(57)【要約】【課題】有機材料の内部の欠陥情報などを知る。【解決手段】有機材料の評価装置であって、有機デバイスへ所定の波長の単色光を所定のタイミングと強度で照射する単色光照射部２６と、所定のタイミングと電圧強度で電圧を印加する電圧パルス発生部２０と、所定のタイミングで有機材料のインピーダンスを検出するインピーダンス計測部２２を備える。装置制御部４０が、それらの各部での条件、測定を制御し、入射単色光と印加パルス電圧とインピーダンスとの対応関係を検出する。例えば、入射光のエネルギに対する有機材料のキャパシタンスの変化量を求めることで有機材料のバンドギャップ内準位の欠陥などに起因した深い準位を評価でき、デバイスの特性・信頼性を評価することが可能となる。【選択図】図１
2008014668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機材料の評価装置であって、
有機材料に対し所定の波長の単色光を所定のタイミングと強度で照射する単色光照射手段と、
前記有機材料に所定のタイミングで所定電圧強度のパルス電圧を印加するための電圧パルス発生手段と、
前記有機材料のインピーダンスを検出するインピーダンス計測手段と、
入射単色光と印加パルス電圧とインピーダンスとの対応関係を検出する対応関係検出手段と、を有し、
検出した対応関係に基づき有機材料を評価することを特徴とする有機材料の評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の評価装置において、
前記対応関係検出手段は、
所定のタイミングで印加する前記パルス電圧による前記有機材料への電荷注入と、前記単色光の分光照射による光学励起と、に基づくキャパシタンス又はコンダクタンスの変化率を所定の間隔で測定し、前記対応関係を求めることを特徴とする有機材料の評価装置。
【請求項３】
有機材料の評価方法であって、
単色光照射手段により、前記有機材料に対し所定の波長の単色光を所定のタイミングと強度で照射し、
電圧パルス発生手段により、前記有機材料に所定のタイミングで所定電圧強度のパルス電圧を印加し、
インピーダンス計測手段により、前記有機材料のインピーダンスを検出し、
前記パルス電圧印加後の所定波長の単色光照射環境下での前記インピーダンスに基づいて、
照射した前記単色光の波長と、キャパシタンス又はコンダクタンスの変化率との対応関係に基づいて前記有機材料の特性を評価することを特徴とする有機材料の評価方法。
【請求項４】
請求項３に記載の評価方法において、
所定タイミングで印加する前記パルス電圧による有機材料への電荷注入と、前記単色光の分光照射による光学励起と、に基づくキャパシタンスあるいはコンダクタンスの変化率を所定の間隔で測定し、前記対応関係を求めることを特徴とする有機材料の評価方法。
【請求項５】
請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の装置又は方法において、
有機材料のキャリア追随性に応じて、１００ｋＨｚ以下の低周波の測定周波数で前記キャパシタンス又は前記コンダクタンスを測定することを特徴とする有機材料の評価装置又は評価方法。
【請求項６】
請求項２〜請求項５のいずれか一項に記載の装置又は方法において、
前記キャパシタンス又は前記コンダクタンスの測定時に、前記電圧パルス発生手段から前記有機材料に印加される測定電圧は、有機材料の絶縁特性に応じたゼロバイアスレベル又はゼロバイアスレベル近傍であることを特徴とする有機材料の評価装置又は評価方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の装置又は方法において、
前記照射される単色光の分光強度は、レンズ機構によって可変であり、
前記有機材料の光学励起特性に応じて前記分光強度を増加させ、測定に要する光学励起時間を変更することを特徴とする有機材料の評価装置又は評価方法。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の装置又は方法において、
前記照射する単色光は、その波長を長波長から短波長の順に変更し、
前記有機材料のバンドギャップ内準位を、エネルギー的に浅い方向から深い方向へ順次検出することを特徴とする有機材料の評価装置又は評価方法。
【請求項９】
請求項８に記載の装置又は方法において、
高速測定モードと、前記高速測定モードに続いて実行される詳細測定モードとを有し、
前記高速測定モードにおける長波長から短波長への波長ステップ幅は、前記詳細測定モードにおける前記波長ステップ幅よりも大きく、
前記高速測定モードにおいて、得られた入射単色光と印加パルス電圧とインピーダンスとの対応関係に基づいて、前記有機材料の測定目標のバンドギャップ内準位を含む分光波長領域を決定し、
前記詳細測定モードでは、前記決定した分光波長領域に対し、長波長から短波長への波長ステップ幅を詳細モード用に切り替え、入射単色光と印加パルス電圧とインピーダンスとの対応関係に基づいて、前記有機材料の評価を行うことを特徴とする有機材料の評価装置又は評価方法。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の装置又は方法において、
前記対応関係から、前記有機材料中の欠陥準位又は不純物準位の両方又は一方を求め前記有機材料を評価することを特徴とする有機材料の評価装置又は評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
有機材料や、有機材料を用いたデバイスの特性評価を行うための装置、方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機発光材料や、有機半導体材料を用いた有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）デバイスや、有機半導体デバイスなどが注目され、盛んに研究開発が行われている。これらのデバイスは、有機材料に起因した劣化などが知られており、その信頼性を評価することは重要であるが、その評価は、各有機デバイスの出力を測定する方法が採用されている。すなわち、有機デバイスに駆動装置などの周辺部品を組み付けた後、これを実際に駆動させ、出力測定器を用いて各有機デバイスの出力を測定している。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、有機ＥＬディスプレイの信頼性の評価として一般的な手法として、作製したＥＬディスプレイの発光輝度を測定することで、必要な輝度が得られない初期劣化ディスプレイを検出したり、輝度の経時変化から経時劣化ディスプレイを検出することが紹介されている。さらに、特許文献１では、評価をより簡易に実行するために、作製した有機ＥＬ素子の電流−電圧特性を計測し、その結果からＥＬ素子の劣化状態を判断することが提案されている。
【０００４】
特許文献２では、有機電子素子の特性を評価する方法として、スラブ型光導波路を利用したスペクトル測定手段と他の分析手段とを用い、両者の経時的な測定結果を対比して膜界面の化学状態を解析する方法が提案されている。
【０００５】
特許文献３では、複数光励起の方法を用いて多層構成を持つ試料からの発光データを測定することにより、試料の各層からの発光や深さ方向の層欠陥や結晶性、不純物等のデータを正確かつ効率的に測定できることが記載されている。また、多層構造として、有機ＥＬ素子が適用できることが記載されている。
【０００６】
さらに、特許文献４では、有機材料の数ナノメートルオーダーでの情報を光電子分光法で得ており、このような方法により、有機デバイスでの異種物質を接合したときの界面状態の評価への応用が指摘されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３４８８６１号公報
【特許文献２】特開２００５−７７２４６号公報
【特許文献３】特開２００４−８５４１６号公報
【特許文献４】特開２００４−２７９４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１の手法では、測定時の有機デバイスの電流−電圧特性からデバイスの電気的な状態を把握することは可能であるが、有機膜内の詳細な状態、例えば有機材料のバンドギャップ内の欠陥準位等を評価することはできない。したがって、長期的な有機デバイスの信頼性を判断することはできない。
【０００９】
特許文献２は、材料開発には適応できるが、有機材料を用いてデバイスを作製した後、提案された方法を採用してデバイス評価することはできない。特許文献３のような光学的な測定では、電気的な手法より感度が悪く、有機材料内のより詳細な状態を知ることはできない。また、特許文献４に提案された方法は、その方法によって予め接合状態を予測した有機材料を用いて有機デバイスを設計する場合に有意義であるが、実際に作製した有機デバイスの評価に用いることはできない。
【００１０】
このように従来の提案では、予測される有機材料の特性を考慮して有機デバイスを設計し、そして、作製した有機デバイスについては、発光輝度、電流、電圧特性、寿命などを測定しているに過ぎない。このため、かなりの余裕を持たせて良品を選別しているのが現状である。
【００１１】
そこで、本発明は、有機デバイス等に用いられる有機材料の中の状態を検出し、長期的な信頼性等の評価を実現する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、有機材料の評価装置であって、有機材料に対し所定の波長の単色光を所定のタイミングと強度で照射する単色光照射手段と、前記有機材料に所定のタイミングで所定電圧強度のパルス電圧を印加するための電圧パルス発生手段と、前記有機材料のインピーダンスを検出するインピーダンス計測手段と、入射単色光と印加パルス電圧とインピーダンスとの対応関係を検出する対応関係検出手段と、を有し、検出した対応関係に基づき有機材料を評価する。
【００１３】
本発明の他の態様では、有機材料の評価方法であって、単色光照射手段により、前記有機材料に対し所定の波長の単色光を所定のタイミングと強度で照射し、電圧パルス発生手段により、前記有機材料に所定のタイミングで所定電圧強度のパルス電圧を印加し、インピーダンス計測手段により、前記有機材料のインピーダンスを検出し、前記パルス電圧印加後の所定波長の単色光照射環境下での前記インピーダンスに基づいて、照射した前記単色光の波長と、キャパシタンス又はコンダクタンスの変化率との対応関係に基づいて前記有機材料の特性を評価する。
【００１４】
本発明の他の態様では、上記装置又は方法において、所定タイミングで印加する前記パルス電圧による有機材料への電荷注入と、前記単色光の分光照射による光学励起と、に基づくキャパシタンスあるいはコンダクタンスの変化率を所定の間隔で測定し、前記対応関係を求める。
【００１５】
本発明の他の態様では、上記装置又は方法において、有機材料のキャリア追随性に応じて、１００ｋＨｚ以下の低周波の測定周波数で前記キャパシタンス又は前記コンダクタンスを測定する。
【００１６】
本発明の他の態様では、上記装置又は方法において、前記キャパシタンス又は前記コンダクタンスの測定時に、前記電圧パルス発生手段から前記有機材料に印加される測定電圧は、有機材料の絶縁特性に応じたゼロバイアスレベル又はゼロバイアスレベル近傍とする。
【００１７】
本発明の他の態様では、上記装置又は方法において、前記照射する単色光は、その波長を長波長から短波長の順に変更し、前記有機材料のバンドギャップ内準位を、エネルギー的に浅い方向から深い方向へ順次検出する。
【００１８】
本発明の他の態様では、上記装置又は方法において、高速測定モードと、前記高速測定モードに続いて実行される詳細測定モードとを有し、前記高速測定モードにおける長波長から短波長への波長ステップ幅は、前記詳細測定モードにおける前記波長ステップ幅よりも大きく、前記高速測定モードにおいて、得られた入射単色光と印加パルス電圧とインピーダンスとの対応関係に基づいて、前記有機材料の測定目標のバンドギャップ内準位を含む分光波長領域を決定し、前記詳細測定モードでは、前記決定した分光波長領域に対し、長波長から短波長への波長ステップ幅を詳細モード用に切り替え、入射単色光と印加パルス電圧とインピーダンスとの対応関係に基づいて、前記有機材料の評価を行う。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る評価装置および評価方法により、有機材料の中のダングリングボンドや欠陥のエネルギー準位、不純物準位（ドーピング準位）を検出することが可能となる。
【００２０】
有機デバイスに用いる有機材料膜は、キャリア濃度やキャリア移動度が極めて小さく、また、エネルギーギャップが広く絶縁体に近い材料が多い。このため、通常の電気的あるいは物理的測定では、バンドギャップ内のダングリングボンドや欠陥のエネルギー準位及び不純物のドーピング準位に関する評価ができなかった。また、従来、有機材料中の深い準位を測定することの必要性について示唆もない。
【００２１】
しかし、本発明によれば、単色光として、例えば、十分に波長分解能の高い単色光を照射し、インピーダンスを測定することで、バンドギャップ内欠陥準位、ドーピング準位などの光学励起に応じた、キャパシタンスあるいはコンダクタンスの過渡応答特性を求め、バンドギャップ内の欠陥準位やドーピング準位などを正確かつ確実に測定することが可能となる。
【００２２】
さらに、有機材料やデバイスの通電劣化についても、バンドギャップ内の深い準位が主な原因と推測されるが、本発明の評価装置及び評価方法は、非破壊での測定が可能であり、有機デバイス完成後のバンドギャップ内の深い準位を実測することができる。駆動中に膜内に深い準位が増えるデバイスは、信頼性が乏しく規定のデバイス寿命を満足することができないが、本発明により、有機デバイス駆動前後のギャップ内の深い準位の変化（濃度、エネルギー位置）を検出することで、有機デバイスの高信頼品と低信頼品を選別することも容易となる。
【００２３】
また、有機材料は、金属や半導体などと比べて絶縁性が高く、このような有機材料のキャリア追随性、或いは絶縁特性に応じてキャパシタンス等の測定周波数を１００ｋＨｚ以下に設定したり、電圧パルス発生手段が印加する信号の測定電圧をゼロバイアス付近とすることで、有機材料のバンドギャップ内準位を、正確に測定することができる。
【００２４】
また、測定は、短時間内に実行することができ、特に、照射する単色光の分光強度を有機材料の光学励起特性に応じて調整したり、詳細測定モードにで測定する前に照射単色光の変更ピッチの大きい高速測定モードを実施する等により、無駄なく、かつ正確に有機材料のバンドギャップ内準位を測定することができる。さらに、通電劣化などの長期信頼性の観点から、材料選択・材料設計の指針を得ることも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、実施形態）について説明する。
【００２６】
［実施形態１］
本発明の実施形態１に係る有機材料の評価装置及び評価方法は、有機ＥＬや有機トランジスタなどの有機エレクトロニクス・デバイス全般に適用可能であるが、以下では有機ＥＬ素子に適用した場合の例を挙げて説明する。実施形態１では、有機材料の初期特性について評価している。
【００２７】
図１は、本発明の実施形態１に係る評価装置の概略構成を示し、図２は、実施形態１に係る測定装置において実行される電圧パルス、分光照射、インピーダンス計測のタイミングを示している。
【００２８】
まず、測定対象である有機ＥＬ素子１０は、ガラス基板１２上に、透明の金属酸化物電極（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）１４、Ａｌｑ3を含む有機膜１６、Ａｌ金属電極１８を積層して形成されている。なお、有機ＥＬ素子は、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層などと多層構造とした他の構造の有機ＥＬ素子を採用してもよい。
【００２９】
評価装置は、電圧パルス発生部２０、インピーダンス計測部２２、単色光照射部２６、装置制御部４０を備える。電圧パルス発生部２０は、所定の電圧パルスを金属電極１８と透明電極１４の間に印加し、インピーダンス計測部２２は、所定のタイミングで走査電極１８とデータ電極１４の間のインピーダンスを計測する。単色光照射部２６は、シャッターを備えており、この例では有機ＥＬ素子のガラス基板１２側から透明電極１４を透過して、有機膜１６に、所定の波長強度の光を所定のタイミングで照射する。シャッターは、この有機膜１６への照射タイミング（照射マスクタイミング）を制御している。
【００３０】
電圧パルス発生部２０、インピーダンス計測部２２、単色光照射部２６は、装置制御部（ＣＰＵ）４０によって制御されている。装置制御部４０は、条件設定部／測定制御部４２、対応関係演算部４４、測定結果表示制御部４６等を備える。
【００３１】
条件設定部／測定制御部４２が、単色光照射部２６に対しては光照射のタイミング、波長、強度を設定制御し、電圧パルス発生部２０に対しては電圧パルスの強度（電圧）、パルス期間、印加タイミングを制御する。また、インピーダンス計測部２２に対しては、インピーダンス計測のタイミング等を制御する。この条件設定部／測定制御部４２により所望の条件での測定が可能である。なお、測定条件の設定などは図示しない入力手段（キーボードなど）から指定することができる。対応関係演算部４４は、インピーダンス計測部で計測されたインピーダンスの値を収集し、また、照射光データ（エネルギ換算値）、電圧パルスの印加タイミング、強度などのデータを得て、インピーダンスとの対応関係を演算・検出する。演算結果は、測定結果として表示制御部４６の制御の下、例えば、図示しないモニターなどに表示することができ、また印刷することもできる。
【００３２】
ここで、測定に用いた有機ＥＬ素子１０は、以下のようにして形成した。まず、透明電極であるＩＴＯ層１４が、ガラス基板１２上に形成されている基板を用意した。このような基板は市販されている。有機膜（発光層）１６のＡｌｑ3の層と金属電極１８のＡｌ層は、真空蒸着法で形成した。
【００３３】
また、有機膜（発光層）１６として、Ａｌｑ3に、ジメチル化キナクリドン（ＤＭＱｄ）をドープした有機ＥＬ素子も作製した。このドープ型の発光層は、Ａｌｑ3とＤＭＱｄをそれぞれ別個のるつぼからレートモニタで蒸着速度をコントロールしながら真空蒸着を行う共蒸着法により形成する。Ａｌｑ3：ＤＭＱｄのレート比は、例えば１００：１である。なお、電極は、所定の方法でパターニングする。例えば、金属電極１８については蒸着時に蒸着マスクを用いて所望形状にすることができる。なお、図４には、本実施形態において、有機層の材料として用いたＡｌｑ3とＤＭＱｄの分子構造を示す。
【００３４】
このようにして作製された有機ＥＬ素子１０に対し、図２に示すようなタイミングで測定を実行する。まず、シャッターにより光を遮断した暗中状態で、透明電極１４と金属電極１８との間に順方向電圧パルスを数マイクロ秒から数十秒印加することで、有機膜１６のバンドギャップ内準位に電荷注入を行う。ここで、有機ＥＬ素子１０は電気的には電流駆動型のダイオード構造を備えており、一例として透明電極１４を陽極とし、金属電極１８を陰極とし、この陽極陰極間に図２（ａ）のような順方向の電圧パルスを印加する。パルスの電圧値Ｖｐ、パルス幅Ｗｐは、測定対象である有機材料への電荷注入性に応じて設定することができる。なお、実際に有機材料に印加される電圧値Ｖｐは、本実施形態においては、測定電圧に対して負極性である。
【００３５】
パルス電圧印加後、透明電極１４と金属電極１８に印加する電圧を測定電圧とし、その後、シャッターを開けて、所定の波長の単色光を有機膜１６に一定時間照射する。単色光を照射することで有機層の有機材料は、図３に示すようなバンドギャップ内で、ＬＵＭＯレベルに近い浅い準位が非常に短時間に熱励起し、続いて光学励起が発生する。この光学励起は、本実施形態において測定しようとするバンドギャップの深い準位からの励起を含んでいる。インピーダンス計測部２２は、この熱励起及び光励起に基づく有機膜１６のキャパシタンスＣの時間応答（変化量）を計測する（図２（ｄ）参照）。
【００３６】
ここで、インピーダンスの測定周波数と、測定電圧は、測定対象である有機材料（ここではＡｌｑ3、ＤＭＱｄ）のキャリア追随性や絶縁性を考慮し、測定周波数は１ｋＨｚ程度以下の低周波とし、測定電圧はゼロバイアスまたはゼロバイアス付近とすることが好適である。
【００３７】
以上のような測定により、所定の波長の光照射に対するキャパシタンスの比の関係が得られる。この測定を、照射する単色光の波長を図２（ｂ）に示すように、所望のステップ幅だけ長波長側から低波長側に変更して、順次繰り返すことで、対応関係演算部４４は、有機材料への入射光のエネルギーとキャパシタンスの変化量の関係を得ることができる。
【００３８】
図５は、このようにして得られる入射光エネルギー（ｅＶ）とキャパシタンス（ΔＣ／Ｃ［１０-3］）の変化量の関係を示す。なお、キャパシタンスＣは、基準状態（暗状態かつ、非電荷注入状態）での値であり、ΔＣは、光学励起時におけるキャパシタンス変化量である。
【００３９】
図５（ａ）は有機層をＡｌｑ3単独で構成した場合、図５（ｂ）は、Ａｌｑ3にＤＭＱｄをドープした場合のそれぞれの関係図であり、キャリア注入量を、電圧パルスのパルス幅Ｗｐを１０ｍｓ、１００ｍｓとした場合の特性を示している。
【００４０】
まず図５（ａ）に示すように、Ａｌｑ3の場合、ダブルキャリア（陽極からの正孔、陰極からの電子）の注入量（Ｗｐ：１０ｍｓ、１００ｍｓ）に依存せず、ミッドギャップ位置に再結合中心Ｄが存在する。つまり、電気的に中性のダングリングボンド欠陥準位が存在することが理解できる。また、図５（ａ）より、このＤで示されるＡｌｑ3のギャップ内の深い準位が、伝導帯下１．４ｅＶにあることがわかる。
【００４１】
これに対し、図５（ｂ）に示すようにＡｌｑ3にＤＭＱｄ（Ｑａ）をドープすると、Ｑａ特有のドーピング準位（Ｅ２：ＨＯＭＯ）が現れることがわかる。また、ダングリングボンド（再結合中心）Ｄは、図５（ａ）と比較してＥ２準位（ＨＯＭＯ）側、つまり浅い準位へと若干シフトする。具体的には、この再結合中心Ｄの準位は、Ａｌｑ3膜に比べて、ＤＭＱｄ特有のドーピング準位Ｅ２（伝導体下２．４ｅＶ）側へ若干深くなっている（１．５ｅＶ）。また、このシフト量は、ダブルキャリア注入量に依存しており注入量が多くなるとシフト量が大きくなっている。
【００４２】
このように、本実施形態の評価方法により、有機材料を用いた有機膜内の再結合中心や欠陥に起因した深い準位の検出ができ、またドーパントとの相互作用（ドーピング効果）の検証が可能となることがわかる。もちろん、このような測定は非破壊で、かつデバイスを作製した状態で実行することができる。
【００４３】
［実施形態２］
図６に、実施形態２に係る測定対象及び評価装置の構成を示す。評価装置の構成は実施形態１と同じであるが、測定対象を有機ＥＬディスプレイ３０とした。また、実施形態２では、このようなディスプレイの通電劣化前後の特性を評価しており、図７は、このディスプレイ３０の通電劣化前後の特性評価結果を示す。なお、初期特性は、実施形態１と同様にして測定できる。
【００４４】
有機ＥＬディスプレイ３０は、各画素に実施形態１で説明したような有機ＥＬ素子１０が構成されており、この例では、この有機ＥＬディスプレイ３０は、パッシブ駆動型で、透明の酸化物電極（ＩＴＯ）とＡｌ金属電極が互いに直交し、１２８×６４の発光画素が形成されている。なお、図６に示す交差するデータ電極３４、走査電極３２は、どちらが上記透明電極、金属電極でも良いが、ここでは、データ電極３４を透明電極、走査電極３２を金属電極とした。実施形態１と同様、一例としてダイオード構造の有機ＥＬ素子の透明電極を陽極、金属電極を陰極としている。有機ＥＬ素子の構成は、図１と同じであり説明を省略する。ディスプレイとして、図１と相違する点は、主として、データ電極３４（透明電極）、走査電極３２（金属電極）を互いに直交するストライプ形状にパターニングする点である。なお、各画素に有機ＥＬ素子と、これを制御するトランジスタなどを備えるいわゆるアクティブマトリクス駆動型のディスプレイの評価も可能である。
【００４５】
電圧パルス発生部２０は、有機ＥＬディスプレイ３０の走査電極３２とデータ電極３４の間に所定の電圧パルスを印加し、インピーダンス計測部２２が、この電極間（有機層）のインピーダンスを所定のタイミングで計測する。このときに、任意の走査電極３２とデータ電極３４を順次切り替えることによって、有機ＥＬディスプレイ３０の全ての画素の有機膜を評価することができる。シャッター付きの単色光照射部２６は、有機ＥＬディスプレイ３０の有機層に、例えばそのガラス基板側から透明なデータ電極３４を透過して、所定の波長強度の単色光を照射する。また、シャッターにより、照射タイミングを制御する。なお、この照射部２６は、有機ＥＬディスプレイ３０の表示部（画素部）の全面に光が均一強度で照射されるようにレンズ機構などにより調整されている。
【００４６】
装置制御部４０は、実施形態１と同様、条件設定部／測定制御部４２が、単色光照射部２６に対しては光照射のタイミング、波長、強度を設定制御し、電圧パルス発生部２０に対しては電圧パルスの強度（電圧）、パルス期間、印加タイミングを制御する。また、インピーダンス計測部２２に対しては、インピーダンス計測のタイミング等を制御する。この条件設定部／測定制御部４２により所望の条件での測定が可能である。測定条件の設定などは図示しない入力手段（キーボードなど）から指定することができる。対応関係演算部４４は、インピーダンス計測部２２で計測されたインピーダンスの値を収集し、また、照射光データ（エネルギ換算値）、電圧パルスの印加タイミング、強度などのデータを得て、インピーダンスとの対応関係を演算する。演算結果は、測定結果として表示制御部４６の制御の下、例えば、図示しないモニターなどに表示等される。
【００４７】
この評価を任意の走査電極３２とデータ電極３４を順次切り替えることによって、有機ＥＬディスプレイ３０の全ての画素の評価を行う。さらに、得られた対応関係から、バンドギャップ内の準位を求め、信頼性に悪影響を与える深い準位があるディスプレイを、良品判断部４８が選別することができる。なお、装置オペレータがこの良品判定を実行しても良い。
【００４８】
次に図７を参照して、このような有機ＥＬディスプレイ３０の通電劣化前後の特性評価結果について説明する。図７は、ディスプレイ３０のある画素の初期状態（ｂｅｆｏｒｅ）と、電圧を印加し画素に電流（電荷注入）の負荷をかけたとき（ａｆｔｅｒ: 通電劣化後）における、入射光エネルギーとキャパシタンスの変化量の関係を示している。なお、パルス電圧は、測定時のレベル０Ｖに対し、パルス電圧値Ｖｐを−５Ｖ、パルス幅Ｗｐを１０ｍｓとした。また、データ電極３４と走査電極３２の間に−１０Ｖの電圧を順方向となるように印加することで通電劣化させた。なお、図７（ａ）は、有機層をＡｌｑ3単独のディスプレイ、図７（ｂ）はＡｌｑ3にＤＭＱｄをドープしたディスプレイの特性である。
【００４９】
図７（ｂ）に示すように、ＤＭＱｄドープのＡｌｑ3発光層を有する有機ＥＬディスプレイにおいて、Ａｌｑ3発光層にＤＭＱｄをドーピングすると、光励起しきい値から再結合中心Ｄまでのキャパシタンス変化量で表されるダングリング欠陥濃度は増加する（ｗｅａｋ  ｂｏｎｄｓ切断）。しかし、ダングリングボンド（再結合中心）の準位が、電流（電荷注入）の負荷をかけると（通電劣化後）、ドーピング準位Ｅ２側に大きくシフトする（伝導帯下２ｅＶ）。ドーピング準位Ｅ２は変化せず、Ｄのエネルギー位置がこのＥ２準位側に大きくシフトし、Ａｌｑ3：ＤＭＱｄの再結合効率、つまり欠陥などによるキャリアのトラップ確率が低下することがわかる。
【００５０】
一方、図７（ａ）に示すように、Ａｌｑ3発光層のみのディスプレイでは、電流（電荷注入）の負荷をかけても、ダングリングボンド（再結合中心）の準位は変化せず、キャパシタンス変化量に相当する欠陥濃度のみが増加することがわかる。つまり、欠陥エネルギ位置は、通電劣化させても変化せず深い準位のままである一方で、ｗｅａｋ  ｂｏｎｄｓの切断により欠陥濃度のみ増加し、再結合率が極めて高くなり、発光効率が低下することが理解できる。
【００５１】
ここで、Ａｌｑ3発光層のみの有機ＥＬ素子は、ＤＭＱｄドープの素子に比べて素子の寿命が短いことが知られているが、これは、図７の結果より、電流（電荷注入）の負荷をかけた場合に、ダングリングボンド（再結合中心）のエネルギー準位が変化しない画素では、長期的な信頼性が乏しいことになる。つまり、Ａｌｑ3等の有機発光材料について、その発光効率の長期信頼性は、ダングリングボンド欠陥の特徴（ドーピング効果）により決定されていることが図７からわかる。
【００５２】
従って、本実施形態のような評価を行うことで、有機材料膜において、電流（電荷注入）の負荷をかけたときのダングリングボンド準位（再結合中心）の変化（濃度、エネルギー位置、ドーピング準位）から、そのような有機材料の薄膜を用いた有機デバイスの信頼性を判断できることがわかる。もちろん、上述のように、ドービングによる効果も確実かつ簡単に評価することが可能となる。
【００５３】
［実施形態３］
次に、図８を参照して、より高速に有機材料を評価するための方法について説明する。この方法では、高速測定モード（Ｓ１〜Ｓ６）と、前記高速測定モードに続いて実行される詳細測定モード（Ｓ７〜Ｓ１１）とを設け、高速測定モード（前測定）での波長ステップ幅を詳細測定モードにおける前記波長ステップ幅よりも大きく設定し、まず、測定対象である有機材料のエネルギー−変化率の全体スペクトルを取得するのである。そして、有機材料の測定目標のバンドギャップ内準位を含む分光波長領域を決定し、この分光波長領域に対し、詳細測定モード（本測定）にて測定を実行する。なお、上記実施形態１、２において説明した測定に適用することができる。
【００５４】
具体的には、以下の通りである。
【００５５】
まず、分光照射の測定開始波長と終了波長を例えばオペレータなどが設定する（Ｓ１）。ここで、波長領域は、有機半導体のバンドギャップに相当する広い範囲を指定する。分光照射波長範囲が設定されると、例えば条件設定部／測定制御部４２が、その範囲をエネルギー値に換算し、例えば０．２ｅＶの等間隔になるように各掃引波長（波長ステップ幅）を決定する（Ｓ２）。なお、間隔は分光照射波長範囲などに応じて決定する。また、例えば条件設定部／測定制御部４２が、分光照射時の静電容量／コンダクタンスの測定時間を例えば３０秒に設定する（Ｓ３）。この測定時間は、測定対象となる有機材料の予想されるバンドギャップ幅にもよるが、少なくとも熱励起の後に起こる光学励起がある程度発生する程度の短時間とする。
【００５６】
上記の条件で、インピーダンス計測部２２は、インピーダンスを計測し、対応関係演算部４４は、各波長における分光照射時の静電容量／コンダクタンスの変化率を求め（Ｓ４）、分光照射エネルギー−変化率の全体スペクトルを取得する（Ｓ５）。そして、その全体スペクトルは、表示又は印刷され、また、装置制御部４０が自動的に、又はオペレータが所望のエネルギー準位範囲を抽出する（Ｓ６）。
【００５７】
次に、詳細測定モードを実行する。まず、所望のエネルギー範囲に相当する分光照射の測定開始波長と終了波長を設定する（Ｓ７）。この所望のエネルギ準位範囲は、分光照射エネルギー−変化率の全体スペクトルから予想される光励起しきい値から再結合準位までを少なくとも含むように設定することができる（図５，７参照）。設定後、例えば条件設定部／測定制御部４２が、分光照射波長範囲をエネルギー値に換算し、例えば十分な測定精度が達成される０．０１ｅＶの等間隔になるように各掃引波長を決定する（Ｓ８）。また、分光照射時の静電容量／コンダクタンスの測定時間は、電荷注入後に図２（ｄ）に示すように光励起が発生し、励起が停止するまでの期間（有機材料の絶縁特性などに応じて異なる）に設定することが好適であり、例えば３００秒に設定する（Ｓ９）。次に、上記の条件で、インピーダンス計測部２２はインピーダンスを計測し、対応関係演算部４４は、各波長における分光照射時の静電容量／コンダクタンスの変化率を求め（Ｓ１０）、所望のエネルギー準位に関する分光照射エネルギー−変化率の詳細スペクトルを取得する（Ｓ１１）。
【００５８】
以上のように本測定の前に、大まかなスペクトルを得ることで再結合中心準位等を重点的に詳細に測定すれば短時間に有機材料の評価を実行できる。有機材料は、上述のように絶縁性が高いため、光励起の停止までの時間が、例えば無機半導体などの場合と比較して長く、このような多段階の測定を実行することは非常に有効である。
【００５９】
また、有機材料に照射する単色光の分光強度についても、照射部２６のレンズ機構などによって可変とし、有機材料の光学励起特性（絶縁特性に関連する）に応じて強度を変更することでより高速測定が可能となる。光学励起特性、つまり、励起の開始から終了までの期間が長い有機材料に対しては分光強度を高めれば測定の高速化を実現できる。
【００６０】
［実施形態４］
次に、有機材料に対する注入電荷エネルギを変更した場合の評価の例を示す。図９は、実施形態１の有機ＥＬ素子において、有機層としてＡｌｑ3発光層を用い、パルス電圧のパルス幅Ｗｐは１０ｍｓで一定とし、電圧値Ｖｐを０Ｖ、−１Ｖ、−３Ｖ、−５Ｖ、−７Ｖに設定した特性を示している。図１０は、図９の有機材料のバンドギャップ準位内における様子を説明している。
【００６１】
図９からは、パルス電圧値０Ｖ、つまり、電荷を注入しない状況下でも、単なるキャリア・トラップではなく再結合中心（ＲＧcenter）として振る舞うＤ準位が存在していることが理解できる。つまり、このＤ準位は、Ａｌｑ3膜にホールを注入したことに起因した劣化現象により新たに形成されたのではなく、Ａｌｑ3膜に存在するｉｎｔｒｉｎｓｉｃな欠陥、言い換えると、これは、電気的に中性なダングリングボンド欠陥準位である。この結果から、本実施形態のような評価方法を採用することで有機材料に本来的な（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃな）劣化現象を検討できることがわかる。
【００６２】
次に、さらに、別の評価方法を説明する。測定対象は実施形態１と同様の有機ＥＬ素子であり、透明電極１４には、厚さ１５０ｎｍのＩＴＯを用い、有機膜１６にはＤＭＱｄをドープしたＡｌｑ3膜（厚さ１００ｎｍ）を用い、有機膜１６と金属電極１８の間に電子注入層としてＬｉＦを０．５ｎｍ形成し、金属電極１８にはＡｌを２．５ｍｍの厚さに形成した。
【００６３】
まず、図１１は、上記図９に示すように注入電圧（バイアス電圧）を変化させた場合のインピーダンス変化（図１１（ａ））、バイアス電圧（Ｖ）とキャパシタンスとの関係を示す。また図１１（ｃ）は、この場合のエネルギギャップを示している。なお、インピーダンス測定周波数は、１ｋＨｚとした。
【００６４】
インピーダンスは、傾きは維持したまま（０．５）、バイアス電圧の上昇に従って低下している。図１１（ｂ）に示されるように、有機膜へのバイアス電圧が４Ｖ〜−１Ｖの範囲では有機膜のキャパシタンスは、ほとんど変化しないが、−１Ｖより低くなるとＡｌ電極からの電子の注入が起き、キャパシタンスが少し上昇する。−３Ｖ程度より低くなるとＩＴＯから有機層への正孔注入が起き（ダブルキャリア注入）、電荷が中和されてキャパシタンスは低下する。−５Ｖで最小値となり、それより低くなると再びキャパシタンスは上昇している。このようなキャパシタンス特性図により、この有機ＥＬ素子への電荷注入モードなどの電気特性を評価することができる。
【００６５】
図１２は、実施形態２において説明した有機ＥＬ素子（ディスプレイ）に対し、−１０Ｖのバイアス電圧により通電劣化させる前後におけるインピーダンス特性を示している。なお、図１２（ａ）は、有機層として、Ａｌｑ3単独、図１２（ｂ）は、Ａｌｑ3にＤＭＱｄをドープした時のインピーダンス特性である。図１２の結果から、Ａｌｑ3にＤＭＱｄをドープすることで、通電劣化前後におけるインピーダンス特性についても、Ａｌｑ3単独有機膜の場合に対して特性が変化していることがわかる。つまり、図７に示したような入射エネルギーに対するキャパシタンス変化率だけでなく、インピーダンスからも有機材料、ドープ材料に固有の特性を判断できる。
【００６６】
図１３は、実施形態２において説明した有機ＥＬ素子（ディスプレイ）に対し、−１０Ｖのバイアス電圧により通電劣化させる前後で、パルス電圧の電圧値Ｖｐ（注入電荷）を変えたときのキャパシタンス特性を示している。また、図１４は同様の条件で測定した時のコンダクタンス特性を示している。なお、図１３（ａ）、図１４（ａ）は、有機膜としてＡｌｑ3単独、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）は、有機膜としてＡｌｑ3にＤＭＱｄをドーブした場合の特性であり、何れもインピーダンス測定周波数は、１ｋＨｚである。
【００６７】
これら図１３，１４の結果からも、有機層として、Ａｌｑ3単独の場合のときと、Ａｌｑ3にＤＭＱｄをドープしたときに、パルス電圧値の変化に対する特性が異なることが評価できる。また、通電劣化させた場合における特性もそれぞれ異なる変化を示している。以上のことから、有機材料への注入電荷と、キャパシタンスと対応関係、及び注入電荷とコンダクタンスとの対応関係からも、有機材料の特性を評価することができ、さらに、上記実施形態１，２で説明したようなキャパシタンスの変化量と照射エネルギとの関係をさらに参照することで、有機半導体内部の欠陥などのエネルギ状態を様々な観点で評価できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態１に係る評価装置、評価対象を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る測定のタイミングを示す図である。
【図３】有機材料のバンドギャップ準位の概念図である。
【図４】有機材料として用いるＡｌｑ3，ＤＭＱｄの分子構造を示す図である。
【図５】入射光エネルギーとキャパシタンスの変化量の関係す図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る評価装置及び評価対象を示す図である。
【図７】画素の初期状態と、通電劣化後の、入射光エネルギーとキャパシタンスの変化量の関係を示す図である。
【図８】本発明の実施形態３に係る測定手順を示す図である。
【図９】本発明の実施形態において通電劣化状態を変えたときの入射光エネルギーとキャパシタンスの変化量の関係を示す図である。
【図１０】図９のエネルギー準位の概念図である。
【図１１】本発明の実施形態において有機層への注入電荷を変化させたときのインピーダンス、キャパシタンス特性を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態において有機ＥＬ素子の通電劣化前後のインピーダンス特性を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態において有機ＥＬ素子の通電劣化前後のキャパシタンス特性を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態において有機ＥＬ素子の通電劣化前後のコンダクタンス特性を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０  有機ＥＬ素子、１２  ガラス基板、１４  透明電極、１６  有機膜、１８  金属電極、２０  電圧パルス発生部、２２  インピーダンス計測部、２６  （シャッター付き）単色光照射部、３０  有機ＥＬディスプレイ、３２  走査電極、３４  データ電極、４０  装置制御部（ＣＰＵ）、４２  条件設定部／測定制御部、４４  対応関係演算部、４６  測定結果表示制御部、４８  良品判断部。
【図１】
2008014668.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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