２の内面側に凹部を設け、この凹部に水や酸素を吸収するゲッター剤（例えば、ＣａＯ、ＢａＯなど）を配置してもよい。

［有機ＥＬ装置の製造方法］
次に、以上のような構成の有機ＥＬ装置１の製造方法について説明する。
まず、基板本体３１上にデータ線１２、走査線１３及び電源線１４とＴＦＴ素子２４、２５とを適宜の絶縁膜を介して形成し、素子形成層３２を形成する。そして、素子形成層３２上に陽極層２１を形成し、素子形成層３２に形成されたＴＦＴ素子２５のドレインと陽極層２１とを接続する。

続いて、陽極層２１上に正孔注入層３５を形成する。ここでは、例えば真空蒸着法を用いたドライプロセスによって陽極層２１上に正孔注入層３５を形成する。
そして、正孔注入層３５上に正孔輸送層３６を形成する。ここでは、キシレンからなる溶媒中に正孔輸送層３６を構成する材料を溶解させた溶液を、例えばスピンコート法を用いたウェットプロセスによって正孔注入層３５上に塗布する。このとき、正孔注入層３５が溶媒であるキシレンやトルエン、テトラヒドロフランに対して不溶な材料で形成されているため、溶液を塗布しても、正孔注入層３５は溶解しない。また、正孔注入層３５の表面に凹凸が形成されていても、塗布膜がこの凹凸に入り込んで平坦化する。このため、正孔注入層３５と正孔輸送層３６とが密着する。その後、正孔輸送層３６の塗布膜を乾燥させて溶媒を除去する。これにより、正孔輸送層３６が形成される。

続いて、正孔輸送層３６上に発光層３７を形成する。ここでは、例えば真空蒸着法を用いたドライプロセスによって正孔輸送層３６上に発光層３７を形成する。このとき、正孔輸送層３６の上面が平坦化されているため、正孔輸送層３６と発光層３７とが密着する。そして、発光層３７上に電子輸送層３８を形成する。ここでは、例えば真空蒸着法を用いたドライプロセスによって発光層３７上に電子輸送層３８を形成する。
次に、電子輸送層３８上に陰極層２２及び陰極保護膜３３を順に形成する。以上のようにして、素子基板２を製造する。
その後、別途形成したカラーフィルタ基板４１を素子基板２上に接着層４０を介して貼り合せる。以上のようにして、有機ＥＬ装置１を製造する。

このような構成の有機ＥＬ装置１では、陽極層２１及び陰極層２２の間に電圧を印加すると、正孔が陽極層２１から陰極層２２に向けて移動すると共に、電子が陰極層２２から陽極層２１に向けて移動する。ここで、正孔注入層３５を介して陽極層２１上に正孔輸送層３６をウェットプロセスで形成しているため、陽極層２１にウェットプロセスにおける溶媒が接触しない。これにより、陽極層２１に溶媒中の水分や酸素が付着したままとなることを防止し、有機ＥＬ装置１の製造後に陽極層２１及び陰極層２２間に電流を流したときに水分中のイオンと陽極層２１を構成するＩＴＯのスズとが反応して塩状態となることなど、陽極層２１が変質することを回避する。
また、正孔注入層３５と正孔輸送層３６とが間隙なく形成され、正孔注入層３５と正孔輸送層３６との密着性が向上しているため、正孔注入層３５及び正孔輸送層３６の間の界面抵抗が増大しない。同様に、正孔輸送層３６と発光層３７との密着性が向上しているため、正孔輸送層３６及び発光層３７の間の界面抵抗が増大しない。
このため、抵抗の増大による発熱に起因した有機ＥＬ素子の劣化が抑制される。

以上のように製造された有機ＥＬ装置１と、正孔輸送層をドライプロセスによって形成した有機ＥＬ装置との寿命特性を比較した。この結果、有機ＥＬ装置１は、７６時間の寿命特性を有し、５０時間の寿命特性を有する比較された有機ＥＬ装置よりも１．５倍の寿命を有することが分かった。ここで、寿命とは、駆動開始時の発光輝度に対して発光輝度が２０％低下するまでの時間としている。

以上のように、本実施形態における有機ＥＬ装置１の製造方法では、正孔注入層３５上に正孔輸送層３６をウェットプロセスで形成しており、正孔輸送層３６の形成時に溶媒が陽極層２１に付着しないため、陽極層２１を構成するＩＴＯのスズが塩状態となることを防止し、有機ＥＬ装置１の長寿命化が図れる。
また、ウェットプロセスで形成された正孔輸送層３６によって正孔輸送層３６と正孔注入層３５及び発光層３７との密着性が向上し、各界面における抵抗値が低くなることによっても有機ＥＬ装置１の長寿命化が図れる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第１電極は、ＩＴＯで構成されているが、第１電極上にウェットプロセスで層を形成すると溶媒中の水分に含まれるイオンによって変質するような材料であれば、例えばアルミニウムなど他の材料で構成されてもよい。
また、第１層が正孔注入層として、第２層が正孔輸送層として、第３層が発光層として機能しているが、ウェットプロセスで形成される第２層がドライプロセスで形成された第１層上に形成されて陽極層上に直接形成されていなければ、それぞれ他の機能を有してもよい。
そして、有機ＥＬ装置は、発光層が白色に発光するように構成されており、カラーフィルタ層を通すことによってＲ、Ｇ、Ｂの各色光を出力するように構成されているが、発光層がＲ、Ｇ、Ｂの各色光を出力するように構成してカラーフィルタ層を設けなくてもよい。

１ 有機ＥＬ装置、２１ 陽極層（第１電極）、２２ 陰極層（第２電極）、２３ 発光機能層、３５ 正孔注入層（第１層）、３６ 正孔輸送層（第２層）、３７ 発光層（第３層）

Claims (4)

1. 第１及び第２電極と、該第１及び第２電極間に順に配置された第１から第３層を有する発光機能層と、を備える有機ＥＬ装置の製造方法であって、
   前記第１電極を形成する工程と、
   前記第１電極上に前記第１層をドライプロセスで形成する工程と、
   前記第１層上に前記第２層をウェットプロセスで形成する工程と、
   前記第２層上に前記第３層をドライプロセスで形成する工程と、を備えることを特徴とする有機ＥＬ装置の製造方法。
2. 前記第１電極が、酸化インジウムスズで出構成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ装置の製造方法。
3. 前記第１層が、正孔注入材料で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ装置の製造方法。
4. 前記第２層が、正孔輸送材料で形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ装置の製造方法。

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