JP2008171580A - 有機発光素子、有機発光トランジスタ及び発光表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基材1上に設けられた補助電極2と、少なくとも補助電極2を覆うように設けられた第1絶縁層3と、第1絶縁層3上に設けられた電荷注入層4と、第1絶縁層3上又は電荷注入層4上に所定のパターンで設けられた第1電極5及び第2絶縁層6からなる積層体9と、積層体9が設けられていない電荷注入層4上に塗布形成された有機発光層7と、有機発光層7を覆うように設けられた第2電極8とで構成された単画素Aを多数有する有機発光素子10であって、単画素Aは、隣接する他の単画素との間で有機発光層7を区画する第1隔壁11と、第1隔壁11同士の間に設けられて有機発光層7の塗工厚Tが均一になるように区画する第2隔壁12とを有し、第1隔壁11及び第2隔壁12の少なくとも一方を積層体9とする。
【選択図】図1
Description
工藤一浩、「有機トランジスタの現状と将来展望」、応用物理、第72巻、第9号、第1151頁〜第1156頁(2003年)
図1〜図7は、本発明の有機発光素子の構成例を示す模式断面図である。本発明の有機発光素子10は、有機EL素子構造と縦型FET構造とを有する電界効果型の有機発光トランジスタ素子であり、例えば図1を参照すれば、基材1と、基材1上に設けられた補助電極2と、少なくとも補助電極2を覆うように設けられた第1絶縁層3と、第1絶縁層3上に設けられた電荷注入層6と、第1絶縁層3上又は電荷注入層4上に所定のパターンで設けられた第1電極5及び第2絶縁層6からなる積層体9と、積層体9が設けられていない電荷注入層4上に塗布形成された有機発光層7と、少なくとも有機発光層7を覆うように設けられた第2電極8とで少なくとも構成された単画素Aを多数有している。また、単画素A内には、図1等に示すように、絶縁性構造体13が設けられている。
有機発光素子10を構成する単画素Aは、その単画素A内では同じ発光色を呈し、発光制御可能な最小単位である。この単画素Aは、図1〜図7に示すように、隣接する他の単画素との間で有機発光層7を区画する第1隔壁11と、第1隔壁11同士の間に設けられて有機発光層7の塗工厚Tが均一になるように区画する、少なくとも1以上の第2隔壁12とを有し、第1隔壁11及び第2隔壁12の少なくとも一方が、前記積層体9であるように構成されている。したがって、第1電極5及び第2絶縁層6からなる積層体9によって、第1隔壁11が構成されていてもよいし、第2隔壁12が構成されていてもよいし、第1隔壁11と第2隔壁12の両方が構成されていてもよい。第1隔壁11と第2隔壁12が積層体9によって構成されない場合には、絶縁材料からなる隔壁が第1隔壁11又は第2隔壁12として設けられる。
次に、第1隔壁11と第2隔壁12とで構成される単画素Aの平面形態について、図9〜図19を参照しつつ説明する。
基材1は、特に限定されるものではなく、積層する各層の材質等により適宜決めることができ、例えば、Al等の金属、ガラス、石英又は樹脂等の各種の材料からなるものを用いることができる。光を基材側から出射させるボトムエミッション構造の有機発光素子の場合には、透明又は半透明になる材料で基材が形成されることが好ましいが、光を第2電極8側から出射させるトップエミッション構造の有機発光素子の場合には、必ずしも透明又は半透明になる材料を用いる必要はなく、不透明材料で基材を形成してもよい。
本発明を構成する電極としては、補助電極2、第1電極5及び第2電極8がある。これら各電極の電極材料としては、金属、導電性酸化物、導電性高分子等の材料が用いられる。
第1絶縁層3は、補助電極2上に設けられるものであり、SiO2、SiNx、A12O3等の無機材料や、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルフェノール、ポリサルホン、ポリカーボネート、ポリイミド等の有機材料や、一般的に使用されている市販のレジスト材料で形成できる。この第1絶縁層3は、上記の材料で形成された単層構造の絶縁層であってもよいし、複数の材料で形成された積層構造の絶縁層であってもよい。なお、後述するように、第2絶縁層6の形成材料として光照射により除去可能となる感光性材料が用いられる場合には、第1絶縁層3の形成材料としてその感光性材料の露光波長を透過する材料を用いることが好ましい。
第2絶縁層6は、第1電極5上に設けられて、第2電極8に対向する第1電極5上面での電荷(正孔又は電子。以下同じ。)の発生を抑制する電荷発生抑制層として作用し、第1電極5上面で発生して第2電極8に向かう電荷の流れを抑制する。本発明では、この第2絶縁層6を第2電極8の対向面である第1電極5上面に設けたので、第1電極5で発生する電荷を、第2絶縁層6が設けられていない下面及び/又はエッヂ部で発生させることができる。第1電極5の下面やエッヂ部での電荷発生量は、補助電極2と第1電極5との間に印加されるゲート電圧VGで制御され、発生した電荷は、第1電極5と第2電極8との間に印加されたドレイン電圧VDにより第2電極8に向かう。本発明では、補助電極2と第1電極5との間に印加するゲート電圧VGを制御することにより、第1電極−第2電極間に流れる電流を制御して発光量を制御することができる。
本願では、有機発光層7や電荷注入層4等の有機材料からなる層を有機層と言うが、こうした有機層は、必要に応じて電荷輸送層等を加えたもの、又は、電荷注入物質を含むものであれば特に限定されず、例えば図1に示す電荷注入層4と有機発光層7との積層形態のほか、電荷輸送層を加えたものや電荷輸送材料を含有させたもの等を挙げることができる。より具体的には、陽極側から、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層、電子注入層等を順次設けたものであってもよいし、必要に応じて任意の層を省略したものであってもよい。有機層を構成する上記各層は、素子の構成や構成材料の種類等に応じ、適切な厚さ(例えば0.1nm〜1μmの範囲内)で形成される。なお、有機層を構成する各層の厚さが厚すぎる場合には、一定の光出力を得るために大きな印加電圧が必要になって発光効率が悪くなることがあり、各層の厚さが薄すぎる場合には、ピンホール等が発生して電界を印加しても十分な輝度が得られないことがある。
本発明の有機発光素子の製造方法を図1の形態に基づいて説明する。図1に示す有機発光素子10の製造方法は、先ず、補助電極2が形成された基材1を準備し、その上に第1絶縁層3を形成する。次いで、第1絶縁層3上に、単画素Aを区画する第1隔壁11を形成した後、その区画内に電荷注入層4を形成する。次いで、その電荷注入層4上に、所定パターンからなる絶縁性構造体13を形成した後、所定のパターンからなる第1電極5を形成し、その第1電極5上に第1電極5と平面視で同じ大きさの第2絶縁層6を形成して積層体9を形成する。この積層体9と前記の絶縁性構造体13は第2隔壁12として作用し、その第2隔壁12,12間及び第2隔壁12と第1隔壁11との間に均一厚さTからなる有機発光層7を形成する。その後、全体を覆うように第2電極8を形成して、図1に示す形態の有機発光素子10を製造する。
次に、本発明の有機発光トランジスタ及び発光表示装置について説明するが、以下により限定されるものではない。本発明の有機発光トランジスタは、上述した本発明の有機発光素子がシート状基材の上にマトリクス配置されたものであり、上記本発明の有機発光素子と、その有機発光素子が備える第1電極5と第2電極8との間に一定電圧(ドレイン電圧VD)を印加する第1電圧供給手段と、その有機発光素子が備える第1電極5と補助電極2との間に可変電圧(ゲート電圧VG)を印加する第2電圧供給手段とを有する。
補助電極2としての厚さ100nmのITO膜付きのガラス基材1上に、第1絶縁層3としてPVP系のフォトレジスト(東京応化工業株式会社製、商品名:TMR−P10)をスピンコート法により300nmの厚さで成膜した。次いで、その第1絶縁層3上に、第1隔壁形成用材料としてのフォトレジスト(東京応化工業株式会社製、商品名:TFR−H)を厚さ1.0μmで成膜した後、フォトリソグラフィにより幅50μmで高さ1μmの第1隔壁11(四辺)を形成して単画素Aを区画形成すると共に、同時に、幅20μmで高さ1μmの絶縁性構造体13を形成した。次に、その区画内の第1絶縁層3上に電荷(正孔)注入層4としてのポリ3ヘキシルチオフェン(厚さ50nm)をインクジェット法により形成し、さらにその後、その電荷注入層4上に、マスク蒸着法により第1電極5(陽極)としてのAu(厚さ30nm)を成膜した後、その第1電極5を覆うようにしてポジ型のフォトレジスト(東京応化工業株式会社製、商品名:TFR−H)をスピンコート法により塗布した。その後、基材側からg、h、i線を含む露光光を照射して、第1電極(陽極)間のポジ型のフォトレジスト膜を露光し、その後、アルカリ現像液(商品名:NMD−3)で現像して、第1電極5上のみに第2絶縁層6としてのレジスト膜(厚さ1.0μm)を形成し、それ以外のレジスト膜は除去して積層体8を形成した。さらにその後、積層体9及び絶縁性構造体13間の電荷注入層4上に、有機発光材料であるポリフルオレン共重合体(アメリカンダイソース社製、商品名:ADS132GE)を厚さ80nmとなるようにインクジェット法により塗布形成した。次いで、全体を覆うように、電子注入層としてのCa(厚さ50nm)と第2電極8としてのAg(厚さ100nm)をその順で真空蒸着により積層して、実施例1の有機発光素子を作製した。
上記実施例1と同じ層構成で各層を形成したが、隔壁形態は図17に示す形態からなる実施例2の有機発光素子を作製した。単画素Aは横2.25mm×縦2.0mmであり、第1隔壁11の幅は50μmで第3隔壁の幅は10μmであり、さらに絶縁性構造体13は第1隔壁11に接続せず、150μmピッチで左右方向に並設した。こうした隔壁で形成された塗布領域D内への電荷(正孔)注入層4としてのポリ3ヘキシルチオフェンインキの塗布形成は、1ショットあたり40ピコリットル吐出するインクジェット装置を用いた。なお、隔壁は弱い撥インキ性となっており、また、第1隔壁11の上面と絶縁性構造体13の上面とは同じ位置にあり、それらは電荷(正孔)注入層4の上面よりも950nm高い位置になるように形成した。また、電荷(正孔)注入層4の厚さは平均50nmであり、各部のバラツキは±5%以内に入っていた。次に、実施例1と同じ方法で積層体9を形成した。こうした隔壁で形成された塗布領域D内への有機発光層形成用インキの塗布形成は、1ショットあたり40ピコリットル吐出するインクジェット装置を用いた。なお、隔壁は弱い撥インキ性となっており、また、積層体9は、第1隔壁11及び絶縁性構造体13の上面よりも50nm高い位置にあり、それらは有機発光層7の上面よりも950nm高い位置になるように形成した。また、有機発光層7の厚さは平均80nmであり、各部のバラツキは±5%以内に入っていた。
補助電極2としての厚さ100nmのITO膜付きのガラス基材1上に、第1絶縁層3としてPVP系のフォトレジスト(東京応化工業株式会社製、商品名:TMR−P10)をスピンコート法により300nmの厚さで成膜した。次いで、その絶縁層3上に、第1隔壁形成用材料としてのフォトレジスト(東京応化工業株式会社製、商品名:TFR−H)を厚さ1.0μmで成膜した後、フォトリソグラフィにより幅50μmで高さ1μmの第1隔壁11(四辺)を形成して単画素Aを区画形成すると共に、同時に、そのフォトリソグラフィにより、幅20μmで高さ1μmの絶縁性構造体13を形成した。次に、その区画内の第1絶縁層3上に、マスク蒸着法により第1電極5(陽極)としてのAu(厚さ30nm)を成膜した後、その第1電極5を覆うようにしてポジ型のレジスト(東京応化工業株式会社製、商品名:商品名:TFR−H)をスピンコート法により塗布した。その後、基材側からg、h、i線を含む露光光を照射して、第1電極5(陽極)間のポジ型のレジスト膜を露光し、その後、アルカリ現像液(商品名:NMD−3)で現像して、第1電極5上のみに第2絶縁層6としてのレジスト膜(厚さ1.0μm)を形成し、それ以外のレジスト膜は除去して積層体8を形成した。さらにその後、積層体9と絶縁性構造体13との間及び積層体9と第1隔壁11との間の第1絶縁層3上に、電荷(正孔)注入層4としてのポリ3ヘキシルチオフェン(厚さ80nm)をインクジェット法により塗布形成し、さらにその電荷注入層4上に、有機半導体材料であるポリフルオレン共重合体(アメリカンダイソース社製、商品名:ADS259BE)を厚さ80nmとなるようにインクジェット法により塗布形成した。次いで、全体を覆うように、電子注入層としてのCa(厚さ50nm)と第2電極8としてのAg(厚さ100nm)をその順で真空蒸着により積層して、実施例4の有機トランジスタを作製した。
実施例1において、絶縁性構造体13と積層体9を形成しない他は、実施例1と同様にして、比較例1の有機発光素子を作製した。
実施例2において、絶縁性構造体13と積層体9を形成しない他は、実施例1と同様にして、比較例2の有機発光素子を作製した。
比較例1,2の有機発光素子の発光面を実体顕微鏡(Leica製)を用いて観察すると、いずれも目視で発光ムラが観察された。
1 基材
2 補助電極
3 第1絶縁層
4 第1電極
5 第1電極
5a 第1電極の底面
5b 第1電極の端面
6 第2絶縁層
7 有機発光層
8 第2電極
9 積層体
11 第1隔壁
12 第2隔壁
13 絶縁性構造体
61 基材
62 A電極
63 電荷注入層
64 有機発光層
65 B電極
70 有機EL素子
140 有機トランジスタ
163 画像信号供給源
164 電圧制御回路
180,181 画素
183 第一スイッチングトランジスタ
184 第二スイッチングトランジスタ
185 電圧保持用コンデンサ
186 グランド配線
187 第一スイッチング配線
188 第二スイッチング配線
189 定電圧印加線
193a 第一スイッチングトランジスタのソース
193b 第二スイッチングトランジスタのソース
194a 第一スイッチングトランジスタのゲート
194b 第二スイッチングトランジスタのゲート
195a 第一スイッチングトランジスタのドレイン
195b 第二スイッチングトランジスタのドレイン
209 電流供給線
VG ゲート電圧
VD ドレイン電圧
A 単画素
D 塗布領域
Sα,Sβ,S1,S2,S3,S4 領域
T 有機発光層の厚さ
T1 第1電極の厚さ
T2 第2絶縁層の厚さ
T3 絶縁性構造体の厚さ
T4 第1隔壁の厚さ
Claims (14)
- 基材と、当該基材上に設けられた補助電極と、少なくとも当該補助電極を覆うように設けられた第1絶縁層と、当該第1絶縁層上に設けられた電荷注入層と、前記第1絶縁層上又は前記電荷注入層上に所定のパターンで設けられた第1電極及び第2絶縁層からなる積層体と、当該積層体が設けられていない前記電荷注入層上に塗布形成された有機発光層と、少なくとも当該有機発光層を覆うように設けられた第2電極とで少なくとも構成された単画素を多数有する有機発光素子であって、
前記単画素は、隣接する他の単画素との間で前記有機発光層を区画する第1隔壁と、当該第1隔壁同士の間に設けられて前記有機発光層の塗工厚が均一になるように区画する、少なくとも1以上の第2隔壁とを有し、
前記第1隔壁及び前記第2隔壁の少なくとも一方が、前記積層体であることを特徴とする有機発光素子。 - 複数設けられている前記第2隔壁のうちの一部の第2隔壁が、所定のパターンで設けられた絶縁性構造体である、請求項1に記載の有機発光素子。
- 前記第2隔壁の一部又は全部が前記第1隔壁から離間して設けられている、請求項1又は2に記載の有機発光素子。
- 前記第2隔壁同士が離間して設けられている、請求項1〜3のいずれかに記載の有機発光素子。
- 前記第2隔壁が柱状構造体である、請求項1〜4のいずれかに記載の有機発光素子。
- 前記単画素の平面積が0.25mm2以上である、請求項1〜5のいずれかに記載の発光素子。
- 前記第2隔壁の単位面積あたりの形成密度が、前記単画素内に設けられた各部で同じである、請求項1〜6のいずれかに記載の有機発光素子。
- 前記電荷注入層が塗布形成された層である、請求項1〜7のいずれかに記載の有機発光素子。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の有機発光素子と、当該有機発光素子が備える第1電極と第2電極との間に一定電圧を印加する第1電圧供給手段と、当該有機発光素子が備える第1電極と補助電極との間に可変電圧を印加する第2電圧供給手段とを有することを特徴とする有機発光トランジスタ。
- 複数の発光部をマトリクス状に配置した発光表示装置であって、前記複数の発光部の各々は、請求項1〜8のいずれかに記載の有機発光素子を有することを特徴とする発光表示装置。
- 基材と、当該基材上に設けられた補助電極と、少なくとも当該補助電極を覆うように設けられた第1絶縁層と、当該第1絶縁層上に設けられた電荷注入層と、前記第1絶縁層上又は前記電荷注入層上に所定のパターンで設けられた第1電極及び第2絶縁層からなる積層体と、当該積層体が設けられていない前記電荷注入層上に塗布形成された有機半導体層と、少なくとも当該有機半導体層を覆うように設けられた第2電極とで少なくとも構成された単素子を多数有する有機トランジスタ素子であって、
前記単素子は、隣接する他の単素子との間で前記有機半導体層を区画する第1隔壁と、当該第1隔壁同士の間に設けられて前記有機半導体層の塗工厚が均一になるように区画する、少なくとも1以上の第2隔壁とを有し、
前記第1隔壁及び前記第2隔壁の少なくとも一方が、前記積層体であることを特徴とする有機トランジスタ素子。 - 複数設けられている前記第2隔壁のうちの一部の第2隔壁が、所定のパターンで設けられた絶縁性構造体である、請求項11に記載の有機トランジスタ素子。
- 基材と、当該基材上に設けられたA電極と、少なくとも当該A電極を覆うように設けられた電荷注入層と、前記A電極上又は前記電荷注入層上に所定のパターンで設けられた絶縁性構造体と、当該絶縁性構造体が設けられていない前記電荷注入層上に塗布形成された有機発光層と、少なくとも当該有機発光層を覆うように設けられたB電極とで少なくとも構成された単画素を多数有する有機発光素子であって、
前記単画素は、隣接する他の単画素との間で前記有機発光層を区画する絶縁性の第1隔壁と、当該第1隔壁同士の間に設けられて前記有機発光層の塗工厚が均一になるように区画する、少なくとも1以上の第2隔壁とを有し、当該第2隔壁が前記絶縁性構造体であることを特徴とする有機発光素子。 - 前記電荷注入層が塗布形成された層である、請求項13に記載の有機発光素子。
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