JP5449742B2 - 有機el素子 - Google Patents
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Description
(1.1)有機EL素子102の概略;
図1及び図2は、本発明の実施形態の有機EL素子102の模式図である。図1は、有機EL素子102の平面図、図2は、有機EL素子102の断面図となっている。図1及び図2に示す有機EL素子102は、画像を表示する画像表示装置に用いられる。
有機EL素子102は、光が封止基板108を透過して上方に向けて出射される上面発光型である。したがって、封止基板108は、少なくとも有機EL素子102が発光する光の波長において透明であるべきであるが、支持基板104は、不透明であってもよい。支持基板104及び封止基板108は、例えば、ガラス・樹脂等の材料で構成される。
図1に示すように、シール体110の平面形状は環状となっている。シール体110は、積層体106が設けられている領域を途切れなく囲む。これにより、積層体106が支持基板104、封止基板108及びシール体110によって封止され、大気中の水分等から積層体106が保護される。シール体110は、例えば、光硬化性又は熱硬化性のアクリル樹脂・エポキシ樹脂・あるいは低融点の合金・低融点ガラス等の材料で構成される。図2において、積層体106と封止基板108との間には空隙が設けられており、キセノン、クリプトン、アルゴン又はネオン等の第18族元素、或いは酸素を除去した窒素又はフルオロカーボン・ハロゲン化炭素等の不活性なガスを充填することが好ましい。
(2.1)積層体106の概略;
図3は、支持基板104及び積層体106を拡大した模式図である。図3は、支持基板104及び積層体106の断面図となっている。なお、図3に示す積層体106の積層構造は一例に過ぎず、必要に応じて変形される。特に、後述する有機キャッピング層128と支持基板104との間の積層構造は、有機電界発光装置102の仕様に応じて変形される。
回路層112、絶縁保護膜114及び平坦化層116は、支持基板104の上面にこの順序で下側から上側へ向かって重ねて設けられる。ただし、各画素にひとつある陰極コンタクトホール位置181においては、回路層112を露出させる開口1140が絶縁保護膜114に形成され、上面及び下面を貫通する陰極コンタクトホール1160が平坦化層116に形成される。このため、陰極コンタクトホール位置181においては、陰極コンタクトホール1160の底に回路層112が露出する。陰極コンタクトホール1160の断面形状はテーパ状となっており、陰極コンタクトホール1160の径は上側から下側へ向かって小さくなる。これにより、陰極コンタクトホール1160の内壁は、斜め上方を向く。このことは、陰極コンタクトホール1160の内壁への陰極コンタクト層134の被着を容易にする。
第1電極層としての陽極層118は、平坦化層116の上面に設けられる。陰極コンタクト層134は、陰極コンタクトホール1160の底に露出している回路層112から陰極コンタクトホール1160の内壁を経て平坦化層116の上面の陰極コンタクトホール1160を囲む領域までの範囲に延在する。陽極層118と陰極コンタクト層134との間には間隙がある。このため、陽極層118と陰極コンタクト層134とは絶縁される。
絶縁層132は、前述した支持基板104、回路層112、絶縁保護膜114、平坦化層116、陽極層118及び陰極コンタクト層134からなる構造体の上面に設けられる。画素として機能する発光領域182においては、開口1320が絶縁層132に形成され、各画素にある陰極コンタクト位置183においては、開口1322が絶縁層132に形成される。開口1320,1322の断面形状はテーパ状となっており、開口1320,1322の径は、上側から下側へ向かって小さくなる。これにより、開口1320,1322の内壁は、斜め上方を向く。このことは、開口1320から開口1322にかけて陰極層126又有機キャッピング層128等を容易に段切れすることなく連続して成膜することができる。絶縁層132は、陽極層118と陰極コンタクト層134及び陰極層126とを絶縁する。
正孔輸送層120、発光層122及び電子輸送層124は、陽極層118の上面にこの順序で下側から上側へ向かって重ねて設けられる。陽極層118から供給された正孔は、正孔輸送材料によって構成された正孔輸送層120によって発光層122へ輸送され、陰極層126から供給された電子は、電子輸送材料によって構成された電子輸送層124によって発光層122へ輸送される。これにより、発光層122において正孔と電子とが再結合し、光を発する。
隔壁136は、絶縁層132の上面に設けられる。隔壁136の断面形状はテーパ状となっており、隔壁136の径は、下側から上側へ向かって大きくなる。これにより、隔壁136の側面及び根元付近への陰極層126の被着が妨げられ、陰極層126が分割される。陰極層126を画素列ごとに分割する場合は、隔壁136の平面形状は縞状となり、陰極層126を画素ごとに分割する場合は、隔壁136の平面形状は格子状になる。陰極層126をどのように分割すべきかは、駆動の仕方によって異なる。陰極層126を共通電極とし、陽極層118に供給する駆動電流を制御するコモンカソード型駆動回路によって駆動する場合等において、隔壁136を設けないようにしてもよい。隔壁136を設けない場合において、蒸着マスクを用いて発光層を形成するには、蒸着マスクと発光層との間に空隙を設けることによって機械的接触を避ける目的で、突起部を設けることが好ましい。隔壁136は、例えば、ノボラック樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂又はアクリル樹脂等の有機絶縁材料、或いはSiNx(窒化ケイ素)、SiOx(酸化ケイ素)又はSiOxNy(酸化窒化ケイ素)等の無機絶縁材料からなる。突起部は、例えば、ノボラック樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂又はアクリル樹脂等の有機絶縁材料、或いはSiNx(窒化ケイ素)、SiOx(酸化ケイ素)又はSiOxNy(酸化窒化ケイ素)等の無機絶縁材料からなる。
第2電極層としての陰極層126、有機キャッピング層128及び無機パッシベーション層130は、上述した支持基板104、回路層112、絶縁保護膜114、平坦化層116、陽極層118、陰極コンタクト層134、絶縁層132、隔壁136及び有機機能層138からなる構造体の上面にこの順序で下側から上側に重ねて設けられる。ただし、隔壁136の側面及びその根元付近以外には陰極層126、有機キャッピング層128及び無機パッシベーション層130が重ねて設けられる。
(a)モル質量;
有機キャッピング層128を構成する有機材料は、モル質量が有機機能層138を構成する電荷輸送材料のモル質量よりも小さい分子性物質を含む材料から構成されている。ここで、有機機能層138を構成する電荷輸送材料とは、分子性物質であって、正孔輸送層120を構成する正孔輸送材料、発光層122を構成する正孔輸送性を有するホスト材料または電子輸送性を有するホスト材料、電子輸送層124を構成する電子輸送材料を意味する。蒸着源から陽極層118に向けて気化した有機材料は、陽極層118上に形成される隔壁等の構造物によって遮られ、所望の領域にまで到達しないことがある。有機キャッピング層128として、モル質量が有機機能層138を構成する電荷輸送材料のモル質量よりも小さい分子性物質を用いることによって、隔壁によって遮られた領域まで有機材料の回り込む量を多くすることができる。有機キャッピング層128としては、特に、モル質量が429g/mol以下の分子性物質を含む有機材料を好適に用いることができる。モル質量を小さくすることにより、回り込み性が向上するのは、モル質量が小さくなると気相における自由工程が長くなるからである。
図4及び図5は、それぞれ、モル質量が小さい分子性物質を含まない有機材料で有機キャッピング層928を構成した場合及びモル質量が小さい分子性物質を含む有機材料で有機キャッピング層128を構成した場合の支持基板104及び積層体906,106を示す模式図である。図4及び図5は、図3に相当する断面図であるが、図3に示すように有機機能層138の両端が開口1320の内壁の上にある理想的な状態ではなく、有機機能層138の一端が開口1320の内壁の上にない非理想的な状態を示している。このような非理想的な状態は、有機機能層138を蒸着するときに使用する蒸着マスクの位置ずれ、膨張、収縮又は変形により起こる。また、図6及び図7は、それぞれ、図4及び図5の矢印184が指す箇所付近の拡大図である。
有機キャッピング層128は、有機機能層138よりも低い温度で融解又は流動化することが望ましい。すなわち、有機キャッピング層128の有機材料の融点Tm及びガラス転移点Tgは、有機機能層138を構成する各層の有機材料の融点Tm及びガラス転移点Tgより温度が低いことが望ましい。これにより、有機キャッピング層128を融解又は流動化させても有機機能層138が融解及び流動化しないので、有機機能層138を熱で損傷することなく有機キャッピング層128を融解又は流動化させ異物の包理を行うことができる。さらには、層同士の間に加わる層間応力の緩和を行うことができる。なお、融点Tmが175℃以下の有機材料で有機キャッピング層128を構成することが望まれる。このように構成することにより、有機機能層138を構成する各層の有機材料の融点Tmより低い温度で有機キャッピング層128を融解又は流動化させ異物の包理を行うことができる。さらには、層同士の間に加わる層間応力の緩和を行うことができる。
有機キャッピング層128は、吸収ピーク波長が321nm以下又はエネルギーギャップが3.3eV以上の物質からなる有機材料で構成することが望ましい。これにより、有機キャッピング層128による長波長紫外線の吸収が抑制されるので、有機キャッピング層128が黄色〜褐色に着色することによる有機キャッピング層128の光透過率の低下及び有機キャッピング層128の緻密さが失われることによる有機キャッピング層128の封止性能の低下並びに有機キャッピング層128からのアウトガスによる有機EL素子102の劣化が抑制される。
有機キャッピング層128は、電子輸送層と同様の電子輸送性の物質からなる有機材料で構成することが望ましい。これにより、有機キャッピング層128の有機材料が電子輸送層124へ拡散しても電子輸送層124の電子移動度を低下させたり正孔の陰極への漏洩を助長したりすることがないので、有機EL素子102の発光効率の低下及び駆動電圧の上昇が抑制される。このような電子輸送性の物質は、共役電子系を有する分子からなる物質に多く存在する。
固体状態において分子間に強い分子間力が働く分子性物質は、結晶が壊れにくいため、高い融点Tmを有する場合が多い。また、固体状態において分子の配列に隙間が少なくパッキングがよい分子性物質は、固体状態において分子間に強い分子間力が働くことが多い。さらに、分子形状の対称性が高い分子性物質は、固体状態における分子の配列に隙間が少なくパッキングがよい場合が多い。したがって、分子形状の対称性が高い分子性物質は、高い融点Tmを有する場合が多い。
有機キャッピング層128の有機材料に含まれるモル質量が429g/mol以下、融点Tmが175℃以下で電子輸送性の分子性物質の望ましい例を説明する。
有機キャッピング層128の有機材料は、結晶化しにくい有機材料であることが望ましい。有機キャッピング層128の内に大きな結晶が生じると、かかる結晶中を物質が通過しやすくなるので、有機キャッピング層128の封止性能が低下する傾向が見られるからである。有機キャッピング層128の封止性能が低下すると、CVD法で用いられるプラズマに含まれる化学的反応性の高いラジカル種又は原料ガスが、陰極層126、電子輸送層124、発光層122、正孔輸送層120又は陽極層118の少なくとも一部に侵入し、これらの層の機能を損なう可能性がある。また、有機EL素子102の使用時に、有機EL素子102を構成する部材からのアウトガス、水分又は酸素等が、陰極層126から陽極層118の少なくとも一部に侵入し、これらの層の機能を損なう可能性がある。また、有機キャッピング層128の中に大きな結晶が生じると、結晶で光が散乱し、有機キャッピング層128の光の透過性が低下する傾向が見られるからである。したがって、有機キャッピング層128の有機材料は、結晶が小さい微結晶となりやすい有機材料であることが望ましく、結晶がない非晶質となりやすい有機材料であることが望ましい。
図9は、有機EL素子102の製造の流れを示すフローチャートである。なお、以下で説明する各層の形成は、公知のPVD(Physical Vapor Deposition)法・CVD法・スピンコート法・インクジェット法等の成膜技術及びフォトリソグラフィ法等のパターニング技術を材料に応じて適宜採用して行う。
104 支持基板
106 積層体
110 シール体
108 封止基板
120 陽極層
122 発光層
126 陰極層
128 有機キャッピング層
130 無機パッシベーション層
136 有機機能層
Claims (4)
- 支持基板と、
前記支持基板上に形成され、電荷輸送性材料を含有し、正孔と電子とを結合させて発光する有機機能層と、
前記支持基板上であって、前記有機機能層と空隙を介して併設された絶縁層と、
前記有機機能層上から前記空隙を介して前記絶縁層上まで連続して形成され、モル質量が前記電荷輸送性材料のモル質量よりも小さい分子性物質を25重量%以上含む有機材料からなる有機キャッピング層と、を備え、
前記分子性物質は429g/mol以下のモル質量と175℃以下の融点を有する電子輸送性物質からなり、かつオキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オリゴフェニル誘導体、リチウム錯体及び亜鉛錯体からなる群より選択されたものであることを特徴とする有機EL素子。 - 前記有機キャッピング層の吸収ピーク波長が321nm以下である請求項1に記載の有機EL素子。
- 前記有機キャッピング層のエネルギーギャップが3.3eV以上である請求項1又は2に記載の有機EL素子。
- 支持基板と、
前記支持基板上に形成された第1電極層と、
前記第1電極層上に形成され、電荷輸送性材料を含有し、正孔と電子とを結合させて発光する有機機能層と、
前記有機機能層を被覆する第2電極層と、
モル質量が前記有機機能層を構成する電荷輸送性材料のモル質量よりも小さい分子性物質を25重量%以上含む有機材料からなる有機キャッピング層と、を備え、
前記分子性物質は429g/mol以下のモル質量と175℃以下の融点を有する電子輸送性物質からなり、かつオキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オリゴフェニル誘導体、リチウム錯体及び亜鉛錯体からなる群より選択されたものであり、
平面視して前記有機機能層と前記第2電極層とが重なる領域に凹部が形成され、前記有機キャッピング層が前記凹部を充填していることを特徴とする有機EL素子。
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