(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の電極と、正の誘電異方性をもったディスコチック液晶からなる電荷輸送層と、前記ディスコチック液晶を挟んだ一対の配向膜と、有機発光層とからなる有機発光素子。
【請求項２】
マトリックス状に配置されたトランジスタを有する請求項１記載の有機発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶電荷輸送材料と、大型ディスプレイ素子を駆動する有機薄膜トランジスタを用いた大型液晶素子に関し、この有機薄膜トランジスタを用いた大型の有機発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、有機発光素子は薄型で自発光型の表示素子として期待され、実用化レベルに到達しつつある。有機発光素子は1987年のTang等の提案によって電荷輸送層と電荷発生層との２層構造を採用し、その性能を著しく向上させることに成功した。それぞれの有機層を低分子の蒸着層によって数百オングストロームと薄く形成することで駆動電圧を下げ、同時に発光効率を向上させた。またその後の取り組みによって有機物特有の寿命の課題も克服されつつある。
【０００３】
上記した基本構成の電荷輸送材料と発光材料の有機材料開発も盛んであるが、前者はキャリア移動度の大きな材料が、後者は発光効率の大きな材料と発光波長が可視域で選択できることが望まれる。特に高輝度で且つ長寿命を満足させるためにも高移動度材料が望まれる。一方、有機発光素子の製造方法において、数百オングストロームの有機層を蒸着方法によって大面積に成膜することが最も困難なプロセスである。この有機発光素子の駆動は通常、十数Ｖで行われるが、ピンホール等の欠陥は致命的となる。
【０００４】
D.Adam等は1994年にディスコチック液晶が高い電荷移動度を有することを報告した（「ネイチャー」（NATURE、Vol371、P.141〜143、1994年））。彼らが用いた液晶は、2,3,6,7,10,11−hexahexylthiotriphenyleneであり、ヘリカル柱状相：Ｈ相（helical  columnar  phase）において移動度μ〜０．１cm2/V・ｓを確認している。この移動度は印加電界強度が２×104Ｖ/ｃｍと低い。以前よりアントラセン等の縮合多環系の有機単結晶が高い移動度を有することは知られていた。
【０００５】
またアモルファス状態であっても移動度が高い分子が、有機感光体材料の電荷輸送材料として数多く合成された。表示素子の光変調材料である液晶が、その相構造によって高移動度を持つことを初めて報告した。彼らは、その高移動度の実現はディスコチック液晶がＨ相でカラム構造の柱に沿ってトリフェニレン単位でスタックし（隣接間距離３．６４オングストローム）、π軌道が重なることが重要であるとしている。またＨ相より高温側から冷却することでより秩序の整ったＨ相が形成されることも上げている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
発光素子、受光素子をはじめ有機機能デバイスにとって電荷輸送層の移動度の向上が最大の課題である。これによって発光効率、受光効率、寿命といった基本性能の著しい向上が期待できる。また駆動電圧も減少する。高移動度の有機層を得るには、分子の並びが良いことが条件としてある。さらに隣接分子間の軌道重なりが大きく、π電子系が広がることが望ましい。有機単結晶は理想的な形態であるが、大面積化が困難でありデバイス応用に課題がある。液晶相は分子の秩序がある程度整った形態であり、近年の液晶表示素子が示すように大面積のデバイス対応が十分可能である。ディスコチック液晶は柱構造の中央に大きなπ電子系を有することで柱に沿って電荷移動のパスが形成される。さらに大きな移動度を実現させるには、Ｈ相における秩序を向上させることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る有機発光素子は、少なくとも一対の電極と、正の誘電異方性をもったディスコチック液晶からなる電荷輸送層と、前記ディスコチック液晶を挟んだ一対の配向膜と、有機発光層とからなる。
【０００８】
【発明の実態の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。
【０００９】
（実施の形態１）
図１は本発明の正の誘電異方性をもったディスコチック液晶を電荷輸送層とする有機発光素子の断面を示す。図１において、１はガラスを代表とする電気絶縁性基板であり、フィルム形状基板であっても良い。２は対向電極のストライプ形状電極であり、例えばマグネシウム・銀を用いる。３は正の誘電異方性をもったディスコチック液晶であり、電荷輸送層を形成する。４は有機発光層であり、アルミニウムウ・キノリンを代表とする低分子の蒸着層かあるいはポリ−ｐ−フェニレンビニレン（ＰＰＶ）を代表とする高分子層を用いる。また、ポリイミド発光層としてＵＳＰ５，３３１，１８２の材料を用いてもよい。５はもう一方のストライプ形状電極であり、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を代表とする。さらに６は液晶層の膜厚を制御するためのスペーサーである。
【００１０】
ディスコチック液晶の膜中を電荷を移動させるのに電圧を印加する時、その誘電異方性の極性によって移動度が異なる。その原理を図４に示す。ディスコチック液晶が正の誘電異方性を持つ場合は、電圧印加状態で分子は柱の軸を電圧印加方向に揃えることになる。従ってより秩序だった電荷移動のパスが液晶層内に形成され、移動度が大幅に増加する。一方、ディスコチック液晶が負の誘電異方性を持つ場合は、電圧印加状態で分子は柱の軸が斜めに傾くことになり、秩序だった電荷移動のパスが形成されない。従って移動度は減少する。
【００１１】
正の誘電異方性△ｎ＝０．１を持つディスコチック液晶と負の誘電違法性△ｎ＝−０．０５のディスコチック液晶の移動度を、タイム・オブ・フライト法によって測定評価を行ったところ、前者がμ＝０．２cm2/V・ｓ、後者がμ＝０．０１cm2/V・ｓと大きく異なった。尚、移動度の測定には膜厚５μｍの液晶層と印加電圧１０Ｖを用いた。
【００１２】
図１の有機発光素子を作製するための具体的な製造方法を次に述べる。
（１）一方の電気絶縁性基板であるガラス基板１（５０mm×５０mm）上にストライプ形状に幅５００μｍ、ピッチ６００μｍの６４本のアルミニウム・マグネシウムの合金の電極２をマスク蒸着で形成する。
【００１３】
（２）他方の電気絶縁性基板であるガラス基板１にはＩＴＯ電極４を同じくストライプ形状に幅５００μｍ、ピッチ６００μｍの６４本、フォトリソグラフィ技術によって形成する。
【００１４】
（３）ＩＴＯ基板上にアルミニウム・キノリンを蒸着法によって全面均一に５００オングストローム形成し、発光層４とする。
【００１５】
（４）両基板を周辺にシール材料を設けて５μｍのスペーサー６を介して張り合わせ、ディスコチック液晶を注入することで電荷輸送層３を形成する。
【００１６】
以上の方法で製作した有機発光素子を駆動し、特性評価した。駆動電圧は１０Ｖとした。輝度１万cd/m2を達成した。
【００１７】
また全画素とも欠陥は無かった。連続点灯試験を行ったところ１０００時間経過後も初期の輝度の９０％以上を維持していた。比較として負の誘電異方性を持つディスコチック液晶を用いた有機発光素子の場合、同じ駆動条件でも輝度は〜１００cd/m2と大きく減少する。
【００１８】
また１０００時間経過後も５０％程度に輝度低下が起きる。移動度の減少に伴って発光効率の低下ばかりでなく界面（発光層と液晶相）に蓄積された電荷によって電荷注入効率が極度に低下するものと思われる。
【００１９】
（実施の形態２）
図２は本発明の一対の配向膜層７によってディスコチック液晶を挟み電荷輸送層とする有機発光素子の断面を示す。図１と同様に１は電気絶縁性基板であり、２は対向電極のストライプ形状電極である。３は正の誘電異方性をもったディスコチック液晶であり、電荷輸送層を形成する。４は有機発光層であり、アルミニウムウ・キノリンを代表とする低分子の蒸着層かあるいはポリ−ｐ−フェニレンビニレン（ＰＰＶ）を代表とする高分子層を用いる。
【００２０】
５は、もう一方のストライプ形状電極で、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を代表とする透明電極である。さらに６は液晶層の膜厚を制御するためのスペーサーである。７はディスコチック液晶の配向性を向上させることが目的で導入した配向膜であり、ポリイミドを代表とする高分子とする。通常の液晶表示素子と同様に布でその表面を一定方向に擦るラビングを施す。
【００２１】
前記したディスコチック液晶の移動度と同じ評価方法で、配向膜導入の効果を検討した。正の誘電異方性△ｎを持つディスコチック液晶を配向膜で挟むと、その移動度はμ＝０．２cm2/V・ｓから０．５cm2/V・ｓへと２．５倍増加した。
【００２２】
これは配向膜によって、よりディスコチック液晶の秩序性が向上したためと考えられる。更にＵＳＰ５，３３１，１８２の配向膜且つ発光層を兼用できるポリイミド材料を用いても、この移動度0.5cm2/V・ｓを確認した。
【００２３】
図２の有機発光素子を作製するため、図１の有機発光素子と同じ工程(1)〜(3)を行う。その後両基板面に配向膜としてポリイミド膜を約２００オングストローム形成する。レーヨン布を巻いたラビングローラーによって、両基板の表面のポリイミド膜をラビング処理する。この後の工程は前記した工程(4)となる。
【００２４】
製作した有機発光素子を駆動電圧１０Ｖで特性評価したところ、輝度３万cd／m2と配向膜７の導入で３倍増加した。連続点灯も１０００時間経過後で初期の輝度の９０％以上を維持していた。
【００２５】
また別の配向膜材料としてＵＳＰ５，３３１，１８２の配向膜且つ発光層を兼用できるポリイミド材料を用いると、デバイス構造と工程は簡略化される。
【００２６】
（実施の形態３）
図３は本発明のディスコチック液晶の電荷輸送層と高分子発光層と配向膜とマトリックス状に配置した画素電極及び各画素を駆動するトランジスタから構成される１画素あたりの有機発光素子の断面を示す。電気絶縁性基板１に各画素を駆動するトランジスタを形成する。活性半導体層がガラス基板に形成できるp-Si半導体を用いた場合の素子構成例である。
【００２７】
ソース電極８、ドレイン電極９、活性半導体層１０、ゲート電極１１及びゲート絶縁膜１２が構成され、層間絶縁膜１５を介してソース電極８はデータ線１３と、ドレイン電極９は画素電極１４と結合される。そしてパシベーション膜１６が設けられる。基板面の全面に配向膜７で覆う。この構成はアクティブマトリックス液晶表示素子と全く同じである。対向側の基板のガラス基板１に透明電極５と発光層４を設け、基板間にディスコチック液晶３を注入する。尚、発光層４はＵＳＰ５，３３１，１８２の配向膜且つ発光層を兼用できるポリイミド材料を用いる。
【００２８】
試作に用いた基板は表示有効面積が対角５．０インチで画素数はＳＶＧＡ（８００×６００）とした。駆動電圧を１０Ｖとして、動画表示を行ったところ最大輝度が３万cd／m2で残像のない良好な画像が得られた。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、高移動度な電荷輸送層によって、高効率な発光特性と、駆動電圧の減少による消費電力の減少及び信頼性の向上が達成できた。また、製造方法も液晶表示素子と同じ工程が使え、均一性と高歩留まりが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるディスコチック液晶を電荷輸送層とした有機発光素子の断面図
【図２】本発明の実施の形態２によるディスコチック液晶を電荷輸送層とし、配向膜で挟む構造の有機発光素子の断面図
【図３】本発明の実施の形態３によるディスコチック液晶を電荷輸送層とし、トランジスタ駆動による有機発光素子の断面図
【図４】正の誘電異方性△ｎを持つディスコチック液晶と負の誘電異方性△ｎを持つディスコチック液晶の電界印加時の配向状態を示す原理図
【符号の説明】
１  電気絶縁性基板
２  ストライプ電極
３  ディスコチック液晶
４  有機発光層
５  透明電極
６  スペーサー
７  配向膜
８  ソース電極
９  ドレイン電極
１０  活性半導体層
１１  ゲート電極
１２  ゲート絶縁膜
１３  データ線
１４  画素電極
１５  層間絶縁膜
１６  パッシベーション膜
【図１】
0003760555.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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