JP2010505257A - 有機発光ディスプレイ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

カソード（１７）と有機電子伝達層（１５）との間の電子供与体金属の薄層（１６）と、同じ金属による有機電子伝達層の部分ドーピングとの両方を含む、有機エレクトロルミネセンスディスプレイが記載される。また、該ディスプレイの製造方法も記載される。

Description

本発明は、有機発光ディスプレイ及びその製造方法に関する。

有機発光ディスプレイは、ＯＬＥＤとしての分野において知られている（その定義は発光ダイオードにも関し、これはディスプレイを形成する単位であるが、ディスプレイに関してより一般的に用いられている）。

簡単に言えば、ＯＬＥＤは、第１の透明平面状支持体（ガラス又はプラスチック製）；第２の支持体（これは透明である必要はなく、ガラス、金属又はプラスチック製であることができ、本質的に平面状であり且つ第１の支持体に対して平行であり、密閉空間を形成するために後者の周辺に沿って固定される）；並びに前記密閉空間中で像を形成するための活性構造：から成る。前記活性構造は一般的に、前記の第１の透明支持体上に次のものを順番に積層することによって形成される：
・前記の第１の支持体上に直接配置された互いに平行の第１の一連の直線状透明電極（一般的にはＩＴＯの略号で当技術分野において周知のインジウムとスズとの混合酸化物から作られたもの）（一般的にアノード機能を有する）；
・前記の第１の一連の電極と接触した、電子正孔の伝導体であり、当技術分野において簡潔にＨＴＬ（正孔輸送層）と示される有機材料層；
・前記ＨＴＬ層上の、有機ルミネセンス材料の層（ＥＭＬ、発光層）；
・前記ＥＭＬ層上の、当技術分野においてＥＴＬ（電子輸送層）と称される有機電子伝導体材料の層；及び
・前記ＥＬＴ層上に積層された、前記の第１の一連の電極に対して直角の向きの、互いに平行の第２の一連の直線状電極。

ＯＬＥＤディスプレイの構造及び動作のもっと詳しい説明については、例えば米国特許第６０１３３８４号明細書、米国特許第６２８４３９３号明細書、米国特許第６５０９１０９号明細書及び特開平０９−０７８０５８号公報を参照することができる。

ＯＬＥＤの構造中に少量の電子供与体金属（特にアルカリ金属）を添加することにより、消費電力、ターンオン電圧及び輝度のような特性を改善することができることが知られている。

今日まで、研究者たちは、ＯＬＥＤ中にこれらの金属を加える他の２つの方法に焦点を絞っている。

第１の態様に従えば、前記金属は、前記カソードと前記ＥＴＬ有機層との間に数ｎｍ程度の非常に薄い層の形で入れられる。この方策はＯＬＥＤのターンオン電圧（当技術分野においては「ビルトイン電圧」と称される）を下げ、結果としてその消費電力を減らすことができるということが観察されている。このアプローチは、例えば米国特許第６２５５７７４号明細書に開示されている。

第２の態様に従えば、前記金属は、有機電子輸送層（又はその少なくとも一部であって前記カソードに近い部分）のドーピング元素として用いられる。この態様に従って製造されるＯＬＥＤデバイスは、電流に対する低い抵抗を示し、従ってドープされていないデバイスと比較して低い消費又は著しく高い輝度を示す。これらの効果の強さは、１対１の金属と層の有機分子との間のモル比までドーピングを増やすことによって増大するが、ドーピング量がもっと多くなってもさらなる利点はもたらされない。この第２のアプローチは、例えば米国特許第６０１３３８４号明細書及び"Bright organic electroluminescent devices having a metal-doped electron-injecting layer", by J. Kido and T. Matsumoto, Applied Physics Letters, vol. 73, n. 20, November 1998に開示されている。

実用上、上に例示した２つのシチュエーションは、ＥＴＬ層内部に使用した金属が拡散することにより、経時的に変化する傾向がある。第１の場合、前記金属はＥＴＬ中に拡散して、金属層を存在させる利点がゼロになり得るまでカソードとＥＴＬとの間に挟まれる金属層の初期厚さが小さくなり、ＥＴＬの不均一ドーピングをもたらす。第２の場合、前記金属はＥＴＬ−カソード界面に向けて拡散し、第１の場合のものと類似したシチュエーションに向けて進んでいく。しかしながら、これらの現象は制御されず、それによりＯＬＥＤの電気的特性は再現性がなく、ディスプレイの寿命の間に制御されない態様で展開する。

米国特許第６０１３３８４号明細書 米国特許第６２８４３９３号明細書 米国特許第６５０９１０９号明細書 特開平０９−０７８０５８号公報 米国特許第６２５５７７４号明細書

"Bright organic electroluminescent devices having a metal-doped electron-injecting layer", by J. Kido and T. Matsumoto, Applied Physics Letters, vol. 73, n. 20, November 1998

本発明の目的は、ＯＬＥＤディスプレイ及びその製造方法であって、ディスプレイ自体の最良の機能上の特性を達成して維持することを可能にするものを提供することにある。

これらの目的及び他の目的は、本発明によって達成される。本発明は、第１の局面において、カソードとＥＴＬ層との間に含まれた電子供与体金属の薄層を含み且つ該金属薄層に隣接した部分においてドープされたＥＴＬ層を含むことを特徴とするＯＬＥＤディスプレイに関する。

ＯＬＥＤディスプレイは複数のダイオードから作られる：便宜上、明細書の残りの部分では単一のダイオードの製造に言及する。

以下、図面を参照して本発明を説明する。

図１は、本発明のＯＬＥＤディスプレイの概略断面図である。 図２は、本発明のＯＬＥＤディスプレイの主要製造工程を示す概略図である。

これらの図において、様々な部分の間の割合は、もっと重要な詳細を示すために、厳密なものとはなっていない。

本発明者らは、本発明に従って製造されたＯＬＥＤディスプレイにおいては、電子供与体金属の拡散現象が、既知のディスプレイにおいて起こるものと比較して少なくなることを見出した。この現象はまだ深く研究されていなかったが、すでにドープされたＥＴＬの存在は、カソードと接触する金属層の拡散を減らし、結果としてその機能をより長期間維持させると考えられる。同様に、金属層の存在は、ＥＴＬからカソードとの界面に向けての金属の拡散を減らすと考えられる。その結果として、本発明のＯＬＥＤの電気的特徴の経時変化がより少なくなる。

図１は、本発明のディスプレイを形成させるために用いられるＯＬＥＤダイオード１０を示す。このダイオードは、透明支持体１１（一般的にガラス製）上に一連の層を積層して成る。この支持体上に、アノード１２を積層する（図には１個のアノードのみを示す）。このアノードもまた透明であり、一般的にＩＴＯから作られ、スクリーン印刷により又は好適なマスキングを用いたカソード積層により、製造される。前記アノード上に、一般的に窒素含有芳香族化合物（アリールアミン、ピリジン又はピラジン誘導体等）を用いて製造された有機ＨＴＬ層１３を存在させる。次いで、有機材料のＥＭＬ層１４が設けられ、ここで、それぞれＥＴＬ層及びＨＴＬ層により輸送された電子及び正孔の再結合の際に、ルミネセンスが発生する。この層は、例えばトリス（８−ヒドロキシキノン）アルミニウム（当技術分野においてはしばしば略号Ａｌｑで示される）から製造することができる。層１４上に、電子輸送層ＥＴＬ１５が設けられ、この層の上に電子供与体金属層１６が存在する。最後に、層１６の外側表面上に、一般的にアルミニウム製のカソード１７が設けられ、これにダイオード１０の供給用の電気接点（図示せず）が連結される。各層の一般的な厚さは、アノード１２が１５０ｎｍ付近、ＨＴＬ層１３が１２０ｎｍ付近、ＥＭＬ層１４が５〜１０ｎｍの範囲、ＥＴＬ層１５が３０〜８０ｎｍの範囲、電子供与体金属層１６が０．２〜５ｎｍの範囲、カソード１７が２００〜３００ｎｍの範囲である。

本発明のダイオードの特徴的な要素は、層１５及び１６である。

層１５は、ＥＭＬ層と同じＡｌｑ材料で製造されていてよく、ＥＭＬ層に直接接触する部分１５'及び部分１５''から構成される。部分１５'は意図的には電子供与体金属でドープされないが、これはディスプレイの寿命の間に部分１５'中に部分的に拡散してもよい。ディスプレイの動作については、電子供与体金属が層１４と接触したりその中に入り込んだりするのを回避することが必要であり、部分１５'の高さ（厚さ）は電子供与体金属がデバイスの寿命の間にこの全体的な高さを通り抜けることができないことを保証するのに充分でなければならない。この最小高さは、周知のデータや特定有機材料中への特定金属の促進拡散試験から、補外することができる。例えば、層１５がＡｌｑから作られ且つ前記金属がリチウムである場合には、部分１５'について４０ｎｍ付近の厚さで、要求される特性が保証されることが観察された。対照的に、部分１５''は、ダイオード１０の製造の際に電子供与体金属で意図的にドープされる。部分１５''中のドーピング金属と有機分子との間のモル比は、１：１００〜２：１の範囲であるのが好ましく、１：６〜１：１の範囲であるのがより一層好ましい。

電子供与体金属の層１６は、リチウム又はセシウムから作られているのが好ましい。

部分１５''をドーピングするために用いられる金属と層１６を形成させるために用いられる金属とは、必ずしも同一でなくてもよい。例えば、層１５''をドーピングするためにセシウムを用い、層１６を形成させるためにリチウムを用いることも可能である。

その第２の局面において、本発明は、タイプ１０のダイオードを製造するための方法及び複数の斯かるダイオードから成るＯＬＥＤディスプレイに関する。

周知のように、アノード１２は、サブミクロン寸法のインジウムとスズとの混合酸化物の粒子の含水アルコール懸濁液から出発するスクリーン印刷技術によって、透明支持体１１上に形成させるのが一般的である。

その他の層はすべて、蒸発によって、通常は排気して温度調節したチャンバーの上方部分に上下逆さまに支持体（その上にすでにアノードが存在するもの）を配置させ、ＯＬＥＤの様々な成分の供給源を提供することによって、製造される。これらの供給源からの各種成分の蒸発は、特定の供給源を開閉する機械的要素（当技術分野において「シャッター」と称されるもの）により、温度を調節することにより、又はこれら両方の手段を同時に採用することにより、調節することができる。キャリブレーションテストにより、様々な層の積層割合を決定することができ、その結果、蒸発時間によりそれらの厚さを調節することができる。別法として、積層材料の厚さ測定、一般的には支持体１１に近接してチャンバー内に配置させた水晶発振子微量天秤（「水晶発振子モニター」ＱＣＭと称される）を用いることができる。

図２は、本発明の方法の必須工程、即ち層１５及び１６の形成を示す。表示の容易さのために、図中に排気チャンバーは示さないが、本発明を特徴付ける成分を製造するために用いた蒸発供給源が示され、また、この場合には図の詳細は釣り合いを取ったものではない。

図２ａは、アノード１２、ＨＴＬ層１３及びＥＭＬ層１４をすでに周知の方法で形成させた支持体を示す。

図２ｂは部分１５'の製造操作の概略を示すものであり、これは、供給源２０（例えば加熱されたるつぼ）からＥＴＬ層の有機材料（例えばＡｌｑ）を蒸発させることによって得られる。この工程の間は、チャンバー内に設けられた他の蒸発供給源は作動していない（非アクティブ）。

図２ｃには、部分１５''の製造工程を示す。この工程においては、ＥＴＬの有機材料供給源２０及び電子供与体金属の供給源２１の両方が作動しており（アクティブ）、２種の材料の同時蒸発が起こってそれら両方の均一混合物が積層する。電子供与体金属供給源は、単純なるつぼ（随意にオリフィスを持つ蓋で閉じられたもの）、又はもっと複雑な形状の蒸発器（例えば本出願人名義の米国特許第６７５３６４８号明細書及び国際公開ＷＯ２００６／０５７０２１号パンフレットに示されたもの）であってよい。有機成分と金属との間の所望の比の達成は、２種の成分の蒸発速度の比を調節することによって達成される。後者は、供給源２０及び２１が保持される（異なる）温度及び随意に供給源上に置かれる蓋に設けられる開口の寸法により、調節することができる。

最後に、図２ｄには、層１６の製造を示す。この工程においては、有機材料の供給源２０は（加熱を中断するか又はシャッターを用いるかにより）作動しないようにし、層１６の所望の厚さを得るのに必要な時間の間、供給源２１の金属の蒸発を続ける。図２ｂ〜２ｄにおいて、供給源２０及び２１と形成中の層との間の点線領域は、各種材料の上記の「円錐」を表わす。

１０・・・ＯＬＥＤダイオード
１１・・・透明支持体
１２・・・アノード
１３・・・ＨＴＬ（正孔輸送）層
１４・・・ＥＭＬ（発光）層
１５・・・ＥＴＬ（電子輸送）層
１５'・・・非ドープ部分
１５''・・・ドープ部分
１６・・・電子供与体金属層
１７・・・カソード
２０・・・ＥＴＬの有機材料供給源
２１・・・電子供与体金属の供給源

Claims (6)

1. カソード（１７）とＥＴＬ層（１５）との間に含まれた電子供与体金属の薄層（１６）を含み、ＥＴＬ層（１５）中の前記金属薄層（１６）に隣接した部分（１５''）が電子供与体金属でドープされたＯＬＥＤディスプレイ。
2. 前記薄層（１６）を構成する前記金属が前記部分（１５''）をドープする前記金属と同じである、請求項１に記載のＯＬＥＤディスプレイ。
3. 前記のドープされた部分（１５''）をドープする前記金属がリチウムであり、前記ＥＴＬ層（１５）の非ドープ部分（１５'）が少なくとも４０ｎｍの厚さを有する、請求項１に記載のＯＬＥＤディスプレイ。
4. 前記ドーピング金属と前記ＥＴＬ層のドープされた部分中の有機金属との間のモル比が１：１００〜２：１の範囲である、請求項１に記載のＯＬＥＤディスプレイ。
5. 前記モル比が１：６〜１：１の範囲である、請求項４に記載のＯＬＥＤディスプレイ。
6. 透明支持体（１１）上に最終ＯＬＥＤディスプレイの透明アノード（１２）を存在させたものを、有機成分及び金属成分の蒸発のための好適な供給源を備えた排気チャンバー中に配置させる工程；
   該支持体上に、前記アノード上に、有機材料の正孔輸送層（１３）及び有機発光層（１４）を順次積層する工程；
   前記チャンバー内に設けられた他の供給源を作動させずに、有機電子輸送層を形成させるのに適した有機材料の蒸発供給源（２０）を作動させて、電子輸送層（１５）の金属でドープされていない部分（１５'）を形成させる工程；
   電子輸送層（１５）を形成させるのに適した有機材料の供給源（２０）を作動させたままにしつつ、電子供与体金属の蒸発供給源（２１）を作動させて電子輸送層（１５）のドープされた部分（１５''）を形成させる工程；
   電子供与体金属の蒸発供給源（２１）を作動させたままにしつつ、電子輸送層（１５）を形成させるのに適した有機材料の供給源（２０）を作動しないようにして、前記電子輸送層（１５）の上にもっぱら金属層（１６）を形成させる工程；
   前記金属層（１６）の上に最終ＯＬＥＤディスプレイを構成するダイオードのカソード（１７）を形成させる工程：
   を含むことを特徴とする、ＯＬＥＤディスプレイの製造方法。

Images