JP4301260B2 - 有機ｅｌ装置の製造方法及び電子機器 - Google Patents
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Description
本発明は、有機ＥＬ装置の製造方法及び電子機器に関する。
有機ＥＬ素子を整列配置した有機ＥＬ装置が開発されている。有機ＥＬ素子は、陽極と陰極との間に有機発光層を備えたものであり、陽極から供給された正孔と陰極から供給された電子とが発光層で再結合して発光するようになっている。なお陽極から発光層への正孔注入効率を向上させるため、陽極の表面に正孔注入層が形成されている（例えば、特許文献１ないし３参照）。
特開２００１−２０３０８１号公報
特開２００２−１７５８８７号公報
特開２００５−３０２４４３号公報
一般的に有機ＥＬ装置は発光寿命が短いといわれており、さらなる発光寿命の長寿命化が求められている。
そこで本発明の目的は、発光寿命を向上させることが可能な有機ＥＬ装置の製造方法及び電子機器を提供することにある。
そこで本発明の目的は、発光寿命を向上させることが可能な有機ＥＬ装置の製造方法及び電子機器を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る有機ＥＬ装置の製造方法は、少なくとも正孔注入層及び発光層を含む複数の有機層と当該有機層を挟持する陰極及び陽極とを有する有機ＥＬ素子が基板上に設けられた有機ＥＬ装置の製造方法であって、前記基板上に前記陽極を形成する陽極形成工程と、有機材料と金属元素とを含んだ正孔注入層形成材料を用いて前記正孔注入層を前記陽極上に形成する正孔注入層形成工程と、前記正孔注入層上に前記発光層を形成する発光層形成工程と、前記発光層上に前記陰極を形成する陰極形成工程とを具備することを特徴とする。
本発明者らは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる陽極上に正孔注入層を形成したときに陽極内のインジウム元素が正孔注入層内に拡散することを見出し、正孔注入層がインジウム元素を含むことによって正孔注入層の駆動電圧が低下し、有機ＥＬ装置が長寿命化することを見出した。さらに、インジウム元素に限らず、他の金属元素においても同様の効果を得ることを見出した。
そこで、本発明では、基板上に陽極を形成し、正孔注入性を有する有機材料と金属元素とを含んだ正孔注入層形成材料を用いて陽極上に正孔注入層を形成することとしたので、正孔注入層が金属元素を含んだ状態で形成されることになる。これにより、正孔注入層の駆動電圧を低下させることができ、有機ＥＬ装置を長寿命化することができる。
また、前記正孔注入層形成材料には、前記金属元素の塩が含まれていることが好ましい。
本発明によれば、正孔注入層形成材料には金属元素の塩が含まれているので、正孔注入層に不安定な金属元素を単体で含ませる場合よりも容易に金属元素を含ませることができる。
本発明によれば、正孔注入層形成材料には金属元素の塩が含まれているので、正孔注入層に不安定な金属元素を単体で含ませる場合よりも容易に金属元素を含ませることができる。
また、前記金属元素が、インジウム元素及びマグネシウム元素のうち少なくとも一方であることが好ましい。
これにより、正孔注入層の駆動電圧を低下させることができ、有機ＥＬ装置を長寿命化することができる、特に、マグネシウム単体あるいはマグネシウムの塩は人体や環境に対して安全性が高いという利点がある。
これにより、正孔注入層の駆動電圧を低下させることができ、有機ＥＬ装置を長寿命化することができる、特に、マグネシウム単体あるいはマグネシウムの塩は人体や環境に対して安全性が高いという利点がある。
また、前記有機ＥＬ素子が前記正孔注入層と前記発光層との間に中間層を有しており、前記正孔注入層形成工程と前記発光層形成工程との間に、前記正孔注入層上に前記中間層を形成する中間層形成工程を更に具備することが好ましい。
中間層を設けることにより、有機ＥＬ装置の長寿命化を図ることができる。この中間層の材料としては、有機材料を用いることが好ましい。
中間層を設けることにより、有機ＥＬ装置の長寿命化を図ることができる。この中間層の材料としては、有機材料を用いることが好ましい。
また、前記発光層が、赤色の光を発光する発光性材料からなることが好ましい。
赤色の光を発光する発光性材料は、有機ＥＬ素子内に金属元素などの不純物が混入されていても発光性が低下するなどの不具合が極めて少ない。したがって、発光に影響を与えることなく、有機ＥＬ装置を長寿命化することができる。
赤色の光を発光する発光性材料は、有機ＥＬ素子内に金属元素などの不純物が混入されていても発光性が低下するなどの不具合が極めて少ない。したがって、発光に影響を与えることなく、有機ＥＬ装置を長寿命化することができる。
また、前記有機ＥＬ素子が複数設けられており、前記複数の有機ＥＬ素子がマトリクス状に配列されており、前記複数の有機ＥＬ素子を構成する前記発光層が、第１の波長の光を発光する第１発光層と、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を発光する第２発光層とを含み、前記第１発光層が設けられた前記有機ＥＬ素子の前記正孔注入層と、前記第２発光層が設けられた前記有機ＥＬ素子の前記正孔注入層とでは、含まれる金属元素の種類が異なっていることが好ましい。
本発明では、有機ＥＬ素子が複数設けられており、複数の有機ＥＬ素子がマトリクス状に配列されており、複数の有機ＥＬ素子を構成する発光層が、第１の波長の光を発光する第１発光層と、この第１の波長とは異なる第２の波長の光を発光する第２発光層とを含み、第１発光層が設けられた有機ＥＬ素子の正孔注入層と、第２発光層が設けられた有機ＥＬ素子の正孔注入層とでは、含まれる金属元素の種類が異なっているので、発光層の種類に応じて最適な金属元素を含ませることができる。これにより、有機ＥＬ装置を一層効率的に長寿命化させることができる。
本発明では、有機ＥＬ素子が複数設けられており、複数の有機ＥＬ素子がマトリクス状に配列されており、複数の有機ＥＬ素子を構成する発光層が、第１の波長の光を発光する第１発光層と、この第１の波長とは異なる第２の波長の光を発光する第２発光層とを含み、第１発光層が設けられた有機ＥＬ素子の正孔注入層と、第２発光層が設けられた有機ＥＬ素子の正孔注入層とでは、含まれる金属元素の種類が異なっているので、発光層の種類に応じて最適な金属元素を含ませることができる。これにより、有機ＥＬ装置を一層効率的に長寿命化させることができる。
また、前記有機ＥＬ素子が複数設けられており、前記複数の有機ＥＬ素子がマトリクス状に配列されており、前記複数の有機ＥＬ素子を構成する前記発光層が、第１の波長の光を発光する第１発光層と、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を発光する第２発光層とを含み、前記第１発光層が設けられた前記有機ＥＬ素子の前記正孔注入層と、前記第２発光層が設けられた前記有機ＥＬ素子の前記正孔注入層とでは、含まれる金属元素の濃度が異なっていることが好ましい。
本発明では、有機ＥＬ素子が複数設けられており、複数の有機ＥＬ素子がマトリクス状に配列されており、複数の有機ＥＬ素子を構成する発光層が、第１の波長の光を発光する第１発光層と、この第１の波長とは異なる第２の波長の光を発光する第２発光層とを含み、第１発光層が設けられた有機ＥＬ素子の正孔注入層と、第２発光層が設けられた有機ＥＬ素子の正孔注入層とでは、含まれる金属元素の濃度が異なっているので、発光層の種類に応じて最適な濃度とすることができる。これにより、有機ＥＬ装置を一層効率的に長寿命化させることができる。
本発明では、有機ＥＬ素子が複数設けられており、複数の有機ＥＬ素子がマトリクス状に配列されており、複数の有機ＥＬ素子を構成する発光層が、第１の波長の光を発光する第１発光層と、この第１の波長とは異なる第２の波長の光を発光する第２発光層とを含み、第１発光層が設けられた有機ＥＬ素子の正孔注入層と、第２発光層が設けられた有機ＥＬ素子の正孔注入層とでは、含まれる金属元素の濃度が異なっているので、発光層の種類に応じて最適な濃度とすることができる。これにより、有機ＥＬ装置を一層効率的に長寿命化させることができる。
また、前記正孔注入層形成工程が、前記正孔注入層形成材料を溶媒に溶解又は分散させた液状組成物の塗布膜を前記陽極上に形成する工程を有することが好ましい。
本発明によれば、正孔注入層形成材料を溶媒に溶解又は分散させた液状組成物の塗布膜を陽極上に形成する、いわゆる液相法によって正孔注入層を形成するので、液状組成物内に正孔注入層形成材料を溶解又は分散させることになる。これにより、正孔注入層形成材料内の金属元素を化学的に安定化させることができる。
本発明によれば、正孔注入層形成材料を溶媒に溶解又は分散させた液状組成物の塗布膜を陽極上に形成する、いわゆる液相法によって正孔注入層を形成するので、液状組成物内に正孔注入層形成材料を溶解又は分散させることになる。これにより、正孔注入層形成材料内の金属元素を化学的に安定化させることができる。
また、前記正孔注入層形成工程が、前記正孔注入層形成材料を溶媒に溶解又は分散させた液状組成物の塗布膜をインクジェット法によって形成する工程を有することが好ましい。
本発明によれば、有機ＥＬ素子が複数設けられており、複数の有機ＥＬ素子がマトリクス状に配列されているような有機ＥＬ装置を形成する場合に、インクジェット法によって正孔注入層を形成するため、短時間かつ低コストで有機ＥＬ装置を製造することができる。
本発明によれば、有機ＥＬ素子が複数設けられており、複数の有機ＥＬ素子がマトリクス状に配列されているような有機ＥＬ装置を形成する場合に、インクジェット法によって正孔注入層を形成するため、短時間かつ低コストで有機ＥＬ装置を製造することができる。
本発明に係る電子機器は、上記の有機ＥＬ装置の製造方法によって製造された有機ＥＬ装置を搭載したことを特徴とする。
本発明によれば、正孔注入層の駆動電圧が低く、長寿命の有機ＥＬ装置を搭載したので、消費電力が低く長期間使用可能な電子機器を得ることができる。
本発明によれば、正孔注入層の駆動電圧が低く、長寿命の有機ＥＬ装置を搭載したので、消費電力が低く長期間使用可能な電子機器を得ることができる。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で参照する各図面においては、理解を容易にするために、各構成要素の寸法等を適宜変更して表示している。
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で参照する各図面においては、理解を容易にするために、各構成要素の寸法等を適宜変更して表示している。
図１は、実施形態に係るプリンタヘッドの斜視断面図である。プリンタヘッド１０１は、複数の有機ＥＬ素子を整列配置した光源アレイ（有機ＥＬ装置）１と、光源アレイ１からの光を正立等倍結像させるレンズ素子を整列配置してなるレンズアレイ３１と、光源アレイ１およびレンズアレイ３１の外周部を支持するヘッドケース５２とを備えたものである。
図２は、光源アレイを模式的に示した図である。この光源アレイ１は、長細い矩形の素子基板２上に、複数の有機ＥＬ（ＥＬ）素子３を配列してなる発光素子列３Ａと、有機ＥＬ素子３を駆動させる駆動素子４からなる駆動素子群と、これら駆動素子４（駆動素子群）の駆動を制御する制御回路群４ａとを一体形成したものである。なお、図２では有機ＥＬ素子３が１列に配置されているが、千鳥状に２列に配置してもよい。この場合には、光源アレイ１の長手方向における有機ＥＬ素子３のピッチを小さくすることが可能になり、プリンタの解像度を向上させることができる。
有機ＥＬ素子３は、一対の電極間に少なくとも有機発光層を備えたものであり、その一対の電極から発光層に電流を供給することにより発光するようになっている。その有機ＥＬ素子３における一方の電極には電源線８が接続され、他方の電極には駆動素子４を介して電源線７が接続されている。この駆動素子４は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や薄膜ダイオード（ＴＦＤ）等のスイッチング素子で構成されている。駆動素子４にＴＦＴを採用した場合には、そのソース領域に電源線７が接続され、ゲート電極に制御回路群４ａが接続される。そして、制御回路群４ａにより駆動素子４の動作が制御され、駆動素子４により有機ＥＬ素子３への通電が制御されるようになっている。なお、有機ＥＬ素子３および駆動素子４の詳細な構造および製造方法については後述する。
図３は、レンズアレイの斜視図である。このレンズアレイ３１は、日本板硝子株式会社製のセルフォック（登録商標）レンズ素子３１ａを配列したものである。このレンズ素子３１ａは、直径０．２８ｍｍ程度のファイバー状に形成されている。また、各レンズ素子３１ａは千鳥状に配置され、各レンズ素子３１ａの隙間には黒色のシリコーン樹脂３２が充填されている。さらに、その周囲にフレーム３４が配置されて、レンズアレイ３１が形成されている。
このレンズ素子３１ａは、その中心から周辺にかけて放物線上の屈折率分布を有している。そのため、レンズ素子３１ａに入射した光は、その内部を一定周期で蛇行しながら進むようになっている。このレンズ素子３１ａの長さを調整すれば、画像を正立等倍結像させることができる。そして、正立等倍結像するレンズによれば、隣接するレンズの作る像を重ね合わせることが可能になり、広範囲の画像を得ることができる。したがって、図３のレンズアレイは、光源アレイ全体からの光を精度よく結像させることができるようになっている。
図１に戻り、本実施形態のプリンタヘッド１０１は、光源アレイ１およびレンズアレイ３１の外周部を支持するヘッドケース５２を備えている。このヘッドケース５２は、Ａｌ等の剛性材料によってスリット状に形成されている。ヘッドケース５２の長手方向に垂直な断面は、上下両端部が開口した形状となっている。その上半部の側壁５２ａ，５２ａは略平行に配置され、下半部の側壁５２ｂ，５２ｂは下端中央部に向かって傾斜配置されている。
そして、ヘッドケース５２の上側に形成された開口部を塞ぐように、光源アレイ１が配置されている。光源アレイ１はボトムエミッション方式であり、後述する素子基板を下側に向けて配置されている。また、ヘッドケース５２の側壁５２ａと光源アレイ１とによって形成される角部には、全周にわたって封止材５４ａ，５４ｂが配設されている。
一方、ヘッドケース５２の下側に形成されたスリット状の開口部を塞ぐように、レンズアレイ３１が配置されている。ヘッドケース５２の側壁５２ｂとレンズアレイ３１とによって形成される角部には、全周にわたって封止材５５ａ，５５ｂが配設されている。
次に、上述した光源アレイを構成する有機ＥＬ装置について説明する。
図４は、第１実施形態に係る有機ＥＬ装置の側面断面図である。第１実施形態に係る有機ＥＬ装置１では、正孔注入層７０に金属元素が含まれている。
図４は、第１実施形態に係る有機ＥＬ装置の側面断面図である。第１実施形態に係る有機ＥＬ装置１では、正孔注入層７０に金属元素が含まれている。
有機ＥＬ装置１は、素子基板２と、素子基板２の表面に配設された駆動回路部５と、駆動回路部５の表面に配設された複数の有機ＥＬ素子３と、有機ＥＬ素子３を封止する封止基板３０とを主として構成されている。この有機ＥＬ素子３は、素子基板２に垂直な方向から見て略円形状に形成されている。本実施形態では、有機ＥＬ素子３における発光光を素子基板２側から取り出すボトムエミッション型の有機ＥＬ装置１を例にして説明する。
ボトムエミッション型の有機ＥＬ装置１では、発光層６０における発光を素子基板２側から取り出すので、素子基板２としては透明あるいは半透明のものが採用される。例えば、ガラスや石英、樹脂（プラスチック、プラスチックフィルム）等を用いることが可能であり、特にガラス基板が好適に用いられる。
素子基板２上には、有機ＥＬ素子３の駆動用ＴＦＴ１２３（駆動素子４）などを含む駆動回路部５が形成されている。なお、駆動回路を備えたＩＣチップを素子基板２に実装して有機ＥＬ装置を構成することも可能である。
駆動回路部５の具体的な構成として、素子基板２の表面に絶縁材料からなる下地保護層２８１が形成され、その上に半導体材料であるシリコン層２４１が形成されている。このシリコン層２４１の表面には、ＳｉＯ２及び／又はＳｉＮを主体とするゲート絶縁層２８２が形成されている。そのゲート絶縁層２８２の表面には、ゲート電極２４２が形成されている。このゲート電極２４２は、図示しない走査線の一部によって構成されている。なお前記シリコン層２４１のうち、ゲート絶縁層２８２を挟んでゲート電極２４２と対向する領域がチャネル領域２４１ａとされている。一方、ゲート電極２４２およびゲート絶縁層２８２の表面には、ＳｉＯ２を主体とする第１層間絶縁層２８３が形成されている。
またシリコン層２４１のうち、チャネル領域２４１ａの一方側には低濃度ソース領域２４１ｂおよび高濃度ソース領域２４１Ｓが設けられ、チャネル領域２４１ａの他方側には低濃度ドレイン領域２４１ｃおよび高濃度ドレイン領域２４１Ｄが設けられて、いわゆるＬＤＤ（Lightly Doped Drain ）構造となっている。これらのうち、高濃度ソース領域２４１Ｓは、ゲート絶縁層２８２および第１層間絶縁層２８３を貫通するコンタクトホール２４３ａを介して、ソース電極２４３に接続されている。このソース電極２４３は、図示しない電源線の一部によって構成されている。一方、高濃度ドレイン領域２４１Ｄは、ゲート絶縁層２８２および第１層間絶縁層２８３を貫通するコンタクトホール２４４ａを介して、ソース電極２４３と同層に配置されたドレイン電極２４４に接続されている。
上述したソース電極２４３およびドレイン電極２４４、並びに第１層間絶縁層２８３の上層には、アクリル系やポリイミド系等の耐熱性絶縁性樹脂材料などを主体とする平坦化膜２８４が形成されている。この平坦化膜２８４は、駆動用ＴＦＴ１２３（駆動素子４）やソース電極２４３、ドレイン電極２４４などによる表面の凹凸をなくすために形成されたものである。
そして、平坦化膜２８４の表面における有機ＥＬ素子３の形成領域には、複数の画素電極２３が配列形成されている。この画素電極２３は、該平坦化膜２８４に設けられたコンタクトホール２３ａを介して、ドレイン電極２４４に接続されている。すなわち画素電極２３は、ドレイン電極２４４を介して、シリコン層２４１の高濃度ドレイン領域２４１Ｄに接続されている。
また、平坦化膜２８４の表面において画素電極２３を囲うように、ＳｉＯ２等の無機絶縁材料からなる無機隔壁２５が形成されている。この無機隔壁２５の開口部から露出した画素電極２３の表面に、複数の機能膜が積層形成されて、有機ＥＬ素子３が構成されている。本実施形態の有機ＥＬ素子３は、陽極として機能する画素電極２３と、この画素電極２３からの正孔を注入する正孔注入層７０と、電子ブロック層（中間層）６５と、有機ＥＬ物質からなる発光層６０と、陰極５０として機能する共通電極とを積層して構成されている。
ボトムエミッション型の有機ＥＬ装置１の場合、陽極として機能する画素電極２３は、透明導電材料によって形成されている。その透明導電性材料として、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）や、ＩＺＯ（登録商標、インジウム亜鉛酸化物）等を採用することが可能である。そのうちＩＴＯは、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）に錫（Ｓｎ）をドープした材料等で構成されている。
正孔注入層７０の形成材料として、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）の分散液が好適に用いられる。このＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、分散媒としてのポリスチレンスルフォン酸に、ポリチオフェン誘導体である３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンを分散させ、さらにこれを水に分散させたものである。
正孔注入層７０の形成材料としては、前記のものに限定されることなく種々のものが使用可能である。例えば、ポリスチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレンやその誘導体などを、適宜な分散媒、例えば前記のポリスチレンスルフォン酸に分散させたものなどを使用することができる。
この正孔注入層７０内には、インジウム元素が含まれている。正孔注入層７０に含まれたインジウム元素は、正孔注入層７０の下層である画素電極２３（ＩＴＯ）を構成するインジウム元素が正孔注入層７０内に拡散したものと、正孔注入層７０の形成時に含有させたものとがある。
正孔注入層７０上には、電子ブロック層６５が設けられている。電子ブロック層６５は、陰極から供給された電子が発光層６０を通り抜けるのを防止して、発光層６０における電子と正孔との再結合を促進させ、発光効率を向上させる機能を有するものである。電子ブロック層６５には相対的に電子の移動を抑制する機能が高い材料を採用することが望ましい。
一方、発光層６０を形成するための材料としては、蛍光あるいは燐光を発光することが可能な公知の発光材料が用いられる。具体的には、（ポリ）フルオレン誘導体（ＰＦ）、（ポリ）パラフェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ）、ポリフェニレン誘導体（ＰＰ）、ポリパラフェニレン誘導体（ＰＰＰ）、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、ポリチオフェン誘導体、ポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）などのポリシラン系などが好適に用いられる。また、これらの高分子材料に、ペリレン系色素、クマリン系色素、ローダミン系色素などの高分子系材料や、ルブレン、ペリレン、９，１０−ジフェニルアントラセン、テトラフェニルブタジエン、ナイルレッド、クマリン６、キナクリドン等の低分子材料をドープして用いることもできる。
本実施形態では、発光波長帯域が赤色に対応した発光層が採用されるが、発光波長帯域が緑色や青色に対応した発光層を採用してもよい。赤色の有機ＥＬ層６０の形成材料としては例えばＭＥＨＰＰＶ（ポリ（３−メトキシ６−（３−エチルヘキシル）パラフェニレンビニレン）を、緑色の有機ＥＬ層６０の形成材料としては例えばポリジオクチルフルオレンとＦ８ＢＴ（ジオクチルフルオレンとベンゾチアジアゾールの交互共重合体）の混合溶液を、青色の有機ＥＬ層６０の形成材料としては例えばポリジオクチルフルオレンを用いる場合がある。また、このような有機ＥＬ層６０については、特にその厚さについては制限がなく、各色毎に好ましい膜厚が調整されている。
陰極５０は、主陰極および補助陰極の積層構造とすることが望ましい。その主陰極として、仕事関数が３．０ｅＶ以下のＣａやＭｇ、ＬｉＦ等の材料を採用することが望ましい。これにより、主陰極に電子注入層としての機能が付与されるので、低電圧で発光層を発光させることができる。また補助陰極は、陰極５０全体の導電性を高めるとともに、主陰極を酸素や水分等から保護する機能を有している。そのため補助陰極として、導電性に優れたＡｌやＡｕ、Ａｇ等の金属材料を採用することが望ましい。
陰極５０の上方には、接着層４０を介して封止基板３０が貼り合わされている。
陰極５０の全体を覆う封止キャップを素子基板２の周縁部に固着し、その封止キャップの内側に水分や酸素等を吸収するゲッター剤を配置してもよい。また、陰極５０の表面にＳｉＯ２等からなる無機封止膜を積層形成してもよい。
陰極５０の全体を覆う封止キャップを素子基板２の周縁部に固着し、その封止キャップの内側に水分や酸素等を吸収するゲッター剤を配置してもよい。また、陰極５０の表面にＳｉＯ２等からなる無機封止膜を積層形成してもよい。
上述した有機ＥＬ装置１では、駆動回路部５のソース電極２４３から供給された画像信号が、駆動素子４により所定のタイミングで画素電極２３に印加される。そして、その画素電極２３から注入された正孔と、陰極５０から注入された電子とが、発光層６０で再結合して所定波長の光が放出される。その発光光は、透明材料からなる画素電極２３、駆動回路部５および素子基板２を透過して外部に取り出される。なお、無機隔壁２５は絶縁材料で構成されているので、無機隔壁２５の開口部の内側のみに電流が流れて発光層６０が発光する。そのため、無機隔壁２５の開口部の内側が有機ＥＬ素子３の画素領域となっている。
（有機ＥＬ装置の製造方法）
次に、本実施形態に係る有機ＥＬ装置の製造方法について説明する。
図５〜図９は、第１実施形態に係る有機ＥＬ装置の製造方法の工程図である。なお図５〜図９では、理解を容易にするため、素子基板、駆動回路部および封止基板を省略して記載している。
次に、本実施形態に係る有機ＥＬ装置の製造方法について説明する。
図５〜図９は、第１実施形態に係る有機ＥＬ装置の製造方法の工程図である。なお図５〜図９では、理解を容易にするため、素子基板、駆動回路部および封止基板を省略して記載している。
まず図５に示すように、画素電極２３の周囲に無機隔壁２５を形成する。次に、超純水を用いて基板表面の超音波洗浄を行う。さらに、画素電極２３の表面の親液化処理として、酸素ガス等を用いた大気圧プラズマ処理を行う。
次に図６に示すように、画素電極２３および無機隔壁２５の表面全体に、液相プロセスにより正孔注入層７０を形成する。具体的には、まず正孔注入層７０の形成材料を溶媒に溶解又は分散させた液状組成物を、スピンコート法やスプレーコート法、ディッピング法等により基板全体に塗布する。この液状組成物には、予め硫酸インジウム（III）ｎ水和物を添加しておく。硫酸インジウム（III）ｎ水和物は、液状組成物の全体の重量に対して０．３％程度に添加する。この形成した塗布膜を大気中にて２００℃程度で１０分程度加熱して乾燥させ、膜中に含まれる水分を除去する。
次に、電子ブロック層６５を形成する。この電子ブロック層６５を形成する場合にも、液相プロセスを採用する。具体的には、まず電子ブロック層６５であるＴＦＢの液状体を、スピンコート法やスプレーコート法、ディッピング法等により基板全体に塗布する。次に、Ｎ２グローブボックスの内部電子ブロック層６５を乾燥させる。具体的には、Ｎ２グローブボックスのチャンバ内に基板を配置し、チャンバ内をＮ２ガスで置換して、チャンバ内における水分および酸素の濃度を１ｐｐｍ以下まで低下させる。次に、基板を１８０℃、６０分間加熱して塗布膜を乾燥させ、電子ブロック層６５を形成する。その後、キシレン溶媒により電子ブロック層６５のうちの可溶層を除去することが望ましい。これにより、キシレン溶媒に不溶な電子ブロック層６５が形成される。
次に図７に示すように、電子ブロック層６５の表面に、液相プロセスにより発光層６０を形成する。具体的には、発光層６０の形成材料の液状体を、スピンコート法やスプレーコート法、ディッピング法等により基板全体に塗布する。
次に図８に示すように、発光層６０を乾燥させる。この乾燥工程は、Ｎ２グローブボックス１５の内部で行う。Ｎ２グローブボックス１５は、内部に基板を配置しうるチャンバ１６と、チャンバ１６内へのＮ２ガスの供給装置１７と、チャンバ１６内の排気装置１８と、基板の加熱装置１９とを備えている。このＮ２ガスの供給装置１７により、チャンバ内の空気をＮ２ガスで置換しうるようになっている。
このＮ２グローブボックス１５のチャンバ１６内に、発光層の形成材料が塗布された基板を配置する。次に、チャンバ１６内をＮ２ガスで置換し、チャンバ１６内における水分および酸素の濃度を１ｐｐｍ以下まで低下させる。次に、加熱装置１９により基板を加熱して塗布膜を乾燥させる。例えば、１８０℃程度で２０分間程度の加熱処理を行う。これにより、発光層６０を形成する。次に、図９に示すように、真空蒸着法等により陰極５０を形成する。酸素や水分による劣化を抑制するための熱硬化型の樹脂によって陰極５０上を封止して、第１実施形態に係る有機ＥＬ装置１が形成される。
本発明者らは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる画素電極２３上に正孔注入層７０を形成したときに画素電極２３内のインジウム元素が正孔注入層７０内に拡散することを見出し、正孔注入層７０がインジウム元素を含むことによって正孔注入層７０の駆動電圧が低下し、有機ＥＬ装置１が長寿命化することを見出した。さらに、インジウム元素に限らず、他の金属元素においても同様の効果を得ることを見出した。
そこで、本実施形態では、正孔注入性を有する有機材料と硫酸インジウム（III）ｎ水和物とを含んだ正孔注入層形成材料を用いて画素電極２３上に正孔注入層７０を形成することとしたので、正孔注入層２３がインジウム元素を含んだ状態で形成されることになる。これにより、正孔注入層７０の駆動電圧を低下させることができ、有機ＥＬ装置１を長寿命化することができる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。第１実施形態と同様、以下の図では、各部材を認識可能な大きさとするため、縮尺を適宜変更している。また、第１実施形態と同一の構成要素については、その説明を省略する。本実施形態では、有機ＥＬ装置の正孔注入層の構成及び有機ＥＬ装置の製造工程において正孔輸送層を形成する工程が第１実施形態と異なっているため、この点を中心に説明する。
次に、本発明の第２実施形態を説明する。第１実施形態と同様、以下の図では、各部材を認識可能な大きさとするため、縮尺を適宜変更している。また、第１実施形態と同一の構成要素については、その説明を省略する。本実施形態では、有機ＥＬ装置の正孔注入層の構成及び有機ＥＬ装置の製造工程において正孔輸送層を形成する工程が第１実施形態と異なっているため、この点を中心に説明する。
本実施形態の有機ＥＬ装置２０１は、正孔注入層２７０内にマグネシウム元素を含んでいる。以下、当該マグネシウム元素を含んだ有機ＥＬ装置２０１の製造工程を説明する。
画素電極２２３の周囲に無機隔壁２２５を形成し、超純水を用いて基板表面の超音波洗浄を行い、画素電極２２３の表面の親液化処理として酸素ガス等を用いた大気圧プラズマ処理を行う工程までは、第１実施形態と同様である。
画素電極２２３の周囲に無機隔壁２２５を形成し、超純水を用いて基板表面の超音波洗浄を行い、画素電極２２３の表面の親液化処理として酸素ガス等を用いた大気圧プラズマ処理を行う工程までは、第１実施形態と同様である。
次に、図１０に示すように、画素電極２２３および無機隔壁２２５の表面全体に、液相プロセスにより正孔注入層２７０を形成する。具体的には、まず正孔注入層２７０の形成材料を溶媒に溶解又は分散させた液状組成物を、スピンコート法やスプレーコート法、ディッピング法等により基板全体に塗布する。この液状組成物には、予め硫酸マグネシウム７水和物を添加しておく。硫酸マグネシウム７水和物は、液状組成物の全体の重量に対して０．３％程度に添加する。この形成した塗布膜を大気中にて２００℃程度で１０分程度加熱して乾燥させ、膜中に含まれる水分を除去する。このようにして正孔注入層を形成する。その後、第１実施形態と同様の工程によって、電子ブロック、発光層、陰極が形成される。
本実施形態によれば、正孔注入層２７０内にマグネシウム元素が含まれているので、インジウム元素が含まれている場合と同様に正孔注入層２７０の駆動電圧を低下させることができ、有機ＥＬ装置２０１を長寿命化することができる。また、正孔注入層２７０を形成する際に用いる硫酸マグネシウム７水和物は人体や環境に対して安全性が高いという利点がある。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。本実施形態では、静止画や動画を表示する表示装置に用いられる有機ＥＬ装置を例に挙げて説明する。
次に、本発明の第３実施形態を説明する。本実施形態では、静止画や動画を表示する表示装置に用いられる有機ＥＬ装置を例に挙げて説明する。
図１１は有機ＥＬ装置３０１の構成を模式的に示す平面図である。
同図に示すように、有機ＥＬ装置３０１は、素子基板３０２上の中央部に画像や動画などを表示する表示領域３０３が設けられている。表示領域（図中二点鎖線で囲まれた領域）３０３内には、画素領域３０４がマトリクス状に配列されている。１つの画素領域３０４は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のいずれか一色を発光する領域である。図１１では、図中左側から順に赤色、緑色、青色の光を発光する画素領域が配列されている。
同図に示すように、有機ＥＬ装置３０１は、素子基板３０２上の中央部に画像や動画などを表示する表示領域３０３が設けられている。表示領域（図中二点鎖線で囲まれた領域）３０３内には、画素領域３０４がマトリクス状に配列されている。１つの画素領域３０４は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のいずれか一色を発光する領域である。図１１では、図中左側から順に赤色、緑色、青色の光を発光する画素領域が配列されている。
表示領域３０３の周りの領域（図中、一点鎖線と二点鎖線とで挟まれた領域）３０５には、画素領域３０４の発光を駆動する駆動回路３０６や検査回路３０７が形成されている。領域３０５の周りの領域、すなわち、素子基板３０２の周縁領域３０８には、駆動回路３０６や検査回路３０７に信号を供給する駆動ドライバ３０９や、各部に電源を供給する電源回路３１０などが形成されている。また、素子基板３０２の図中下辺側には、外部回路基板３１１に接続される接続部３１２が設けられている。
図１２は、図１１のＡ−Ａ断面に沿った構成を示す図である。
素子基板３０２は、基板３１３と、表面層３１４と、半導体層３１５と、ゲート絶縁層３１６と、ゲート電極３１７と、第１絶縁層３１８と、ソース電極３１９と、第２絶縁層３２０とを有している。
基板３１３は、例えばガラスや石英、シリコンなどからなる矩形の基板である。表面層３１４は、基板３１３の表面に形成されており、例えば酸化シリコンや窒化シリコンなどからなる。
素子基板３０２は、基板３１３と、表面層３１４と、半導体層３１５と、ゲート絶縁層３１６と、ゲート電極３１７と、第１絶縁層３１８と、ソース電極３１９と、第２絶縁層３２０とを有している。
基板３１３は、例えばガラスや石英、シリコンなどからなる矩形の基板である。表面層３１４は、基板３１３の表面に形成されており、例えば酸化シリコンや窒化シリコンなどからなる。
半導体層３１５は、例えばアモルファス・シリコンからなる薄膜を用い、有機ＥＬ装置３０１のスイッチング素子として設けられている。半導体層３１５は、第１実施形態と同様、チャネル領域３１５ａ、低濃度ソース領域３１５ｂ、高濃度ソース領域３１５ｃ、低濃度ドレイン領域３１５ｄ、高濃度ドレイン領域３１５ｅが設けられている。
ゲート絶縁層３１６は、表面層３１４及び半導体層３１５を覆うように設けられた絶縁層である。ゲート電極３１７は、ゲート絶縁層３１６上に設けられた電極であり、半導体層３１５のチャネル領域３１５ａに平面視で重なる位置に配置されている。半導体層３１５、ゲート絶縁層３１６及びゲート電極３１７により、薄膜トランジスタが構成されている。第１絶縁層３１８は、例えば酸化シリコンや窒化シリコンからなり、ゲート絶縁層３１６及びゲート電極９を覆うように設けられている。
ソース電極３１９は、第１絶縁層３１８上に設けられた電極であり、第１絶縁層３１８及びゲート絶縁層３１６を貫通して形成されたコンタクトホール３２１を介して半導体層３１５高濃度ソース領域３１５ｃに接続されている。第２絶縁層３２０は、例えば酸化シリコンや窒化シリコンからなり、第１絶縁層３１８及びソース電極３１９を覆うように設けられている。
有機ＥＬ層３３０は、陽極３３１と、正孔注入層３３２と、発光層３３３と、陰極３３４と、隔壁３３５とを主体として構成されている。素子基板３０２の第２絶縁層３２０の直上に隔壁３３５が設けられ、隔壁３３５で囲まれた領域に陽極３３１、正孔注入層３３２、発光層３３３が積層され、発光層３３３及び隔壁３３５を覆うように陰極３３４が設けられた構成になっている。
陽極３３１は、素子基板３０２の第２絶縁層３２０の直上に薄膜状に設けられており、光透過可能な金属、例えばＩＴＯやＩＺＯ（登録商標）からなる電極である。陽極３３１は、第２絶縁層３２０、第１絶縁層３１８及びゲート絶縁層３１６の３つの絶縁層を貫通するコンタクトホール３２２を介して半導体層３１５の高濃度ドレイン領域３１５ｅに接続されている。
正孔注入層３３２は、陽極３３１からの正孔を発光層３３３に注入する層である。発光層３３３は、正孔注入層３３２からの正孔と陰極３３４からの電子とが結合して発光する層である。発光層３３３は、赤色の光を発光する発光層３３３Ｒと、緑色の光を発光する発光層３３３Ｇと、青色の光を発光する発光層３３３Ｂとを有している。
正孔注入層３３２及び発光層３３３は、有機材料によって形成されている。正孔注入層３３２内には、インジウム元素やマグネシウム元素などの金属元素が所定の濃度で含まれている。例えば、赤色発光層３３３Ｒと、緑色発光層３３３Ｇと、青色発光層３３３Ｂとで、含まれる金属元素の種類が異なるようにしても良いし、含まれる金属元素の濃度が異なるようにしても良い。
陰極３３４は、例えばＩＴＯなどの透明な導電材料からなり、発光層３３３に電子を注入する電極である。
陰極３３４は、例えばＩＴＯなどの透明な導電材料からなり、発光層３３３に電子を注入する電極である。
次に、本実施形態に係る有機ＥＬ装置３０１の製造工程を説明する。
画素電極３３１の周囲に隔壁３３５を形成し、超純水を用いて基板表面の超音波洗浄を行い、画素電極３３１の表面の親液化処理として酸素ガス等を用いた大気圧プラズマ処理を行う工程までは、第１実施形態と同様である。
画素電極３３１の周囲に隔壁３３５を形成し、超純水を用いて基板表面の超音波洗浄を行い、画素電極３３１の表面の親液化処理として酸素ガス等を用いた大気圧プラズマ処理を行う工程までは、第１実施形態と同様である。
この後、画素電極３３１上に正孔注入層３３２を形成する。具体的には、正孔注入層３３２の形成材料を溶媒に溶解又は分散させた液状組成物を予め作製しておき、隔壁３３５で囲まれた領域にインクジェット法によって液状組成物の塗布膜を形成する。この液状組成物には、予め金属元素を添加しておく。この形成した塗布膜を大気中にて２００℃程度で１０分程度加熱して乾燥させ、膜中に含まれる水分を除去する。このようにして正孔注入層を形成する。その後、第１実施形態と同様の工程によって、電子ブロック、発光層、陰極を形成する。このように有機ＥＬ装置３０１が製造される。
本実施形態によれば、赤色発光層３３３Ｒと、緑色発光層３３３Ｇと、青色発光層３３３Ｂとで異なる種類又は濃度の金属元素を含ませることにより、各発光層を構成する有機材料の種類に応じて最適な種類及び濃度の金属元素を含ませることができる。これにより、有機ＥＬ装置３０１を一層効率的に長寿命化させることができる。
次に、図１３〜図１６を参照して、本発明の実施例を説明する。本実施例では、正孔注入層を形成する際に添加する硫酸インジウム（III）ｎ水和物（第１実施形態）及び硫酸マグネシウム７水和物（第２実施形態）の添加量に関するものである。
第１実施形態においては、液状組成物の全体の重量に対して硫酸インジウム（III）ｎ水和物の添加量は０．３％であった。本実施例では、この添加量を０％（添加しない状態）、０．３％、０．５％、１．０％と変化させたときの有機ＥＬ装置１の駆動電圧（図１３）及び寿命（図１４）をそれぞれ測定した。ここでいう「寿命」とは、電流密度６００ｍＡ／ｃｍ２電流を流し始めてから輝度が１０％低下するまでの時間をいうものとする。図１３及び図１４では、硫酸インジウム（III）ｎ水和物の添加量が０％のときの値を１とした相対値で示している。
図１３に示すように、硫酸インジウム（III）ｎ水和物の添加量が０．３％のときには、駆動電圧は０．９５程度である。このとき、図１４に示すように、有機ＥＬ装置１の寿命は２．０程度であり、寿命が２倍程度になっている。
図１３に示すように、硫酸インジウム（III）ｎ水和物の添加量が０．５％のときには、駆動電圧は０．９８程度である。このとき、図１４に示すように、有機ＥＬ装置１の寿命は１．７程度であり、寿命が１．７倍程度になっている。
図１３に示すように、硫酸インジウム（III）ｎ水和物の添加量が１．０％のときには、駆動電圧は０．９９程度である。このとき、図１４に示すように、有機ＥＬ装置１の寿命は１．５程度であり、寿命が１．５倍程度になっている。
これらのことから、硫酸インジウム（III）ｎ水和物を０．３％添加したときに、最も駆動電圧が低下し、寿命が最も長くなることが読み取れる。
図１３に示すように、硫酸インジウム（III）ｎ水和物の添加量が０．５％のときには、駆動電圧は０．９８程度である。このとき、図１４に示すように、有機ＥＬ装置１の寿命は１．７程度であり、寿命が１．７倍程度になっている。
図１３に示すように、硫酸インジウム（III）ｎ水和物の添加量が１．０％のときには、駆動電圧は０．９９程度である。このとき、図１４に示すように、有機ＥＬ装置１の寿命は１．５程度であり、寿命が１．５倍程度になっている。
これらのことから、硫酸インジウム（III）ｎ水和物を０．３％添加したときに、最も駆動電圧が低下し、寿命が最も長くなることが読み取れる。
第２実施形態においては、液状組成物の全体の重量に対して硫酸マグネシウム７水和物の添加量は０．３％であった。本実施例では、この添加量を０％（添加しない状態）、０．３％、１．０％と変化させたときの有機ＥＬ装置２０１の駆動電圧（図１５）及び寿命（図１６）をそれぞれ測定した。ここでいう「寿命」とは、上記と同様に、電流密度６００ｍＡ／ｃｍ２電流を流し始めてから輝度が１０％低下するまでの時間をいうものとする。図１５及び図１６では、硫酸マグネシウム７水和物の添加量が０％のときの値を１とした相対値で示している。
図１５に示すように、硫酸マグネシウム７水和物の添加量が０．３％のときには、駆動電圧は０．９７程度である。このとき、図１６に示すように、有機ＥＬ装置２０１の寿命は２．０程度であり、寿命が２倍程度になっている。
図１５に示すように、硫酸マグネシウム７水和物の添加量が１．０％のときには、駆動電圧は１．０２程度である。このとき、図１６に示すように、有機ＥＬ装置１の寿命は１．５程度であり、寿命が１．５倍程度になっている。
これらのことから、硫酸マグネシウム７水和物を０．３％添加したときに、最も駆動電圧が低下し、寿命が最も長くなることが読み取れる。
図１５に示すように、硫酸マグネシウム７水和物の添加量が１．０％のときには、駆動電圧は１．０２程度である。このとき、図１６に示すように、有機ＥＬ装置１の寿命は１．５程度であり、寿命が１．５倍程度になっている。
これらのことから、硫酸マグネシウム７水和物を０．３％添加したときに、最も駆動電圧が低下し、寿命が最も長くなることが読み取れる。
１…有機ＥＬ装置 ３…有機ＥＬ素子 １０…空調室 ２３…画素電極 ２５…無機隔壁 ３１…レンズアレイ ３１ａ…レンズ素子 ５０…陰極 ６０…発光層 ６５…電子ブロック層 ７０…正孔注入層 １０１…プリンタヘッド
Claims (8)
- 少なくとも正孔注入層及び発光層を含む複数の有機層と当該有機層を挟持する陰極及び陽極とを有する有機ＥＬ素子が基板上に設けられた有機ＥＬ装置の製造方法であって、
前記基板上に前記陽極を形成する陽極形成工程と、
３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸と、金属硫酸化合物の水和物とを含んだ正孔注入層形成材料を用いて前記正孔注入層を前記陽極上に形成する正孔注入層形成工程と、
前記正孔注入層上に前記発光層を形成する発光層形成工程と、
前記発光層上に前記陰極を形成する陰極形成工程と
を具備し、
前記金属硫酸化合物の水和物は、硫酸インジウム（III）ｎ水和物、又は硫酸マグネシウム７水和物である
ことを特徴とする有機ＥＬ装置の製造方法。 - 前記有機ＥＬ素子が前記正孔注入層と前記発光層との間に中間層を有しており、
前記正孔注入層形成工程と前記発光層形成工程との間に、前記正孔注入層上に前記中間層を形成する中間層形成工程を更に具備する
ことを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ装置の製造方法。 - 前記発光層が、赤色の光を発光する発光性材料からなる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機ＥＬ装置の製造方法。 - 前記有機ＥＬ素子が複数設けられており、
前記複数の有機ＥＬ素子がマトリクス状に配列されており、
前記複数の有機ＥＬ素子を構成する前記発光層が、第１の波長の光を発光する第１発光層と、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を発光する第２発光層とを含み、
前記第１発光層が設けられた前記有機ＥＬ素子の前記正孔注入層と、前記第２発光層が設けられた前記有機ＥＬ素子の前記正孔注入層とでは、含まれる金属元素の種類が異なっている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機ＥＬ装置の製造方法。 - 前記有機ＥＬ素子が複数設けられており、
前記複数の有機ＥＬ素子がマトリクス状に配列されており、
前記複数の有機ＥＬ素子を構成する前記発光層が、第１の波長の光を発光する第１発光層と、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を発光する第２発光層とを含み、
前記第１発光層が設けられた前記有機ＥＬ素子の前記正孔注入層と、前記第２発光層が設けられた前記有機ＥＬ素子の前記正孔注入層とでは、含まれる金属元素の濃度が異なっている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機ＥＬ装置の製造方法。 - 前記正孔注入層形成工程が、前記正孔注入層形成材料を溶媒に溶解又は分散させた液状組成物の塗布膜を前記陽極上に形成する工程を有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか一項に記載の有機ＥＬ装置の製造方法。 - 前記正孔注入層形成工程が、前記正孔注入層形成材料を溶媒に溶解又は分散させた液状組成物の塗布膜をインクジェット法によって形成する工程を有する
ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の有機ＥＬ装置の製造方法。 - 請求項１乃至請求項７のうちいずれか一項に記載の有機ＥＬ装置の製造方法によって製造された有機ＥＬ装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
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