JP3533496B2 - 電界発光素子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有機薄膜材料を用いた
電荷注入型の電界発光素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、表示装置の発光表示部や面光源等
への利用が期待され一部に実施されている電界発光素子
として、エレクトロルミッネセンス素子（ＥＬ素子）が
ある。このようなＥＬ素子としては、特に有機薄膜材料
を用いたものとして例えば図１０に示す構造のものが知
られている。

【０００３】図１０において符号１は有機ＥＬ素子であ
り、この有機ＥＬ素子１は、透明基板２上にＩＴＯ（In
dium Tin Oxide）等からなる透明電極３が形成され、該
透明電極３上に薄膜状の発光層４が形成され、該発光層
４上に薄膜状の電子輸送層５が形成され、さらにその上
に電子注入電極として機能する背面電極６が形成された
ものである。

【０００４】発光層４はホール輸送層として機能するも
ので、その内部に予め発光体色素（蛍光色素）が分散せ
しめられて発光をなすものであり、電場印加により背面
電極６から注入された電子と透明電極３から注入された
ホールとが主にここで再結合し、これによって励起子が
生成し、さらに該励起子が移動して発光体色素がその種
類に応じた色に発光するものである。

【０００５】なお、このように電子とホールとが再結合
する領域を以後再結合領域層と称する。

【０００６】このような有機ＥＬ素子１を製造するにあ
たり、特に発光層４を形成するには、分散媒膜構成材料
と分散質色素とを共通溶媒中に溶解し、この溶液をディ
ップコートやスピンコートなどの湿式法によって透明電
極３上に塗布し、その後乾燥して分散質色素（蛍光色
素）を分散した分散媒膜（ホール輸送膜）を得ている。
そして、このようにして得られた有機ＥＬ素子１にあっ
ては、 （１）任意の蛍光色素を分散させることができることに
より、発光波長を任意に設定することができる。

【０００７】（２）共通溶媒を用いているため、膜形成
性の低い材料でも発光層形成用の膜材料として適用可能
になる。

【０００８】（３）分散膜にポリマー等結晶性の低いも
のを採用した場合の、発光材料の結晶化に起因する欠陥
発生を防止し、これにより欠陥発生によって生じる寿命
低下の問題を解決することができる。

【０００９】等の利点があるとされている。

【００１０】また、このような有機ＥＬ素子にあって
は、無機ＥＬ素子に比べ原理的に青色発光が容易である
ことから、開発当初よりＲＧＢ個別発光素子への応用が
期待されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示した有機ＥＬ素子では、その製造に際して発光層の
形成をディップコートやスピンコートなどの湿式法で行
っているため、共通溶媒の選定が発光層形成（成膜）に
おいてより重要となるが、有機ＥＬ素子においては通常
電子輸送層、ホール輸送層、さらには必要に応じこれら
の間に形成される両性輸送層からなる電荷輸送層を数百
〜数千Åの薄膜にしなければならないため、実際には湿
式法による成膜条件を満たす共通溶媒を用いた場合に
は、必ずしも分散媒膜となる材料に対して最適な成膜条
件を設定することができず、したがってその製造が困難
であるといった不都合がある。

【００１２】また、前記有機ＥＬ素子では、これまでＲ
ＧＢ（赤緑青）個別発光素子としての多くの報告がなさ
れていたにも関わらず、現在に至ってもマルチカラーお
よびフルカラーのマトリックス表示素子としての有機Ｅ
Ｌ素子の報告はない。これは、ＲＧＢそれぞれの画素を
構成する有機薄膜を、例えばリソグラフィー、スクリー
ン印刷等の技術で同一基板上に画素パターンとしてマト
リックス形成することが困難であることが主な原因であ
ると考えられている。

【００１３】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、所望の分散色素（蛍光色素）の物性に
依存することなく分散媒（分散層）となる膜材料を選択
しさらにこれを成膜でき、かつ分散媒となる電荷輸送膜
（電荷輸送層）の物性に制約を受けることなく蛍光色素
を任意に選択し得る電界発光素子の製造方法を提供する
ことにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明における請求項１
記載の電界発光素子の製造方法では、透明基板上のスト
ライプ状の透明電極上に形成されたホール輸送層上に、
蛍光色素をインクジェット法により塗布し、前記蛍光色
素を加熱して前記ホール輸送層中に拡散することを特徴
とする。

【００１５】請求項１記載の電界発光素子の製造方法に
よれば、容易に各蛍光色素を互いに分離するように塗布
展開することができるので、蛍光色素の物性に制約され
ることなく画素パターンを容易に加工することができ
る。

【００１６】前記蛍光色素は、赤色の発光を呈する蛍光
色素、緑色の発光を呈する蛍光色素、青色の発光を呈す
る蛍光色素であってもよく、またそれ以外に発光するも
のでもよく、各蛍光色素はそれぞれ相互に分離するよう
に塗布される。

【００１７】このため容易にマルチカラーまたはフルカ
ラーの電界発光素子を製造することができる。

【００１８】本発明における請求項３記載の電界発光素
子の製造方法では、正孔輸送層及び電子輸送層を透明電
極及び金属電極で挟んだ電界発光素子の製造方法におい
て、インクジェット法により各蛍光色素を、前記正孔輸
送層及び前記電子輸送層のうち電子とホールとの再結合
領域となる層上に、相互に分離されるように塗布し、前
記蛍光色素を加熱して前記再結合領域となる層中に拡散
することを特徴とする。

【００１９】請求項３記載の電界発光素子の製造方法に
よれば、容易に各蛍光色素を互いに分離するように塗布
展開することができるので、蛍光色素の物性に制約され
ることなく画素パターンを容易に加工することができ
る。

【００２０】前記蛍光色素は、前記正孔輸送層又は前記
電子輸送層に塗布されてもよく、また前記蛍光色素を有
する発光層は、ドット状又はストライプ状に形成されて
もよい。

【００２１】本発明における請求項７記載の電界発光素
子の製造方法では、透明電極、正孔輸送層、両性輸送
層、電子輸送層、金属電極の順に積層された電界発光素
子の製造方法において、インクジェット法により両性輸
送層に蛍光色素を塗布し、前記蛍光色素を加熱して前記
両性輸送層中に拡散することを特徴とする。

【００２２】請求項７記載の電界発光素子の製造方法に
よれば、容易に各蛍光色素を互いに分離するように塗布
展開することができるので、蛍光色素の物性に制約され
ることなく画素パターンを容易に加工することができ
る。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を詳しく説明する。

【００２４】図１および図２は本発明における請求項５
記載の電界発光素子をカラーマトリックス表示用の有機
ＥＬ素子に適用した場合の一実施例を示す図であり、こ
れらの図において符号１０は有機ＥＬ素子である。

【００２５】この有機ＥＬ素子１０は、透明基板１１上
にＩＴＯ等からなる透明電極１２…をストライプ状に形
成し、これら透明電極１２…上に発光層１３…をドット
状に形成し、該発光層１３の上に電子輸送層１４を形成
し、さらにその上にストライプ状の金属電極１５…を前
記透明電極１２…と直交するようにして形成したもので
ある。なお、透明電極１２…と金属電極１５…とは、互
いに直交して形成配置されていることによってマトリッ
クス電極を構成するものとなっている。

【００２６】ここで、発光層１３…は、例えばポリＮビ
ニルカルバゾール（ＰＶＣz）等をホール輸送層として
機能する分散媒膜（分散媒層）とし、後述するようにこ
の分散媒膜中に蛍光色素（分散色素）を拡散により分散
させたものである。また、この例では、図１および図３
に示すように発光層１３中に異なる色、具体的には赤、
緑、青の三種の発光色をそれぞれ呈する蛍光色素が分散
（拡散）せしめられ、これにより赤色発光部１３ａ、緑
色発光部１３ｂ、青色発光部１３ｃが相互に分離し、す
なわちそれぞれ独立して発光層１３中に形成されてい
る。なお、蛍光色素としては、クマリン系（緑〜黄
色）、ペリレン系（赤色）、オキサゾール系（緑〜黄
色）、オキサジン系、ナフタレン系（青色）、キノロン
系等のものが適宜選択され用いられている。

【００２７】また、電子輸送層１４は、例えばアルミオ
キシ錯体等からなるものである。なお、上記発光層（ホ
ール輸送層）１３…、電子輸送層１４、または両性輸送
層としては、上述以外の導電性高分子化合物を用いるこ
ともできる。例えば、上記発光層１３…、すなわち、上
記再結合領域層としては、高分子ゲルを用いることがで
きる。すなわち、高分子ゲルをホール輸送層として機能
する分散媒膜（分散媒層）とすることができ、この場合
前者（ＰＶＣｚ等）に比較し色素の分散が容易となる。
さらに、この場合は色素以外の材料拡散もまた容易にな
るため、ホール輸送性の向上、アノードからのホール注
入障壁の低減などを目的としたドーパントの導入も容易
となる。従って、積極的な薄膜特性の改善が可能とな
る。また、上記発光層１３…、すなわち、上記再結合領
域層としては、例えば多孔質シリコンを用いることがで
きる。すなわち、多孔質シリコンをホール輸送層として
機能する分散媒層とすることができる。この多孔質シリ
コン層は、例えばＩＴＯ電極上にＣＶＤ（chemical vap
or deposition）法等によって堆積されたポリシリコン
膜を陽極酸化により多孔質化したものである。この多孔
質シリコン層は、ドライプロセスにより厚み、電子物性
共に均一な膜として得ることができるため、輝度の均一
化を実現することができる。

【００２８】また、金属電極１５…は背面電極となるも
ので、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｃａ等の仕事関数の低い、すなわち
電子注入性の高い金属から形成されたものである。この
ような金属から金属電極１５…を形成することにより、
各電極（透明電極１２…、金属電極１５…）からのキャ
リア（ホール、電子）の注入および発光層１３…内での
再結合が効率よく行われ、結果として得られた電界発光
素子１０は発光性能の高いものとなる。

【００２９】なお、前記発光層１３…における各発光部
１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、それぞれ前記透明電極１２
…と金属電極１５…とからなるマトリックス電極の各交
差位置に対応して配置されたものとなっている。

【００３０】このような有機ＥＬ素子１０にあっては、
金属電極１５から注入される電子が電子輸送層１４を通
って発光層１３…内に至り、一方透明電極１２から注入
されるホールがホール輸送層としても機能する発光層１
３…内に至り、該発光層１３内で電子とホールとが再結
合することにより、蛍光色素の種類に応じた色に発光す
る。

【００３１】ここで、この有機ＥＬ素子１０においてそ
のホール輸送層が発光層となり得るための機構、すなわ
ち電子輸送層（ＥＴＬ）、ホール輸送層（ＨＴＬ）［発
光層］となり得る薄膜材料の電子物性について図４を利
用して説明する。図４はイオン化ポテンシャル及び電子
親和力の絶対値をそれぞれＩｐ、Ｅａとし、仕事関数
（Ｗｆ）の概念、すなわち電子を各薄膜層におけるクー
ロン力の束縛から無限遠に引き離すときの仕事量の形で
表現したキャリアのエネルギーダイヤグラムである。な
お、電子のポテンシャルはよりＷｆの大きな個体内部で
小さくなり、これに対してホールのポテンシャルはより
Ｗｆの小さな個体内部で小さくなる。

【００３２】電子注入については、カソード（金属電極
１５）ＷｆとＥＴＬ Ｅａ間の大きさをもったエネルギ
ー障壁が存在するものの、この障壁は外部電界に対して
十分に小さいことから、電子注入は容易に行われる。そ
して、ＥＴＬ内に注入された電子は、外部電界によりＨ
ＴＬとの界面まで移動する。また、ＥＴＬからＨＴＬへ
の電子の移動は、より電子のポテンシャルが小さくなる
方向にあるのでむしろ自発的に進行する。

【００３３】一方、ホール注入については、アノード
（透明電極１２）ＷｆとＨＴＬ Ｉｐ間の大きさをもっ
たエネルギー障壁が存在するものの、この障壁も外部電
界に対し十分に小さいことから、ホール注入は容易に行
われる。そして、ＨＴＬ内に注入されたホールは、外部
電界によりＥＴＬとの界面まで移動する。また、ＨＴＬ
からＥＴＬへのホールの注入は、ＥＴＬ ＩｐとＨＴＬ
Ｉｐ間のエネルギー障壁が外部電界に対し非常に大きい
ので困難になる。

【００３４】このため、アノードから注入されたホール
はＨＴＬに閉じ込められ、これに対して電子はＥＴＬか
らＨＴＬに流れ込み、したがってホールと電子の再結合
はＥＴＬ、ＨＴＬ界面のＨＴＬ側で生じる。このとき、
ＨＴＬが単一の物質であれば再結合によって生じた励起
子のエネルギーはＨＴＬ自身に遷移するが、より蛍光波
長が長く、かつ、あるいは、蛍光収率の大きな色素がこ
の再結合部位に共存している場合には、エネルギー遷移
がその蛍光色素分子に対して選択的に行われ、薄膜素子
は蛍光色素分子の蛍光に起因した発光をなす。

【００３５】なお、図４ではホール輸送層（ＨＴＬ）が
再結合領域層となり、したがってこの層中に蛍光色素が
共存せしめられることによって該層が発光層として機能
する例を示したが、電子輸送層（ＥＴＬ）、ホール輸送
層（ＨＴＬ）を形成する薄膜材料の選択によっては電子
輸送層を再結合領域層とし、したがってこの層を発光層
とすることも可能であり、さらに電子輸送層（ＥＴＬ）
とホール輸送層（ＨＴＬ）との間に両性輸送層を設けて
この層を再結合領域層とし、これにより該両性輸送層を
発光層とすることも可能である。

【００３６】次に、このような有機ＥＬ発光素子１０の
製造方法について説明する。

【００３７】まず、蒸着法やスパッタ法等によって予め
ＩＴＯ等の透明電極膜を形成した透明基板１１を用意
し、透明電極膜をエッチング等によりストライプ状にパ
ターン化して図５（ａ）、（ｂ）に示すように透明基板
１１上に透明電極１２…を形成する。

【００３８】次に、ポリＮビニルカルバゾール（ＰＶＣ
ｚ）等のホール輸送層を形成する材料を、図６（ａ）、
（ｂ）に示すようにスピンコートやディッピングコート
等の湿式法、あるいは蒸着法等により前記透明電極１２
…上に成膜してホール輸送層１６を形成する。ここで、
該ホール輸送層１６を形成する材料の成膜については、
図２に示した金属電極１５…のうちの各３本ずつと透明
電極１２…のうちの各１本との交差部を一つの単位（画
素）とし、これら単位毎に成膜することによって全体が
ドット状となるように行う。なお、図５（ａ）、
（ｂ）、図６（ａ）、（ｂ）および後記する図７
（ａ）、（ｂ）〜図１０（ａ）、（ｂ）については、前
記単位（画素）についてのみの平面図および側断面図を
示したものである。

【００３９】次に、このようにして形成されたホール輸
送層１６の上に、図７（ａ）、（ｂ）に示すように赤色
の発光を呈する蛍光色素Ｒ、緑色の発光を呈する蛍光色
素Ｇ、青色の発光を呈する蛍光色素Ｂを、スクリーン印
刷法あるいはインクジェット法等によりそれぞれ相互に
分離されるようにして塗布展開する。

【００４０】次いで、図８（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、赤外線ランプ１７を用いて前記蛍光色素Ｒ、Ｇ、Ｂ
を展開した側に赤外線を照射し、該蛍光色素Ｒ、Ｇ、Ｂ
およびホール輸送層１６を加熱することにより、該蛍光
色素Ｒ、Ｇ、Ｂをホール輸送層１６内に拡散せしめるこ
とによって赤色発光部１３ａ、緑色発光部１３ｂ、青色
発光部１３ｃを形成すると同時に、発光層１３を形成す
る。

【００４１】なお、蛍光色素の加熱拡散については、該
蛍光色素を展開した側からでなく、透明基板１１側から
加熱してもよく、また、その場合に赤外線加熱でなくホ
ットプレート等のヒータを用いて、熱伝導により加熱し
てもよい。このように透明基板１１側から加熱すると、
蛍光色素の展開面は透明基板１１より温度が低くなるた
め、用いた蛍光色素が昇華性の高い場合に、昇華に起因
した色素ロスを低減することができる。

【００４２】また、蛍光色素Ｒ、Ｇ、Ｂの展開について
は、固体状のままで展開してもよく、適宜な溶媒に溶解
させて溶液状で展開させてもよい。

【００４３】次いで、アルミオキシ錯体等の電子輸送層
を形成する材料を、図９（ａ）、（ｂ）に示すように蒸
着法等によって発光層１３の上に成膜し、電子輸送層１
３を形成する。

【００４４】その後、透明電極１２…と直交し、かつ発
光層１３の各赤色発光部１３ａ…、緑色発光部１３ｂ
…、青色発光部１３ｃ…のそれぞれに対応させてこれら
の直上にスパッタ法等で金属電極１５…を形成し、図
１、図２に示した有機ＥＬ素子１０を得る。

【００４５】このような製造方法にあっては、再結合領
域層となるホール輸送層１６を先に形成した後、その上
に蛍光色素Ｒ、Ｇ、Ｂを展開し、さらにこれを加熱して
ホール輸送層１６中に拡散し、発光層１３を形成するの
で、ホール輸送層１６を形成する材料を蛍光色素Ｒ、
Ｇ、Ｂの物性に制約されることなく選択することがで
き、また、蛍光色素Ｒ、Ｇ、Ｂについても、ホール輸送
層（再結合領域層）１６形成後に該層中に拡散せしめる
ことから、ホール輸送層１６の形成材料の物性に制約を
受けることなく任意のものを選択することができる。

【００４６】また、このようにして得られた有機ＥＬ素
子にあっては、発光層１３の形成にリソグラフィー、ス
クリーン印刷等のパターン加工が用いられていないた
め、その製造が容易になり、したがって歩留まりが高ま
るとともに製造コストも低減化されたものとなる。

【００４７】また、発光層１３が、それぞれ独立した領
域に拡散せしめられて形成された赤色発光部１３ａ、緑
色発光部１３ｂ、青色発光部１３ｃを有し、これら各発
光部がそれぞれ透明電極１２…と金属電極１５…との交
差位置に対応して配置されているので、これら透明電極
１２…と金属電極１５…（マトリックス電極）の駆動に
よりフルカラー表示が可能になる。

【００４８】なお、前記実施例では、蛍光色素Ｒ、Ｇ、
Ｂをそれぞれ塗布展開した後、これら蛍光色素Ｒ、Ｇ、
Ｂを同時に加熱し拡散せしめた場合で説明したが、本発
明はこの方法に限られるものではない。例えば、蛍光色
素Ｒのみを塗布展開してこれを乾燥し、次いで蛍光色素
Ｇを塗布展開してこれを乾燥し、その後蛍光色素Ｂを塗
布展開してこれを乾燥した上、上述した加熱によりＲＧ
Ｂの各蛍光色素を同時に再結合領域層中に拡散してもよ
い。また、蛍光色素Ｒを塗布展開してこれを加熱拡散
し、次いで蛍光色素Ｇを塗布展開してこれを加熱拡散
し、その後蛍光色素Ｂを塗布展開してこれを加熱拡散す
るといったように、各蛍光色素毎に塗布展開および加熱
拡散の工程を繰り返すようにしてもよい。

【００４９】また、蛍光色素として赤、緑、青の発光を
なす三種のものを用い、それぞれの発光部を発光層１３
に形成したが、いずれか一種あるいは二種の蛍光色素の
みを用いてもよく、さらには前記の色以外の色に発光す
る蛍光色素を用いてもよい。また、前記実施例では発光
層１３をドット状に形成したが、各発光部１３ａ、１３
ｂ、１３ｃをストライプ状に形成したり、あるいは発光
層１３全体を複数のストライプ状に形成してもよい。

【００５０】さらに、前記実施例ではホール輸送層１６
が再結合領域となるようにして該ホール輸送層中に蛍光
色素を拡散させ、発光層１３としたが、前述したごとく
電子輸送層、ホール輸送層を形成する薄膜材料の選択に
よっては電子輸送層を再結合領域層とし、したがってこ
の層を発光層とすることもでき、さらに電子輸送層とホ
ール輸送層との間に両性輸送層を設けてこの層を再結合
領域層とし、これにより該両性輸送層を発光層とするこ
ともできる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の電界発光素
子の製造方法によれば、容易に各蛍光色素を互いに分離
するように塗布展開することができるので、蛍光色素の
物性に制約されることなく画素パターンを容易に加工す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電界発光素子を有機ＥＬ素子に適用し
た場合の一実施例を示す要部断面図。

【図２】図１に示した有機ＥＬ素子の平面図。

【図３】発光層の平面図。

【図４】キャリアのエネルギーダイヤグラムを示す図。

【図５】図１に示した有機ＥＬ素子の製造方法を説明す
るための図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部
側断面図。

【図６】図５に示した次の工程を説明するための図であ
り、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側断面図。

【図７】図６に示した次の工程を説明するための図であ
り、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側断面図。

【図８】図７に示した次の工程を説明するための図であ
り、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側断面図。

【図９】図８に示した次の工程を説明するための図であ
り、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側断面図。

【図１０】従来の電解発光素子の一例を示す要部斜視
図。

【符号の説明】

１０ 有機ＥＬ素子（電界発光素子） １１ 透明基板 １２ 透明電極 １３ 発光層 １３ａ 赤色発光部 １３ｂ 緑色発光部 １３ｃ 青色発光部 １４ 電子輸送層 １５ 金属電極（背面電極） １６ ホール輸送層 １７ 赤外線ランプ Ｒ、Ｇ、Ｂ 蛍光色素

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板上のストライプ状の透明電極上
   に形成されたホール輸送層上に、蛍光色素をインクジェ
   ット法により塗布し、前記蛍光色素を加熱して前記ホー
   ル輸送層中に拡散することを特徴とする電界発光素子の
   製造方法。
2. 【請求項２】 前記蛍光色素は、赤色の発光を呈する蛍
   光色素、緑色の発光を呈する蛍光色素、青色の発光を呈
   する蛍光色素であり、各蛍光色素はそれぞれ相互に分離
   されるように塗布されることを特徴とする請求項１記載
   の電界発光素子の製造方法。
3. 【請求項３】 正孔輸送層及び電子輸送層を透明電極及
   び金属電極で挟んだ電界発光素子の製造方法において、
   インクジェット法により各蛍光色素を、前記正孔輸送層
   及び前記電子輸送層のうち電子とホールとの再結合領域
   となる層上に、相互に分離されるように塗布し、前記蛍
   光色素を加熱して前記再結合領域となる層中に拡散する
   ことを特徴とする電界発光素子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記蛍光色素は、前記正孔輸送層に塗布
   されることを特徴とする請求項３記載の電界発光素子の
   製造方法。
5. 【請求項５】 前記蛍光色素は、前記電子輸送層に塗布
   されることを特徴とする請求項３記載の電界発光素子の
   製造方法。
6. 【請求項６】 前記蛍光色素を有する発光層は、ドット
   状又はストライプ状に形成されることを特徴とする請求
   項３記載の電界発光素子の製造方法。
7. 【請求項７】 透明電極、正孔輸送層、両性輸送層、電
   子輸送層、金属電極の順に積層された電界発光素子の製
   造方法において、インクジェット法により両性輸送層に
   蛍光色素を塗布し、前記蛍光色素を加熱して前記両性輸
   送層中に拡散することを特徴とする電界発光素子の製造
   方法。