JPH11339960A

JPH11339960A - 発光素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11339960A
Application number: JP10147220A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Himeshima; 義夫姫島; Shigeo Fujimori; 茂雄藤森; Toru Kohama; 亨小濱
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 1999-12-10

Abstract

(57)【要約】【課題】輝度ムラのない面状発光素子を提供する。【解決手段】陽極と陰極の間に発光を司る物質が積層さ
れ、電気エネルギーによって発光し、該発光を司る各層
の面内膜厚変動が５０％以下であることを特徴とする面
状発光素子およびその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気エネルギーを
光に変換できる素子であって、表示素子、フラットパネ
ルディスプレイ、バックライト、照明、インテリア、標
識、看板、電子写真機、光信号発生器などの分野に利用
可能な発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】陰極から注入された電子と陽極から注入
された正孔が両極に挟まれた有機蛍光体内で再結合する
際に発光するという有機積層薄膜発光素子の研究が近年
活発に行われるようになってきた。この素子は、薄型、
低駆動電圧下での高輝度発光、蛍光材料を選ぶことによ
る多色発光が特徴であり注目を集めている。

【０００３】この研究は、コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎ
ｇらが有機積層薄膜素子が高輝度に発光することを示し
て以来（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５１（１２）
２１，ｐ．９１３，１９８７）、多くの研究機関が検討
を行っている。コダック社の研究グループが提示した有
機積層薄膜発光素子の代表的な構成は、ＩＴＯガラス基
板上に正孔輸送性のジアミン化合物、発光層である８−
ヒドロキシキノリンアルミニウム、そして陰極としてＭ
ｇ：Ａｇを順次真空蒸着法で設けたものであり、１０Ｖ
程度の駆動電圧で１０００ｃｄ／ｍ² の緑色発光が可能
であった。現在の有機積層薄膜発光素子は、上記の素子
構成要素の他に電子輸送層を設けているものなど構成を
変えているものもあるが、基本的にはコダック社の構成
を踏襲している。一方、真空蒸着法以外の手法として
は、高分子化合物を溶媒に溶解して、ディップコーティ
ングやスピンコーティングなどの手法を用いて薄膜を形
成する方法などが知られている（Nature,347,p.539(199
0)）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来知られて
いる手法を用いた場合、面内の輝度ムラや局所的な短絡
現象が観察されていた。この現象は、真空蒸着法におい
ては基板を回転させない場合に顕著であり、また回転さ
せた場合でも蒸着源と基板の位置関係で十分な特性が得
られない場合があった。更にコーティング法では、この
傾向が著しく現れていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成するために鋭意検討した結果、陽極と陰極の間に発
光を司る物質が積層され、電気エネルギーによって発光
し、該発光を司る各層の面内膜厚変動が５０％以下に抑
えることにより課題を解決できることを見出し、本発明
に到達した。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明において陽極は、光を取り
出すために透明であれば酸化錫、酸化インジウム、酸化
錫インジウム（ＩＴＯ）などの導電性金属酸化物、ある
いは金、銀、クロムなどの金属、ヨウ化銅、硫化銅など
の無機導電性物質、ポリチオフェン、ポリピロール、ポ
リアニリンなどの導電性ポリマなど特に限定されるもの
でないが、ＩＴＯガラスやネサガラスを用いることが特
に望ましい。透明電極の抵抗は素子の発光に十分な電流
が供給できればよいので限定されないが、素子の消費電
力の観点からは低抵抗であることが望ましい。例えば３
００Ω／□以下のＩＴＯ基板であれば素子電極として機
能するが、現在では１０Ω／□程度の基板の供給も可能
になっていることから、低抵抗品を使用することが特に
望ましい。ＩＴＯの厚みは抵抗値に合わせて任意に選ぶ
事ができるが、通常１００〜３００ｎｍの間で用いられ
ることが多い。また、ガラス基板はソーダライムガラ
ス、無アルカリガラスなどが用いられ、また厚みも機械
的強度を保つのに十分な厚みがあればよいので、０．５
ｍｍ以上あれば十分である。ガラスの材質については、
ガラスからの溶出イオンが少ない方がよいので無アルカ
リガラスの方が好ましいが、ＳｉＯ₂ などのバリアコー
トを施したソーダライムガラスも市販されているのでこ
れを使用できる。ＩＴＯ膜形成方法は、電子ビーム法、
スパッタリング法、化学反応法など特に制限を受けるも
のではない。

【０００７】陰極は、電子を本有機物層に効率良く注入
できる物質であれば特に限定されないが、一般に白金、
金、銀、銅、鉄、錫、亜鉛、アルミニウム、インジウ
ム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシ
ウム、マグネシウムなどがあげられるが、電子注入効率
をあげて素子特性を向上させるためにはリチウム、ナト
リウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムまたはこ
れら低仕事関数金属を含む合金が有効である。しかし、
これらの低仕事関数金属は、一般に大気中で不安定であ
ることが多く、例えば、有機層に微量のリチウムやマグ
ネシウム（真空蒸着の膜厚計表示で１ｎｍ以下）をドー
ピングして安定性の高い電極を使用する方法が好ましい
例として挙げることができるが、フッ化リチウムのよう
な無機塩の使用も可能であることから特にこれらに限定
されるものではない。更に電極保護のために白金、金、
銀、銅、鉄、錫、アルミニウム、インジウムなどの金
属、またはこれら金属を用いた合金、そしてシリカ、チ
タニア、窒化ケイ素などの無機物、ポリビニルアルコー
ル、塩化ビニル、炭化水素系高分子などを積層すること
が好ましい例として挙げられる。これらの電極の作製法
も抵抗加熱、電子線、スパッタリング、イオンプレーテ
ィング、コーティングなど導通を取ることができれば特
に制限されない。

【０００８】発光を司る物質とは、１）正孔輸送層／発
光層、２）正孔輸送層／発光層／電子輸送層、３）発光
層／電子輸送層、そして、４）以上の組合わせ物質を一
層に混合した形態のいずれであってもよい。即ち、素子
構成としては、上記１）〜３）の多層積層構造の他に
４）のように発光材料単独、または発光材料と正孔輸送
材料と電子輸送材料、あるいは発光材料と正孔輸送材料
または電子輸送材料を含む層を一層設けるだけでもよ
い。

【０００９】正孔輸送層は正孔輸送性物質単独または二
種類以上の物質を積層、混合するか正孔輸送性物質と高
分子結着剤の混合物により形成され、正孔輸送性物質と
してはＮ，Ｎ´−ジフェニル−Ｎ，Ｎ´−ジ（３−メチ
ルフェニル）−４，４´−ジフェニル−１，１´−ジア
ミン、Ｎ，Ｎ´−ジナフチル−Ｎ，Ｎ´−ジフェニル−
４，４´−ジフェニル−１，１´−ジアミンなどのトリ
フェニルアミン類、ビス（Ｎ−アリルカルバゾール）ま
たはビス（Ｎ−アルキルカルバゾール）類、ピラゾリン
誘導体、スチルベン系化合物、ヒドラゾン系化合物、オ
キサジアゾール誘導体やフタロシアニン誘導体、ポルフ
ィリン誘導体に代表される複素環化合物、ポリマー系で
は前記単量体を側鎖に有するポリカーボネートやスチレ
ン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリシラン、ポリ
チオフェン、ポリアニリン、ポリフェニレンビニレンな
どが好ましいが、素子作製に必要な薄膜を形成し、陽極
から正孔が注入できて、さらに正孔を輸送できる化合物
であれば特に限定されるものではない。

【００１０】本発明に関する発光材料は、トリス（８−
キノリノラト）アルミニウム、置換８−キノリノラト金
属錯体、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ[h]キノリノラ
ト）ベリリウム、置換ヒドロキシベンゾキノリノール金
属錯体、トリス（８−キノキサリノラト）アルミニウ
ム、置換キノキサリノール金属錯体、ベンズオキサゾー
ル誘導体、水酸基を有するベンズオキサゾール誘導体の
金属錯体、ベンズチアゾール誘導体、水酸基を有するベ
ンズチアゾール誘導体の金属錯体、フラボン誘導体の金
属錯体、ジスチリルアリレン系誘導体、ピリミジン誘導
体、シロール誘導体、ビフェニル-p-(t-ブチル）フェニ
ル-1,3,4-オキサジアゾールをはじめとするオキサジア
ゾール誘導体、オリゴフェニレン誘導体、ピロロピロー
ル誘導体、ポルフィリン誘導体、スピロオリゴフェニレ
ン誘導体、フェナントロリン誘導体などが挙げられるが
これらに限定されるものではない。

【００１１】また、発光効率向上、発光色変換や色純度
向上のためにドーピングの手法が用いられる。ドーピン
グに使われるドーパントとしては上記発光材料の他にク
マリン誘導体、キナクリドン誘導体、ルブレン誘導体、
ペリレン誘導体、ジシアノスチリルピラン誘導体、ロー
ダミン誘導体、ペリレン誘導体、ユーロピウム錯体誘導
体、テルビウム金属錯体、ピロメテン誘導体、フタロシ
アニン誘導体、オキサジン誘導体などが挙げられるがこ
れらに限定されるものではない。ドープ量は、多い方が
発光効率が上がると考えられるが、多くの蛍光体は高濃
度になると濃度消光現象が起こることと有機薄膜の膜質
の観点から最適濃度が存在する。多くのドーパントの場
合、ホストに対するドーパントの濃度は１０％以下、好
ましくは５％以下、更に好ましくは１％以下であること
が多いが特に限定されるものではない。ドーピング方法
は、蒸着における共蒸着、混合蒸着、または混合塗布法
などがある。

【００１２】電子輸送性物質としては、電界を与えられ
た電極間において陰極からの電子を効率良く輸送するこ
とが必要で、電子注入効率が高く、注入された電子を効
率良く輸送することが望ましい。そのためには電子親和
力が大きく、しかも電子移動度が大きく、さらに安定性
に優れ、トラップとなる不純物が製造時および使用時に
発生しにくい物質であることが要求される。本発明に関
する発光材料は、電子輸送性能も兼ね備えてるので、発
光材料だけではなく電子輸送層の材料としても有用であ
る。従って、本化合物は何等発光することなく電子のみ
を素子の中で輸送する役割も果たすし、発光層兼電子輸
送層として働かせることも可能である。また、本発明に
関する材料は、オキサジアゾール、トリアゾール、フェ
ナントロリン、キノキサリン、キノリノラト金属錯体な
どの誘導体と混合したり、積層して用いることもでき
る。本発明に関する材料が発光材料である場合は、前記
オキサジアゾール、トリアゾール、フェナントロリン、
キノリノラト金属錯体などの誘導体を単独または二種類
以上混合して用いてもよい。

【００１３】以上述べてきた化合物以外にも蒸着可能な
高分子化合物が存在するし、モノマーを蒸着して基板上
で重合する方法もあることから、特に材料には制限はな
い。

【００１４】発光を司る物質の形成方法は、抵抗加熱蒸
着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、分子積層法など
特に限定されるものではないが、通常は、抵抗加熱蒸
着、電子ビーム蒸着が特性面で好ましい。層の厚みは、
発光を司る物質の抵抗値にもよるので限定することはで
きないが、１０〜１０００ｎｍの間から選ばれる。

【００１５】電気エネルギーとは主に直流電流を指す
が、パルス電流や交流電流を用いることも可能である。
電流値および電圧値は特に制限はないが、素子の消費電
力、寿命を考慮するとできるだけ低いエネルギーで最大
の輝度が得られるようにするべきである。

【００１６】本発明における面内膜厚変動とは、一つの
デバイスとして機能する発光を司る物質層の変動を指
す。即ち、発光を司る物質が一層であればその膜厚変動
であり、複数層積層されている場合は、各層の膜厚変動
を指す。そして、その膜厚変動とは、平面内の最少と最
大膜厚の比率を指している。例えば膜厚変動が５０％と
は薄い所の膜厚を１とすると厚いところが１．５である
ことを意味する。発光を司る物質層は、電極と発光を司
る物質層共にパターン化しないもの、電極のみをパター
ン化して発光を司る物質層はパターン化しないもの、電
極と発光を司る物質層共にパターン化した何れの形態も
取り得る。従って、パターン化した場合は各領域内の厚
みムラではなく表示領域全体の厚みムラを意味してい
る。この厚みムラが５０％以内であれば視覚的に感知で
きない程度の輝度ムラになるが、ムラのある領域が近い
場合は感知され易いので好ましくは３０％、更に好まし
くは１５％以下であることが望ましい。これらは、各層
の膜厚を示していることから、例えば各層の厚みムラが
１５％ずつであれば、全体厚みのは最少で１５％（１．
１５×１×１）、最大で５２％（１．１５×１．１５×
１．１５）ということになる。この計算は、他の如何な
る厚みムラの値に対しても適用することが可能である。
また膜厚の測定は、デバイスとして機能する平面の重心
点、そして周辺の対角４点を透過型電子顕微鏡（ＴＥ
Ｍ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、原子間力顕微鏡
（ＡＦＭ）または触針式粗さ計などで行う。従って、本
発明に於ける厚みムラとは、局部的な厚みムラ（例えば
単一画素素子の中心部と周辺部）を指すわけではなく、
あくまでもデバイス全体領域にわたる厚み分布を指して
いる。

【００１７】本発明においてパターニングとは、情報表
示を行うのに必要な形状に画素を形成させることを言
う。その形状としては、マトリクス形状やセグメント形
状が挙げられる。

【００１８】マトリクス形状とは、表示のための画素が
格子状に配置されたものをいい、画素の集合で文字や画
像を表示する。画素の形状、サイズは用途によって決ま
る。例えばパソコン、モニター、テレビの画像および文
字表示には、通常一辺が３００μｍ以下の四角形の画素
が用いられるし、表示パネルのような大型ディスプレイ
の場合は、一辺がｍｍオーダーの画素を用いることにな
る。モノクロ表示の場合は、同じ色の画素を配列すれば
よいが、カラー表示の場合には、赤、緑、青の画素を並
べて表示させる。この場合、典型的にはデルタタイプと
ストライプタイプがある。そして、このマトリクスの駆
動方法としては、線順次駆動方法やアクティブマトリッ
クスのどちらでもよい。線順次駆動の方が構造が簡単で
あるという利点があるが、動作特性を考慮した場合、ア
クティブマトリックスの方が優れる場合があるので、こ
れも用途によって使い分けることが必要である。

【００１９】本発明におけるセグメント形状とは、予め
決められた情報を表示するようにパターンを形成し、決
められた領域を発光させることになる。例えば、デジタ
ル時計や温度計における時刻や温度表示、オーディオ機
器や電磁調理器などの動作状態表示、自動車のパネル表
示などがあげられる。そして、前記マトリクス表示とセ
グメント表示は同じパネルの中に共存していてもよい。

【００２０】本発明における面状発光素子の製造方法
は、前記課題を解決するために面内膜厚分布を５０％以
内に抑制できるものである。即ち、蒸着される基板の重
心から引かれた法線上から蒸着物質をずらした位置に配
置することを特徴とする。法線と蒸着源と重心を結ぶ線
のなす角度が１０°以上であることが好ましい。また、
マスク蒸着を行う場合は、影となる部分を減らすために
２５°以上の角度にすることが更に望ましいが、形状な
どに影響されるので法線からずらす以外に特別な限定は
ない。また、蒸着源の数は特に制限されず同時に２つ以
上の蒸着源から蒸着させても良い。

【００２１】基板の回転は、自転、公転、自公転のいず
れの方式も取り得ることが可能であり、基板やパターン
形状に合わせて選択することができる。回転速度は、特
に限定されないが通常１〜１００ｒｐｍから選ばれる。
回転速度は、一層を形成させるに必要な時間とも関係が
あり、短時間で形成される層の場合は回転速度を速くす
る方が好ましい。通常、形成された膜の膜質と厚みムラ
を考慮すると、３〜３０ｒｐｍから選択される場合が多
いが特に限定されるものではない。

【００２２】

【実施例】以下、実施例および比較例をあげて本発明を
説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるも
のではない。

【００２３】参考例蒸着源を、法線から１５°の角度の位置に配置して、自
転で基板を回転（１０ｒｐｍ）ながらＮ，Ｎ’−ジフェ
ニル−Ｎ，Ｎ’−（３−メチルフェニル）−１，１’−
ジフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）を抵抗加熱
方式によって０．３ｎｍ／秒の速度で１３０ｎｍ蒸着
し、続いてトリス（８−キノリノラト）アルミニウムを
蒸着した。パネルの対角４点と重心点を透過電子顕微鏡
（日立Ｈ−６００型、加速電圧１００ｋＶ、エポキシ包
埋超薄切片法で５００オングストロームに調整）で観察
したところ、膜厚変動はそれぞれ１５％と２１％であっ
た。

【００２４】実施例１ＩＴＯ透明導電膜を１５０ｎｍ堆積させたガラス基板
（１５Ω／□、電子ビーム蒸着品）を対角４インチの大
きさに切断後、ストライプ状にエッチングし（ピッチ１
００μｍ）洗浄を行った。これを使用前にＵＶ−オゾン
洗浄して直ちに真空蒸着装置内に設置して、装置内の真
空度が５×１０^-6Ｔｏｒｒ以下になるまで排気した。

【００２５】まず、正孔輸送材料であるＮ，Ｎ’−ジフ
ェニル−Ｎ，Ｎ’−（３−メチルフェニル）−１，１’
−ジフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）を抵抗加
熱方式によって０．３ｎｍ／秒の速度で１３０ｎｍ蒸着
し、続いてトリス（８−キノリノラト）アルミニウムを
０．３ｎｍ／秒の速度で１００ｎｍ蒸着した。この時蒸
着源は、法線から１５°の角度の位置に配置され、基板
は自転で回転速度は１０ｒｐｍであった。次に３００μ
ｍのストライプ状の電極が形成されるようにマスクを装
着した後、リチウムを０．１ｎｍ／秒の速度で１ｎｍ、
最後にアルミニウムを０．５ｎｍ／秒の速度で５００ｎ
ｍ蒸着してパネルを作製した。このパネルを直流駆動し
たときの輝度ムラは視覚的には認識できなかった。

【００２６】実施例２蒸着角度が２７°である以外は実施例と同様にしてパネ
ルを作製したところ、このパネルを直流駆動したときの
輝度ムラは視覚的には認識できなかった。

【００２７】比較例１基板を回転させず、蒸着源を基板の法線上に配置したこ
と以外は実施例１と同様にしてパネルを作製したとこ
ろ、膜厚変動は６２％であり、陽極、陰極のそれぞれの
電極を短絡させて直流駆動したときの輝度ムラが視覚的
に認識された。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、輝度ムラのない面状発光素子
を提供するものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽極と陰極の間に発光を司る物質が積層さ
れ、電気エネルギーによって発光し、該発光を司る各層
の面内膜厚変動が５０％以下であることを特徴とする面
状発光素子。
【請求項２】該発光素子が陽極、正孔輸送材料、発光材
料、陰極からなることを特徴とする請求項１記載の発光
素子。
【請求項３】陽極、陰極および／または発光を司る物質
が所定の形状にパターン化されていることを特徴とする
請求項１記載の発光素子。
【請求項４】基板の中心に法線方向からずらした位置に
蒸着源を配置し、基板を回転させながら発光を司る各層
の面内膜厚変動を５０％以下にすることを特徴とする請
求項１記載の面状発光素子の製造方法。
【請求項５】基板の回転数が３〜３０ｒｐｍであること
を特徴とする請求項１または４記載の面状発光素子の製
造方法。
【請求項６】基板と蒸着源の間にパターニングを行うた
めのシャドーマスクを配置することを特徴とする請求項
１〜５のいずれか記載の面状発光素子。