(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に画素と画素とを分離する隔壁と、前記画素の陽極及び陰極間に有機高分子を少なくとも含む発光層が挟持されてなる電界発光素子であって、
前記発光層のいずれかは印刷法によって形成されており、
また、前記発光層の有機高分子として、波長４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に発光する有機高分子が少なくとも用いられ、
さらに、前記発光層と前記陰極との間には、発光に寄与しない不要な電流を抑制する薄膜層が、前記発光層の上に複数の前記画素にまたがるように形成され、また前記発光層と前記陽極との間には、正孔注入層又は導電性を有するバッファ層が厚さ１００ｎｍ以上で設けられてなることを特徴とする電界発光素子。
【請求項２】
前記薄膜層が、アルカリ金属の弗化物または酸化物、アルカリ土類金属の弗化物または酸化物、及び周期律第３族元素の弗化物または酸化物からなる群より選択される少なくとも１種の材料から構成されることを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
【請求項３】
前記有機高分子がポリフルオレンまたはその誘導体であることを特徴とする請求項１又は２記載の電界発光素子。
【請求項４】
前記有機高分子の重合度は２以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の電界発光素子。
【請求項５】
前記発光層は、複数の発光材料の層が積層されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の電界発光素子。
【請求項６】
前記印刷法は、インクジェット法であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電界発光素子。
【請求項７】
前記フッ化物又は酸化物が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、又は周期律第３族元素の弗化物であることを特徴とする請求項２記載の電界発光素子。
【請求項８】
前記弗化物が弗化リチウムであることを特徴とする請求項７記載の電界発光素子。
【請求項９】
基板上に画素と画素とを分離する隔壁と、前記画素の陽極及び陰極間に有機高分子を少なくとも含む発光層が挟持され、前記発光層のいずれかは印刷法によって形成され、前記発光層の有機高分子として、波長４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に発光する有機高分子が少なくとも用いられ、前記発光層と前記陰極との間には、発光に寄与しない不要な電流を抑制する薄膜層が、前記発光層の上に複数の前記画素にまたがるように形成され、また前記発光層と前記陽極との間には、正孔注入層又は導電性を有するバッファ層が厚さ１００ｎｍ以上で設けられてなる電界発光素子を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報機器端末のディスプレイに用いる電界発光素子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＲＴや液晶表示装置に置き換わる次世代発光ディスプレイの開発が盛んであり、ＰＤＰ、ＦＥＤ、有機ＥＬなどの研究開発が盛んに行われている。有機ＥＬにおいては青、緑、オレンジ発光する有機高分子材料については初期特性として実用化できる材料が開発されている（繊維学会シンポジウム予稿集１９９８年、３Ａ１１など）。青色発光の高分子材料としてはＪａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．１１Ｂ，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，１９９１，ｐｐ．Ｌ１９４１−Ｌ１９４３に示されているように、ポリフルオレン誘導体が良く知られている。また緑色以長の波長の発光材料としては、アメリカ特許５２４７１９０で示されているように、ポリパラフェニレンビニレン誘導体が良く知られている。
【０００３】
一方、低分子系の発光材料を用いた電界発光素子においては、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７０．１５２（１９９７）に、陰極界面層を設けることで電子注入効率を高めた事が報告されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、青色発光の有機高分子材料については、初期特性は満足できるものの、通電時間とともに発光色が長波長側に移動する問題を有していた。
【０００５】
また、有機高分子材料を発光材料として用いた電界発光素子については、有機高分子の精製の難しさによる不純物が混在し、この不純物を通じて発光に寄与しない電流が流れ、十分な効率が得られない問題を有していた。
【０００６】
更に、電界発光素子を製造する際、発光層形成方法として印刷法、特にインクジェット法を用いた場合、印刷欠陥が生じるが、その欠陥を通じて電気的な短絡が生じ、表示不能になる問題を有していた。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、有機高分子材料、特に好ましくは青色発光の有機高分子材料を発光材料として用いた電界発光素子において、発光色の通電による変化を抑え、信頼性を向上できる素子構成を提供し、また不要な電流を抑制することにより、十分な効率が得られる素子構成を提供し、緑色以長の波長の発光色を示す有機高分子材料を用いた電界発光素子においても、十分な効率が得られる素子構成を提供するところにある。更に、また印刷法、特に印刷欠陥のできやすいインクジェット法を用いて表示装置を製造した場合、印刷欠陥部での電気的な短絡を効果的に防ぐことも課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、下記の電界発光素子が提供される。
【０００９】
（１）基板上に画素と画素とを分離する隔壁と、前記画素の陽極及び陰極間に有機高分子を少なくとも含む発光層が挟持されてなる電界発光素子であって、前記発光層のいずれかは印刷法によって形成されており、また、前記発光層の有機高分子として、波長４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に発光する有機高分子が少なくとも用いられ、さらに、前記発光層と前記陰極との間には、発光に寄与しない不要な電流を抑制する薄膜層が、前記発光層の上に複数の前記画素にまたがるように形成され、また前記発光層と前記陽極との間には、正孔注入層又は導電性を有するバッファ層が厚さ１００ｎｍ以上で設けられてなることを特徴とする電界発光素子。
【００１０】
かかる電界発光素子によれば、通電時の発光色の経時変化を効果的に抑えることができ、信頼性を飛躍的に向上できる。また同時に、前記絶縁性薄膜層が有機高分子中に存在する不純物による電流を効果的に阻止するため、発光効率が向上する。
【００１１】
更に有機高分子が、波長４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に発光する有機高分子であることにより、特に青色付近の発光において、上記の発光効率向上の効果が得られる。
【００１２】
また、印刷法は極めて簡便な製膜法であり、また薄膜層を設けたことで、印刷欠陥があっても電気的な短絡が生じることが少なく、欠陥の極めて少ない表示装置を得ることができる。
【００１３】
さらに、前記発光層と前記陰極との間には、発光に寄与しない不要な電流を抑制する薄膜層が、前記発光層の上に複数の前記画素にまたがるように形成されることにより、陰極と有機高分子からなる発光層の界面における接合による不要な電子トラップ準位の形成を回避することができる。
【００１４】
前記発光層と前記陽極との間に、正孔注入層又は導電性を有するバッファ層が厚さ１００ｎｍ以上で設けることにより、通電による発光色の経時変化がより効果的に減少する。
【００１５】
本発明では、好ましい態様として、下記の構成が提供される。
【００１６】
（２）前記薄膜層が、アルカリ金属の弗化物または酸化物、アルカリ土類金属の弗化物または酸化物、及び周期律第３族元素の弗化物または酸化物からなる群より選択される少なくとも１種の材料から構成されることを特徴とする上記（１）に記載の電界発光素子。
【００１７】
かかる構成では、薄膜層を容易に蒸着法で形成することができ、且つその材料特性から、特に発光色の経時変化が効果的に抑制され、不要電流が抑制されて、発光効率を向上させることができる。
【００２２】
（３）前記有機高分子がポリフルオレンまたはその誘導体である事を特徴とする上記（１）又は（２）の電界発光素子。
【００２３】
かかる構成によれば、特に青色発光において前記薄膜層の効果を最大限に発揮することができ、発光色の経時変化がより効果的に減少する。
【００２６】
（４）前記有機高分子の重合度は２以上であることを特徴とする上記（１）又は（２）の電界発光素子。
【００２７】
かかる構成では、発光層の製膜性が向上し、上記の薄膜層を設けることによる信頼性や特性の向上がより増大する。
【００２８】
（５）前記発光層が複数の発光材料の層が積層されてなることを特徴とする上記（１）又は（２）の電界発光素子。
【００２９】
かかる構成によれば、発光色の調整範囲が格段に広げられ、同時に発光効率向上および信頼性の向上を実現できる。
【００３０】
（６）前記印刷法が、インクジェット法であることを特徴とする（１）〜（５）の電界発光素子。
【００３１】
かかる構成によれば、インクジェット法における印刷欠陥があっても電気的な短絡を生じることが少なく、欠陥の極めて少ない表示装置を作成することができる。
【００３２】
（７）前記フッ化物又は酸化物が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、又は周期律第３族元素の弗化物であることを特徴とする（２）記載の電界発光素子。
【００３３】
（８）前記弗化物が弗化リチウムであることを特徴とする（７）記載の電界発光素子。
【００３４】
（９）基板上に画素と画素とを分離する隔壁と、前記画素の陽極及び陰極間に有機高分子を少なくとも含む発光層が挟持され、前記発光層のいずれかは印刷法によって形成され、前記発光層の有機高分子として、波長４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に発光する有機高分子が少なくとも用いられ、前記発光層と前記陰極との間には、発光に寄与しない不要な電流を抑制する薄膜層が、前記発光層の上に複数の前記画素にまたがるように形成され、また前記発光層と前記陽極との間には、正孔注入層又は導電性を有するバッファ層が厚さ１００ｎｍ以上で設けられてなる電界発光素子を備えることを特徴とする電子機器。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、具体的な実施例に沿って説明する。
【００３６】
（実施例１）
本実施例では、一方が透明な２枚の電極（陽極及び陰極）の間隙に有機高分子を挟持した構造の電界発光素子において、前記有機高分子として波長４００ｎｍから６００ｎｍの間に発光を持ち、かつ前記有機高分子と陰極の間に薄膜層を有する例を示す。
【００３７】
図１に本発明の電界発光素子の断面構造を示す。まず透明なガラス基板１に透明電極（陽極）としてＩＴＯを製膜してパターニングした。次に薄膜層３となる正孔注入層（輸送層）として、バイエル社製のバイトロンを塗布して乾燥し、膜厚１００ｎｍとした。次に、発光層４として、ポリ（ジオクチル）フルオレンの１％キシレン溶液を塗布して膜厚５０ｎｍとした。次に、薄膜層５として、ＰＭＭＡの酢酸エチル溶液を塗布乾燥して膜厚５ｎｍとした。次に、陰極６としてカルシウムを１００ｎｍの膜厚に蒸着し、続いてアルミニウムを３００ｎｍの膜厚に蒸着した。その後、保護層７として、紫外線硬化材料（紫外線硬化型エポキシ樹脂）からなるシール剤と保護基板を用いて封止した。
【００３８】
こうして作成した発光素子（青色発光素子）の発光スペクトルを図２に示した。発光効率は０．１ｌｍ／Ｗであった。
【００３９】
本実施例では、発光層４としてポリフルオレン誘導体を用いたが、青色に発光する有機高分子材料であれば同様の効果が得られる。
【００４０】
尚、ＩＴＯを製膜パターニング後、陰極分離用の隔壁を形成し、上層の形成を行うことにより、特に陰極材料の製膜後のパターニングの必要が無くなる。また、このような隔壁を形成せず、陰極蒸着時にフィジカルマスクを用いてパターニングして陰極パターンを形成することもできる。
【００４１】
ガラス基板（１）上に予めＴＦＴなどのアクティブ素子を形成しておけば、大容量表示を容易に行うことができる。
【００４２】
本実施例では、薄膜層５としてＰＭＭＡを用いたが、絶縁性を有する有機高分子、例えばポリエチレンなどであれば同様に用いることが出来る。また絶縁性を有する無機材料、例えば二酸化珪素などでも同様に用いることができる。製膜法については塗布法に限らず、蒸着法なども同様に用いることができる。
【００４３】
本実施例では、透明電極としてＩＴＯを用いたが、出光株式会社から発売されているＩＤＩＸＯやネサ膜など、透明な導電材料であれば同様に用いることができる。
【００４４】
本実施例では、ガラス基板を用いたが、透明な基板であればプラスチックなどでも同様に用いることができる。
【００４５】
本実施例では、薄膜層３となる正孔注入層（輸送層）としてバイトロンを用いたが、ポリアニリンやフタロシアニン化合物など、導電性を有する材料や、正孔注入性能を有する絶縁材料、例えばスターバースト分子などのフェニルアミン誘導体も同様に用いることができる。
【００４６】
本実施例では、陰極としてカルシウムを用いたが、リチウム、マグネシウム、アルミニウムおよびこれらの合金など、仕事関数の小さな物質であれば同様に用いることができる。また仕事関数が透明電極に比較して大きい材料であっても、駆動電圧を調整することにより使用可能である。
【００４７】
本実施例では、封止剤として紫外線硬化型材料（紫外線硬化型エポキシ樹脂）からなる封止材を用いたが、ガスバリア性、耐湿性の優れたものであれば熱硬化型樹脂からなる封止材でも同様に用いることができる。
【００４８】
（比較例１）
実施例１において図１の構造の薄膜層５（発光層と陰極間の薄膜層）を設けないで電界発光素子を作製した。その発光スペクトルを図３に示した。発光効率は０．０６ｌｍ／Ｗであった。
【００４９】
（実施例２）
本実施例では、図１における薄膜層５（発光層と陰極間の薄膜層）がアルカリ金属の弗化物または酸化物、またはアルカリ土類金属の弗化物または酸化物、または周期律第３族元素の弗化物または酸化物である例を示す。
【００５０】
薄膜層以外の形成方法は実施例１と同様である。薄膜層５として、弗化カルシウムを膜厚２ｎｍに蒸着して用いた。こうして作成した発光素子（青色発光素子）の発光スペクトルを図４に示した。発光効率は０．１７ｌｍ／Ｗであった。
【００５１】
ここでは薄膜層として弗化カルシウムを蒸着して用いたが、弗化リチウムも同様に用いる事が出来る。またリチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属の弗化物や酸化物、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、スカンジウムなどのアルカリ土類金属の弗化物や酸化物、ホウ素、アルミニウム、ガリウムなど周期律第３族元素の弗化物や酸化物も同様に用いることができる。この他にも適度の絶縁性を持ち、製膜が容易な、発光に寄与しない不要電流を抑制し得るものであれば同様に用いることができる。
【００５２】
（実施例３）
本実施例では、発光層としての有機高分子がポリパラフェニレンビニレンまたはその誘導体である例を示す。有機高分子層（発光層）以外の条件は実施例１の発光素子と同様である。
【００５３】
図１における発光層４（有機高分子からなる層）としてポリパラフェニレンビニレン前駆体を塗布して焼成し、膜厚１００ｎｍとした。
【００５４】
こうして作製した電界発光素子の発光効率は１．１６ｌｍ／Ｗであった。
【００５５】
（比較例２）
比較例１において、発光層（有機高分子からなる層）としてポリパラフェニレンビニレンを実施例３と同様に製膜して用いたところ、発光効率は０．４ｌｍ／Ｗであった。
【００５６】
（実施例４）
本実施例では、図１に示す構造（実施例１）の発光素子において、発光層４と陽極２の間の薄膜層３として設けられている正孔注入層または導電性を有するバッファ層の厚みを変化させて製膜した例を示す。
【００５７】
実施例１において、正孔注入層を２５ｎｍから２２０ｎｍまで変化させて電界発光素子を作成し、これら電界発光素子の通電５分後の色度を測定して図５に示した。バッファ層が厚いほど（特に１００ｎｍ以上）色度が青側に寄って得られることが明らかである。
【００５８】
（実施例５）
本実施例では、図１に示す構造（実施例１）の発光素子において有機高分子の重合度を変化させた場合の例を示す。重合度を１、２、１０００と変化させた場合、重合度１の有機高分子を用いた場合では製膜性が極めて悪く、重合度が高いほど製膜性が良好で薄膜層を挿入する効果が増大した。重合度が２であっても薄膜層を設けることの効果は見られた。
【００５９】
（実施例６）
本実施例では、発光層の形成にインクジェット法を用いた例を示す。
【００６０】
発光層の形成以外は実施例２によった。発光層の形成はインクジェット法によった。何らかの原因で発光層が充分に塗布できなかった画素では、ＩＴＯ／正孔注入輸送層（ここではバイエル社製バイトロン）／薄膜層（ここではＬｉＦ２ｎｍ）／Ｃａ／Ａｌといった積層構造となる。この構造で電流密度を測定すると、１ｍＡ／ｃｍ２以下であり、発光層が製膜されている場合では、電流密度は数十ｍＡ／ｃｍ２）であった。発光層が形成されていない場合電流が抑制されることがわかる。
【００６１】
尚、本実施例では、インクジェット法の場合について示したが、他の印刷法にも同様に適用できる。
【００６２】
（実施例７）
本実施例では、発光層が２層から成る例を示す。図６に本実施例の電界発光素子の構造を示す。
【００６３】
まずガラス基板５１上に陽極群５２を形成し、引き続き隔壁５３、正孔注入層（輸送層）５４（ここではバイエル社製バイトロンで膜厚２０ｎｍ）５４を形成した。次に、赤発光させる画素には第一発光層（５５）としてローダミン１０１を１％ドープしたポリパラフェニレンビニレン（ＲＰＰＶ）前駆体溶液をインクジェット法にて塗布し、１５０℃Ｎ２中で４時間焼成し、膜厚４０ｎｍとした。次に緑発光させる画素には第二発光層（５５’）としてポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）前駆体溶液をインクジェット法にて塗布し、１５０℃Ｎ２中で４時間焼成し、膜厚３０ｎｍとした。青発光させる画素にはインクジェット法では何も塗布しない。次に全色の画素に亘って第三発光層（５６）として、ポリジオクチルフルオレンのキシレン溶液をスピンコートし、膜厚４５ｎｍとした。次に基板表面全体に薄膜層５７として弗化リチウムを２ｎｍの膜厚に蒸着し、引き続きカルシウム１００ｎｍさらにアルミニウム２００ｎｍを陰極５８として蒸着した。その上を保護基板と封止材で保護層５９とした。さらに取り出し電極部からコントローラ回路に接続し、表示を行なった。
【００６４】
こうして作成した電界発光素子の赤発光画素の効率は０．１５ｌｍ／Ｗ、緑発光画素の効率は０．１２ｌｍ／Ｗ、青発光画素の効率は０．１８ｌｍ／Ｗであった。
【００６５】
また予め基板上（５１）の各画素ごとにＴＦＴ素子を作りこみ表示パネル（画素数３２０×２４０で２インチサイズ）を作製した。アクティブマトリクス駆動により動画表示させた場合の消費電力はでおよそ１．６Ｗで、表示輝度３０Ｃｄ／ｍ２であった。
【００６６】
本実施例において、各層の膜厚はここに示した値に限らない。また発光材料もここに示したものに限らない。また上述したように用いる基板上にＴＦＴアレイを形成しておけば動画表示が可能である。一方、陽極及び陰極をストライプ状電極群として形成しておき、互いに直交する構造とすれば、単純マトリックス駆動を行うことが可能である。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、有機高分子からなる発光層と陰極の間に発光に寄与しない不要な電流を抑制する薄膜層を設けることにより発光色の長波長化を抑制することができ、また発光効率を飛躍的に向上することが可能となった。また印刷法などの発光層形成過程における発光層欠陥があっても効果的に電気的短絡を回避でき、これにより均一な、発光効率の高い、色再現性の高い有機ＥＬディスプレイを簡便に作成し提供することが可能となった。これにより有機ＥＬディスプレイの情報表示装置への応用が加速されることになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１にかかる電界発光素子の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１にかかる電界発光素子の発光スペクトルを示す図である。
【図３】本発明の比較例１にかかる電界発光素子の発光スペクトルを示す図である。
【図４】本発明の実施例２にかかる電界発光素子の発光スペクトルを示す図である。
【図５】本発明の実施例４にかかる電界発光素子の色度を示す図である。
【図６】本発明の実施例７にかかる電界発光素子の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１…基板
２…陽極
３…薄膜層
４…発光層
５…薄膜層
６…陰極
７…保護層
５１…基板
５２…陽極群
５３…隔壁
５４…正孔注入輸送層
５５…第一発光層
５５'…第二発光層
５６…第三発光層
５７…薄膜層
５８…陰極
５９…保護層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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