JPWO2005011332A1 - 発光素子の作製方法 - Google Patents
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Abstract
一対の電極間に有機化合物が挟まれた構造を有する発光素子の発光効率の経時的低下を抑制し、長寿命化できる発光素子の製造方法について提供することを課題とする。 一対の電極間に有機化合物からなる複数の層を有する発光素子の作製方法であって、前記複数の層のうち、少なくとも一の層の形成後または形成前に、電子受容性ガスを含む雰囲気に曝す処理をすることを特徴としている。なお、前記複数の層は、発光層を含むものであり、当該発光層と、正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層、電子輸送層、電子注入層から選ばれた一または二以上の層とで構成された層である。
Description
本発明は、発光素子の作製方法に関し、特に、一対の電極間に有機化合物が挟まれた構造を有する発光素子の作製方法に関する。
エレクトロルミネッセンス素子（ＥＬ；Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）からの発光を利用した発光装置は、表示用あるいは照明用の装置として注目され、開発が進められている。
発光装置の開発において、発光素子の発光輝度の経時的な低下を抑制し、長寿命化することは、非常に重要な課題である。
そのため、長寿命化が可能な発光材料や、発光材料の劣化を低減できるような封止技術の開発がおこなわれている。また、例えば特許文献１に記載されているように、無機化合物で形成されている発光層を酸化処理した後、真空中で４００〜５００度の熱処理をすることにより長寿命化することも試みられている。
しかし、特許文献１に示されているような酸化処理は、２５０〜４５０度の熱処理を必要としている。このような処理は、無機化合物と比較して分解温度が低く、耐熱性の低い有機化合物を発光層として用いた発光素子には不適だと考えられる。
従って、有機化合物を発光層として用いた発光素子の長寿命化を図ることができる、新たな手段を開発する必要があった。
本発明は、一対の電極間に有機化合物が挟まれた構造を有する発光素子の発光効率の経時的低下を抑制し、長寿命化できる発光素子の製造方法について提供することを課題とする。
本発明は、一対の電極間に有機化合物からなる複数の層を有する発光素子の作製方法であって、前記複数の層のうち、少なくとも一の層の形成後または形成前に、電子受容性ガスを含む雰囲気に曝す処理をすることを特徴としている。
前記複数の層は、発光層を含むものであり、当該発光層と、正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層、電子輸送層、電子注入層から選ばれた一または二以上の層とで構成された層である。
例えば、正孔注入層＼正孔輸送層＼発光層＼正孔阻止層＼電子輸送層＼電子注入層、正孔注入層＼正孔輸送層＼発光層＼正孔阻止層＼電子輸送層、正孔注入層＼正孔輸送層＼発光層＼電子輸送層＼電子注入層、正孔注入層＼正孔輸送層＼発光層＼電子輸送層のような構成である。但し、これら以外の構成のものでもよい。
発光層、正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層、電子輸送層、電子注入層は同一の物質で形成されていてもよく、または同一の物質を含むものでもよい。また、有機金属錯体等のような無機物を含む物質であってもよい。
なお、前記複数の層は必ずしも全ての層が有機化合物のみで形成されている必要はなく、例えば電子輸送層を、アルカリ金属またはアルカリ土類金属から選ばれた一または二以上の元素の酸化物、窒化物、或いはフッ化物等の無機化合物で形成してもよい。この他、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、バナジウム（Ｖ）、ルテニウム（Ｒｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、インジウム（Ｉｎ）等の化合物であってもよい。
電子受容性ガスとしては、例えば酸素が挙げられる。電子受容性ガスを含む雰囲気に曝す処理は、電子受容性ガスが導入された処理室内に、室温（２０〜２５度）で、一定時間、作製中の素子を曝す方法で行えばよい。
また、電子受容性ガスを含む雰囲気に曝す処理は、上記の層（発光層、正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層、電子輸送層、電子注入層）のうち、任意の層の形成前、または形成後に行えばよい。例えば、発光層の形成前でもよいし、形成後でもよい。また正孔注入層の形成前でもよいし、形成後でもよい。或いは、正孔注入層の形成前と、発光層の形成前とのように、複数の工程部位で行っても構わない。
さらに、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層、電子輸送層、電子注入層は、それぞれ積層構造を有するものでもよい。従って、これらの層がそれぞれ積層構造を有する場合は、積層する各層の形成前または形成後に、電子受容性ガスを含む雰囲気に曝す処理をおこなってもよい。
なお、複数の層が、例えば、正孔注入層＼正孔輸送層＼発光層＼正孔阻止層＼電子輸送層＼電子注入層のような構成である場合、正孔注入層から順に形成してもよいし、または電子注入層から順に形成しても構わない。この他の層構成を有する場合にも同様に、積層順については特に限定されない。
本発明を適用して発光素子を作製することにより、一定の電流密度で発光素子に電流を流し、発光させ続けたときの、発光輝度の経時的低下が少なくなり、発光素子の長寿命化を図ることができる。また、一定の電流密度で発光素子に電流を流し、発光させ続けたときの、発光素子の駆動電圧の上昇が抑制され、発光素子の低消費電力化も図ることができる。さらに、本発明を適用して作製した発光素子を用いた発光装置においても、長寿命化または低消費電力化が図れる。
［図１］図１は、本発明を適用して作製した発光素子の発光輝度の経時的な変化について測定した結果である。
［図２］図２は、本発明を適用して作製する発光素子の一態様について説明する図である。
［図３］図３は、本発明を適用して作製する発光素子を用いた発光装置の一態様について説明する図である。
［図４］図４は、本発明を適用して作製した発光素子の発光輝度の経時的な変化について測定した結果である。
［図５］図５は、本発明を適用して作製した発光素子の発光輝度の経時的な変化について測定した結果である。
［図６］図６は、本発明を適用して作製する発光素子を用いた発光装置の一態様について説明する図である。
［図７］図７は、本発明を適用して作製した発光装置を搭載した電子機器について説明する図である。
［図２］図２は、本発明を適用して作製する発光素子の一態様について説明する図である。
［図３］図３は、本発明を適用して作製する発光素子を用いた発光装置の一態様について説明する図である。
［図４］図４は、本発明を適用して作製した発光素子の発光輝度の経時的な変化について測定した結果である。
［図５］図５は、本発明を適用して作製した発光素子の発光輝度の経時的な変化について測定した結果である。
［図６］図６は、本発明を適用して作製する発光素子を用いた発光装置の一態様について説明する図である。
［図７］図７は、本発明を適用して作製した発光装置を搭載した電子機器について説明する図である。
１０−基板，１１−ＴＦＴ，１２−ＴＦＴ，１３−発光素子，１４−第１の電極，
１５−発光物質を含む層，１６−第２の電極，１７−配線，２０１−基板，２０１ａ−基板，２０１ｂ−基板，２０１ｃ−基板，２０２−第１の電極，２０３−正孔注入層，
２０４−正孔輸送層，２０５−発光層，２０６−電子輸送層，２０７−第２の電極，４０１−ソース側駆動回路，４０２−画素部，４０３−ゲート側駆動回路，
４０４−封止基板，４０５−シール剤，４０７−空間，４０８−配線，４０９−ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット），４１０−素子基板，４１１−スイッチング用ＴＦＴ，
４１２−電流制御用ＴＦＴ，４１３−第１の電極，４１４−絶縁物，４１６−発光物質を含む層，４１７−第２の電極，４１８−発光素子，４２３−ｎチャネル型ＴＦＴ，
４２４−ｐチャネル型ＴＦＴ，５５０１−筐体，５５０２−支持台，５５０３−表示部，５５１１−本体，５５１２−表示部，５５１３−音声入力，５５１４−操作スイッチ，
５５１５−バッテリー，５５１６−受像部，５５２１−本体，５５２２−筐体，５５２３−表示部，５５２４−キーボード，５５３１−本体，５５３２−スタイラス，
５５３３−表示部，５５３４−操作ボタン，５５３５−外部インターフェイス，５５５１−本体，５５５２−表示部（Ａ），５５５３−接眼部，５５５４−操作スイッチ，
５５５５−表示部（Ｂ），５５５６−バッテリー，５５６１−本体，５５６２−音声出力部，５５６４−表示部，５５６５−操作スイッチ，５５６６−アンテナ
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本形態では、図２で表されるような、一対の電極間に、有機化合物からなる複数の層を有する構造の発光素子の作製方法について説明する。
先ず基板２０１上に第１の電極（陽極）２０２を形成する。ここで、基板２０１としては、ガラス、またはプラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子を形成するための支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。また、第１の電極２０２を形成する物質としては、仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。具体的には、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）の他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、または金属材料の窒化物（ＴｉＮ）等を用いることができる。
次に、真空中で、第１の電極（陽極）２０２が成膜された基板２０１を熱処理する。
次に、第１の電極２０２まで形成した基板２０１を、電子受容性ガスを含む処理室内に、室温（２０〜２５度）で、一定時間、放置する。なお、電子受容性ガスとしては、例えば酸素が挙げられる。
次に第１の電極２０２の上に、正孔注入層２０３を形成する。正孔注入層２０３を形成する物質としては、フタロシアニン系の化合物を用いることができる。例えば、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）等を用いることができる。この他、ポリスチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）とポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）とを混合した高分子材料等も用いることができる。なお、正孔注入層２０３は、上記物質からなる層が、それぞれ積層したものでも構わない。
次に正孔注入層２０３の上に、正孔輸送層２０４を形成する。正孔輸送層２０４を形成する物質としては、芳香族アミン系（即ち、ベンゼン環−窒素の結合を有するもの）の化合物を用いることができる。広く用いられている材料として、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（略称：ＴＰＤ）の他、その誘導体である４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）、あるいは４，４’，４”−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４”−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）などのスターバースト型芳香族アミン化合物が挙げられる。なお、正孔輸送層２０４は、上記物質からなる層が、それぞれ積層したものでも構わない。
次に正孔輸送層２０４の上に、発光層２０５を形成する。発光層としては、例えば９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）のような発光能力が高く、またキャリア輸送性を有する発光材料を用いることができる。また、発光材料であるＮ，Ｎ’−ジメチルキナクリドン（略称：ＤＭＱｄ）をゲスト材料とし、Ａｌｑ３のような成膜性がよく（結晶化しにくく）、キャリア輸送性の高いホスト材料と共蒸着したもの等も用いることができる。
次に発光層２０５の上に、電子輸送層２０６を形成する。電子輸送層２０６を形成する物質としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）、トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体を用いることができる。また、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）２）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体もある。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）や、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）なども用いることができる。なお、電子輸送層２０６は、上記物質からなる層が、それぞれ積層したものでも構わない。
電子輸送層２０６の上に、第２の電極（陰極）２０７を形成する。第２の電極２０７を形成する物質としては、仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の１族または２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ）が挙げられる。しかしながら、第２の電極２０７と発光層との間に、電子注入を促す機能を有する層を、当該第２の電極と積層して設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ等様々な導電性材料を第２の電極２０７として用いることができる。
なお、電子注入を促す機能を有する層としては、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属の化合物を用いることができる。また、この他、電子輸送性を有する材料中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有させたもの、例えばＡｌｑ中にマグネシウム（Ｍｇ）を含有させたもの等を用いることができる。
なお、正孔注入層２０３、正孔輸送層２０４、発光層２０５、電子輸送層２０６の形成方法は、蒸着法、インクジェット法またはスピンコート法のいずれの方法を用いても構わない。また、上記に示した物質以外の物質を用いて形成しても構わない。
発光素子の構造は、上記のものに限定されるものではなく、第１の電極２０２と第２の電極２０７との間に、上記とは異なる積層構造を有する構造の発光素子でも構わない。例えば、発光層と電子輸送層との間に正孔阻止層などを有する構造でも構わない。また、発光層以外に、電子注入層、電子輸送層、正孔阻止層、正孔輸送層、正孔注入層等の層を自由に組み合わせて設け、第１の電極２０２と第２の電極２０７との間に、正孔注入層／発光層／電子輸送層、正孔注入層＼正孔輸送層＼発光層＼正孔阻止層＼電子輸送層＼電子注入層、正孔注入層＼正孔輸送層＼発光層＼正孔阻止層＼電子輸送層、正孔注入層＼正孔輸送層＼発光層＼電子輸送層＼電子注入層、正孔注入層＼正孔輸送層＼発光層＼電子輸送層等の積層構造を有する発光素子でも構わない。
なお、正孔阻止層を形成するための物質としては、ＢＡｌｑ、ＯＸＤ−７、ＴＡＺ、ｐ−ＥｔＴＡＺ、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰ等を用いることができる。
さらに、酸素を含む雰囲気に曝す処理は、第１の電極２０２を形成後、第２の電極を形成前であれば、どの工程段階で行っても構わない。例えば、上記のように正孔注入層の形成前でもよいし、正孔注入層の形成後でもよい。また、正孔輸送層の形成前でもよいし形成後でもよい。また、発光層の形成前でもよいし、形成後でもよい。また正孔阻止層の形成前でもよいし、形成後でもよい。また、電子輸送層の形成前でもよいし、形成後でもよい。また電子注入層の形成前でもよいし、形成後でもよい。また、例えば、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層、電子輸送層、電子注入層は、それぞれ積層構造を有する層である場合には、積層する各層の形成前または形成後に、酸素を含む雰囲気に曝す処理をおこなってもよい。例えば、正孔注入層が二層構造である場合には、一層目を形成後、酸素を含む雰囲気に曝す処理をし、その後二層目を形成していもよい。また、酸素を含む雰囲気に曝す処理は、異なる工程段階で、複数回行っても構わない。
本実施の形態においては、ガラス、プラスチックなどからなる基板２０１上に発光素子を作製している。一基板上にこのような発光素子を複数作製することで、パッシブ型の発光装置を作製することができる。また、ガラス、プラスチックなどからなる基板以外に、例えば図３に示すように、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ基板上に発光素子を作製してもよい。これにより、ＴＦＴによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置を作製できる。図３において、基板１０上には、ＴＦＴ１１、１２が設けられている。また、ＴＦＴ１１、１２が設けられた層の上には第１の電極１４と第２の電極１６との間に発光物質を含む層１５を有する発光素子１３が設けられ、第１の電極１４とＴＦＴ１１とは配線１７を介して接続している。なお、ＴＦＴの構造は、特に限定されない。
上記のように、有機化合物に酸素を含む雰囲気に曝す処理を行って、発光素子を作製することにより、一定の電流密度で電流を流し発光させ続けたときの、発光輝度の経時的低下が少ない発光素子を作製できる。つまり、発光素子の長寿命化を図ることができる。
本実施例では、図２で表される発光素子の作製方法について説明する。本実施例では、正孔注入層の形成前に酸素を含む雰囲気に曝す処理をして作製した発光装置について説明する。
先ず、基板２０１上に、ＩＴＯをスパッタリング法により成膜し、第１の電極２０２を形成した。
次に、１×１０−５Ｐａに保った真空中で、１５０度、３０分間、ＩＴＯが成膜された基板２０１を熱処理した。
次に、第１の電極２０２迄形成された基板２０１を、酸素を含む雰囲気に曝す処理をした。具体的には、真空度を１×１０−５Ｐａに保った処理室内に２５ｓｃｃｍの酸素を流し、１．０Ｐａ、室温（２０〜２５度）に保った処理室内に５分間曝した。なお、当該処理は、室温で行うため、熱によって有機化合物が分解してしまう恐れがない。
次に、第１の電極２０２の上にＣｕＰＣを２０ｎｍの膜厚で成膜して正孔注入層２０３を形成し、さらに正孔注入層２０３の上にα−ＮＰＤを４０ｎｍの膜厚で成膜して正孔輸送層２０４を形成した。
次に、正孔輸送層２０４の上にＤＮＡを３０ｎｍの膜厚で成膜して発光層２０５を形成した。
次に、発光層２０５の上にＡｌｑ３を３０ｎｍの膜厚で成膜して電子輸送層２０６を形成した後、電子輸送層２０６の上にフッ化カルシウム（ＣａＦ２）とアルミニウム（Ａｌ）をそれぞれ１ｎｍと２００ｎｍの膜厚で形成して、二層の膜からなる第２の電極２０７を形成した。なお、ＣａＦ２は電子注入を促す機能をもつ。
以上のようにして作製した発光素子において、第１の電極２０２は陽極として、第２の電極２０７は陰極として、それぞれ機能する。第１の電極２０２と第２の電極２０７との間に電圧を印加して電流を流すことにより、発光層２０５で正孔と電子とが再結合し、発光する。
図１（Ａ）に、本実施例で作製した発光素子の発光輝度の経時的な変化について測定した測定結果を示す。図１（Ａ）において、横軸は経過時間（ｈｏｕｒ）、縦軸は発光輝度を表している。なお、発光輝度は初期輝度を１００としたときの初期輝度に対する相対値で表している。また、比較例として、第１の電極２０２形成後の酸素を含む雰囲気に曝す処理をせずに作製した発光素子の発光輝度の経時的な変化の測定結果も図１中に示している（比較例１）。
なお、発光輝度の経時的な変化の測定は、一定の電流密度の電流を発光素子に流し続け、任意の時間ごとに、発光素子の輝度を測定する方法で行った。なお、電流密度は、初期輝度が２００ｃｄとなるときの値を用いた。
図１（Ａ）より、第１の電極２０２形成後に酸素を含む雰囲気に曝す処理をした方が、発光輝度の経時的な低下が少なく、良好な特性を示していることが分かる。
また、図１（Ｂ）は、上記測定において、発光素子に一定の電流密度の電流を流すために印加する電圧の経時的な変化を示すものである。図１（Ｂ）において、横軸は経過時間（ｈｏｕｒ）、縦軸は電圧値を表している。比較例として、第１の電極２０２形成後の酸素を含む雰囲気に曝す処理をせず、その他の工程は本実施例に記載のとおりに作製した発光素子に印加する電圧の経時的な変化の測定結果も図１（Ｂ）中に示している。
図１（Ｂ）より、第１の電極２０２形成後に酸素を含む雰囲気に曝す処理をした方が、発光素子に印加する電圧値の経時的な上昇が少ないことが分かる。つまり、第１の電極２０２形成後に酸素を含む雰囲気に曝す処理をした発光素子の方が、発光素子の駆動電圧の上昇が抑制されていることが分かる。
以上に示したように、本発明を適用して発光素子を作製することにより、一定の電流密度で発光素子に電流を流し、発光させ続けたときの、発光輝度の経時的低下が少なくなり、発光素子の長寿命化を図ることができる。また、一定の電流密度で発光素子に電流を流し、発光させ続けたときの、発光素子の駆動電圧の上昇が抑制され、発光素子の低消費電力化も図ることができる。
本実施例では、実施例１で示したような図２で表される発光素子であり、正孔注入層を形成する物質が実施例１で用いたものと異なる発光素子について説明する。また、本実施例では、実施例１と同様に正孔注入層の形成前に酸素を含む雰囲気に曝す処理をして発光素子を作製した。
本実施例では、ＰＥＤＯＴとＰＳＳとの混合物質をスピンコート法によって形成したものを、正孔注入層２０３として用いた。なお、第１の電極２０２、正孔輸送層２０４、発光層２０５、電子輸送層２０６、第２の電極２０７に関しては物質、膜厚、形成方法ともに、実施例１に示したものと、同様である。
先ず、基板２０１上に、ＩＴＯをスパッタリング法により成膜し、第１の電極２０２を形成した。
次に、１×１０−５Ｐａに保った真空中で、１５０度、３０分間、ＩＴＯが成膜された基板２０１を熱処理した。
次に、第１の電極２０２迄形成された基板２０１を、酸素を含む雰囲気に曝す処理をした。具体的には、真空度を１×１０−５Ｐａに保った処理室内に２５ｓｃｃｍの酸素を流し、１．０Ｐａ、室温（２０〜２５度）に保った処理室内に５分間曝した。
次に、第１の電極２０２の上にＰＥＤＯＴとＰＳＳとの混合物質を成膜して正孔注入層２０３を形成し、さらに正孔注入層２０３の上にα−ＮＰＤを４０ｎｍの膜厚で成膜して正孔輸送層２０４を形成した。なお、本実施例では、ＰＥＤＯＴとＰＳＳとの混合物質からなる膜の膜厚が異なる二種類の発光素子を作製した。ＰＥＤＯＴとＰＳＳとの混合物質からなる膜の膜厚はそれぞれ３０ｎｍ（実施例２−１）と９０ｎｍ（実施例２−２）である。
次に、正孔輸送層２０４の上にＤＮＡを３０ｎｍの膜厚で成膜して発光層２０５を形成した。
次に、発光層２０５の上にＡｌｑ３を３０ｎｍの膜厚で成膜して電子輸送層２０６を形成した後、電子輸送層２０６の上にフッ化カルシウムＣａＦ２とアルミニウムＡｌをそれぞれ１ｎｍと２００ｎｍの膜厚で形成して、二層の膜からなる第２の電極２０７を形成した。なお、ＣａＦ２は電子注入を促す機能をもつ。
以上のようにして作製した発光素子において、第１の電極２０２は陽極として、第２の電極２０７は陰極として、それぞれ機能する。第１の電極２０２と第２の電極２０７との間に電圧を印加して電流を流すことにより、発光層２０５で正孔と電子とが再結合し、発光する。
図４に、本実施例で作製した発光素子の発光輝度の経時的な変化について測定した測定結果を示す。図４において、横軸は経過時間（ｈｏｕｒ）、縦軸は発光輝度を表している。なお、発光輝度は初期輝度を１００としたときの初期輝度に対する相対値で表している。また、比較例として、第１の電極２０２形成後の酸素を含む雰囲気に曝す処理をせずに作製した発光素子の発光輝度の経時的な変化の測定結果も図４中に示している。なお、実施例２−１に対応した比較例は比較例２−１であり、実施例２−２に対応した比較例は比較例２−２である。測定方法は、実施例１に記載の通りである。
図４より、第１の電極２０２形成後に酸素を含む雰囲気に曝す処理をした方が、発光輝度の経時的な低下が少なく、良好な特性を示していることが分かる。
本実施例では、実施例１で示したような図２で表される発光素子であり、発光層に用いる物質が実施例１に示したものと異なる発光素子について説明する。
本実施例では、ＤＭＱｄをゲスト材料としてＡｌｑ３と共蒸着したものを発光層２０５として用いた。また、電子輸送層２０６は、実施例１と同様にＡｌｑ３を蒸着法により成膜したものを用いたが、本実施例では膜厚を３７．５ｎｍとした。なお、第１の電極２０２、正孔注入層２０３，正孔輸送層２０４、第２の電極２０７に関しては物質、膜厚、形成方法ともに、実施例１に示したものと、同様である。
また、本実施例では、物質、膜厚、形成方法が同じで、酸素を含む雰囲気に曝す処理を行う工程部位が異なる三つの発光素子を作製した。三つの発光素子は、それぞれ第１の基板２０１ａ、第２の基板２０１ｂ、第３の基板２０１ｃ上に形成されるものとする。なお、第１〜第３の基板は、同一の材質のものを用いた。なお、下記に示すそれぞれの工程は、特に明記しない限り、いずれの基板に対してもおこなうものとする。
先ず、第１〜第３の基板２０１（２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ）上に、ＩＴＯをスパッタリング法により成膜し、第１の電極２０２をそれぞれの基板上に形成した。
次に、１×１０−５Ｐａに保った真空中で、１５０度、３０分間、ＩＴＯが成膜された基板２０１（２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ）を熱処理した。
次に、第１の電極２０２迄形成された第１の基板２０１ａを、酸素を含む雰囲気に曝す処理をした（実施例３−１）。具体的には、真空度を１×１０−５Ｐａに保った処理室内に２５ｓｃｃｍの酸素を流し、１．０Ｐａ、室温（２０〜２５度）に保った処理室内に５分間曝した。
次に、第１の電極２０２の上にＣｕＰＣを２０ｎｍの膜厚で成膜して正孔注入層２０３を形成した。
次に、正孔注入層２０３迄形成された第２の基板２０１ｂを、酸素を含む雰囲気に曝す処理をした（実施例３−２）。具体的には、真空度を１×１０−５Ｐａに保った処理室内に２５ｓｃｃｍの酸素を流し、１．０Ｐａ、室温（２０〜２５度）に保った処理室内に５分間曝した。
次に、正孔注入層２０３の上にα−ＮＰＤを４０ｎｍの膜厚で成膜して正孔輸送層２０４を形成した。
次に、正孔輸送層２０４の上にＤＭＱｄとＡｌｑ３とを共蒸着して３７．５ｎｍの膜厚で成膜し、発光層２０５を形成した。なお、ＤＭＱｄは緑色発光をするゲスト材料として用いている。
次に、発光層２０５の上にＡｌｑ３を３７．５ｎｍの膜厚で成膜して電子輸送層２０６を形成した。
次に、電子輸送層２０６迄形成された第３の基板２０１ｃを、酸素を含む雰囲気に曝す処理をした（実施例３−２）。具体的には、真空度を１×１０−５Ｐａに保った処理室内に２５ｓｃｃｍの酸素を流し、１．０Ｐａ、室温（２０〜２５度）に保った処理室内に５分間曝した。
電子輸送層２０６の上にフッ化カルシウムＣａＦ２とアルミニウムＡｌをそれぞれ１ｎｍと２００ｎｍの膜厚で形成して、二層の膜からなる第２の電極２０７を形成した。なお、ＣａＦ２は電子注入を促す機能をもつ。
以上のようにして作製した発光素子において、第１の電極２０２は陽極として、第２の電極２０７は陰極として、それぞれ機能する。第１の電極２０２と第２の電極２０７との間に電圧を印加して電流を流すことにより、発光層２０５で正孔と電子とが再結合し、発光する。
図５に、本実施例で作製した発光素子の発光輝度の経時的な変化について測定した測定結果を示す。図５において、横軸は経過時間（ｈｏｕｒ）、縦軸は発光輝度を表している。なお、発光輝度は初期輝度を１００としたときの初期輝度に対する相対値で表している。また、比較例として、第１の電極２０２形成後の酸素を含む雰囲気に曝す処理をせずに作製した発光素子の発光輝度の経時的な変化の測定結果も図５中に示している（比較例３）。測定方法は、実施例１に記載の通りである。
図５より、第１の電極２０２形成後に酸素を含む雰囲気に曝す処理をした方が、発光輝度の経時的な低下が少なく、良好な特性を示していることが分かる。
本実施例では、画素部に本発明の発光素子を有する発光装置について図６を用いて説明する。なお、図６（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）をＡ−Ａ’で切断した断面図である。点線で示された４０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）、４０２は画素部、４０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。また、４０４は封止基板、４０５はシール剤であり、シール剤４０５で囲まれた内側は、空間４０７になっている。
なお、４０８はソース側駆動回路４０１及びゲート側駆動回路４０３に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）４０９からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（ＰＷＢ）が取り付けられていてもよい。本実施例における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。
次に、断面構造について図６（Ｂ）を用いて説明する。基板４１０上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路４０１と、画素部４０２が示されている。
なお、ソース側駆動回路４０１はｎチャネル型ＴＦＴ４２３とｐチャネル型ＴＦＴ４２４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路を形成するＴＦＴは、公知のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板上ではなく外部に形成することもできる。
また、画素部４０２はスイッチング用ＴＦＴ４１１と、電流制御用ＴＦＴ４１２とそのドレインに電気的に接続された第１の電極４１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極４１３の端部を覆って絶縁物４１４が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。
また、カバレッジを良好なものとするため、絶縁物４１４の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物４１４の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物４１４の上端部のみに曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物４１４として、感光性の光によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
第１の電極４１３上には、発光物質を含む層４１６、および第２の電極４１７がそれぞれ形成されている。ここで、陽極として機能する第１の電極４１３に用いる材料としては、仕事関数の大きい材料を用いることが望ましい。例えば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）膜、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）膜、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、Ｚｎ膜、Ｐｔ膜などの単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との３層構造等を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることができる。
また、発光物質を含む層４１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、またはインクジェット法によって形成される。発光物質を含む層４１６に、用いることのできる材料としては、低分子系材料であっても高分子系材料であってもよい。また、発光物質を含む層４１６に用いる材料としては、通常、有機化合物を単層もしくは積層で用いる場合が多いが、本実施例においては、有機化合物からなる膜の一部に無機化合物を用いる構成も含めることとする。なお、発光物質を含む層４１６を形成するときは、当該発光物質を含む層４１６を構成する有機化合物層の形成前または形成後に、酸素を含む雰囲気に曝す処理がされている。
なお、複数の色からなる表示画像を得たい場合には、マスクや隔壁層などを利用し、発光物質を含む層を、発光色の異なるものごとにそれぞれ分離して形成すればよい。この場合、各発光色を呈する発光物質を含む層ごとに、異なる積層構造を有しても構わない。
さらに、発光物質を含む層４１６上に形成される第２の電極（陰極）４１７に用いる材料としては、仕事関数の小さい材料（Ａｌ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｃａ、またはこれらの合金ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、Ａｌ−Ｌｉ、ＣａＦ２、またはＣａＮ）を用いればよい。なお、発光物質を含む層４１６で生じた光が第２の電極４１７を透過させる場合には、第２の電極（陰極）４１７として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜（ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等）との積層を用いるのがよい。
さらにシール剤４０５で封止基板４０４を素子基板４１０と貼り合わせることにより、素子基板４１０、封止基板４０４、およびシール剤４０５で囲まれた空間４０７に発光素子４１８が備えられた構造になっている。なお、空間４０７には、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール剤４０５で充填される構成も含むものとする。
なお、シール剤４０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板４０４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）、マイラー、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
以上のようにして、本発明を適用して作製した発光素子を有する発光装置を得ることができる。
本実施例では、本発明を適用した電子機器について、図７を用いて説明する。本発明を適用することにより、発光素子が長寿命化するため、例えば下記に示すような電子機器において、表示機能の長寿命化が図れる。また、発光素子の駆動電圧の経時的な上昇が抑制されるため、低消費電力化が図れる。
図７（Ａ）は表示装置であり、筐体５５０１、支持台５５０２、表示部５５０３を含む。実施例４に示した発光装置を表示装置に組み込むことで表示装置を完成できる。
図７（Ｂ）はビデオカメラであり、本体５５１１、表示部５５１２、音声入力５５１３、操作スイッチ５５１４、バッテリー５５１５、受像部５５１６などによって構成されている。実施例４に示した発光装置をビデオカメラに組み込むことで表示装置を完成できる。
図７（Ｃ）は、本発明を適用して作製したノート型のパーソナルコンピュータであり、本体５５２１、筐体５５２２、表示部５５２３、キーボード５５２４などによって構成されている。実施例４に示した発光装置をパーソナルコンピュータに組み込むことで表示装置を完成できる。
図７（Ｄ）は、本発明を適用して作製した携帯情報端末（ＰＤＡ）であり、本体５５３１には表示部５５３３と、外部インターフェイス５５３５と、操作ボタン５５３４等が設けられている。また操作用の付属品としてスタイラス５５３２がある。実施例４に示した発光装置を携帯情報端末（ＰＤＡ）に組み込むことで表示装置を完成できる。
図７（Ｅ）はデジタルカメラであり、本体５５５１、表示部（Ａ）５５５２、接眼部５５５３、操作スイッチ５５５４、表示部（Ｂ）５５５５、バッテリー５５５６などによって構成されている。実施例４に示した発光装置をデジタルビデオカメラに組み込むことで表示装置を完成できる。
図７（Ｆ）は、本発明を適用して作製した携帯電話である。本体５５６１には表示部５５６４と、音声出力部５５６２操作スイッチ５５６５、アンテナ５５６６等が設けられている。実施例４に示した発光装置を携帯電話に組み込むことで表示装置を完成できる。
Claims (15)
- 電極の上に、有機化合物から成る層を、少なくとも二層、形成する工程を有し、前記工程において、少なくとも一の層の形成後または形成前に、電子受容性ガスを含む雰囲気に曝す処理をすることを特徴とする発光素子の作製方法。
- 請求項１に記載の発光素子の作製方法において、前記電子受容性ガスを含む雰囲気に曝す処理は、室温で行うことを特徴とする発光素子の作製方法。
- 電極の上に、有機化合物から成る層を、少なくとも二層、形成する工程を有し、前記工程において、少なくとも一の層の形成後または形成前に、酸素を含む雰囲気に曝す処理をすることを特徴とする発光素子の作製方法。
- 請求項３に記載の発光素子の作製方法において、前記酸素を含む雰囲気に曝す処理は、室温で行うことを特徴とする発光素子の作製方法。
- 陽極を形成する第１の工程と、前記陽極の上に、正孔注入層を形成する第２の工程と、を有し、前記第２の工程において、前記正孔注入層の形成前または形成後に、酸素を含む雰囲気に曝す処理をすることを特徴とする発光素子の作製方法。
- 請求項５に記載の発光素子の作製方法において、前記正孔注入層は、銅フタロシアンニンまたはポリエチレンジオキシチオフェンであることを特徴とする発光素子の作製方法。
- 陽極を形成する第１の工程と、前記陽極の上に、正孔注入層を形成する第２の工程と、前記正孔注入層の上に、発光層を形成する第３の工程と、を有し、前記第２の工程において、前記正孔注入層の形成前または形成後に、酸素を含む雰囲気に曝す処理をすることを特徴とする発光素子の作製方法。
- 請求項７に記載の発光素子の作製方法において、前記正孔注入層は、銅フタロシアンニンまたはポリエチレンジオキシチオフェンを含む層であることを特徴とする発光素子の作製方法。
- 請求項７または請求項８に記載の発光素子の作製方法において、前記発光層は、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセンを含む層、またはＮ，Ｎ’−ジメチルキナクリドンとトリス（８−キノリノラト）アルミニウムとを含む層であることを特徴とする発光素子の作製方法。
- 発光層の上に、電子輸送層を形成する工程を有し、前記工程において、前記電子輸送層を、酸素を含む雰囲気に曝す処理をする工程を含むことを特徴とする発光素子の作製方法。
- 請求項１０に記載の発光素子の作製方法において、前記電子輸送層は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウムを含む層であることを特徴とする発光素子の作製方法。
- 請求項１０または請求項１１に記載の発光素子の作製方法において、前記発光層は、Ｎ，Ｎ’−ジメチルキナクリドンとトリス（８−キノリノラト）アルミニウムとを含む層であることを特徴とする発光素子の作製方法。
- 請求項５乃至請求項１２のいずれか一に記載の発光素子の作製方法において、前記酸素を含む雰囲気に曝す処理は室温で行うことを特徴とする発光素子の作製方法。
- 請求項５乃至請求項１２のいずれか一に記載の発光素子を画素部に用いていることを特徴とする発光装置。
- 請求項１４に記載の発光装置を表示部に用いていることを特徴とする電子機器。
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