JP4770492B2

JP4770492B2 - 発光装置およびその製造方法

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Publication number: JP4770492B2
Application number: JP2006025345A
Authority: JP
Inventors: 周一武井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2026-02-02
Also published as: JP2007208019A

Description

本発明は、エレクトロルミネッセンス素子を備えた発光装置、およびその製造方法に関するものである。

発光装置に用いられている有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ／Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子は、少なくとも、陽極層、正孔輸送層、発光層および陰極層がこの順に積層されている。これらの各層のうち、正孔輸送層および発光層を形成する方法として、基板上に、高分子材料からなる有機機能材料を溶媒に溶解あるいは分散した液状物の液滴をノズル開口からドット状に吐出した後、液体から溶媒を乾燥させることにより基板上に定着させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このような製造方法において、正孔輸送層がドーパントとしてポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）を含有する３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）からなる場合、ポリスチレンスルホン酸およびポリエチレンジオキシチオフェンのいずれもが水に分散可能であるため、ポリスチレンスルホン酸および３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンを水単独に分散させた液状物の液滴をドット状に吐出して正孔輸送層を形成するのが一般的である。
特開２００３−１２３９８８号公報

液状物の液滴をノズル開口からドット状に吐出する液滴吐出法では、液滴を安定した状態に吐出するには、液状物の粘度などを調整する必要があり、それには、ポリスチレンスルホン酸および３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンを溶解あるいは分散させる溶媒として、水に有機溶剤を配合した混合溶媒を用いればよい。しかしながら、原因については未だ十分に解明されていないが、溶媒として水を用いた場合と、有機溶剤と水との混合溶媒を用いた場合とでは、正孔輸送層の導電率、表面粗さ、仕事関数などが変化してしまうという問題点がある。このため、正孔輸送層から発光層への正孔注入量が変化し、発光層でのキャリアバランスが崩れる結果、発光効率が低下するという問題点がある。特に上記の特性のうち、正孔輸送層の抵抗値が低くなると、エレクトロルミネッセンス素子全体としての抵抗が低くなる結果、エレクトロルミネッセンス素子の寿命が低下する。

このような問題は、液滴吐出法に限らず、スピンコート法などを採用した場合にも同様に発生する。すなわち、湿式法を採用する限り、避けられない問題点である。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、エレクトロルミネッセンス素子の正孔輸送層の製造条件を変えても同等の素子特性を得ることのできる発光装置およびその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、少なくとも、陽極層、正孔輸送層、発光層および陰極層がこの順に積層されたエレクトロルミネッセンス素子を備えた発光装置において、前記正孔輸送層では、導電性高分子層と、該導電性高分子層よりも抵抗率が高く、かつ、当該導電性高分子層よりも膜厚が薄い高抵抗層とが積層されていることを特徴とする。

本発明では、正孔輸送層を液滴吐出法などの湿式法により形成する際に、液状物の液滴を安定した状態に吐出することを目的に液状物の溶媒として有機溶剤と水との混合溶媒を用いたことに起因して正孔輸送層の抵抗が溶媒として水単独を用いて場合と比較して低くなった場合でも、正孔輸送層が導電性高分子層に加えてこの導電性高分子層よりも抵抗率が高い高抵抗層を備えているため、製造条件の変更に伴う抵抗変化を高抵抗層で補正できる。また、高抵抗層は抵抗率が高いが、膜厚が薄いので、エレクトロルミネッセンス素子全体としての抵抗を高めることはない。それ故、液状物の溶媒として有機溶剤と水との混合溶媒を用いた場合でも、高抵抗層の膜厚を最適化するだけで、正孔輸送層全体としての抵抗については、液状物の溶媒として水単独を用いた場合と同等にすることができるので、エレクトロルミネッセンス素子に十分な寿命を確保することができ、かつ、同等の発光特性を得ることができる。

本発明において、前記正孔輸送層では、例えば、前記高抵抗層が前記導電性高分子層の上層に形成されている構成を採用することができる。

本発明において、前記導電性高分子層は、例えば、ドーパントを導電性高分子材料中に含有している。この場合、前記ドーパントは高分子材料からなり、前記高抵抗層は、前記ドーパントと同一の高分子材料からなる構成を採用することができる。このように構成すると、導電性高分子層と高抵抗層との間での正孔の輸送を円滑に行うことができる。

本発明において、前記導電性高分子層は、例えば、ポリスチレンスルホン酸を前記ドーパントとして含有する３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンからなる。

本発明は、前記正孔輸送層と前記発光層との層間に、高分子材料からなる中間層が電子ブロック層などとして形成されている場合にも適用することができる。

本発明を適用した発光装置を製造する際、前記導電性高分子層の形成にあたっては、当該導電性高分子層を形成するための材料を溶媒に溶解あるいは分散させた液状物を媒体上に塗布する塗布工程と、当該媒体上に吐出した前記液状物を乾燥させる乾燥工程とを行い、前記液状物では前記溶媒として有機溶剤と水との混合溶媒を用いる。

ここで、前記塗布工程では、前記液状物の液滴をノズル開口から媒体上に吐出する液滴吐出工程を行うことが好ましい。このように構成すると、スピンコート法と比較して、媒体上の所定位置に液状物を選択的に塗布でき、生産効率が高いとともに材料が無駄にならないという利点がある。

本発明を適用した発光装置は、携帯電話機、テレビ、車載パネル、パーソナルコンピュータやＰＤＡなどの電子機器においてフルカラー表示装置として用いられる。また、本発明を適用した発光装置は、文字情報表示パネルや車載パネルのエリアカラー表示装置として用いることができる。さらに、本発明を適用した発光装置は、各種光源や、デジタル複写機やプリンタなどの画像形成装置における露光用ヘッドとして用いることができる。

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明に用いた各図では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を相違させてある。

（発光装置の全体構成）
図１は、発光素子として有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた発光装置のうち、エレクトロルミネッセンス表示装置の電気的構成を示すブロック図である。

図１に示す発光装置１００は、駆動電流が流れることによって発光する有機エレクトロルミネッセンス素子を薄膜トランジスタで駆動制御するエレクトロルミネッセンス装置であり、このタイプの発光装置１００では、有機エレクトロルミネッセンス素子が自己発光するため、バックライトを必要とせず、また、視野角依存性が少ないなどの利点がある。本形態の発光装置１００では、複数の走査線１６３と、この走査線１６３の延設方向に対して交差する方向に延設された複数のデータ線１６４と、これらのデータ線１６４に並列する複数の共通給電線１６５と、データ線１６４と走査線１６３との交差点に対応する画素１１５とが構成され、画素１１５は、画像表示領域にマトリクス状に配置されている。データ線１６４に対しては、シフトレジスタ、レベルシフタ、ビデオライン、アナログスイッチを備えるデータ線駆動回路１５１が構成されている。走査線１６３に対しては、シフトレジスタおよびレベルシフタを備える走査線駆動回路１５４が構成されている。また、複数の画素１１５の各々には、走査線１６３を介して走査信号がゲート電極に供給される画素スイッチング用の薄膜トランジスタ１０６と、この薄膜トランジスタ１０６を介してデータ線１６４から供給される画像信号を保持する保持容量１３３と、この保持容量１３３によって保持された画像信号がゲート電極に供給される電流制御用の薄膜トランジスタ１０７と、薄膜トランジスタ１０７を介して共通給電線１６５に電気的に接続したときに共通給電線１６５から駆動電流が流れ込む有機エレクトロルミネッセンス素子１１３とが構成されている。

（発光装置の画素構成）
図２（Ａ）、（Ｂ）は各々、本発明を適用した発光装置の１画素分の平面図および断面図である。図３は、本発明を適用した発光装置の各色に対応する３つの画素（１ドット分）の断面図である。

本形態の発光装置１００を構成するにあたって、より具体的には、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、素子基板を構成するガラス基板などからなる基板１２０上にシリコン酸化膜からなる下地保護膜（図示せず）が形成され、この下地保護膜上に、薄膜トランジスタ１０７などを構成するためのポリシリコン膜からなる半導体膜１０９ａが島状に形成されている。半導体膜１０９ａには不純物の導入によってソース・ドレイン領域１０９ｂ、１０９ｃが形成され、不純物が導入されなかった部分がチャネル領域１０９ｄとなっている。下地保護膜および半導体膜１０９ａの上層側にはゲート絶縁膜１２１が形成され、ゲート絶縁膜１２１上にはアルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）などからなる走査線１６３およびゲート電極１４３が形成されている。走査線１６３、ゲート電極１４３およびゲート絶縁膜１２１の上層側には、第１層間絶縁膜１２２と第２層間絶縁膜１２３とがこの順に積層されている。ここで、第１層間絶縁膜１２２および第２層間絶縁膜１２３は、シリコン酸化物（ＳｉＯ₂）、チタン酸化物（ＴｉＯ₂）などの無機絶縁膜から構成されている。

第１層間絶縁膜１２２の上層には、第１層間絶縁膜１２２およびゲート絶縁膜１２１のコンタクトホールを介してソース・ドレイン領域１０９ｂ、１０９ｃにそれぞれ接続するソース・ドレイン電極１２６および共通給電線１６５が形成されている。また、第１層間絶縁膜１２２の上層にはデータ線１６４も形成されている。

第２層間絶縁膜１２２上には、ＩＴＯ（酸化インジウム−スズ／ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）層からなる光透過性の画素電極１１１が形成され、この画素電極１１１は、第２層間絶縁膜１２２のコンタクトホールを介してソース・ドレイン電極１２６に電気的に接続している。従って、画素電極１１１は、薄膜トランジスタ１０７を介して共通給電線１６５に電気的に接続したとき、共通給電線１６５から駆動電流が流れ込む。

各画素１１５には、陽極としてのＩＴＯ膜からなる画素電極１１１と、有機機能層１１３と、陰極としての対向電極１１２がこの順に積層された有機エレクトロルミネッセンス素子１１０が形成されている。

本形態の発光装置１００は、基板側に向けて表示光を出射するボトムエミッション型であり、対向電極１１２は、薄いカルシウム層やアルミニウム膜などといった光反射性の導電膜により構成されている。なお、発光装置１００が、基板とは反対側に向けて表示光を出射するトップエミッション型である場合、対向電極１１２は、例えば、薄いカルシウム層と、ＩＴＯ層などからなる光透過性陰極層とから構成され、画素電極１１１の下層側には、画素電極１１１の略全体と重なるようにアルミニウム膜などからなる光反射層が形成される。

本形態では、隣接する画素１１５の境界領域には、画素電極１１１の周縁部を取り囲むように、感光性樹脂からなる隔壁１０５がバンクとして形成されている。隔壁１０５は、有機機能層１１３を形成するのにインクジェット法（液体吐出法）を用いるとき、塗布される液状物の塗布領域を規定するものであり、その表面張力によって、液状物が均一な厚さで形成される。インクジェット式の液滴吐出装置としては、後述するように、圧電体素子の体積変化により流動体を吐出させるピエゾジェットの液滴吐出装置や、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いた液滴吐出装置などが採用される。なお、液滴吐出装置としてはディスペンサー装置でもよい。ここで、液状物は、水性であると油性であるとを問わない。また、液状物については、流動性を備えていれば十分で、固体物質が混入していても全体として流動体であればよい。また、液体材料に含まれる固体物質は融点以上に加熱されて溶解されたものでも、溶媒中に微粒子として分散させたものでもよく、溶媒の他に染料や顔料その他の機能性材料を添加したものであってもよい。

なお、基板１２０の素子形成面側には、水や酸素の侵入を防ぐことによって、陰極層あるいは機能層の酸化を防止する封止樹脂（図示せず）が形成され、さらに封止基板（図示せず）が貼られることがある。

（有機エレクトロルミネッセンス素子の構成）
本形態の有機エレクトロルミネッセンス素子１１０において、有機機能層１１３は、画素電極１１１上に積層された正孔輸送層１１３ｃと、この正孔輸送層１１３ｃの上層側に形成された発光層１１３ｅとを備えている。発光層１１３ｅは、正孔輸送層１１３ｃの側から注入される正孔と、対向電極１１２の側から注入される電子とが結合して発光する領域としての機能を担っており、各画素１１５が赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のいずれの色に対応するかは、発光層１１３ｅを構成する有機材料の種類によって規定されている。発光層１１３ｅの膜厚は約８０〜１５０ｎｍである。本形態では、正孔輸送層１１３ｃが、正孔を発光層１１３ｅに注入する正孔注入層としての機能も担っている。

本形態において、正孔輸送層１１３ｃは、ドーパントを導電性高分子材料中に含有する導電性高分子層１１３ａと、この導電性高分子層１１３ａよりも抵抗率が高い高抵抗層１１３ｂとが積層された構造を備えており、高抵抗層１１３ｂは、導電性高分子層１１３ａの上層、すなわち導電性高分子層１１３ａと発光層１１３ｅとの層間に形成されている。ここで、高抵抗層１１３ｂの膜厚は、導電性高分子層１１３ａの膜厚よりも薄い。なお、導電性高分子層１１３ａの膜厚は、例えば約１０〜６０ｎｍであり、高抵抗層１１３ｂの膜厚は例えば約１〜１０ｎｍである。

このように構成した正孔輸送層１１３ａにおいて、高抵抗層１１３ｂは、例えば、導電性高分子層１１３ａが含有するドーパントと同一の高分子材料により構成される。例えば、導電性高分子層１１３ｂは、ドーパントとしてポリスチレンスルホン酸を含有する３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンからなり、高抵抗層１１３ｂは、ポリスチレンスルホン酸からなる。

（発光装置１００の動作）
このように構成した発光装置１００において、走査線１６３が駆動されて薄膜トランジスタ１０６がオン状態になると、そのときの信号線１６４の電位が保持容量１３３に保持され、この保持容量１３３の状態に応じて薄膜トランジスタ１０７の導通状態が制御される。また、薄膜トランジスタ１０７がオン状態になったとき、薄膜トランジスタ１０７を介して共通給電線１６５から画素電極１１１に電流が流れ、有機エレクトロルミネッセンス素子１１０では、有機機能層１１３を通じて対向電極１１２に電流が流れる。そして、このときの電流量に応じて発光層１１３ｅが発光する。そして、ボトムエミンション型の場合、発光層１１３ｅから発した光は、画素電極１１１および基板１２０を透過して出射される。これに対して、トップエミッション型の場合、対向電極１１２を透過して、観測者側に出射される一方、発光層１１３ｅから基板１２０に向けて出射された光は、画素電極１１１の下層に形成された光反射層によって反射され、対向電極１１２を透過して観測者側に出射される。

ここで、発光装置１００でカラー表示を行う場合には、図３に示すように、各画素１１５を赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に対応させることになる。この場合も、各色の画素１１５において、有機エレクトロルミネッセンス素子１１０の基本的な構成は共通である。なお、発光装置１００でカラー表示を行うにあたっては、有機エレクトロルミネッセンス素子１１０から白色光を出射させ、この白色光をカラーフィルタで着色する構成を採用することもある。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の発光装置１００に用いた有機エレクトロルミネッセンス素子１１０では、正孔輸送層１１３ｃが、ドーパントを導電性高分子材料中に含有する導電性高分子層１１３ａに加えて、この導電性高分子層１１３ａよりも抵抗率が高い高抵抗層１１３ｂを備えている。このため、後述するように、導電性高分子層１１３ａを液滴吐出法により形成する際に、液状物の液滴を安定した状態に吐出することを目的に液状物の溶媒として有機溶剤と水との混合溶媒を用いたために導電性高分子層１１３ａの抵抗が溶媒として水単独を用いて場合と比較して低くなった場合でも、かかる抵抗変化は高抵抗層１１３ｂで補正できる。

また、導電性高分子層１１３ａに用いた３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンはそれ自身も導電性を有しているのに対して、ポリスチレンスルホン酸はＰ型のドーパントであるため、高抵抗層１１３ｂは抵抗率が高い。しかるに本形態では、高抵抗層１１３ｂの膜厚が薄いので、絶縁性は高いが、その膜厚を最適化するだけで、所定の抵抗値に設定できる。それ故、液状物の溶媒として有機溶剤と水との混合溶媒を用いた場合でも、有機エレクトロルミネッセンス素子１１０全体としての抵抗については、液状物の溶媒として水単独を用いた場合と同等にすることができるので、エレクトロルミネッセンス素子１１０に十分な寿命を確保することができ、かつ、同等の発光特性を得ることができる。

また、高抵抗層１１３ｂに用いたポリスチレンスルホン酸は、導電性高分子層１１３ａのドーパントと同一材料であり、かつ、導電性高分子層１１３ａとの密着性が高い。それ故、導電性高分子層１１３ａと高抵抗層１１３ｂとの間での正孔の輸送を円滑に行うことができる。

（液滴吐出ヘッドの構成）
図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、本形態の発光装置１００を製造する際に使用される液滴吐出ヘッドの内部構造を模式的に示す説明図、撓み振動モードの圧力発生素子の説明図、および縦振動モードの圧力発生素子の説明図である。

本形態の発光装置１００を製造するにあたって、液滴吐出法を用いて正孔輸送層１１３ｃおよび発光層１１３ｅを形成するにあたっては、図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照して説明する液滴吐出ヘッドが用いられる。図４（Ａ）に示すように、液滴吐出ヘッド２２は、液滴として吐出する液状物Ｍを貯留しておくタンク状、カートリッジ状などの液状物貯留部３７に接続されている。また、液滴吐出ヘッド２２は、多数のノズル開口２７を列状に並べることによって形成されたノズル列を備えている。ノズル開口２７の数は、例えば１８０個であり、ノズル開口２７の穴径は例えば２８μｍであり、ノズル開口２７間のノズルピッチは例えば１４１μｍである。このような液滴吐出ヘッド２２において、そのノズル列が主走査方向と交差する副走査方向へ延びており、液滴吐出ヘッド２２が主走査方向に移動する間に、液状物Ｍを複数のノズル開口２７から選択的に吐出することにより、図２（Ｂ）に示す基板１２０（媒体）上の所定位置に液滴Ｍ０を着弾させる。また、液滴吐出ヘッド２２は副走査方向へ所定距離だけ平行移動することにより、液滴吐出ヘッド２２による主走査位置を所定の間隔でずらせることができる。

図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、液滴吐出ヘッド２２は、例えば、ステンレス製のノズルプレート２９と、それに対向する弾性板３１と、それらを互いに接合する複数の仕切部材３２とを有している。ノズルプレート２９と弾性板３１との間には、仕切部材３２によって複数の圧力発生室３３、および液溜り３４が形成され、複数の圧力発生室３３と液溜り３４とは液状物流入口３８を介して互いに連通している。弾性板３１の適所には液状物供給穴３６が形成され、この液状物供給穴３６に液状物貯留部３７が接続される。従って、液状物貯留部３７は吐出されることとなる液状物Ｍを液状物供給穴３６へ供給する。供給された液状物Ｍは液溜り３４に充満し、さらに液状物流入口３８を通って圧力発生室３３に充満する。このようにして、液状物貯留部３７と各圧力発生室３３とが連通している。

ノズルプレート２９には、圧力発生室３３から液状物Ｍを液滴Ｍ０として噴射するためのノズル開口２７が設けられており、そのノズル開口２７が開口しているノズル形成面は平坦面とされている。このようにしてノズル開口２７は、圧力発生室３３で開口している。弾性板３１の圧力発生室３３を形成する面の裏面には、この圧力発生室３３に対応させて圧力発生素子３９が取り付けられている。この圧力発生素子３９は、例えば、図４（Ｂ）に示すように、圧電素子４１、およびこの圧電素子４１を挟持する一対の電極４２ａ、４２ｂを備えたたわみ振動モードの圧電素子である。その振動方向を矢印Ｃで示す。なお、図４（Ｃ）に示すように、圧力発生素子３９としては、縦振動モードの圧電素子を用いてもよい。この縦振動モードの圧電素子（圧力発生素子３９）では、伸長方向に平行に圧電材料と導電材料を交互に積層して構成されており、その先端は弾性板３１に固定され、他端は基台２０に固定されている。このような圧力発生素子３９では、充電状態では導電層の積層方向と直角な方向に収縮し、また充電状態が解かれると、導電層と直角な方向に伸長する。

いずれの圧電素子を用いた場合も、電極間に印加される駆動信号によって変形し、圧力発生室３３を膨張、収縮させる。なお、ノズル開口２７の周辺部には、液滴Ｍ０の飛行曲がりやノズル開口２７の穴詰まりなどを防止するために、例えばＮｉ−テトラフルオロエチレン共析メッキ層からなる撥液状物層４３が設けられる。

（発光装置の製造方法）
図５〜図８は、上記液滴吐出装置を用いて発光装置１００を製造する方法を示す工程断面図である。

本形態の発光装置１００を製造するには、まず、図５（Ａ）に示すように、基板１２０を用意する。ここで、発光装置１００がボトムエミッション型である場合、基板１２０としてはガラスや石英、樹脂などの透明ないし半透明なものが用いられるが、特にガラスが好適に用いられる。また、基板１２０に色フィルター膜や蛍光性物質を含む色変換膜、あるいは誘電体反射膜を配置して、発光色を制御するようにしてもよい。これに対して、発光装置１００がトップエミッション型である場合、基板１２０は不透明であってもよく、その場合、アルミナなどのセラミックス、ステンレスなどの金属シートに表面酸化などの絶縁処理を施したもの、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを用いることができる。

次に、基板１２０に対して、必要に応じてＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）や酸素ガスなどを原料としてプラズマＣＶＤ法により厚さ約２００〜５００ｎｍのシリコン酸化膜からなる下地保護膜（図示せず）を形成する。

次に、基板１２０の温度を約３５０℃に設定して、下地保護膜の表面にプラズマＣＶＤ法により厚さ約３０〜７０ｎｍのアモルファスシリコン膜からなる半導体膜１０９を形成する。次に、半導体膜１０９に対してレーザアニールまたは固相成長法などの結晶化工程を行い、半導体膜１０９をポリシリコン膜に結晶化する。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とする。ラインビームについては、その短寸方向におけるレーザ強度のピーク値の９０％に相当する部分が各領域毎に重なるようにラインビームを走査する。

次に、図５（Ｂ）に示すように、半導体膜（ポリシリコン膜）１０９をパターニングして島状の半導体膜１０９ａとし、その表面に対して、ＴＥＯＳや酸素ガスなどを原料としてプラズマＣＶＤ法により厚さ約６０〜１５０ｎｍのシリコン酸化膜または窒化膜からなるゲート絶縁膜１２１を形成する。なお、半導体膜１０９ａは、図２に示す薄膜トランジスタ１０７のチャネル領域およびソース・ドレイン領域となるものであるが、異なる断面位置においては薄膜トランジスタ１０６のチャネル領域およびソース・ドレイン領域となる半導体膜も形成されている。すなわち、発光装置１００では、二種類のトランジスタ１０６、１０７が同一の層間、あるいは異なる層間に形成されるが、概ね同一の手順で形成されるため、以下の説明では、薄膜トランジスタ１０７についてのみ説明し、薄膜トランジスタ１０６についてはその説明を省略する。

次に、図５（Ｃ）に示すように、アルミニウム、タンタル、モリブデン、チタン、タングステンなどの金属膜からなる導電膜をスパッタ法により形成した後、これをパターニングし、ゲート電極１４３などを形成する。次に、この状態でリンなどの不純物を打ち込み、半導体膜１０９ａに、ゲート電極１４３に対して自己整合的にソース・ドレイン領域１０９ｂ、１０９ｃ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１０９ｄとなる。

次に、図５（Ｄ）に示すように、第１層間絶縁膜１２２を形成した後、コンタクトホールを形成し、これらのコンタクトホールを介してソース・ドレイン領域１０９ｂ、１０９ｃに電気的に接続するソース・ドレイン電極１２６および共通給電線１６５を形成する。その際、データ線１６４なども形成する。

次に、図５（Ｅ）に示すように、各配線の上面を覆うように、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂などの無機絶縁膜からなる第２層間絶縁膜１２３を形成した後、第２層間絶縁膜１２３に対してソース・ドレイン電極１２６に対応する位置にコンタクトホールを形成する。

次に、画素電極形成工程において、第２層間絶縁膜２３の上層にＩＴＯ膜を形成した後、ＩＴＯ膜をパターニングして、データ線１６４、走査線１６３および共通給電線１６５に囲まれた所定位置に画素電極１１１を形成する。

次に、必要に応じて、大気雰囲気中で酸素を処理ガスとするプラズマ処理（Ｏ₂プラズマ処理）を行い、画素電極１１１あるいは、第２層間絶縁膜１２３のうち、画素電極１１１から露出している部分に親液性を付与する。

次に、図５（Ｆ）に示す隔壁形成工程において、図２に示す有機機能層１１３の形成場所を囲むように隔壁１０５を形成する。その結果、隔壁１０５の内側には凹部１５１が形成される。隔壁１０５は、仕切り部材として機能するものであり、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などの絶縁性有機材料で形成する。隔壁５の膜厚については、例えば１〜２μｍの高さとなるように形成する。なお、隔壁５は、ポリシラザンなどの絶縁性無機材料で形成してもよい。

次に、必要に応じて、隔壁１０５に対して撥液化処理を行い、隔壁１０５に対して、有機機能層１１３を形成するための液状物に対する撥液性を付与する。このような撥液性を付与するためには、例えば、隔壁１０５の表面をフッ素系化合物などで表面処理するといった方法が採用される。フッ素化合物としては、例えばＣＦ₄、ＳＦ₅、ＣＨＦ₃などがあり、表面処理としては、例えばプラズマ処理、ＵＶ照射処理などが挙げられる。

次に、正孔輸送層１１３ｃの下層を構成する導電性高分子層１１３ａを形成する。それには、図６（Ａ）に示す液滴吐出工程（塗布工程）においては、基板１２０の上面を上に向けた状態で、図５を参照して説明した液滴吐出ヘッドより、液状の正孔輸送層形成材料（液状物）の液滴Ｍｂを、隔壁１０５に囲まれた凹部１５１内に選択的に充填する。その際、正孔輸送層形成材料は、流動性が高いため水平方向に広がろうとするが、塗布された位置を囲んで隔壁１０５が形成されているので、正孔輸送層形成材料は隔壁１０５を越えてその外側に広がることがない。

ここで、正孔輸送層形成材料としては、例えば、ポリオレフィン誘導体である３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン（導電性高分子材料）と、ポリスチレンスルホン酸（ドーパント）とを溶媒に分散させた溶液を用いる。

このような正孔輸送層形成材料としては、溶媒として水単独を用い、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸を水に分散させたものを用いることができるが、正孔輸送層形成材料の液滴Ｍａをノズル開口から安定した状態に吐出するには、正孔輸送層形成材料の粘度などを最適化する必要があり、本形態では、ポリスチレンスルホン酸および３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンを分散させる溶媒として、水に有機溶剤を配合した混合溶媒を用いる。

このような混合溶媒に使用可能な有機溶剤としては、以下に例示するアルコール類、エーテル類、ラクトン類、オキサゾリジノン類、カーボネート類、ニトリル類、アミド類、スルホン類などを用いることができる。

アルコール類としては、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、ジアセトンアルコール、ベンジルアルコール、アミルアルコール、フルフリルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ヘキシレングリコール、グリセリン、ヘキシトールなどが挙げられる。

エーテル類として、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル、テトラヒドロフラン、３−メチルテトラヒドロフラン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテルなどが挙げられる。

ラクトン類として、γ−ブチロラクトン、α−アセチル−γ−ブチロラクトン、β−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトンなどが挙げられる。

オキサゾリジノン類として、Ｎ−メチル−２−オキサゾリジノン、３，５−ジメチル−２−オキサゾリジノンなどが挙げられる。

カーボネート類として、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどが挙げられる。

アミド類として、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−エチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−エチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホリックアミドなどが挙げられる。

ニトリル類として、アセトニトリル、アクリロニトリル、アジポニトリル、３−メトキシプロピオニトリルなどが挙げられる。

スルホン類として、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジエチルスルホン、スルホラン、３−メチルスルホラン、２，４−ジメチルスルホランなどが挙げられる。

その他の有機溶媒として、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルスルホオキシド、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、トルエン、キシレン、パラフィン類などが挙げられる。また、高分子量体としてポリエチレングリコールやポリプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコール及びその共重合体（以下、ポリアルキレングリコール）などが挙げられる。

但し、正孔輸送層形成材料の粘度調整に加えて、沸点を高めたい場合には、上記の有機溶剤のうち、水よりも沸点の高い有機溶剤を用いることが好ましい。

このようにして正孔輸送層形成材料を液滴吐出ヘッドから吐出して所定位置に配置した後、液状の正孔輸送層形成材料に対して乾燥処理を行い、正孔輸送層形成材料中の溶媒を蒸発させ、正孔輸送層形成材料を固化させる（乾燥工程）。ここで、乾燥処理の方法としては、４０〜２００℃程度で加熱して前記正孔輸送層形成材料中の溶媒を蒸発させる方法と、大気圧以下、例えば１０^-4〜１０^-6パスカル（Ｐａ）程度の減圧雰囲気中に放置して、正孔輸送層形成材料中の溶媒を蒸発させる方法などがある。このような乾燥工程により、図６（Ｂ）に示すように、画素電極１１１上に、正孔輸送層１１３ｃの下層を構成する導電性高分子層１１３ａが約１０〜６０ｎｍの膜厚で形成される。

次に、正孔輸送層１１３ｃの上層を構成する高抵抗層１１３ｂを形成する。それには、図７（Ａ）に示す液滴吐出工程においては、基板１２０の上面を上に向けた状態で、図５を参照して説明した液滴吐出ヘッドより、液状の高抵抗層形成材料（液状物）の液滴Ｍｂを、隔壁１０５に囲まれた凹部１５１内に選択的に充填する。その際、高抵抗層形成材料は、流動性が高いため水平方向に広がろうとするが、塗布された位置を囲んで隔壁１０５が形成されているので、高抵抗層形成材料は隔壁１０５を越えてその外側に広がることがない。

ここで、高抵抗層形成材料としては、例えば、ポリスチレンスルホン酸を溶媒に溶解あるいは分散させた溶液を用いる。また、高抵抗層形成材料の溶媒としては、水単独、あるいは、正孔輸送層形成材料と同様、水に有機溶剤を配合した混合溶媒を用いることができる。

このようにして高抵抗層形成材料を液滴吐出ヘッドから吐出して所定位置に配置した後、液状の高抵抗層形成材料に対して乾燥処理を行い、高抵抗層形成材料中の溶媒を蒸発させ、高抵抗層形成材料を固化させる。ここで、乾燥処理の方法としては、４０〜２００℃程度で加熱して前記高抵抗層形成材料中の溶媒を蒸発させる方法と、大気圧以下、例えば１０^-4〜１０^-6パスカル（Ｐａ）程度の減圧雰囲気中に放置して、高抵抗層形成材料中の溶媒を蒸発させる方法などがある。このような乾燥工程により、図７（Ｂ）に示すように、導電性高分子層１１３ａの上層に高抵抗層１１３ｂが形成される。ここで、導電性高分子層１１３ａの膜厚は約１０〜６０ｎｍであり、高抵抗層１１３ｂの膜厚は、約１〜１０ｎｍの範囲で導電性高分子層１１３ａよりも薄い膜厚に設定される。このようにして、導電性高分子層１１３ａの上層に高抵抗層１１３ｂが積層された正孔輸送層１１３ｃが形成される。

ここで、導電性高分子層１１３ａを液滴吐出法により形成した際に液状物の溶媒として有機溶剤と水との混合溶媒を用いたことが原因で、導電性高分子層１１３ａの抵抗が、溶媒として水単独を用いて場合と比較して低くなった場合でも、かかる変化は高抵抗層１１３ｂで補正できる。また、高抵抗層１１３ｂは抵抗率が高いが、膜厚が薄く、その膜厚を最適化するだけで、液状物の溶媒として有機溶剤と水との混合溶媒を用いた場合でも、有機エレクトロルミネッセンス素子１１０全体としての抵抗については、液状物の溶媒として水単独を用いた場合と同等にすることができる。

次に、図８（Ａ）に示す液滴吐出工程においては、基板１２０の上面を上に向けた状態で、図５を参照して説明したような液滴吐出ヘッドより、発光層形成材料（液状物）の液滴Ｍｃを、隔壁１０５に囲まれた凹部１５１内に選択的に充填する。発光材料としては、例えば分子量が１０００以上の高分子材料が用いられる。具体的には、ポリフルオレン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリチオフェン誘導体、または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、例えばルブレン、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、キナクリドンなどをドープしたものが用いられる。なお、このような高分子材料としては、二重結合のπ電子がポリマー鎖上で非極在化しているπ共役系高分子材料が、導電性高分子でもあることから発光性能に優れるため、好適に用いられる。特に、その分子内にフルオレン骨格を有する化合物、すなわちポリフルオレン系化合物がより好適に用いられる。また、このような材料以外にも、例えば特開平１１−４０３５８号公報に示される有機エレクトロルミネッセンス素子用組成物、すなわち共役系高分子有機化合物の前駆体と、発光特性を変化させるための少なくとも１種の蛍光色素とを含んでなる有機エレクトロルミネッセンス素子用組成物も、発光層形成材料として使用可能である。

このような発光材料を溶解あるいは分散する有機溶媒としては、非極性溶媒が好適とされ、特に発光層１１３ｅが正孔輸送層１１３ｃの上に形成されることから、この正孔輸送層１１３ｃに対して不溶なものが用いられることが好ましい。具体的には、キシレン、シクロへキシルベンゼン、ジハイドロベンゾフラン、トリメチルベンゼン、テトラメチルベンゼンなどが好適に用いられる。なお、発光層形成材料の吐出による発光層の形成は、赤色の発色光を発光する発光層の形成材料、緑色の発色光を発光する発光層の形成材料、青色の発色光を発光する発光層の形成材料を、それぞれ対応する画素に吐出し塗布することによって行う。また、各色に対応する画素は、これらが規則的な配置となるように予め決められている。

このようにして各色の発光層形成材料を吐出した後、液状の発光層形成材料に対して乾燥処理を行い、発光層形成材料中の溶媒を蒸発させ、発光層形成材料を固化させる（固化工程）。その結果、図８（Ｂ）に示すように、正孔輸送層１１３ｃ上に固形の発光層１１３ｅが形成される。これにより、正孔輸送層１１３ｃおよび発光層１１３ｅからなる有機機能層１１３が形成される。ここでの乾燥処理の方法としても、４０〜２００℃程度で加熱して発光層形成材料中の溶媒を蒸発させる方法と、大気圧以下、例えば１０^-4〜１０^-6パスカル（Ｐａ）程度の減圧雰囲気中に放置して発光層形成材料中の溶媒を蒸発させる方法などがある。

なお、発光層形成材料の乾燥処理については、発光層形成材料のガラス転移点未満の温度、例えば１００℃未満の温度で加熱することにより、乾燥するのが好ましい。このような温度で乾燥することにより、発光層形成材料中の溶剤の蒸発速度を比較的低く抑えることができるとともに、発光層形成材料の液状化による流動も抑えることができ、その結果、得られる発光層１１３ｅについても十分に平坦化することができる。また、発光層形成の際の乾燥処理によって生じる熱的ダメージが、発光層発光層１１３ｅだけでなく、正孔輸送層１１３ｃに対しても小さくなり、初期輝度の低下などによる表示性能の低下が抑制される。

次に、図３（Ａ）に示すように、基板１２０の表面全体に、あるいはストライプ状に、ＬｉＦ／Ａｌ（ＬｉＦとＡｌとの積層膜）やＭｇＡｇ、あるいはＬｉＦ／Ｃａ／Ａｌ（ＬｉＦとＣａとＡｌとの積層膜）を蒸着法などによって成膜し、対向電極１１２を形成する。その後、封止を行った後、さらに配線などの各種要素を形成することにより、有機エレクトロルミネッセンス素子１１０を各画素１１５に備えた発光装置１００を製造することができる。

［その他の実施の形態］
本発明の技術範囲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り、実施形態で挙げた具体的な材料や構成などは一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

例えば、上記形態では、液状物の液滴をノズル開口から媒体上に吐出する液滴吐出法を採用したが、液状物を媒体上にスピンコート法により塗布する塗布工程を採用した場合に本発明を適用してもよい。

また、上記形態では、正孔輸送層１１３ｃの導電性高分子層１１３ａとしては、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンを用いたが、その他のポリアルキルチオフェン誘導体や、ポリピロール誘導体を用いてもよい。また、導電性高分子層１１３ａとしては、ポリテトラヒドロチオフェニルフェニレンであるポリフェニレンビニレン、１，１−ビス−（４−Ｎ，Ｎ−ジトリルアミノフェニル）シクロヘキサンなどを高分子前駆体として形成した層を用いた場合に本発明を適用してもよい。

また、図９に示すように、有機エレクトロルミネッセンス素子１１０の有機機能層１１３において、正孔輸送層１１３ｃと発光層１１３ｅとの層間に、高分子材料からなる中間層１１３ｄが形成されている場合にも、正孔輸送層１１３ｃが導電性高分子層１１３ａと高抵抗層１１３ｂとの二層構造を備えた構成を採用してもよい。このような中間層１１３ｄは、例えば、膜厚が約１〜１０ｎｍの高分子材料層として形成され、発光層１１３ｅから正孔輸送層１１３ｃへの電子の移動を妨げる電子ブロック層などとして機能する。また、中間層１１３ｄとして、ＳｂＣｌ₅、ＡｌＣｌ₃、ＦｅＣｌ₃、ＡｓＣｌ₃、ＢＦなどのハロゲン化金属などのドーパントを含有する芳香属族アミン誘導体層などを形成すれば、正孔輸送層１１３ｃから発光層１１３ｅに不純物イオンが拡散することを防止する不純物イオンブロック層などとして機能する。

また、本発明を適用した発光装置は、デジタル複写機やプリンタなどの画像形成装置における露光用ヘッドとして用いることもできる。

有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた発光装置の電気的構成を示すブロック図である。（Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用した発光装置の１画素分の平面図および断面図である。本発明を適用した発光装置の各色に対応する３つの画素（１ドット分）の断面図である。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、液滴吐出装置に用いた液滴吐出ヘッドの内部構造を模式的に示す説明図、撓み振動モードの圧力発生素子の説明図、および縦振動モードの圧力発生素子の説明図である。本発明に係る発光装置の製造方法を示す工程断面図である。本発明に係る発光装置の製造方法を示す工程断面図である。本発明に係る発光装置の製造方法を示す工程断面図である。本発明に係る発光装置の製造方法を示す工程断面図である。本発明を適用した発光装置の別の有機エレクトロルミネッセンス素子の構成を示す断面図である。

符号の説明

１００・・発光装置、１１３・・有機機能層、１１３ａ・・導電性高分子層、１１３ｂ・・高抵抗層１１３ｂ、１１３ｃ・・正孔輸送層、１１３ｄ・・中間層、１１３ｅ・・発光層

Claims

少なくとも、陽極層、正孔輸送層、発光層および陰極層がこの順に積層されたエレクトロルミネッセンス素子を備えた発光装置において、
前記正孔輸送層では、導電性高分子層と、前記導電性高分子層上に形成されるとともに前記導電性高分子層よりも抵抗率が高く、かつ、前記導電性高分子層よりも膜厚が薄い高抵抗層とが積層されており、
前記導電性高分子層は、前記ポリスチレンスルホン酸を前記ドーパントとして含有する３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンからなり、
前記高抵抗層は、前記ポリスチレンスルホン酸からなることを特徴とする発光装置。
前記正孔輸送層と前記発光層との層間に、高分子材料からなる中間層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
請求項１または２に記載の発光装置の製造方法において、
前記導電性高分子層の形成にあたっては、当該導電性高分子層を形成するための材料を溶媒に溶解あるいは分散させた液状物を媒体上に塗布する塗布工程と、当該媒体上に吐出した前記液状物を乾燥させる乾燥工程とを行い、
前記液状物では前記溶媒として有機溶剤と水との混合溶媒を用いることを特徴とする発光装置の製造方法。
前記塗布工程では、前記液状物の液滴をノズル開口から媒体上に吐出する液滴吐出工程を行うことを特徴とする請求項３に記載の発光装置の製造方法。