(57)【要約】【課題】正孔注入層と陽極との界面における混合層の生成を抑制することで長寿命化を図った、有機エレクトロルミネッセンス装置、及び有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法を提供する。【解決手段】一対の電極３，８間に、酸性のドーパントを用いた導電性高分子からなる正孔注入層４と、有機発光層５と、を配設してなる有機エレクトロルミネッセンス装置１００である。正孔注入層４と有機発光層５との間に、正孔輸送性を有し、かつガラス転移温度が１５０℃以上、又はガラス転移しない耐熱性層６が設けられてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極間に、酸性のドーパントを用いた導電性高分子からなる正孔注入層と、有機発光層と、を配設してなる有機エレクトロルミネッセンス装置において、
前記正孔注入層と前記有機発光層との間に、
正孔輸送性を有し、かつガラス転移温度が１５０℃以上、又はガラス転移しない耐熱性層が設けられてなることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項２】
前記耐熱性層の膜厚は、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項３】
一対の電極間に酸性のドーパントを用いた導電性高分子からなる正孔注入層と、有機発光層と、を配設してなる有機エレクトロルミネッセンス装置において、
前記正孔注入層を形成する工程と、
該正孔注入層上に、正孔輸送性を有し、かつガラス転移温度が１５０℃以上、又はガラス転移を生じない耐熱性層を形成する工程と、
該耐熱性層上に前記有機発光層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法。
【請求項４】
前記耐熱性層の膜厚を３ｎｍ以上１０ｎｍ以下に形成することを特徴とする請求項３に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス装置、及び有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機蛍光材料等の発光材料を電極間に挟持してなる有機エレクトロルミネッセンス装置（以下、有機ＥＬ装置と称す）が注目されている。このような有機ＥＬ装置としては、有機材料からなる発光層の発光効率を高めるため、発光層の陽極側に正孔注入層を配置するのが一般的である。この酸性のドーパントを用いた導電性高分子からなる正孔注入層としては、例えば、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルフォン酸［ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ］が用いられている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１８７９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１に記載された有機ＥＬ装置は、正孔注入層と陽極との界面で発生した熱によって互いの材料が混合することで混合層が形成されてしまう。混合層は発光層として機能しないことから有機ＥＬ素子の劣化を招き、有機ＥＬ装置の寿命を縮めてしまう。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、正孔注入層と陽極との界面における混合層の生成を抑制することで長寿命化を図った、有機エレクトロルミネッセンス装置、及び有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス装置は、一対の電極間に、酸性のドーパントを用いた導電性高分子からなる正孔注入層と、有機発光層と、を配設してなる有機エレクトロルミネッセンス装置において、前記正孔注入層と前記有機発光層との間に、正孔輸送性を有し、かつガラス転移温度が１５０℃以上、又はガラス転移しない耐熱性層が設けられてなることを特徴とする。
【０００６】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス装置によれば、正孔注入層と有機発光層との間に耐熱性層が設けられているので、該耐熱性層により正孔注入層及び有機発光層が直接接触することがなく、正孔注入層と有機発光層との界面にて互いの材料を混合させ難くすることができる。また、前記耐熱性層は正孔輸送層としても機能し、多機能なものとなる。一般的に、熱が生じると材料の混合が生じ易くなるものの、前記耐熱性層は、素子内部で生じた熱により変質（ガラス転移）することがなく、材料の混合によって混合層が形成されるのを確実に防止することができる。
したがって、混合層に起因する素子劣化を抑制し、後述する実験結果に示すように素子寿命を延ばすことが可能となる。
【０００７】
また、有機エレクトロルミネッセンス装置においては、上記前記耐熱性層の膜厚は、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であるのが好ましい。
この構成によれば、後述する実験結果に示されるように、発光層及び正孔注入層の界面に混合層が形成されるのを確実に防止し、長寿命化を図ることができる。
【０００８】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法は、一対の電極間に酸性のドーパントを用いた導電性高分子からなる正孔注入層と、有機発光層と、を配設してなる有機エレクトロルミネッセンス装置において、前記正孔注入層を形成する工程と、該正孔注入層上に、正孔輸送性を有し、かつガラス転移温度が１５０℃以上、又はガラス転移を生じない耐熱性層を形成する工程と、該耐熱性層上に前記有機発光層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法によれば、正孔注入層と有機発光層との間に耐熱性層を形成するので、該耐熱性層により正孔注入層及び有機発光層が直接接触するのを防止し、正孔注入層と有機発光層との界面にて互いの材料が混合するのを防止することができる。また、前記耐熱性層は正孔輸送層としても機能し、多機能なものとなる。一般的に、熱が生じると材料の混合が生じ易くなるものの、前記耐熱性層は、素子内部で生じた熱により変質（ガラス転移）することがなく、混合層が形成されるのを確実に防止することができる。
したがって、混合層に起因する素子劣化を抑制し、後述する実験結果に示すように素子寿命を延ばすことが可能となる。
【００１０】
また、有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法においては、前記耐熱性層の膜厚を３ｎｍ以上１０ｎｍ以下に形成するのが好ましい。
この構成によれば、後述する実験結果に示されるように、発光層及び正孔注入層の界面に混合層が形成されるのを防止し、素子の寿命を延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明について図面を参照して説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
【００１２】
図１は本発明の有機ＥＬ装置の一実施形態を示す概略構成図である。本実施形態に係る有機ＥＬ装置１００は、有機ＥＬ素子９から放出された光が、例えばガラス基板等からなる基体２から射出されて外部に取り出される、所謂ボトムエミッション方式のものである。なお、以下の説明では、発光層内に注入された電子及び正孔をキャリアと呼ぶことがある。
【００１３】
有機ＥＬ装置１００は、基体２上に、陽極（電極）３、正孔注入層４、発光層５、及び陰極（電極）８を備えている。正孔注入層４、発光層５、及びこれら正孔注入層４及び発光層５の間に設けられ、正孔輸送性を有し、ガラス転移を生じない耐熱性層６は有機物材料によって形成されており、これら有機物層によって有機機能層７が形成されている。また、有機機能層７は陽極３と陰極８との間に挟持されており、これら陽極３、有機機能層７及び陰極８によって、有機ＥＬ素子９が形成されている。
【００１４】
陽極３と陰極８には、駆動電圧を印加するための配線が接続されている。そして、この配線を介して電極間に駆動電圧を印加すると、陰極８より電子が発光層５に注入され、陽極３より正孔が発光層５に注入され、印加された電場により正孔及び電子が発光層５中を移動し、再結合が起こる。再結合時に放出されたエネルギーにより、励起子が生成し、この励起子が基底状態に戻る際に蛍光や燐光という形でエネルギーを放出する。
【００１５】
本実施形態に係る有機ＥＬ装置１００は、上述したようにボトムエミッション方式であることから、陽極３が透明材料から構成される必要がある。このような電極用の透明な材料としては、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）を用いた。なお、透明電極の形成材料としては、ＩＴＯに限定されることは無く、例えばＰｔ、Ｉｒ、Ｎｉ、もしくはＰｄ等を用いてもよい。なお、基体２とは反対の側から発光を取り出す、いわゆるトップエミッション方式の場合には、基体２を構成する材料は不透明であってもよく、その場合、アルミナ等のセラミック、ステンレス等の金属シートに表面酸化などの絶縁処理を施したもの、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを用いることができる。この場合、陽極３は遮光性や光反射性の材料で形成することができる。
【００１６】
前記正孔注入層４としては、ポリチオフェン誘導体＋ポリマー酸、ポリピロール誘導体＋ポリマー酸、ポリアニリン誘導体＋ポリマー酸、ポリトリフェニルアミン誘導体＋ポリマー酸、ポリアズレン誘導体＋ポリマー酸、ポリフェニレン誘導体＋ポリマー酸、ポリフェニレンビニレン誘導体＋ポリマー酸等が用いられ、共役系高分子と酸性のドーパント基が別々の分子で構成された導電性高分子や共役系高分子の分子内に酸性のドーパントを修飾している自己ドープ型の導電性高分子が考えられる。本実施形態では、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルフォン酸との混合物（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）を用いた。
【００１７】
前記正孔注入層４上に設けられる耐熱性層６を構成する材料としては、本発明における特徴的な構成であり、具体的に本実施形態ではガラス転移しない材料、例えば［化１］に示される銅フタロシアニンが用いられる。この耐熱性層６は、後述するように真空蒸着法で形成されたもので、その膜厚が５ｎｍに設定される。なお、耐熱性層６は正孔輸送層としても機能し、多機能なものとなる。
【００１８】
【化１】
2008091570.tif 000003
【００１９】
前記発光層５は、前記耐熱性層６が設けられた正孔注入層４上に形成されており、上述したように陰極８から注入される電子と、正孔注入層４から注入される正孔が結合して所定帯域の波長の光を発光するようになっている。本実施形態では、発光層５の形成材料として、以下の［化２］に示すＦ８ＴＰＤを用いた。このＦ８ＴＰＤから構成される発光層５は、青色発光をなすようになっている。
【００２０】
【化２】
2008091570.tif 000004
【００２１】
なお、上記耐熱性層６を構成する材料としては、上記銅フタロシアニンに限定されることはない。例えば、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０℃以上の材料を用いることができ、具体的には、［化３］に示す、ガラス転移温度（Ｔｇ）１５７℃の（ＮＰＢ）ＤＮＰＤ、あるいは［化４］に示す、ガラス転移温度（Ｔｇ）１９４℃の（ＮＤＡ）ＰＰを用いることができる。これら材料を用いて耐熱性層を形成すれば、後述する実験結果に示すように、有機ＥＬ装置の長寿命化を図ることができる。
【００２２】
【化３】
2008091570.tif 000005
【００２３】
【化４】
2008091570.tif 000006
【００２４】
陰極８は、発光層５上にカルシウム層と、アルミニウム層とが積層されて形成されたものである。
【００２５】
ここで、上記耐熱性層６を有しない従来の有機ＥＬ装置を例に挙げ、本発明に係る構成と比較することにより、本発明により得られる格別の効果について説明する。
【００２６】
従来の有機ＥＬ装置は、素子内部に生じた熱により正孔注入層及び発光層の界面にて、正孔注入層の形成材料（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）と、発光層（上記［化２］に示した）の形成材料とが互いに混合することで、前記界面部分に混合層が形成されてしまう。
【００２７】
一般的に、発光時に有機ＥＬ素子内部には熱が生じるが、この熱により上記混合層の形成が促進され、駆動時間とともにその膜厚が増加する。半減寿命を迎えた有機ＥＬ装置には、混合層が所定の膜厚以上に形成されている。すなわち、混合層は発光層として機能しないため、膜厚の成長に伴って有機ＥＬ素子が劣化し、結果として素子の寿命を縮めることになると考えられる。そこで、発光層及び正孔注入層における材料の混合を防止し、上記混合層の形成を防止することで有機ＥＬ装置の長寿命化を図ることができるのである。
【００２８】
本実施形態に係る有機ＥＬ装置１００によれば、正孔注入層４と発光層５との間に耐熱性層６を設けることにより、正孔注入層４及び発光層５が直接接触するのを防止することができる。よって、正孔注入層４及び発光層５の材料が互いに混合し難くなっている。
【００２９】
また、銅フタロシアニンから構成された耐熱性層６は、後述する実験結果に示されるように、有機ＥＬ素子内部で熱が生じたとしても、変質（ガラス転移）することがないので、正孔注入層４及び発光層５を接触させない状態を保持することができ、互いの材料が混合することで混合層が形成されるのを確実に防止している。よって、この混合層に起因した有機ＥＬ素子９の劣化を防止でき、後述する実験結果に示すように有機ＥＬ素子９の長寿命化を図ることができる。
【００３０】
（有機ＥＬ装置の製造方法）
次に、図２を用いて、本発明の有機ＥＬ装置の製造方法の一実施形態として、上記有機ＥＬ装置１００の製造方法について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、陽極３が形成された基体２上に液相法を用いて正孔注入層４を形成する。なお、前記陽極３は、ガラスからなる基体２上にＴＦＴ素子や各種配線等を形成し、さらに、層間絶縁層や平坦化膜を形成した後、蒸着法等によってＩＴＯを成膜し、さらにパターニングすることによって形成される。
【００３１】
液相法としては、スピンコート法、液滴吐出法（インクジェット法）、ディップコート法、ロールコート法等が適用可能である。本実施形態では、正孔注入層４及び発光層５を形成するに際してスピンコート法を用いた。
【００３２】
正孔注入層４は、正孔注入層形成材料である３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）を含む液体材料を陽極３上にスピンコート法により８０ｎｍの厚みに配置し、これを乾燥・焼成（２００℃で１０分間）することにより形成する。また、正孔注入層形成材料の溶媒としては、イソプロピルアルコール、Ｎ−メチルピロリドン、１，３−ジメチル−イミダゾリノン等の極性溶媒を用いることができる。
【００３３】
次に、図２（ｂ）に示すように、正孔注入層４上に、真空蒸着法により発光層５を形成する。具体的には、正孔注入層４上に上記［化１］に示した銅フタロシアニンを真空蒸着によって成膜し、前記耐熱性層６を形成した。なお、耐熱性層６の膜厚としては、３〜１０ｎｍ程度が好ましく、５ｎｍに設定するのがより好ましい。
【００３４】
次に、図２（ｃ）に示すように、前記耐熱性層６上に発光層５を成膜する。本実施形態では、発光層５を成膜する方法として液滴吐出法を用いた。なお、液滴吐出法を用いる際に形成される隔壁（バンク）についての図示を省略している。
【００３５】
液滴吐出法（インクジェット法）としては、帯電制御方式、加圧振動方式、電気機械変換式、電気熱変換方式、静電吸引方式などが挙げられる。帯電制御方式は、材料に帯電電極で電荷を付与し、偏向電極で材料の飛翔方向を制御してノズルから吐出させるものである。また、加圧振動方式は、材料に超高圧を印加してノズル先端側に材料を吐出させるものであり、制御電圧をかけない場合には材料が直進してノズルから吐出され、制御電圧をかけると材料間に静電的な反発が起こり、材料が飛散してノズルから吐出されない。また、電気機械変換方式（ピエゾ方式）は、ピエゾ素子（圧電素子）がパルス的な電気信号を受けて変形する性質を利用したもので、ピエゾ素子が変形することによって材料を貯留した空間に可撓物質を介して圧力を与え、この空間から材料を押し出してノズルから吐出させるものである。また、電気熱変換方式は、材料を貯留した空間内に設けたヒータにより、材料を急激に気化させてバブル（泡）を発生させ、バブルの圧力によって空間内の材料を吐出させるものである。静電吸引方式は、材料を貯留した空間内に微小圧力を加え、ノズルに材料のメニスカスを形成し、この状態で静電引力を加えてから材料を引き出すものである。また、この他に、電場による流体の粘性変化を利用する方式や、放電火花で飛ばす方式などの技術も適用可能である。なお、本実施形態ではピエゾ方式を採用した。
【００３６】
発光層５は、上記［化２］に示したＦ８ＴＰＤを含んだ溶媒を前記耐熱性層６上に配置し、これを窒素等の不活性ガス雰囲気下で加熱処理（１３０℃で３０分間）することで形成される。発光層５の形成材料の溶媒としては、トルエン等の無極性溶媒を用いることができる。
【００３７】
次に、図２（ｄ）に示すように、発光層５上に陰極８を形成する。陰極８は、例えば、カルシウム層、及びアルミニウム層を真空蒸着法によって順次積層させることで形成することができる。以上の工程により、基体２上に有機ＥＬ素子９が形成される。その後、必要に応じて封止工程を行い、有機ＥＬ装置１００が完成する。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態に係る有機ＥＬ装置１００の製造方法によれば、耐熱性層６を形成することで正孔注入層４及び発光層５が直接接触することをなくしている。また、耐熱性層６が、ガラス転移温度が１５０℃以上、あるいはガラス転移しないといった、高い耐熱性を備えているので、有機ＥＬ素子９内で生じた熱により変質（変形）することが無い。よって、この混合層に起因する素子の劣化を抑制することができ、後述する実験結果に示されるように有機ＥＬ素子９の長寿命化を実現できる。
【００３９】
（実験例）
図３は、本発明に係る有機ＥＬ装置における格別の効果を確認した実験結果を表したグラフである。本実験では、正孔注入層と発光層との間に、上記［化１］、［化３］、［化４］に示した材料からなる膜厚５ｎｍの耐熱性層を有した各有機ＥＬ装置、及び耐熱性層を有しない有機ＥＬ装置を用いた。なお、正孔注入層はＰＥＤＯＴ／ＰＳＳから構成され、発光層はＦ８ＴＰＤから構成されている。
【００４０】
図３に示す初期輝度とは、有機ＥＬ素子に対し、所定電圧を印加した場合における、輝度を規定したものである。なお、説明を分かり易くするため、耐熱層を有しない、すなわち正孔注入層と発光層とが積層された有機ＥＬ装置に所定電圧を印加した際の輝度を基準値（１．０）とした。
図３に示すように、いずれの耐熱性層を備えた有機ＥＬ装置においても、従来の耐熱性層を有しない有機ＥＬ装置によりも大きい初期輝度を得ることができる。
【００４１】
また、図３に示す初期効率は、初期輝度における明るさ（ｃｄ；カンデラ）と、初期輝度時における電極間に流れる電流（Ａ；アンペア）との比（ｃｄ／Ａ）で規定されるものである。なお、説明を分かり易くするため、正孔注入層及び発光層のみが積層された有機ＥＬ装置における初期効率を基準（１．０）とした。
図３に示すように、いずれの耐熱性層を備えた有機ＥＬ装置においても、従来の耐熱性層を有しない有機ＥＬ装置によりも大きい初期効率を得ることができる。
【００４２】
また、図３に示す寿命は、所定の輝度が半減する半減時間を測定し、寿命とした。各有機ＥＬ装置における寿命の測定方法としては、電極間に印加する電圧を調整し、全ての有機ＥＬ装置の輝度を基準値（初期輝度）に合わせる。このとき、電極間に電流が流れ難い、すなわち膜厚の大きい混合防止層を有する有機ＥＬ装置はその消費電力が大きくなるものの、耐熱性層６を設けることで有機ＥＬ装置の長寿命化を図ることができる。
【００４３】
図３に示すように、ガラス転移しない銅フタロシアニンを用いて耐熱性層を形成した場合に、最も寿命（半減時間）が長く（１．４）なった。また、（ＮＰＢ）ＤＮＰＤは、（ＮＤＡ）ＰＰに比べて、ガラス転移温度（Ｔｇ）が高いことから、有機ＥＬ素子内で発生した熱でより変質（ガラス転移）し難くなっている。よって、図３にも示されるように、寿命が１．３の（ＮＤＡ）ＰＰは、寿命が１．１の（ＮＰＢ）ＤＮＰＤに対して、より張寿命化が図られたものとなる。
【００４４】
上記実験により、正孔注入層４及び発光層５の間に耐熱性層６を設けることで、混合層に起因する有機ＥＬ素子の劣化を防止し、有機ＥＬ素子の寿命が延びることが確認できた。
また、上記耐熱性層を設けたことにより、図３に示すように、初期輝度、及び初期効率が増加することが確認できた。したがって、発光素子を高効率で発光させることができ、有機ＥＬ装置の低消費電力化を図ることができる。また、記耐熱性層は、正孔輸送層としても機能するので、有機ＥＬ装置の発光効率をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】有機ＥＬ装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】有機ＥＬ装置の一実施形態に係る製造工程を示す図である。
【図３】本発明における格別の効果を確認した実験結果を表す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１００…有機ＥＬ装置（有機エレクトロルミネッセンス装置）、３…陽極（電極）、４…正孔注入層、５…発光層、６…耐熱性層、８…陰極（電極）
【図１】
2008091570.tif 000007
【図２】
2008091570.tif 000008
【図３】
2008091570.tif 000009