JP2013041688A - 発光素子、表示装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光素子1Rは、陽極3Rと陰極8との間に設けられた青色発光機能層5Bと、陽極3Rと青色発光機能層5Bとの間に設けられた赤色発光機能層5Rとを有し、さらに、青色発光機能層5Bと、赤色発光機能層5Rとの間に、この青色発光機能層5B側から、正孔輸送層43と拡散調整層44と第1電子注入層61とがこの順で積層された積層体で構成されるキャリア選択層46を有する。
【選択図】図1
Description
これは、インクジェット法のような塗布法を用いて作製された有機EL素子は、赤色および緑色に発光する有機EL素子では、実用レベルの発光寿命(輝度寿命)や発光効率(電流効率または外部量子効率)を有するものの、青色に発光する有機EL素子では、実用レベルの発光寿命や発光効率に達しないことが多く、また、真空蒸着法を用いて作製された青色に発光する有機EL素子は、塗布法を用いて作製されたものと比較して、その発光寿命が数倍以上長く、実用レベルに達していることが多い点に着目した技術である。つまり、インクジェット法のような液相プロセスを用いて作製されたある発光色の有機EL素子が、実用レベルの発光寿命や発光効率に達しない場合でも、真空蒸着法のような気相プロセスを用いて作製された同様の発光色の有機EL素子は、実用レベルの発光寿命や発光効率を有する場合がある。
そのため、赤色有機EL素子(赤色画素)および緑色有機EL素子(緑色画素)において、意図しない青色発光層が発光することにより、それぞれ、赤色および緑色としての色純度が低くなってしまうことがあった。
すなわち、陰極と陽極の間に複数の発光する機能を有する層(発光機能層)を備えた発光素子において、前記発光する機能を有する層のうち、所望の層を選択的または支配的に発光させることができないという課題があった。
本発明の発光素子は、陽極と、
陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に設けられた第1の色を発光する機能を有する第1の層と、
前記陽極と前記第1の層との間に設けられた第2の層と、
前記陽極と前記第2の層との間に設けられた第3の層と、を備え、
前記第2の層は、電子注入層と、拡散調整層と、前記電子注入層および前記拡散調整層よりも前記陰極側に配置されている正孔輸送層と、を有し、
前記第2の層は、前記第3の層の機能によってキャリアの流れが選択される機能を有することを特徴とする。
これにより、第2の層が第3の層の機能によって適宜キャリアの流れが選択されるので第1の層を発光させたい場合と、発光を抑制したい場合とを第3の層により選択することが可能となる。そして、第1の層を発光させる場合、この第1の層を長時間に亘って選択的に発光させることができる。
前記第2の層は、前記電子注入層と、前記拡散調整層と、前記正孔輸送層とが、前記陽極側からこの順で積層されていることが好ましい。
これにより、電子注入層に含まれる構成材料の拡散を抑制することが可能となる。
本発明の発光素子は、
前記第2の層と前記第3の層は直接接していることが好ましい。
第3の層に第2の層が直接接することにより、第3の層の機能によって決まる第2の層の機能による作用が強化される。
本発明の発光素子は、
前記第3の層は、第2の色を発光する機能を有することが好ましい。
第3の層は、第2の色を発光する機能を有するものであってもよい。
第3の層が、第2の色を発光する機能を有するものであるとき、第2の層はキャリアを流す機能を有するようになり、正孔と電子との再結合が第1の層内よりも第3の層内で起こる確率を高くすることができる。これにより、第2の色を効率的に発光させることができる。
前記第3の層は、正孔注入層であることが好ましい。
第3の層は、正孔注入層であってもよい。
本発明の発光素子は、前記正孔注入層はイオン伝導性を有することが好ましい。
また、その正孔注入層がイオン伝導性を有するものであることが望ましい。
第3の層が正孔注入層であるとき、さらにその正孔注入層がイオン伝導性を有するときは特に、第2の層はキャリアの流れを抑制する機能を有するようになり、正孔と電子との再結合が第1の層で起こる確率を高くすることができる。これにより、第1の色を効率的に発光させることができる。
前記電子注入層は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、もしくはそれらの化合物で構成されることが好ましい。
これにより、正孔輸送層と電子注入層とを介した、第1の層から第3の層への電子の注入性をより向上させることができるようになる。
前記拡散調整層は、Al、Ag、Cu、Au、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Sn、Zn、Nb、Cr、Moのうちから選択される金属、もしくはこれらの合金で構成されることが好ましい。
これにより、電子注入層に含まれる構成材料の拡散をより確実に抑制することが可能となる。
前記第1の層は、気相プロセスを用いて形成されたものであることが好ましい。
気相プロセスを経て形成される第1の層を備える発光素子は、実用レベルの発光寿命特性を十分に備えるものである。
本発明の発光素子は、
前記正孔輸送層は、気相プロセスを用いて形成されたものであることが好ましい。
気相プロセスを経て形成される正孔輸送層を備える発光素子は、液相プロセスを経て形成される正孔輸送層を備える発光素子よりも、優れた発光寿命特性を備えるものである。
前記第1の色は青色であることが好ましい。
このように青色の光を発光する機能を有する第1の層を備える発光素子に、本発明の発光素子が好適に適用される。
本発明の発光素子は、
前記第2の色は、赤色または緑色であることが好ましい。
このように赤色または緑色の光を発光する機能を有する第3の層を備える発光素子に、本発明の発光素子が好適に適用される。
本発明の発光素子は、前記第3の層は、液相プロセスを用いて形成されたものであることが好ましい。
液相プロセスを経て形成される第3の層を備える発光素子を備える表示装置は、容易に大面積化が可能である。
これにより、信頼性の高い表示装置を得ることができる。
本発明の電子機器は、本発明の表示装置を備えることが好ましい。
これにより、信頼性の高い電子機器を得ることができる。
(表示装置)
まず、本発明の発光素子を説明するのに先立って、本発明の表示装置について説明する。
なお、以下では、本発明の表示装置を、ディスプレイ装置に適用した場合を一例に説明する。
図1に示すディスプレイ装置100は、基板21と、サブ画素100R、100G、100Bに対応して設けられた複数の発光素子1R、1G、1Bと、各発光素子1R、1G、1Bをそれぞれ駆動するための複数の駆動用トランジスタ24とを有している。
なお、本実施形態において、ディスプレイ装置100は、各発光素子1R、1G、1Bが光R、G、Bを発光すると、その光R、G、Bを基板21側から透過させるボトムエミッション構造のディスプレイパネルである。
各駆動用トランジスタ24は、シリコン等の半導体材料からなる半導体層241と、半導体層241上に形成されたゲート絶縁層242と、ゲート絶縁層242上に形成されたゲート電極243と、ソース電極244と、ドレイン電極245とを有している。
また、平坦化層22上には、各駆動用トランジスタ24に対応して、発光素子(有機EL素子)1R、1G、1Bが設けられている。
発光素子1R、1G、1Bは、それぞれ、陽極3R、3G、3Bと、陰極8の間に、陰極8側から、第1の層と、第2の層と、第3の層とをこの順に備える。
第2の層は、キャリア選択層46である。キャリア選択層とは、第3の層の機能によってキャリアの流れが選択される機能を有する層であり、以下、第3の層の機能によってキャリアの流れが選択される機能を有する層のことをキャリア選択層と称する。本実施形態では、キャリア選択層46は、第1電子注入層61と拡散調整層44と正孔輸送層43とが、陽極(3R、3G、3B)側からこの順に積層された積層体により構成される。
また、発光素子1Bにおいては、第3の層は正孔注入層41Bである。
発光素子1Rは、平坦化層22上に、陽極3Rと、正孔注入層41Rと、中間層42Rと、第3の層としての赤色発光機能層5Rと、第2の層としてのキャリア選択層46と、第1の層としての青色発光機能層5Bと、電子輸送層62と、第2電子注入層63と、陰極8とが、この順に積層されている。
さらに、発光素子1Bは、平坦化層22上に、陽極3Bと、第3の層としての正孔注入層41Bと、第2の層としてのキャリア選択層46と、第1の層としての青色発光機能層5Bと、電子輸送層62と、第2電子注入層63と、陰極8とが、この順に積層されている。
かかる構成の発光素子1R、1G、1Bの隣接するもの同士の間には、隔壁31が設けられ、これにより各発光素子1R、1G、1Bが個別に設けられている。
かかる構成の発光素子1R、1G、1Bに本発明の発光素子が適用されるが、これら発光素子1R、1G、1Bの詳細については後に説明する。
そして、エポキシ層35上に、これを覆うように封止基板20が設けられている。これにより、発光素子1R、1G、1Bの気密性が確保され、酸素や水分の浸入を防止できることから、発光素子1R、1G、1Bの信頼性の向上を図ることができる。
かかる構成のディスプレイ装置100において、本発明の発光素子が適用される。以下、本発明の発光素子が適用された各発光素子1R、1G、1Bについて、順次説明する。
発光素子(赤色発光素子)1Rは、正孔注入層41Rと、中間層42Rと、赤色発光機能層5Rと、キャリア選択層46と、青色発光機能層5Bと、電子輸送層62と、第2電子注入層63とが、陽極3R側からこの順に積層された積層体が、陽極3Rと陰極8との間に介挿されてなるものである。
[陽極3R]
陽極3Rは、正孔注入層41Rに正孔を注入する電極である。
この陽極3Rの構成材料としては、特に限定されないが、仕事関数が大きく、導電性に優れる材料が好適に用いられる。
なお、ディスプレイ装置100を、ボトムエミッション構造のディスプレイパネルとする場合、陽極3Rには光透過性が求められるため、上述した構成材料のうち、光透過性を有する金属酸化物が好適に用いられる。
正孔注入層41Rは、陽極3Rからの正孔注入を容易にする機能を有するものである。
この正孔注入層41Rの構成材料(正孔注入材料)としては、特に限定されないが、後述する、正孔注入層41Rの形成工程において、液相プロセスを用いて形成し得るように、導電性高分子材料(または導電性オリゴマー材料)に電子受容性ドーパントを添加したイオン伝導性正孔注入材料が好適に用いられる。
なお、この正孔注入層41Rは、発光素子1Rを構成する、陽極3R、中間層42Rおよび赤色発光機能層5Rの構成材料の種類およびその膜厚等の組み合わせによっては省略することもできる。
中間層42Rは、正孔注入層41Rから注入された正孔を赤色発光機能層5Rまで輸送する機能を有する。また、中間層42Rは、赤色発光機能層5Rから中間層42Rへ通過しようとする電子をブロックする機能を有する場合もある。
この中間層42Rの構成材料としては、特に限定されないが、後述する、中間層42Rの形成工程において、液相プロセスを用いて形成し得るように、例えば、下記一般式(5)で表わされるトリフェニルアミン系ポリマー等のアミン系化合物が好適に用いられる。
なお、この中間層42Rは、発光素子1Rを構成する、陽極3R、正孔注入層41R、赤色発光機能層5R、第1電子注入層61、正孔輸送層43、青色発光機能層5B、電子輸送層62、第2電子注入層63および陰極8の構成材料の種類およびその膜厚等の組み合わせによっては省略することもできる。
赤色発光機能層5Rは、赤色に発光する赤色発光材料を含んで構成される。
発光素子1Rでは、この赤色発光機能層5Rが、陽極3Rとキャリア選択層(第2の層)46との間に設けられた第3の層を構成し、この赤色発光機能層5Rが発光素子1Rにおける第2の色(赤色)を発光する機能を有する。
このような赤色発光機能層5Rの平均厚さは、特に限定されないが、10nm以上、150nm以下程度であるのが好ましく、20nm以上、100nm以下程度であるのがより好ましい。
第1電子注入層61と拡散調整層44と正孔輸送層43とが、陽極3R側からこの順に積層された積層体により、キャリア選択層(第2の層)46が構成される。
発光素子1Rにおいて、キャリア選択層46は、青色発光機能層5Bからキャリア選択層46に流れてくる電子を赤色発光機能層5Rに円滑に注入するというキャリア注入動作を行う。このため、発光素子1Rにおいて、青色発光機能層5Bの発光は大幅に抑制され、赤色発光機能層5Rが選択的もしくは支配的に発光する。
第1電子注入層61は、キャリア選択層46を構成する層の一つであり、赤色発光機能層5Rに接する層である。
この第1電子注入層61の構成材料としては、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属塩(酸化物、フッ化物、塩化物等)、アルカリ土類金属塩(酸化物、フッ化物、塩化物等)、希土類金属塩(酸化物、フッ化物、塩化物等)、金属錯体等のような電子注入材料が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
第1電子注入層61をこのような電子注入材料を主材料として構成されるものとすることで、キャリア選択層46を介した、青色発光機能層5Bから赤色発光機能層5Rへの電子の注入効率をより向上させることができる。
アルカリ金属塩としては、例えば、LiF、Li2CO3、LiCl、NaF、Na2CO3、NaCl、CsF、Cs2CO3、CsClが挙げられる。また、アルカリ土類金属塩としては、例えば、CaF2、CaCO3、SrF2、SrCO3、BaF2、BaCO3が挙げられる。さらに、希土類金属塩としては、例えば、SmF3、ErF3が挙げられる。
金属錯体としては、例えば、8−キノリノラトリチウム(Liq)やトリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq3)等の8−キノリノールなしいその誘導体を配位子とする有機金属錯体が挙げられる。
さらに、第1電子注入層61は、2種以上の電子注入層が積層される形で形成されていても良い。これによって、キャリア選択層46の発光素子1Rにおけるキャリア注入動作が的確に行われる。
第1電子注入層61の平均厚さは、特に限定されないが、0.01nm以上、10nm以下程度であるのが好ましく、0.1nm以上、5nm以下程度であるのがより好ましい。第1電子注入層61の平均厚さをかかる範囲内に設定することにより、キャリア選択層46の発光素子1Rにおけるキャリア注入動作が的確に行われる。
拡散調整層44は、キャリア選択層46を構成する層の一つであり、第1電子注入層61と正孔輸送層43との間に位置して、これらの双方に接する層である。
この拡散調整層44の構成材料としては、第1電子注入層61を構成する電子注入材料と親和性が高く、かつ電子注入材料よりも拡散しにくい材料が用いられ、これにより、電子注入材料を拡散調整層44中において吸着させることができる。このような拡散調整層44の構成材料としては、具体的には、電子注入材料の種類によっても若干異なるが、例えば、Al、Ag、Cu、Au、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Sn、Zn、Nb、Cr、Moのうちから選択される金属、もしくはこれらの合金等が挙げられる。
また、拡散調整層44の形成プロセスは、真空蒸着法(蒸着法)やスパッタ法のような気相プロセスを用いても良いし、インクジェット法やスリットコート法のような液相プロセスを用いても良い。
拡散調整層44の平均厚さは、特に限定されないが、0.01nm以上、10nm以下程度であるのが好ましく、0.1nm以上、5nm以下程度であるのがより好ましい。拡散調整層44の平均厚さをかかる範囲内に設定することにより、キャリア選択層46の発光素子1Rにおけるキャリア注入動作が的確に行われる。
正孔輸送層43は、キャリア選択層46を構成する層の一つであり、青色発光機能層5Bに接する層である。
この正孔輸送層43の構成材料としては、特に限定されないが、後述する、正孔輸送層43の形成工程において、真空蒸着法のような気相プロセスを用いて形成し得るように、例えば、N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(m−トリル)−ベンジジン(TPD)、下記式(8)で表わされるビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニル]ベンジジン(α−NPD)、下記式(9)で表わされる化合物のようなベンジジン誘導体等のアミン系化合物が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
青色発光機能層5Bは、青色に発光する青色発光材料を含んで構成されている。
本実施形態では、この青色発光機能層5Bが、陽極(3R、3G、3B)と陰極8との間に設けられた第1の層を構成し、この青色発光機能層5Bが第1の色(青色)を発光する機能を有する。
この青色発光機能層5Bの構成材料としては、特に限定されないが、後述する、青色発光機能層5Bの形成工程において、気相プロセスを用いて形成し得るものが好適に用いられ、例えば、下記式(10)で表わされるスチリル誘導体の青色発光材料が挙げられる。
さらに、このようなゲスト材料およびホスト材料を用いる場合、青色発光機能層5B中におけるゲスト材料の含有量(ドープ量)は、ホスト材料に対して重量比で0.1%以上、20%以下程度であるのが好ましく、0.5%以上、10%以下程度であるのがより好ましい。ゲスト材料の含有量をこのような範囲内とすることで、発光効率を最適化することができる。
このような青色発光機能層5Bの平均厚さは、特に限定されないが、5nm以上、100nm以下程度であるのが好ましく、10nm以上、50nm以下程度であるのがより好ましい。
電子輸送層62は、陰極8から第2電子注入層63を介して電子輸送層62に注入された電子を青色発光機能層5Bに輸送する機能を有するものである。また、電子輸送層62は、青色発光機能層5Bから電子輸送層62へ通過しようとする正孔をブロックする機能を有する場合もある。
なお、この電子輸送層62は、発光素子1Rを構成する赤色発光機能層5R、第1電子注入層61、正孔輸送層43、青色発光機能層5B、第2電子注入層63および陰極8の構成材料の種類およびその膜厚等の組み合わせによっては省略することもできる。
第2電子注入層63は、陰極8から電子輸送層62への電子の注入効率を向上させる機能を有するものである。
この第2電子注入層63の構成材料(電子注入材料)としては、特に限定されないが、例えば、前述の第1電子注入層61の構成材料として挙げたものと同様のものを用いることができる。
なお、第2電子注入層63および第1電子注入層61の構成材料(電子注入材料)は、それぞれ、これらを挾持する2つの層の構成材料の組み合わせに応じて、最適な注入効率が得られるものが選択されるため、第2電子注入層63の構成材料と第1電子注入層61の構成材料とは、同一であっても異なっていてもよい。
なお、この第2電子注入層63は、電子輸送層62と陰極8の構成材料の種類およびその膜厚等の組み合わせによっては省略することもできる。
陰極8は、第2電子注入層63を介して電子輸送層62に電子を注入する電極である。
この陰極8の構成材料としては、仕事関数の小さい材料を用いるのが好ましい。陰極8の構成材料のとしては、後述する、陰極8の形成工程において、気相プロセスを用いて形成し得るように、例えば、Li、Mg、Ca、Sr、La、Ce、Er、Eu、Sc、Y、Yb、Ag、Cu、Al、Cs、Rb、Auまたはこれらを含む合金等が用いられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて(例えば、複数層の積層体等)用いることができる。
このような陰極8の平均厚さは、特に限定されないが、50nm以上、1000nm以下程度であるのが好ましく、100nm以上、500nm以下程度であるのがより好ましい。
なお、かかる構成の発光素子1Rの陽極3R、正孔注入層41R、中間層42R、赤色発光機能層5R、第1電子注入層61、正孔輸送層43、青色発光機能層5B、電子輸送層62、第2電子注入層63および陰極8の各層の間には、任意の層が設けられていてもよい。
発光素子(緑色発光素子)1Gは、正孔注入層41Gと、中間層42Gと、緑色発光機能層5Gと、キャリア選択層46と、青色発光機能層5Bと、電子輸送層62と、第2電子注入層63とが、陽極3G側からこの順に積層された積層体が、陽極3Gと陰極8との間に介挿されてなるものである。
発光素子1Gは、赤色発光機能層5Rに代えて緑色発光機能層5Gを備えること以外は、前述の発光素子1Rと同様の構成のものである。
緑色発光機能層5Gは、緑色に発光する緑色発光材料を含んで構成される。
発光素子1Gでは、この緑色発光機能層5Gが、陽極3Gとキャリア選択層(第2の層)46との間に設けられた第3の層を構成し、この緑色発光機能層5Gが発光素子1Gにおける第2の色(緑色)を発光する機能を有する。
このような緑色発光機能層5Gの平均厚さは、特に限定されないが、10nm以上、150nm以下程度であるのが好ましく、20nm以上、100nm以下程度であるのがより好ましい。
なお、かかる構成の発光素子1Gの陽極3G、正孔注入層41G、中間層42G、緑色発光機能層5G、第1電子注入層61、拡散調整層44、正孔輸送層43、青色発光機能層5B、電子輸送層62、第2電子注入層63および陰極8の各層の間には、任意の層が設けられていてもよい。
発光素子(青色発光素子)1Bは、正孔注入層41Bと、キャリア選択層46と、青色発光機能層5Bと、電子輸送層62と、第2電子注入層63とが、陽極3B側からこの順に積層された積層体が、陽極3Bと陰極8との間に介挿されてなるものである。
発光素子1Bにおいて、キャリア選択層46は、第1電子注入層61と拡散調整層44と正孔輸送層43とが、陽極3B側からこの順に積層された積層体により構成される。また、発光素子1Bにおいて、陽極3Bおよび陰極8は、それぞれ、個別電極および共通電極を構成し、陽極3Bは正孔注入層41Bに正孔を注入する電極として機能し、陰極8は第2電子注入層63を介して電子輸送層62に電子を注入する電極として機能する。
発光素子1Bは、中間層42Rおよび赤色発光機能層5Rの形成を省略して、正孔注入層41Bとキャリア選択層46とが互いに接する構成としたこと以外は、前記発光素子1Rと同様の構成のものである。但し、正孔注入層41Bとキャリア選択層46とが互いに接する構成としたことに起因して、発光素子1Bにおけるキャリア選択層46の機能は、発光素子1Rおよび1Gにおけるキャリア選択層46の機能とは大きく異なる。また、正孔注入層41Bに求められる機能も異なる場合がある。
正孔注入層41Bは、陽極3Bからの正孔注入を容易にする機能を有するものである。
この正孔注入層41Bの構成材料(正孔注入材料)としては、特に限定されないが、後述する、正孔注入層41Bの形成工程において、液相プロセスを用いて形成し得るように、導電性高分子材料(または導電性オリゴマー材料)に電子受容性ドーパントを添加したイオン伝導性正孔注入材料が好適に用いられる。
このようなイオン伝導性正孔注入材料としては、正孔注入層41Rの構成材料(正孔注入材料)として挙げたものと同様のものを用いることができる。
第1電子注入層61と拡散調整層44と正孔輸送層43とが、陽極3B側からこの順に積層された積層体により、キャリア選択層(第2の層)46が構成される。これら第1電子注入層61、拡散調整層44および正孔輸送層43を構成する材料としては、それぞれ、前述の発光素子1Rの第1電子注入層61および正孔輸送層43と同様のものを用いることができる。
なお、かかる構成の発光素子1Bの陽極3B、正孔注入層41B、第1電子注入層61、拡散調整層44、正孔輸送層43、青色発光機能層5B、電子輸送層62、第2電子注入層63および陰極8の各層の間には、任意の層が設けられていてもよい。
本実施形態では、キャリア選択層(第2の層)46は、第1電子注入層61と拡散調整層44と正孔輸送層43とが、陽極(3R、3G、3B)側からこの順に積層された積層体により構成される。
かかる構成のキャリア選択層46は、青色発光機能層5Bからキャリア選択層46に注入される電子の量を、キャリア選択層46の陽極(3R、3G、3B)側に接する層(第3の層)に応じて、選択的に制御する層である。すなわち、キャリア選択層(第2の層)46は、第3の層の機能によってキャリアの流れが選択される機能を有する層である。
このように、キャリア選択層46は、キャリア選択層(第2の層)46に接する第3の層の種類によって、キャリア注入動作を行ったり、キャリアブロック動作を行ったりする。
まず、発光素子1Rおよび1Gのように、キャリア選択層46の陽極(3R、3G)側に接する層が、それぞれ、赤色発光機能層5Rおよび緑色発光機能層5Gの場合、発光素子1Rおよび1Gのキャリア選択層46内の第1電子注入層61を構成している電子注入材料が、それぞれ、発光素子1Rおよび1Gの正孔輸送層43内に拡散し、これによって発光素子1Rおよび1Gの正孔輸送層43に備わっている電子ブロック機能が大きく低下する。この結果、発光素子1Rおよび1Gでは、青色発光機能層5Bから正孔輸送層43へ電子が円滑に注入される。さらに、赤色発光機能層5Rおよび緑色発光機能層5Gと、正孔輸送層43との間に存在する第1電子注入層61の機能により、正孔輸送層43から、赤色発光機能層5Rおよび緑色発光機能層5Gへの電子の注入も円滑に行われる。以上より、発光素子1Rおよび1Gのように、キャリア選択層46の陽極(3R、3G)側に接する層が、それぞれ、赤色発光機能層5Rおよび緑色発光機能層5Gの場合、キャリア選択層46は、青色発光機能層5Bからキャリア選択層46に流れてくる電子を、それぞれ、赤色発光機能層5Rおよび緑色発光機能層5Gに円滑に注入する(キャリア注入動作)。すなわち、キャリア選択層46は、青色発光機能層5Bから、赤色発光機能層5Rおよび緑色発光機能層5Gに、電子(キャリア)を円滑に流す動作を行う。
以上のようなディスプレイ装置100は、例えば、次のようにして製造することができる。
[1]まず、基板21を用意し、形成すべきサブ画素100R、100G、100Bに対応するように、複数の駆動用トランジスタ24を形成したのち、これら駆動用トランジスタ24を覆うように平坦化層22を形成する(第1の工程)。
[1−A]まず、基板21を用意し、基板21上に、駆動用トランジスタ24を形成する。
[1−Ab]次いで、半導体膜に対して、レーザアニールまたは固相成長法等により結晶化処理を行い、アモルファスシリコンをポリシリコンに変化させる。
ここで、レーザアニール法では、例えば、エキシマレーザでビームの長寸が400mmのラインビームを用い、その出力強度は、例えば200mJ/cm2程度に設定される。
[1−Ae]次いで、この状態で、高濃度のリンイオンを打ち込んで、ゲート電極243に対して自己整合的にソース・ドレイン領域を形成する。なお、不純物が導入されなかった部分がチャネル領域となる。
[1−Ba]まず、ゲート電極243を覆うように、第1平坦化層を形成した後、コンタクトホールを形成する。
[1−Bb]次いで、コンタクトホール内にソース電極244およびドレイン電極245を形成する。
[1−Ca]まず、第1平坦化層上に、第2平坦化層を形成した後、コンタクトホールを形成する。
[1−Cb]次いで、コンタクトホール内に配線27を形成する。
なお、[1−B]工程および[1−C]工程において形成された第1平坦化層および第2平坦化層により平坦化層22が構成される。
この陽極3R、3G、3Bは、平坦化層22上に、陽極3R、3G、3Bの構成材料を主材料として構成される薄膜を形成した後、パターニングすることにより得ることができる。
隔壁31は、各陽極3R、3G、3Bを覆うように平坦化層22上に、絶縁膜を形成した後、各陽極3R、3G、3Bが露出するようにフォトリソグラフィー法等を用いてパターニングすること等により形成することができる。
ここで、隔壁31の構成材料は、耐熱性、撥液性、インク溶剤耐性、平坦化層22等との密着性等を考慮して選択される。
具体的には、隔壁31の構成材料としては、例えば、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂のような有機材料や、SiO2のような無機材料が挙げられる。
なお、隔壁31の開口の形状を多角形とする場合には、角部は丸みを帯びているのが好ましい。これにより、正孔注入層41R、41G、41B、中間層42R、42Gおよび発光機能層5R、5Gを、後述するような液状材料を用いて形成する際に、これらの液状材料を、隔壁31の内側の空間の隅々にまで確実に供給することができる。
このような隔壁31の高さは、発光素子1R、1G、1Bの厚さに応じて適宜設定され、特に限定されないが、0.5μm以上、5μm以下程度とするのが好ましい。かかる高さとすることにより、十分に隔壁(バンク)としての機能が発揮される。
発光素子1Rを形成すべき領域に位置する隔壁31の内側に、正孔注入層41R、中間層42Rおよび赤色発光機能層5Rをこの順番に形成する。それぞれの層を形成する工程を正孔注入層41R形成工程、中間層42R形成工程、赤色発光機能層5R形成工程とし、以下に詳述する。
まず、正孔注入層41Rをインクジェット法によって塗布する。具体的には、正孔注入材料を含有する正孔注入層41R形成用のインク(液状材料)を、インクジェットプリント装置のヘッドから吐出し、各陽極3R上に塗布する(塗布工程)。
ここで、正孔注入層形成用のインクの調製に用いる溶媒(インク溶媒)または分散媒(インク分散媒)としては、例えば、硝酸、硫酸、アンモニア、過酸化水素、水、二硫化炭素、四塩化炭素、エチレンカーボネイト等の各種無機溶媒や、メチルエチルケトン(MEK)、アセトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン(MIBK)、メチルイソプロピルケトン(MIPK)、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール(DEG)、グリセリン等のアルコール系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、1,2−ジメトキシエタン(DME)、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン(THF)、テトラヒドロピラン(THP)、アニソール、ジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグリム)、ジエチレングリコールエチルエーテル(カルビトール)等のエーテル系溶媒、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、フェニルセロソルブ等のセロソルブ系溶媒、ヘキサン、ペンタン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒、シクロヘキサン、テトラリン等の脂環式炭化水素系溶媒、トルエン、キシレン、ベンゼン、トリメチルベンゼン、テトラメチルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒、ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、チオフェン、メチルピロリドン等の芳香族複素環化合物系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMA)等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化合物系溶媒、酢酸エチル、酢酸メチル、ギ酸エチル等のエステル系溶媒、ジメチルスルホキシド(DMSO)、スルホラン等の硫黄化合物系溶媒、アセトニトリル、プロピオニトリル、アクリロニトリル等のニトリル系溶媒、ギ酸、酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸等の有機酸系溶媒のような各種有機溶媒、または、これらを含む混合溶媒等が挙げられる。
なお、陽極3R上に塗布された液状材料は、流動性が高く(粘性が低く)、水平方向(面方向)に広がろうとするが、陽極3Rが隔壁31により囲まれているため、所定の領域以外に広がることが阻止され、正孔注入層41Rの輪郭形状が正確に規定される。
中間層42R形成工程では、まず中間層42Rを各正孔注入層41R上に正孔注入層41R形成工程と同様のインクジェット法によって塗布し、次に塗布した中間層42Rに対して正孔注入層41R形成工程と同様の後処理を施す。但し、中間層42R形成用のインクに用いるインク溶媒またはインク分散媒や、後処理の手法や条件等は、中間層42Rの形成に適したものを適宜選択する。
赤色発光機能層5R形成工程では、まず赤色発光機能層5Rを各中間層42R上に正孔注入層41R形成工程と同様のインクジェット法によって塗布し、次に塗布した赤色発光機能層5Rに対して正孔注入層41R形成工程と同様の後処理を施す。但し、赤色発光機能層5R形成用のインクに用いるインク溶媒またはインク分散媒や、後処理の手法や条件等は、赤色発光機能層5Rの形成に適したものを適宜選択する。
発光素子1Gを形成すべき領域に位置する隔壁31の内側に、正孔注入層41G、中間層42Gおよび緑色発光機能層5Gをこの順番に発光素子1Rと同様の手法を用いて形成する。但し、正孔注入層41G、中間層42G、緑色発光機能層5Gのそれぞれの層において、層の形成用のインクに用いるインク溶媒またはインク分散媒や、後処理の手法や条件等は、それぞれの層の形成に適したものを適宜選択する。
発光素子1Bを形成すべき領域に位置する隔壁31の内側に、正孔注入層41Bを発光素子1Rの正孔注入層41R形成工程と同様の手法を用いて形成する。但し、正孔注入層41B形成用のインクに用いるインク溶媒またはインク分散媒や、後処理の手法や条件等は、正孔注入層41Bの形成に適したものを適宜選択する。
以上のように、正孔注入層41R、41G、41B、中間層42R、42Gおよび発光機能層5R、5Gの各層をインクジェット法によって形成する場合、各層は塗布工程と後処理工程を経て完全に形成されるが、各層の塗布工程は、他の層の塗布工程と同時に行っても良いし、各層の後処理工程は、他の層の後処理工程と同時に行っても良い。
これにより、各発光素子1R、1G、1Bに共通の第1電子注入層61が一括(一体的)に形成される。
[7]次に、拡散調整層44の全面を覆うように、正孔輸送層43を形成する(第7の工程)。これにより、各発光素子1R、1G、1Bに共通の正孔輸送層43が一括に形成される。
[9]次に、青色発光機能層5Bの全面を覆うように、電子輸送層62を形成する(第9の工程)。これにより、各発光素子1R、1G、1Bに共通の電子輸送層62が一括に形成される。
[11]次に、第2電子注入層63の全面を覆うように、陰極8を形成する(第11の工程)。これにより、各発光素子1R、1G、1Bに共通の陰極8が一括に形成される。
また、前記工程[発光素子1R]および[発光素子1G]において、それぞれ、発光機能層5Rおよび5Gをインクジェット法のような液層プロセスを用いて成膜することにより、発光色の異なる発光機能層5Rおよび5Gを容易に塗り分け、かつディスプレイ装置100の大面積化を容易に実現することができる。加えて、前記工程[6]〜[8]において、それぞれ、正孔輸送層43、拡散調整層44および青色発光機能層5Bを気相プロセス(気相成膜法)を用いて形成することにより、発光素子1Bは、実用レベルの発光寿命を十分に備えるものとなる。さらに、各発光素子1R、1G、1Bに共通の青色発光機能層5Bを一括して(一体的に)形成する構成としたことから、高精細マスクを用いて、発光素子1Bに対して選択的に青色発光機能層5Bを成膜する必要がないため、工程の簡略化、さらにはディスプレイ装置100の大面積化を容易に図ることができる。
以上のようにして、駆動用トランジスタ24に対応して、複数の赤色、緑色および青色にそれぞれ発光する発光素子1R、1G、1Bが形成される。
これにより、エポキシ層35を介して、封止基板20で陰極8を覆うように陰極8と封止基板20とを接合することができる。
この封止基板20は、各発光素子1R、1G、1Bを保護する保護基板としての機能を発揮する。このような封止基板20を、陰極8上に設ける構成とすることで、発光素子1R、1G、1Bが酸素や水分に接触するのをより好適に防止または低減できることから、発光素子1R、1G、1Bの信頼性の向上や、変質・劣化の防止等の効果をより確実に得ることができる。
以上のような工程を経て、各発光素子1R、1G、1Bが封止基板20により封止されたディスプレイ装置(本発明の表示装置)100が完成される。
このようなディスプレイ装置100(本発明の表示装置)は、各種の電子機器に組み込むことができる。
この図において、パーソナルコンピュータ1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部を備える表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このパーソナルコンピュータ1100において、表示ユニット1106が備える表示部が前述のディスプレイ装置100で構成されている。
この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206とともに、表示部を備えている。
携帯電話機1200において、この表示部が前述のディスプレイ装置100で構成されている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
ディジタルスチルカメラ1300において、この表示部が前述のディスプレイ装置100で構成されている。
また、ケース1302の正面側(図示の構成では裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCDなどを含む受光ユニット1304が設けられている。
撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッタボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、回路基板1308のメモリに転送・格納される。
例えば、前記実施形態では、表示装置は、青色よりも長波長の光を発光する発光素子として、赤色発光素子および緑色発光素子を備える場合としたが、この場合に限定されず、黄色発光素子や橙色発光素子のような青色よりも長波長の光を発光する発光素子を備えるものであってもよい。この場合、これら黄色発光素子および橙色発光素子に本発明の発光素子が適用される。
なお、本実施例および比較例は大面積のディスプレイ装置に関するものであり、赤色発光素子および緑色発光素子をインクジェット法で、青色発光素子を高精細マスクによる塗り分けを必要としない真空蒸着法にて形成するものである。まず、実施例1は、前述した本発明の実施形態の具体的実施結果である。次に、比較例1は、赤色発光素子および緑色発光素子をインクジェット法で、青色発光素子を高精細マスクによる塗り分けを必要としない真空蒸着法にて形成する場合に考えられる最も一般的な構造を示す。さらに、比較例2は比較例1において特性の悪かった赤色発光素子および緑色発光素子の特性の改善を企図した構造である。加えて、比較例3は比較例1において特性の悪かった青色発光素子の特性の改善を企図した構造である。
(実施例1)
<1> まず、平均厚さ1.0mmの透明なガラス基板を基板321として用意した。次に、この基板321上に、スパッタ法により、平均厚さ50nmのITO膜を形成した後、このITO膜をフォトリソグラフィー法を用いてパターニングすることでITO電極(陽極303R、303G、303B/個別電極)を形成した。
そして、陽極303R、303G、303Bが形成された基板321をアセトン、2−プロパノールの順に浸漬し、超音波洗浄した後、酸素プラズマ処理を施した。
<3B> 次に、緑色発光素子301Gを形成すべき領域に位置する隔壁の内側に、インクジェット法を用いて、1.0wt%PEDOT/PSS水分散液を塗布した。
<3C> 次に、青色発光素子301Bを形成すべき領域に位置する隔壁の内側に、インクジェット法を用いて、1.0wt%PEDOT/PSS水分散液を塗布した。
<3D> 次に、3A、3B、3Cの各工程で塗布したPEDOT/PSS水分散液を乾燥した後、大気中にて基板321を加熱し、各陽極303R、303G、303B上に、それぞれ、PEDOT/PSSで構成される平均厚さ50nmのイオン伝導性の正孔注入層341R、341G、341Bを形成した。
<4B> 次に、緑色発光素子301Gを形成すべき領域に位置する隔壁の内側に、インクジェット法を用いて、上記一般式(5)で表わされる化合物の1.5wt%テトラメチルベンゼン溶液を塗布した。
<5B> 次に、緑色発光素子301Gを形成すべき領域に位置する隔壁の内側に、インクジェット法を用いて、上記一般式(19)で表わされる化合物の1.2wt%テトラメチルベンゼン溶液を塗布した。
<8> 次に、拡散調整層344上に、真空蒸着法を用いて、α−NPDで構成される平均厚さ10nmの正孔輸送層343を形成した。
<9> 次に、正孔輸送層343上に、真空蒸着法を用いて以下に示す青色発光機能層の構成材料で構成される平均厚さ20nmの青色発光機能層305Bを形成した。
ここで、青色発光機能層305Bの構成材料としては、ホスト材料として上記式(11)で表わされる化合物を用い、ゲスト材料として上記式(14)で表わされる化合物を用いた。また、青色発光機能層中のゲスト材料(ドーパント)の含有量(ドープ濃度)は、ホスト材料に対して重量比で5.0%とした。
<11> 次に、電子輸送層362上に、真空蒸着法を用いてフッ化リチウム(LiF)で構成される、平均厚さ0.5nmの第2電子注入層363を形成した。
<12> 次に、第2電子注入層363上に、真空蒸着法を用いてAlで構成される、平均厚さ100nmの陰極308を形成した。
<13> 次に、形成した各層を覆うように、ガラス製の保護カバー(封止部材)を被せ、エポキシ樹脂により固定、封止した。
以上の工程により、図5に示すようなボトムエミッション構造の表示装置を製造した。
前記実施例1における前記工程<7>を省略して、すなわち拡散調整層344の形成を省略して、第1電子注入層361上に、正孔輸送層343を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして、図6に示すようなボトムエミッション構造の表示装置を製造した。
前記実施例1における前記工程<5A>、前記工程<5B>、前記工程<5C>、前記工程<7>、前記工程<8>、前記工程<9>および前記工程<10>を、それぞれ、下記工程<5A’>、下記工程<5B’>、下記工程<5C’>、前記工程<7’>、前記工程<8’>、前記工程<9’>および前記工程<10’>のように変更したこと以外は、前記実施例1と同様にして、図5に示すようなボトムエミッション構造の表示装置を製造した。
<5B’> 次に、緑色発光素子301Gを形成すべき領域に位置する隔壁の内側に、インクジェット法を用いて、上記一般式(20)で表わされる化合物の1.2wt%テトラメチルベンゼン溶液を塗布した。
<8’> 次に、拡散調整層344上に、真空蒸着法を用いて、上記式(9)で表わされる化合物で構成される平均厚さ10nmの正孔輸送層343を形成した。
<9’> 次に、正孔輸送層343上に、真空蒸着法を用いて以下に示す青色発光機能層の構成材料で構成される平均厚さ10nmの青色発光機能層305Bを形成した。
ここで、青色発光機能層305Bの構成材料としては、ホスト材料として上記式(13)で表わされる化合物を用い、ゲスト材料として上記式(15)で表わされる化合物を用いた。また、青色発光機能層中のゲスト材料(ドーパント)の含有量(ドープ濃度)は、ホスト材料に対して重量比で5.0%とした。
前記実施例2における前記工程<7’>を省略して、すなわち拡散調整層344の形成を省略して、第1電子注入層361上に、正孔輸送層343を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして、図6に示すようなボトムエミッション構造の表示装置を製造した。
<1> まず、平均厚さ1.0mmの透明なガラス基板を基板421として用意した。次に、この基板421上に、スパッタ法により、平均厚さ50nmのITO膜を形成した後、このITO膜をフォトリソグラフィー法を用いてパターニングすることでITO電極(陽極403R、403G、403B/個別電極)を形成した。
そして、陽極403R、403G、403Bが形成された基板421をアセトン、2−プロパノールの順に浸漬し、超音波洗浄した後、酸素プラズマ処理を施した。
<3B> 次に、緑色発光素子401Gを形成すべき領域に位置する隔壁の内側に、インクジェット法を用いて、1.0wt%PEDOT/PSS水分散液を塗布した。
<3C> 次に、青色発光素子401Bを形成すべき領域に位置する隔壁の内側に、インクジェット法を用いて、1.0wt%PEDOT/PSS水分散液を塗布した。
<3D> 次に、3A、3B、3Cの各工程で塗布したPEDOT/PSS水分散液を乾燥した後、大気中にて基板421を加熱し、各陽極403R、403G、403B上に、それぞれ、PEDOT/PSSで構成される平均厚さ50nmのイオン伝導性の正孔注入層441R、441G、441Bを形成した。
<4B> 次に、緑色発光素子401Gを形成すべき領域に位置する隔壁の内側に、インクジェット法を用いて、上記一般式(5)で表わされる化合物の1.5wt%テトラメチルベンゼン溶液を塗布した。
<5B> 次に、緑色発光素子401Gを形成すべき領域に位置する隔壁の内側に、インクジェット法を用いて、上記一般式(19)で表わされる化合物の1.2wt%テトラメチルベンゼン溶液を塗布した。
<5C> 次に、青色発光素子401Bを形成すべき領域に位置する隔壁の内側に、インクジェット法を用いて、α−NPDの1.0wt%テトラリン溶液を塗布した。
ここで、青色発光機能層405Bの構成材料としては、ホスト材料として上記式(11)で表わされる化合物を用い、ゲスト材料として上記式(14)で表わされる化合物を用いた。また、青色発光機能層405B中のゲスト材料(ドーパント)の含有量(ドープ濃度)は、ホスト材料に対して重量比で5.0%とした。
<8> 次に、電子輸送層462上に、真空蒸着法を用いてフッ化リチウム(LiF)で構成される、平均厚さ0.5nmの第2電子注入層463を形成した。
<9> 次に、第2電子注入層463上に、真空蒸着法を用いてAlで構成される、平均厚さ100nmの陰極408を形成した。
<10> 次に、形成した各層を覆うように、ガラス製の保護カバー(封止部材)を被せ、エポキシ樹脂により固定、封止した。
以上の工程により、実施例1に対して、第1電子注入層361の形成が省略され、正孔輸送層343が形成される代わりに正孔輸送層443Bが形成された、図7に示すようなボトムエミッション構造の表示装置を製造した。
<1> まず、平均厚さ1.0mmの透明なガラス基板を基板521として用意した。次に、この基板521上に、スパッタ法により、平均厚さ50nmのITO膜を形成した後、このITO膜をフォトリソグラフィー法を用いてパターニングすることでITO電極(陽極503R、503G、503B/個別電極)を形成した。
そして、陽極503R、503G、503Bが形成された基板521をアセトン、2−プロパノールの順に浸漬し、超音波洗浄した後、酸素プラズマ処理を施した。
<3B> 次に、緑色発光素子501Gを形成すべき領域に位置する隔壁の内側に、インクジェット法を用いて、1.0wt%PEDOT/PSS水分散液を塗布した。
<3C> 次に、青色発光素子501Bを形成すべき領域に位置する隔壁の内側に、インクジェット法を用いて、1.0wt%PEDOT/PSS水分散液を塗布した。
<3D> 次に、3A、3B、3Cの各工程で塗布したPEDOT/PSS水分散液を乾燥した後、大気中にて基板521を加熱し、各陽極503R、503G、503B上に、それぞれ、PEDOT/PSSで構成される平均厚さ50nmのイオン伝導性の正孔注入層541R、541G、541Bを形成した。
<4B> 次に、緑色発光素子501Gを形成すべき領域に位置する隔壁の内側に、インクジェット法を用いて、上記一般式(5)で表わされる化合物の1.5wt%テトラメチルベンゼン溶液を塗布した。
<5B> 次に、緑色発光素子501Gを形成すべき領域に位置する隔壁の内側に、インクジェット法を用いて、上記一般式(19)で表わされる化合物の1.2wt%テトラメチルベンゼン溶液を塗布した。
<5C> 次に、青色発光素子501Bを形成すべき領域に位置する隔壁の内側に、インクジェット法を用いて、α−NPDの1.0wt%テトラリン溶液を塗布した。
ここで、青色発光機能層505Bの構成材料としては、ホスト材料として上記式(11)で表わされる化合物を用い、ゲスト材料として上記式(14)で表わされる化合物を用いた。また、青色発光機能層505B中のゲスト材料(ドーパント)の含有量(ドープ濃度)は、ホスト材料に対して重量比で5.0%とした。
<9> 次に、電子輸送層562上に、真空蒸着法を用いてフッ化リチウム(LiF)で構成される、平均厚さ0.5nmの第2電子注入層563を形成した。
<10> 次に、第2電子注入層563上に、真空蒸着法を用いてAlで構成される、平均厚さ100nmの陰極508を形成した。
<11> 次に、形成した各層を覆うように、ガラス製の保護カバー(封止部材)を被せ、エポキシ樹脂により固定、封止した。
以上の工程により、実施例1に対して、正孔輸送層343が形成される代わりに正孔輸送層543Bが形成された、図8に示すようなボトムエミッション構造の表示装置を製造した。
<1> まず、平均厚さ1.0mmの透明なガラス基板を基板621として用意した。次に、この基板621上に、スパッタ法により、平均厚さ50nmのITO膜を形成した後、このITO膜をフォトリソグラフィー法を用いてパターニングすることでITO電極(陽極603R、603G、603B/個別電極)を形成した。
そして、陽極603R、603G、603Bが形成された基板621をアセトン、2−プロパノールの順に浸漬し、超音波洗浄した後、酸素プラズマ処理を施した。
<3B> 次に、緑色発光素子601Gを形成すべき領域に位置する隔壁の内側に、インクジェット法を用いて、1.0wt%PEDOT/PSS水分散液を塗布した。
<3C> 次に、青色発光素子601Bを形成すべき領域に位置する隔壁の内側に、インクジェット法を用いて、1.0wt%PEDOT/PSS水分散液を塗布した。
<3D> 次に、3A、3B、3Cの各工程で塗布したPEDOT/PSS水分散液を乾燥した後、大気中にて基板621を加熱し、各陽極603R、603G、603B上に、それぞれ、PEDOT/PSSで構成される平均厚さ50nmのイオン伝導性の正孔注入層641R、641G、641Bを形成した。
<4B> 次に、緑色発光素子601Gを形成すべき領域に位置する隔壁の内側に、インクジェット法を用いて、上記一般式(5)で表わされる化合物の1.5wt%テトラメチルベンゼン溶液を塗布した。
<5B> 次に、緑色発光素子601Gを形成すべき領域に位置する隔壁の内側に、インクジェット法を用いて、上記一般式(19)で表わされる化合物の1.2wt%テトラメチルベンゼン溶液を塗布した。
<7> 次に、正孔輸送層643上に、真空蒸着法を用いて以下に示す構成材料で構成される平均厚さ20nmの青色発光機能層605Bを形成した。
ここで、青色発光機能層605Bの構成材料としては、ホスト材料として上記式(11)で表わされる化合物を用い、ゲスト材料として上記式(14)で表わされる化合物を用いた。また、青色発光機能層中のゲスト材料(ドーパント)の含有量(ドープ濃度)は、ホスト材料に対して重量比で5.0%とした。
<9> 次に、電子輸送層662上に、真空蒸着法を用いてフッ化リチウム(LiF)で構成される、平均厚さ0.5nmの第2電子注入層663を形成した。
<10> 次に、第2電子注入層663上に、真空蒸着法を用いてAlで構成される、平均厚さ100nmの陰極608を形成した。
<11> 次に、形成した各層を覆うように、ガラス製の保護カバー(封止部材)を被せ、エポキシ樹脂により固定、封止した。
以上の工程により、実施例1に対して、第1電子注入層361の形成が省略された、図9に示すようなボトムエミッション構造の表示装置を製造した。
<1> まず、平均厚さ1.0mmの透明なガラス基板を基板721として用意した。次に、この基板721上に、スパッタ法により、平均厚さ50nmのITO膜を形成した後、このITO膜をフォトリソグラフィー法を用いてパターニングすることでITO電極(陽極703R)を形成した。
そして、陽極703Rが形成された基板721をアセトン、2−プロパノールの順に浸漬し、超音波洗浄した後、酸素プラズマ処理を施した。
<7> 次に、第2電子注入層763上に、真空蒸着法を用いてAlで構成される、平均厚さ100nmの陰極708を形成した。
<8> 次に、形成した各層を覆うように、ガラス製の保護カバー(封止部材)を被せ、エポキシ樹脂により固定、封止した。
以上の工程により、図10に示すようなボトムエミッション構造の赤色発光素子701Rを製造した。この赤色発光素子701Rは、実施例1の赤色発光素子301R、比較例1の赤色発光素子401R、比較例2の赤色発光素子501Rおよび比較例3の赤色発光素子601Rの特性を規格化するために用いた。
<1> まず、平均厚さ1.0mmの透明なガラス基板を基板821として用意した。次に、この基板821上に、スパッタ法により、平均厚さ50nmのITO膜を形成した後、このITO膜をフォトリソグラフィー法を用いてパターニングすることでITO電極(陽極803G)を形成した。
そして、陽極803Gが形成された基板821をアセトン、2−プロパノールの順に浸漬し、超音波洗浄した後、酸素プラズマ処理を施した。
<7> 次に、第2電子注入層863上に、真空蒸着法を用いてAlで構成される、平均厚さ100nmの陰極808を形成した。
<8> 次に、形成した各層を覆うように、ガラス製の保護カバー(封止部材)を被せ、エポキシ樹脂により固定、封止した。
以上の工程により、図11に示すようなボトムエミッション構造の緑色発光素子801Gを製造した。この緑色発光素子801Gは、実施例1の緑色発光素子301G、比較例1の緑色発光素子401G、比較例2の緑色発光素子501Gおよび比較例3の緑色発光素子601Gの特性を規格化するために用いた。
<1> まず、平均厚さ1.0mmの透明なガラス基板を基板921として用意した。次に、この基板921上に、スパッタ法により、平均厚さ50nmのITO膜を形成した後、このITO膜をフォトリソグラフィー法を用いてパターニングすることでITO電極(陽極903B)を形成した。
そして、陽極903Bが形成された基板921をアセトン、2−プロパノールの順に浸漬し、超音波洗浄した後、酸素プラズマ処理を施した。
<5> 次に、正孔輸送層943B上に、真空蒸着法を用いて以下に示す構成材料で構成される平均厚さ20nmの青色発光機能層905Bを形成した。
ここで、青色発光機能層905Bの構成材料としては、ホスト材料として上記式(11)で表わされる化合物を用い、ゲスト材料として上記式(14)で表わされる化合物を用いた。また、青色発光機能層中のゲスト材料(ドーパント)の含有量(ドープ濃度)は、ホスト材料に対して重量比で5.0%とした。
<7> 次に、電子輸送層962上に、真空蒸着法を用いてフッ化リチウム(LiF)で構成される、平均厚さ0.5nmの第2電子注入層963を形成した。
<8> 次に、第2電子注入層963上に、真空蒸着法を用いてAlで構成される、平均厚さ100nmの陰極908を形成した。
<9> 次に、形成した各層を覆うように、ガラス製の保護カバー(封止部材)を被せ、エポキシ樹脂により固定、封止した。
以上の工程により、図12に示すようなボトムエミッション構造の青色発光素子901Bを製造した。この青色発光素子901Bは、実施例1の青色発光素子301B、比較例1の青色発光素子401B、比較例2の青色発光素子501Bおよび比較例3の青色発光素子601Bの特性を規格化するために用いた。
<1> まず、平均厚さ1.0mmの透明なガラス基板を基板2121として用意した。次に、この基板2121上に、スパッタ法により、平均厚さ50nmのITO電極(陽極2103B)を形成した。
そして、陽極2103Bが形成された基板2121をアセトン、2−プロパノールの順に浸漬し、超音波洗浄した後、酸素プラズマ処理を施した。
<4> 次に、正孔輸送層2143B上に、真空蒸着法を用いて以下に示す構成材料で構成される平均厚さ20nmの青色発光機能層2105Bを形成した。
ここで、青色発光機能層2105Bの構成材料としては、ホスト材料として上記式(11)で表わされる化合物を用い、ゲスト材料として上記式(14)で表わされる化合物を用いた。また、青色発光機能層中のゲスト材料(ドーパント)の含有量(ドープ濃度)は、ホスト材料に対して重量比で5.0%とした。
<6> 次に、電子輸送層2162上に、真空蒸着法を用いてフッ化リチウム(LiF)で構成される、平均厚さ0.5nmの第2電子注入層2163を形成した。
<7> 次に、電子注入層上に、真空蒸着法を用いてAlで構成される、平均厚さ100nmの陰極2108を形成した。
<8> 次に、形成した各層を覆うように、ガラス製の保護カバー(封止部材)を被せ、エポキシ樹脂により固定、封止した。
以上の工程により、図13に示すような陽極2103B上の各層が蒸着層で構成され、正孔注入層2141Bにイオン伝導性の材料を用いず、かつ第1電子注入層を有しない、ボトムエミッション構造の青色発光素子2101Bを製造した。
<1> まず、平均厚さ1.0mmの透明なガラス基板を基板2221として用意した。次に、この基板2221上に、スパッタ法により、平均厚さ50nmのITO電極(陽極2203B)を形成した。
そして、陽極2203Bが形成された基板2221をアセトン、2−プロパノールの順に浸漬し、超音波洗浄した後、酸素プラズマ処理を施した。
<3> 次に、陽極2241B上に、Cs2CO3を蒸着源として真空蒸着法にて形成した平均厚さ10nmのCsを含む蒸着膜を形成し、第1電子注入層2261Bとした。
<4> 次に、第1電子注入層2261B上に、真空蒸着法を用いて、Alで構成される平均厚さ0.5nmの拡散調整層2244Bを形成した。
<6> 次に、正孔輸送層2243B上に、真空蒸着法を用いて以下に示す構成材料で構成される平均厚さ20nmの青色発光機能層2205Bを形成した。
ここで、青色発光機能層2205Bの構成材料としては、ホスト材料として上記式(11)で表わされる化合物を用い、ゲスト材料として上記式(14)で表わされる化合物を用いた。また、青色発光機能層中のゲスト材料(ドーパント)の含有量(ドープ濃度)は、ホスト材料に対して重量比で5.0%とした。
<8> 次に、電子輸送層2262上に、真空蒸着法を用いてフッ化リチウム(LiF)で構成される、平均厚さ0.5nmの第2電子注入層2263を形成した。
<9> 次に、電子注入層上に、真空蒸着法を用いてAlで構成される、平均厚さ100nmの陰極2208を形成した。
<10> 次に、形成した各層を覆うように、ガラス製の保護カバー(封止部材)を被せ、エポキシ樹脂により固定、封止した。
以上の工程により、図14に示すような陽極2203B上の各層が蒸着層で構成され、正孔注入層2241Bにイオン伝導性の材料を用いず、かつ第1電子注入層2261Bを有する、ボトムエミッション構造の青色発光素子2201Bを製造した。
前記比較例4Rにおける前記工程<5>を、下記工程<5’>のように変更したこと以外は、前記比較例4Rと同様にして、図10に示すようなボトムエミッション構造の赤色発光素子701Rを製造した。この比較例7Rの赤色発光素子701Rは、実施例2の赤色発光素子301Rの特性を規格化するために用いた。
前記比較例4Gにおける前記工程<5>を、下記工程<5’>のように変更したこと以外は、前記比較例4Gと同様にして、図11に示すようなボトムエミッション構造の緑色発光素子801Gを製造した。この比較例7Gの緑色発光素子801Gは、実施例2の緑色発光素子301Gの特性を規格化するために用いた。
前記比較例4Bにおける前記工程<4>、前記工程<5>および前記工程<6>を、それぞれ、下記工程<4’>、下記工程<5’>および下記工程<6’>のように変更したこと以外は、前記比較例4Bと同様にして、図12に示すようなボトムエミッション構造の青色発光素子901Bを製造した。この比較例7Bの青色発光素子901Bは、実施例2の青色発光素子301Bの特性を規格化するために用いた。
<5’> 次に、正孔輸送層943B上に、真空蒸着法を用いて以下に示す構成材料で構成される平均厚さ10nmの青色発光機能層905Bを形成した。
ここで、青色発光機能層905Bの構成材料としては、ホスト材料として上記式(13)で表わされる化合物を用い、ゲスト材料として上記式(15)で表わされる化合物を用いた。また、青色発光機能層中のゲスト材料(ドーパント)の含有量(ドープ濃度)は、ホスト材料に対して重量比で5.0%とした。
<6’> 次に、青色発光機能層905B上に、真空蒸着法を用いて、上記式(17)で表わされる化合物で構成される平均厚さ30nmの電子輸送層962を形成した。
各実施例、各参考例および各比較例の表示装置および発光素子について、それぞれ、輝度が10cd/m2となるように発光素子に定電流を流し、このときに発光する発光素子の光の色を目視にて観察した。
ここで、10cd/m2という低輝度の値を選んだ理由は、本発明の各実施例、各参考例の各発光素子および各比較例の各発光素子において、例え高輝度側(高電流密度側)で所望の発光色が得られたとしても、低輝度側(低電流密度側)に行くにつれて発光色が変化し、低輝度側(低電流密度側)では所望の発光色が得られない場合があったためである。逆に、低輝度側(低電流密度側)で所望の発光色が得られれば、高輝度側(高電流密度側)でも問題なく所望の発光色が得られた。なお、ここで所望の発光色が得られるとは、赤色発光素子では赤色発光が、緑色発光素子では緑色発光が、青色発光素子では青色発光が得られることを指す。
さらに、各実施例、各参考例および各比較例の表示装置および発光素子について、それぞれ、初期輝度が1,000cd/m2となるように発光素子に定電流を流し、初期輝度の80%となるまでの時間(LT80)を測定した。
そして、実施例1、参考例1、比較例1、2、3については、比較例4R、4G、4Bで測定された測定値を基準として規格した値を求めた。また、実施例2、参考例2については、比較例7R、7G、7Bで測定された測定値を基準として規格した値を求めた。
これらの結果を表1、表2に示す。
このため、赤色発光素子601Rにおいて、青色発光機能層605Bから正孔輸送層643への電子注入、および正孔輸送層643から赤色発光機能層605Rへの電子の注入が円滑に行われない。このため、赤色発光機能層605Rはほとんど発光せず、青色発光機能層605Bが強く発光してしまう結果となった。
つまり、比較例3の表示装置では、赤色発光素子601Rと緑色発光素子601Gと青色発光素子601Bの全てが青色に発光した。
このため、参考例1および参考例2の表示装置では、それぞれ、実施例1および実施例2の表示装置と比較して、規格化寿命が短く、表示装置の使用に伴って、赤色発光素子301Rが赤色からピンク色を、緑色発光素子301Gが緑色から青緑色を発光してしまい、使用による色度変化が生じる結果となった。
次に、青色発光素子において、所望の発光色および0.60以上の実用レベルの規格化寿命が得られたのは、実施例1および実施例2および比較例3である。しかしながら、比較例3の赤色発光素子601Rと緑色発光素子601Gは、青色に発光したため、表示装置として実用レベルに達しなかった。
なお、本発明の実施例1および実施例2の赤色発光素子301R、緑色発光素子301Gおよび青色発光素子301Bの全てにおいて、所望の色が得られたのは、第1電子注入層361と拡散調整層344と正孔輸送層343の積層体がキャリア選択層として機能したためである。また、本発明の実施例1および実施例2の赤色発光素子301Rおよび緑色発光素子301Gにおいて、0.60以上の実用レベルの規格化寿命が得られたのも、第1電子注入層361と拡散調整層344と正孔輸送層343との積層体がキャリア選択層として機能したためである。さらに、本発明の実施例の青色発光素子301Bにおいて、0.60以上の実用レベルの規格化寿命が得られたのは、第1電子注入層361と拡散調整層344正孔輸送層343との積層体がキャリア選択層として機能し、且つ、正孔輸送層343と青色発光機能層305Bを真空蒸着法によって成膜したためである。
これらの結果を表3、表4に示す。
つまり、正孔注入層/電子注入層/正孔輸送層/青色発光機能層/電子輸送層という同一の積層構造(積層体)であっても、正孔注入層をイオン伝導性の正孔注入材料で構成しなければ、第1電子注入層2261Bの存在により、青色発光素子2201Bの青色発光が著しく阻害される結果となった。
これに対して、正孔注入層341Bがイオン伝導性の正孔輸送材料で構成される場合、第1電子注入層361に含まれる電子注入材料が主として、正孔注入層341Bに拡散、もしくは正孔注入層341Bの陰極308側界面に吸着するため、正孔輸送層343や青色発光機能層305Bへの拡散が大幅に抑制された。
つまり、実施例1および実施例2において、第1電子注入層361と正孔輸送層343の積層体から成るキャリア選択層を備える青色発光素子301Bを、高い電流効率(発光効率)で発光させるには、正孔注入層341Bにイオン伝導性の正孔注入材料を用いる必要がある。
(変形例1)
本実施形態では、キャリア選択層46は、第1電子注入層61と拡散調整層44と正孔輸送層43とが、陽極(3R、3G、3B)側からこの順に積層された積層体である場合について説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、かかる場合に限定されず、キャリア選択層46は、拡散調整層44と第1電子注入層61と正孔輸送層43とが、陽極(3R、3G、3B)側からこの順に積層された積層体であっても良い。
キャリア選択層46をかかる構成の積層体としても、拡散調整層44において電子注入材料を捕捉することができるため、長時間の使用によっても、発光素子1Rおよび1Gにおいて、青色発光機能層5Bを発光させることなく、それぞれ、赤色発光機能層5Rおよび緑色発光機能層5Gを選択的に発光させることができるようになる。
本実施形態では、発光素子1R、1Gおよび1Bに対して本発明の発光素子を適用して、発光素子1Rおよび1Gの第3の層が、それぞれ、赤色発光機能層5Rおよび緑色発光機能層5Gであり、且つ、発光素子1Rおよび1Gの第1の層が青色発光機能層5Bである場合について説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、かかる場合に限定されず、発光素子1Rおよび1Gの第3の層と第1の層が、それぞれ、異なる発光色の発光機能層であれば良く、例えば、発光素子1Rおよび1Gの第3の層が、それぞれ、黄色および橙色、第1の層が緑色を発光するものであっても良い。この場合、発光素子1Rは赤色発光機能層5Rに代えて黄色発光機能層を備え、発光素子1Gは緑色発光機能層5Gに代えて橙色発光機能層を備えるものとなる。さらに、発光素子1Rおよび1Gは、青色発光機能層5Bに代えて緑色発光機能層を備えるものとなる。
ただし、本実施形態のように、発光素子1Rおよび1Gの、それぞれの第3の層に赤色発光機能層5Rおよび緑色発光機能層5Gを、第1の層に青色発光機能層5Bを、適用することが好ましい。
本実施形態では、ディスプレイ装置100を、基板21側から光を取り出すボトムエミッション構造のディスプレイパネルに適用した場合について説明したが、これに限定されず、封止基板20側から光を取り出すトップエミッション構造のディスプレイパネルにも適用することが可能である。これによって、ディスプレイ装置100の色再現範囲を向上させることができる。
本実施形態では、ディスプレイ装置100の光R、G、Bを基板21側から透過させるにあたって、それぞれの光に対応したカラーフィルタ(色変換層)を設けていないが、基板21に接する面もしくは基板21内に、各サブ画素100R、100G、100Bに対応して設けられたカラーフィルタを有する構造としても良い。これによって、ディスプレイ装置100の色再現範囲を向上させることができる。
Claims (17)
- 陽極と、
陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に設けられた第1の色を発光する機能を有する第1の層と、
前記陽極と前記第1の層との間に設けられた第2の層と、
前記陽極と前記第2の層との間に設けられた第3の層と、を備え、
前記第2の層は、電子注入層と、拡散調整層と、前記電子注入層および前記拡散調整層よりも前記陰極側に配置されている正孔輸送層と、を有し、
前記第2の層は、前記第3の層の機能によってキャリアの流れが選択される機能を有することを特徴とする発光素子。 - 請求項1に記載の発光素子であって、
前記第2の層は、前記電子注入層と、前記拡散調整層と、前記正孔輸送層とが、前記陽極側からこの順で積層されていることを特徴とする発光素子。 - 請求項1または2に記載の発光素子であって、
前記第2の層と前記第3の層は直接接していることを特徴とする発光素子。 - 請求項1乃至3のうちいずれか一項に記載の発光素子であって、
前記第3の層は、第2の色を発光する機能を有することを特徴とする発光素子。 - 請求項4に記載の発光素子であって、前記第2の層はキャリアを流す機能を有することを特徴とする発光素子。
- 請求項1乃至3のうちいずれか一項に記載の発光素子であって、
前記第3の層は、正孔注入層であることを特徴とする発光素子。 - 請求項6に記載の発光素子であって、前記正孔注入層はイオン伝導性を有することを特徴とする発光素子。
- 請求項6または7に記載の発光素子であって、前記第2の層はキャリアの流れを抑制する機能を有することを特徴とする発光素子。
- 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の発光素子であって、
前記電子注入層は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、もしくはそれらの化合物で構成されることを特徴とする発光素子。 - 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の発光素子であって、
前記拡散調整層は、Al、Ag、Cu、Au、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Sn、Zn、Nb、Cr、Moのうちから選択される金属、もしくはこれらの合金で構成されることを特徴とする発光素子。 - 請求項1乃至10のうちいずれか一項に記載の発光素子であって、
前記第1の層は、気相プロセスを用いて形成されたものであることを特徴とする発光素子。 - 請求項6乃至11のいずれか一項に記載の発光素子であって、
前記正孔輸送層は、気相プロセスを用いて形成されたものであることを特徴とする発光素子。 - 請求項1乃至12のうちいずれか一項に記載の発光素子であって、
前記第1の色は青色であることを特徴とする発光素子。 - 請求項1乃至13のうちいずれか一項に記載の発光素子であって、
前記第2の色は、赤色または緑色であることを特徴とする発光素子。 - 請求項1乃至14のうちいずれか一項に記載の発光素子であって、前記第3の層は、液相プロセスを用いて形成されたものであることを特徴とする発光素子。
- 請求項1乃至15のうちいずれか一項に記載の発光素子を備えることを特徴とする表示装置。
- 請求項16に記載の表示装置を備えることを特徴とする電子機器。
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