JP2008140620A - 有機ｅｌ発光装置の製造方法及びその有機ｅｌ発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便に高効率を実現することができる有機ＥＬ発光装置の製造方法及びその有機ＥＬ発光装置を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる有機ＥＬ発光装置の製造方法は、陽極１０２、複数の層を有する有機層１０４、陰極１０５が順次形成される方法である。そして、陽極１０２を形成する工程と、陽極１０２上に比重の異なる２種類以上の材料が含まれた分散溶液を塗布する工程と、塗布された分散溶液を所定の時間放置する工程と、所定の時間放置した分散溶液を乾燥させ、有機層１０４の複数の層のうち、２以上の層を形成する工程と、有機層１０４上に陰極１０５を形成する工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ発光装置の製造方法及びその有機ＥＬ発光装置に関する。

有機ＥＬ（Electro-luminescence）素子は有機ＬＥＤ（Light-emitting Diode）素子とも呼ばれ、陽極と陰極とで発光材料を含む有機層を挟持する構成を備え、両電極間に通電することにより発光する。具体的には、対向する電極から注入されたホールおよび電子が発光層内で結合し、そのエネルギーで発光層中の発光材料を励起させ、発光材料に応じた色の発光を行う。このような有機ＥＬ素子を有する有機ＥＬ表示装置は、自己発光表示装置であるため、視野角が広く、応答速度が速い。また、バックライトが不要であるため、薄型軽量化が可能である。これらの理由から、近年、有機ＥＬ表示装置は、液晶表示装置に代わる表示装置として注目されており、例えば携帯電話、車載、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の広い分野で使用され始めている。中小型表示装置が主流であるが、大型テレビへの応用に向けても研究開発が続けられている（例えば、非特許文献１参照）。

このような有機ＥＬ表示装置は、低分子化合物を用いた素子と高分子化合物を用いた素子とに分類することができる。低分子化合物を用いた素子は、真空蒸着を通じて薄膜を製造し、発光材料の精製と高純度化が容易で、カラー画素を具現し易い。しかし、上記の低分子化合物は熱安定性が劣ることから、高分子化合物を用いた有機ＥＬ素子の開発が活発におこなわれている。高分子化合物を使用した場合、低分子化合物にはない優れた熱安定性を得られることが期待できる。また、高分子化合物は塗布による素子作製が可能となるため、蒸着法に頼らざるをえない低分子化合物に比べて製造プロセスの簡略化が可能となる。

しかしながら、これまで報告された高分子では必ずしも電気伝導度が高くなく、駆動に高電圧が必要であった。このため、より駆動電圧が低く、高効率である高分子有機ＥＬ素子が要望されている。

そこで、有機ＥＬ素子の長寿命化及び高輝度化を実現できる有機ＥＬ素子の製造方法が、例えば特許文献１に記載されている。これは、２以上の層に対応するそれぞれの分散（混合）溶液を陽極上に順次塗布し、２以上の層を一緒に乾燥させる方法である。これにより、層の接触面積を上げて、電子／ホールの結合効率、すなわち発光効率を高めている。
特開２００５−２６００３号公報 株式会社テクノタイムズ社、「月刊ディスプレイ９月号」、Ｐ１−１０

しかし、特許文献１の技術では、それぞれの層に対応する溶液を生成して、これらの溶液をそれぞれ塗布しなければならないため煩雑である。

本発明は、上記の問題を鑑みるためになされたものであり、簡便に高効率を実現することができる有機ＥＬ発光装置の製造方法及びその有機ＥＬ発光装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる有機ＥＬ発光装置の製造方法は、第１の電極、複数の層を有する有機層、第２の電極が順次形成される工程を含む有機ＥＬ発光装置の製造方法であって、前記第１の電極を形成する工程と、前記第１の電極上に比重の異なる２種類以上の材料が含まれた分散溶液を塗布する工程と、塗布された前記分散溶液を所定の時間放置する工程と、所定の時間放置した分散溶液を乾燥させ、前記有機層の複数の層のうち、２以上の層を形成する工程と、前記有機層上に前記第２の電極を形成する工程とを含む方法である。これにより、簡便に高効率を実現することができる。

上記の有機ＥＬ発光装置の製造方法であって、前記第１の電極が陽極であり、前記有機層が、前記陽極上にホール輸送層、発光層、及び電子輸送層が順次積層された構成を有し、前記ホール輸送層と前記発光層とは、分散溶液を塗布することによって形成されることを特徴とし、前記分散溶液に含まれる材料は、発光層を形成する材料を含み、かつ前記発光層を形成する材料よりも比重の重いホール輸送層を形成する材料を含んでもよい。

また、上記の有機ＥＬ発光装置の製造方法であって、前記第１の電極が陽極であり、前記有機層が、前記陽極上にホール輸送層、発光層、電子輸送層が順次積層された構成を有し、前記分散溶液に含まれる材料は、発光層を形成する材料を含み、かつ前記発光層を形成する材料より比重の重いホール輸送層を形成する材料及び前記発光層を形成する材料より比重の軽い電子輸送層を形成する材料のうち少なくとも一方を含んでもよい。

さらに、上記の有機ＥＬ発光装置の製造方法であって、前記第１の電極が陰極であり、前記有機層が、前記陰極上に電子輸送層、発光層、ホール輸送層が順次積層された構成を有し、前記分散溶液に含まれる材料は、発光層を形成する材料を含み、かつ前記発光層を形成する材料より比重の重い電子輸送層を形成する材料及び前記発光層を形成する材料より比重の軽いホール輸送層を形成する材料のうち少なくとも一方を含んでもよい。このように、陽極上に有機層を形成してもよいし、陰極上に有機層を形成してもよい。

そして、上記の有機ＥＬ発光装置の製造方法であって、前記分散溶液に用いられる溶媒は、前記分散溶液中に含まれるいずれの材料の比重よりも比重が軽い溶媒を選択するのが好ましい。これにより、材料を溶媒中に分散させることができる。

他方、本発明にかかる有機ＥＬ発光装置は、第１の電極と、前記第１の電極上に形成され、複数の層を有する有機層であって、当該複数の層のうち、隣接する少なくとも２以上の層が、前記第１の電極側の層になるにつれて、比重の重い材料によって形成され、前記２以上の層の境界領域に連続的な組成変化が生じる有機層と、前記有機層上に形成された第２の電極とを有するものである。これにより、簡便に高効率を実現することができる。

また、上記の有機ＥＬ発光装置であって、前記第１の電極が陽極であり、前記有機層が、前記陽極上にホール輸送層、発光層、電子輸送層が順次積層された構成を有し、発光層を形成する材料が、ホール輸送層を形成する材料よりも比重が軽い、又は／及び電子輸送層を形成する材料より比重が重くてもよい。

さらに、上記の有機ＥＬ発光装置であって、前記第１の電極が陰極であり、前記有機層が、前記陰極上に電子輸送層、発光層、ホール輸送層が順次積層された構成を有し、発光層を形成する材料が、電子輸送層を形成する材料よりも比重が軽い、又は／及びホール輸送層を形成する材料よりも比重が重くてもよい。このように、陽極上に有機層を形成してもよいし、陰極上に有機層を形成してもよい。

なお、上記の有機ＥＬ発光装置であって、連続的な組成変化が生じている前記境界領域は厚さが１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であるのが好ましい。これにより、エネルギー障壁が飛び越えやすくなり、高効率化を実現できる。

本発明によれば、簡便に高効率を実現することができる有機ＥＬ発光装置の製造方法及びその有機ＥＬ発光装置を提供することができる。

実施の形態．
本実施の形態にかかる有機ＥＬ発光装置の一例として有機ＥＬ表示装置の構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、有機ＥＬ素子の構成を示す断面図である。図２は、有機ＥＬ表示装置の有機ＥＬ素子が形成されている素子基板を示す平面図である。図１及び図２において、同一の要素には同一の符号を付している。ここでは、有機ＥＬ表示装置の一例として、パッシブ駆動のドットマトリックス方式の有機ＥＬ表示装置について説明する。

図１に示すように、有機ＥＬ表示パネル１００は、素子基板１０１、陽極１０２、絶縁層１０３、有機層１０４、陰極１０５、封止基板１０６、陽極補助配線１０７、陽極接続端子１０８、陰極補助配線１０９、陰極接続端子１１０、隔壁１１１、捕水材１１２、接着材１１３、カラーフィルタ層１１９、平坦化膜１２０を有している。なお、図１における断面図は、図２の素子基板１０１に封止基板１０６を貼り合わせた後のＡ−Ａ断面図である。

素子基板１０１は、ガラスなどからなる透明な矩形状の平板部材である。第１の電極である陽極１０２は、ＩＴＯ（Indium
Tin Oxide）などの透明性導電材料からなり、素子基板１０１上に形成されている。図２に示すように、複数の陽極１０２は、一定間隔を隔ててそれぞれ平行に形成されている。また、素子基板１０１上には、それぞれの陽極１０２に延設された陽極補助配線１０７及び陽極補助配線１０７の端部に配置される陽極接続端子１０８が設けられる。

また、素子基板１０１上には、後述するそれぞれの陰極１０５に接続された陰極補助配線１０９及び陰極補助配線１０９の端部に配置された陰極接続端子１１０が設けられる。陰極補助配線１０９は陰極１０５に対応して形成され、陽極１０２に対し垂直方向に形成される。陽極補助配線１０７、陽極接続端子１０８、陰極補助配線１０９、陰極接続端子１１０は、接続部の低抵抗化のために金属材料から形成することができる。

陽極１０２、陰極補助配線１０９、陰極接続端子１１０が形成された素子基板１０１上には、絶縁層１０３が形成される。絶縁層１０３は、陽極１０２と後述する陰極１０５との絶縁を確保するために設けられる。絶縁層１０３は、ポリイミドなどの絶縁材料からなる。絶縁層１０３には、陽極１０２と後述する陰極１０５との交差位置、すなわち画素となる位置に対応して開口部１１４が設けられている。つまり、絶縁層１０３は、有機層１０４と陽極１０２とが接触する開口部１１４を画定する役割を果たしている。この開口部１１４に対応する位置が画素となる。また、絶縁層１０３には、陰極１０５と陰極補助配線１０９とを電気的に接続するためのコンタクトホールが設けられている。

絶縁層１０３上には、隔壁１１１が形成される。隔壁１１１は、分離された陰極１０５を形成するため、陰極１０５を蒸着などにより形成する前に所望のパターンに形成される。陽極１０２に対し垂直に、陰極１０５に対して平行に設けられる。陰極１０５の分離をより確実なものとするため、隔壁１１１は逆テーパ構造を有している。すなわち、素子基板１０１から離れるにつれて、断面が広がるように形成される。

有機層１０４は、ホール輸送層、発光層、電子輸送層を順次積層した構成を有している。また、有機層１０４を一般的な、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層を順次積層した構成としてもよい。さらには、これらの層の間に中間層を設けた構成としてもよい。有機層１０４は、前述した陽極１０２、絶縁層１０３、隔壁１１１の上に、所定の大きさで配置される。ここでは、これら複数の層のうち、隣接する少なくとも２以上の層を溶液プロセス（ウェットプロセス）によって形成する。もちろん、全ての層を溶液プロセスによって形成してもよい。

溶液プロセスによって形成される層は、これらの層に対応する材料を溶媒に混合した分散溶液を塗布することにより形成される。また、これらの層は、陽極１０２側の層になるにつれて、比重が重い材料が用いられる。例えば、ホール輸送層、発光層、電子輸送層の３層を溶液プロセスで形成する場合、材料の比重が、ホール輸送層を形成する材料（ホール系材料）＞発光層を形成する材料（発光材料）＞電子輸送層を形成する材料（電子系材料）となっている。ここでは、溶液プロセスによって２以上の層を形成すればよいので、上記の分散溶液に含まれる材料は、発光材料を含み、かつ発光材料より比重の重いホール系材料及び発光材料より比重の軽い電子系材料のうち少なくとも一方を含む。

また、分散溶液を塗布することにより形成される層の間、つまり境界領域は、連続的な組成変化を有する。すなわち、これらの層の境界領域は、ヘテロ界面となっており、それぞれの材料が混合された状態の混合層を有する。また、境界領域は、厚さ１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度が好ましい。つまり、１層ずつ形成した場合の界面から上層及び下層側に共に厚さ５〜１５ｎｍ程度となっている。また、さらに好ましくは、境界領域の厚さは、１５〜２５ｎｍ程度である。なお、分散溶液を塗布することよって形成しない層は、蒸着法等によって形成することができる。

第２の電極である陰極１０５は、光反射性を有するアルミニウムなどの導電性材料からなり、有機層１０４上に設けられる。陰極１０５は、隔壁１１１によって分離されるため、隔壁１１１の間に配設される。したがって、陰極１０５は陽極１０２に対して垂直に設けられる。陽極１０２と陰極１０５とが交差する位置が画素となる。有機ＥＬ素子１１５は、素子基板１０１上に順次積層された陽極１０２、有機層１０４、陰極１０５を備える。複数の画素から構成される領域が、表示領域１１６となる。

カラーフィルタ層１１９は、陽極１０２と視認側の素子基板１０１との間に形成されている。カラーフィルタ層１１９は、一般的にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に着色された着色層と、着色層の間に配置される遮光層とを有している。各画素は、順次積層されたカラーフィルタ層１１９、陽極１０２、有機層１０４及び陰極１０５を備えている。また、カラーフィルタ層１１９上には、凹凸を均すための平坦化膜１２０を形成される。これにより、平坦化膜１２０上に形成される陽極１０２の被覆性が向上する。なお、カラーフィルタ層１１９、平坦化膜１２０は、形成されていなくてもよい。

封止基板１０６は、パネル中に水分や酸素が入らないように設けられる。封止基板１０６としては、ステンレス鋼、アルミニウム又はその合金などの金属類のほか、ガラス、アクリル系樹脂などの１種類又は、２種類以上からなるものを使用することができる。封止基板１０６の画素に対向する面上には、捕水材１１２を配置するための凹部が形成されている。

封止基板１０６と素子基板１０１とは、光硬化型の接着材１１３を介して固着されている。接着材１１３としては、水分などの透過性の低い紫外線硬化型のエポキシ系接着材などを用いることができる。接着材１１３は、表示領域１１６を囲むように形成されている。すなわち、接着材１１３は、封止基板１０６に形成されている凹部を囲む凸部に配置される。接着材１１３は、封止基板１０６と素子基板１０１とを固着し、表示領域１１６を含む空間を封止する。すなわち、有機ＥＬ素子１１５は、素子基板１０１、封止基板１０６、接着材１１３とで形成される気密空間に配置される。

気密空間内には、画素のほか、画素への水分や酸素の影響を抑制し、安定した発光特性を維持するための捕水材１１２が設けられている。捕水材１１２は、封止基板１０６上の、有機ＥＬ素子１１５と対向する面に形成された凹部に設けられている。また、捕水材１１２は、封止基板１０６に形成された凹部の内部側面と接触しないように、一定の間隔を設けて配設されている。

捕水材１１２としては、無機系の乾燥剤や、水分と反応性の高い有機金属化合物を膜状にしたもの、さらに、フッ素系オイルからなる不活性液体中に固体の吸湿剤を混合したものなどを用いることができる。

また、封止基板１０６は、陽極補助配線１０７の一部と陽極接続端子１０８及び陰極補助配線１０９の一部と陰極接続端子１１０からなる引き出し部を素子基板１０１、封止基板１０６、接着材１１３とで形成される気密空間から露出するために、素子基板１０１よりも大きさが小さくなっている。すなわち、陽極接続端子１０８及び陰極接続端子１１０は、接着材１１３の外側に配置される。

図１に示すように、駆動回路は、陽極接続端子１０８、陽極補助配線１０７を介して陽極１０２と電気的に接続されている。駆動回路が設けられたＴＣＰ（Tape Carrier Package）１１７と陽極接続端子１０８又は陰極接続端子１１０とは、ＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film：異方性導電膜）１１８を介して接続される。図１に示すように、陽極接続端子１０８とＴＣＰ１１７との間にＡＣＦ１１８が配置される。ＡＣＦ１１８が、陽極接続端子１０８とＴＣＰ１１７とを物理的に固定し、さらに、ＡＣＦ１１８に含まれる導電粒子により陽極接続端子１０８とＴＣＰ１１７の接続配線を電気的に接続する。なお、陰極１０５も同様に駆動回路が接続される。

素子基板１０１の視認側には、円偏光板（不図示）を配置してもよい。この円偏光板は、視認側から入って金属膜からなる陰極１０５によって反射される光を遮蔽し、有機ＥＬ表示装置の表示コントラストを改善するために設けられる。円偏光板は、直線偏光板とλ／４波長板とからなる。また、素子基板１０１にλ／４波長板の機能を持たせて、直線偏光板だけを貼着するようにしてもよい。本実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置は、上記のように構成される。なお、有機ＥＬ表示装置は、上記の構成に限らず、これ以外の構成でもよい。

画素の陽極１０２と陰極１０５との間に電流を供給することによって、陽極１０２からはホールが、陰極１０５からは電子がそれぞれ有機層１０４に注入されて再結合する。その際に生ずるエネルギーにより有機層１０４内の有機発光性化合物の分子が励起される。励起された分子は基底状態に失活し、その過程において有機層１０４が発光する。また、カラーフィルタ層１１９は、有機層１０４からの光を選択的に透過し、所望の色の透過光が視認側に出射する。各画素が駆動回路からの信号に従って発光層の発光量を制御することによって、表示領域１１６は画像表示を行う。

上記の有機ＥＬ表示装置の製造方法について図３を用いて説明する。図３は有機ＥＬ表示装置の製造工程を示すフローチャートである。有機ＥＬ表示装置は画素となる有機ＥＬ素子１１５を複数配置した有機ＥＬ表示パネル１００を備えている。有機ＥＬ表示パネル１００は通常、有機ＥＬ素子１１５である画素が形成された素子基板１０１と画素を封止するため素子基板１０１と対向配置された封止基板１０６とを備えている。

まず、有機ＥＬ素子を備える素子基板１０１の製造方法について説明する。素子基板１０１には、ガラス基板を用いることができる。この素子基板１０１上に陽極材料であるＩＴＯを成膜する（ステップＳ１０１）。ＩＴＯはスパッタや蒸着によって、ガラス基板全面に均一性よく成膜することができる。フォトリソグラフィー及びエッチングによりＩＴＯパターンを形成する（ステップＳ１０２）。このＩＴＯパターンが陽極１０２となる。

ＩＴＯパターンの上から補助配線材料を成膜する（ステップＳ１０３）。補助配線材料はＡｌあるいはＡｌ合金などの低抵抗な金属材料が用いられ、スパッタ、蒸着によって成膜することができる。さらに下地との密着性を向上させるため、あるいは腐食を防止するために、Ａｌ膜の下層又は上層にＴｉＮやＣｒ等のバリア層を形成して補助配線を積層構造としても良い。このバリア層も蒸着あるいはスパッタにより形成できる。この補助配線材料をフォトリソグラフィー及びエッチングによりパターニングして、補助配線パターンを形成する（ステップＳ１０４）。これにより、陽極補助配線１０７及び陰極補助配線１０９が形成される。なお、陽極材料と補助配線材料とを順に成膜し、その後に補助配線材料と陽極材料を順番にパターニングすることも可能である。この補助配線パターンにより、陽極１０２又は陰極１０５に信号が供給される。

次に、開口部１１４を有した絶縁層１０３を形成する（ステップＳ１０５）。絶縁層１０３としては感光性のポリイミドをスピンコーティングして、フォトリソグラフィー工程でパターニングした後、キュアし、画素に対応する位置に開口部１１４を有する開口絶縁層１０３を形成することができる。同時に陰極１０５と補助配線とのコンタクトホールを形成する。

次に、隔壁１１１を形成する（ステップＳ１０６）。隔壁１１１には、例えば、ノボラック樹脂を用いる。ノボラック樹脂をスピンコートして、フォトリソグラフィー工程でパターニングした後、光反応させて隔壁１１１を形成する。隔壁１１１が逆テーパ構造を有するようネガタイプの感光性樹脂を用いることが望ましい。ネガタイプの感光性樹脂を用いると、上から光を照射した場合、深い場所ほど光反応が不十分となる。その結果、上から見た場合、硬化部分の断面積が上の方より下の方が狭い構造を有する。これが逆テーパ構造を有するという意味である。このような構造にすると、その後、陰極１０５の蒸着時に蒸着源から見て陰になる部分は蒸着が及ばないため、隣接する陰極１０５同士を分離することが可能になる。さらに、開口部１１４のＩＴＯ層の表面改質を行うために、酸素プラズマ又は紫外線を照射してもよい。

次に、開口部１１４の陽極１０２上に有機層１０４を形成する（ステップＳ１０７）。ここでは、有機層１０４は、ホール輸送層、発光層、電子輸送層を構成要素とする。ただし、これとは異なる層構成を有する場合もある。有機層１０４を構成する複数の層のうち、隣接する２以上の層を溶液プロセス、それ以外の層を蒸着法によって形成する。この溶液プロセスを行う際、比重の異なる２種類以上の材料が含まれた分散溶液を塗布する。そして、塗布された分散溶液を所定の時間、放置して比重分離させる。その後、分散溶液を乾燥させることにより、それぞれの材料に対応した２以上の隣接する層を形成する。具体的には、分散溶液は、発光材料を含み、かつ発光材料より比重の重いホール系材料及び発光材料より比重の軽い電子系材料のうち少なくとも一方の材料を含む。もちろん、分散溶液を塗布することにより形成される層は、有機層１０４の層構造に応じて適宜変更できる。つまり、分散溶液を塗布することにより形成される２以上の層は、陽極１０２側の層になるにつれて、層を形成する材料の比重が重くなっていればよい。

ここでは、ホール輸送層及び発光層を溶液プロセス、電子輸送層を蒸着法によって形成する。まず、高分子のホール系材料、発光材料、及び溶媒を混合する。これにより、溶媒中にホール系材料及び発光材料が分散された分散溶液が得られる。なお、それぞれの材料の比重は、ホール系材料＞発光材料となっている。また、混合する溶媒は、分散溶液中に含まれるいずれの材料の比重よりも比重が軽い溶媒を選択する。なお、混合する溶媒は、揮発しにくい溶媒（例えば、高沸点または低蒸気圧等の溶媒）であることが好ましい。

そして、混合された分散溶液をマスクの上から陽極１０２に向けてスプレー塗布する。比重分離するために、所定の時間放置し、その後乾燥させる。ここで、所定の時間とは、３０秒〜１２０秒、好適には５０秒〜７０秒である。上記のように、比重は、ホール系材料＞発光材料となっているので、比重の重いホール系材料が重力によって沈殿していき、比重の軽い発光材料が上層に形成される。これにより、陽極１０２上にホール輸送層、発光層が順次積層された構成となる。また、放置時間によって、層分離の状態を調整することができる。完全に層分離しない程度の放置時間にするのが好ましい。これにより、スプレー塗布法によって形成されたホール輸送層と発光層との境界領域がヘテロ界面となる。つまり、ホール輸送層と発光層との境界領域に、それぞれの層を形成する材料が混合された混合層が形成される。そして、ホール輸送層及び発光層が乾燥した後、例えば蒸着法によって電子輸送層を形成する。なお、これらの層の膜厚は、ホール輸送層が５０ｎｍ、発光層が５０ｎｍ、電子輸送層が２０ｎｍである。そして、ホール輸送層と発光層との混合層、つまり境界領域は、２０ｎｍの膜厚である。このように、有機層１０４を構成する複数の層のうち、隣接する２以上の層を選択する。もちろん、上述の構成は一例であり、これ以外の構成でもよい。

その後、蒸着装置を用い有機層１０４上に陰極１０５を蒸着する（ステップＳ１０８）。陰極１０５には、Ａｌを使用することが多いが、Ｌｉ等のアルカリ金属、Ａｇ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙ、Ｉｎやそれらを含む合金を用いることも可能である。陰極１０５はこの他、スパッタリング、イオンプレーティングなどの物理的気相成長法（ＰＶＤ）で形成することができる。これにより、画素となる有機ＥＬ素子１１５が形成される。

これらの工程により有機ＥＬ素子１１５が複数形成された素子基板１０１が製造される。通常１枚の素子基板１０１には複数の有機ＥＬ素子１１５を有する有機ＥＬ表示パネル１００が複数形成される。そして、後述する工程（ステップＳ１１０）で各有機ＥＬ表示パネル１００を切断分離することにより、１枚のマザーガラスから複数の有機ＥＬ表示パネル１００が得られる。この工程については後述する。上述の有機ＥＬ素子基板の製造工程は典型的な有機ＥＬ表示装置に用いられる素子基板の製造工程の一例であり、上述の製造工程に限られるものではない。

次に、有機ＥＬ素子１１５を封止するための封止基板１０６の製造工程について説明する。有機ＥＬ素子１１５は空気中の水分等により劣化するので、封止基板１０６を用いて封止する。封止基板１０６としては、例えばガラス基板が使用され、素子基板１０１と同様のものを用いることができる。そして、封止基板１０６となるガラス基板を加工して、凹部を形成する（ステップＳ２０１）。具体的にはエッチングにより、捕水材１１２を設けるため、封止基板１０６の一部を掘り込み凹部を形成する。

次に、捕水材１１２を形成する（ステップＳ２０２）。捕水材１１２には、例えばゼオライトが用いられる。ゼオライトは元が粉末で成形が容易、低コストであり、捕水力が高い。そして、表示領域１１６に対応する位置に、封止基板１０６の表面に捕水材１１２を配置する。すなわち、捕水材１１２は少なくとも、後述する接着材１１３が形成される位置の内側に設けられる。なお、捕水材１１２には、ゼオライトの他、酸化カルシウムや酸化バリウム、あるいは粘性捕水材などを用いることができる。

捕水材１１２の外側にディスペンサを用いて接着材１１３を塗布する（ステップＳ２０３）。接着材１１３は捕水材１１２の外側に設けられる。接着材１１３としては感光性エポキシ樹脂が望ましく、例えば、光カチオン重合型エポキシ樹脂を用いることができ、素子基板１０１と封止基板１０６を貼り合わせる機能を果たす。

次に、素子基板１０１と封止基板１０６を貼り合わせて、有機ＥＬ素子１１５を封止する（ステップＳ１０９）。両基板を加圧して、ＵＶ光を接着材１１３に照射する。これにより、接着材１１３が押し潰された状態で感光性樹脂が硬化され、素子基板１０１と封止基板１０６とを貼り合わせることができる。上述の工程により、素子基板１０１と封止基板１０６との間の空間は、接着材１１３により封止される。

上述の工程により貼り合わされた基板を切断する（ステップＳ１１０）。これにより、それぞれの有機ＥＬ表示パネル１００に分割される。次に、駆動回路などを実装する（ステップＳ１１１）。具体的には、接着材１１３で囲まれた領域から外に延設された陽極補助配線１０７の端部に形成されている陽極接続端子１０８及び陰極補助配線１０９の端部に形成されている陰極接続端子１１０にＡＣＦ１１８を貼付ける。そして、駆動回路が設けられたＴＣＰ１１７を接続する。これにより、駆動回路が実装される。この有機ＥＬ表示パネル１００が筐体に取り付けられ、有機ＥＬ表示装置が完成する（ステップＳ１１２）。

上記のようなヘテロ界面を有する有機層１０４を備える有機ＥＬ表示装置は、発光効率が高くなる。有機層１０４を構成するそれぞれの層は、エネルギーギャップ（エネルギー障壁）を有する。このエネルギー障壁を飛び越え発光層で電子とホールとが結合することにより、有機発光性化合物の分子が励起される。そして、基底状態に戻るときに、エネルギーを光として発光する。つまり、エネルギー障壁を飛び越えやすくすることができれば、発光層でホールと電子とが結合する可能性が高くなり、高効率化を実現することができる。ここで、本実施の形態のように有機層１０４を形成する２以上の層の境界領域をヘテロ界面とする、つまり混合層を設けることにより、エネルギー障壁が徐々に変化する。すなわち、層間のエネルギー障壁が見かけ上連続的に変化する状態が生起されることにより、電子及びホールの注入効率が高まってエネルギー効率が向上される。そして、低電圧でも高輝度を維持することが可能となり、長寿命化となる。さらに、低電圧化することにより、消費電力を低減することができる。また、２種類以上の材料が混合された分散溶液を塗布形成し、２以上の層を１度の工程で形成することにより、プロセスを簡素化することができる。さらには、低コスト化も実現することができる。

実施例．
上記の有機ＥＬ表示装置の製造方法によって、素子基板１０１上に陽極１０２（ここでは、ＩＴＯ）、絶縁層１０３、隔壁１１１をパターン形成した。そして、開口部１１４にて陽極１０２上に有機層１０４を形成した。本実施例では、有機層１０４をホール輸送層、発光層、電子輸送層の３層構造とした。これらの層うち、ホール輸送層と発光層の２層を上記の溶液プロセスで形成した。そして、ホール系材料として比重１．３のポリアニリン（下記式１）、発光系材料として比重１．２のポリフェニレンビニレン（下記式２）を用いた。これらの材料を比重１．０の水に混合して分散させた。この分散溶液を陽極１０２上にスプレー塗布し、１分間放置した。これにより、比重の異なるポリアニリン（ＰＡＮＩ）、ポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）が比重分離され、比重の軽いＰＰＶが上層に形成された。ここでは、放置時間を１分間としたので、完全に層分離はされず、境界領域にＰＡＮＩ及びＰＰＶの混合層が形成された。その後、これらの層を１００℃、５分間で乾燥させ、陽極１０２上にホール輸送層、発光層が順次形成された。そして、発光層上に電子輸送層を蒸着法によって形成し、有機層１０４を完成させた。なお、有機層１０４を形成するこれらの層の膜厚は、ホール輸送層が５０ｎｍ、発光層が５０ｎｍ、電子輸送層が２０ｎｍで、混合層が２０ｎｍ程度であった。このような素子基板１０１に捕水材１１２が配置された封止基板１０６を接着材１１３を介して貼り合わせた。次に、貼り合わされた基板を切断、駆動回路実装を経て、有機ＥＬ表示装置を製造した。この有機ＥＬ表示装置の有機ＥＬ素子１１５は、２．１Ｖの電圧で１５０ｃｄ／ｍ^２であった。

比較例．
上記の有機ＥＬ表示装置の製造方法によって、素子基板１０１上に陽極１０２（ここでは、ＩＴＯ）、絶縁層１０３、隔壁１１１をパターン形成した。そして、開口部１１４にて陽極１０２上に有機層１０４を形成した。本比較例では、有機層１０４をホール輸送層、発光層、電子輸送層の３層構造とした。そして、ホール系材料としてＰＡＮＩ、発光系材料としてＰＰＶを用いた。これらの材料をそれぞれ水中に分散させた。まず、陽極１０２上にＰＡＮＩの分散液をスプレー塗布し、１分放置後、１００℃、５分間で乾燥させた。これにより、陽極１０２上にホール輸送層が形成された。次に、ホール輸送層上にＰＰＶの分散液をスプレー塗布し、１分放置後、１００℃、５分間で乾燥させた。これにより、ホール輸送層上に発光層が形成された。そして、発光層上に電子輸送層を蒸着法によって形成し、有機層１０４を完成させた。なお、有機層１０４を形成するこれらの層の膜厚は、ホール輸送層が５０ｎｍ、発光層が５０ｎｍ、電子輸送層が２０ｎｍであり、ホール輸送層と発光層との混合層は存在しなかった。このような素子基板１０１に捕水材１１２が配置された封止基板１０６を接着材１１３を介して貼り合わせた。次に、貼り合わされた基板を切断、駆動回路実装を経て、有機ＥＬ表示装置を製造した。この有機ＥＬ表示装置の有機ＥＬ素子１１５は、２．４Ｖの電圧で１００ｃｄ／ｍ^２であった。以上のことにより、実施例のほうが比較例よりも低電圧で高輝度を実現できることが分かった。

ここで、上記の実施例及び比較例の有機ＥＬ表示装置の電圧による輝度の関係を図４を用いて説明する。図４は、有機ＥＬ表示装置の電圧による輝度の関係を示すグラフである。図４において、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ^２）、横軸は電圧（Ｖ）である。太い実線は、実施例において放置時間を１分とした有機ＥＬ表示装置を表す。細い破線は、実施例において放置時間を０分とした有機ＥＬ表示装置を表す。細い実線は、実施例において放置時間を３分とした有機ＥＬ表示装置を表す。また、これらの有機ＥＬ表示装置は、分散溶液のスプレー塗布後の放置時間を可変する以外においては全て同じ方法で製造される。太い破線は、比較例の有機ＥＬ表示装置を表す。

図４から分かるように、実施例において放置時間を１分とした有機ＥＬ表示装置が最良特性を示すことが分かった。つまり、その他の有機ＥＬ表示装置と比較して、放置時間１分の有機ＥＬ表示装置は、低電圧でも高輝度を実現できた。次に、放置時間３分の有機ＥＬ表示装置の特性がよいこと分かった。この特性は、比較例１の特性とほぼ同等であった。すなわち、放置時間３分の有機ＥＬ表示装置のＶＬ曲線と、比較例１の有機ＥＬ表示装置のＶＬ曲線とは略同じになった。そして、放置時間０分の有機ＥＬ表示装置は特性が良くなかった。つまり、その他の有機ＥＬ表示装置と比較して、放置時間０分の有機ＥＬ表示装置は、同電圧で最も輝度が低かった。

次に、実施例において放置時間を０、１、３分とした有機ＥＬ表示装置に対して飛行時間型二次イオン質量分析法（Time-of-flight
Secondary Ion Mass Spectrometry；TOF-SIMS）を行った。これは、イオンパルスの照射によって最表面から発生する二次イオンを、飛行時間型質量分析計で分析することによって表面の化学構造を調べる方法である。上記の有機ＥＬ表示装置の有機層１０４のＴＯＦ−ＳＩＭＳ結果を図５に示す。図５は、ホール輸送層（ＰＡＮＩ層）及び発光層（ＰＰＶ層）中の窒素（Ｎ）の強度を示すグラフである。図５において、縦軸がＮの強度（ａ．ｕ．）であり、横軸がＰＡＮＩ層と陽極１０２（ＩＴＯ）との界面から、ＰＡＮＩ側（上方向）への深さを示す。また、図５中に示されたＰＡＮＩ層とＰＰＶ層との間の一点鎖線は、厚さ５０ｎｍのホール輸送層と発光層との間を示している。太い実線は、実施例において放置時間を１分とした有機ＥＬ表示装置を表す。細い破線は、実施例において放置時間を０分とした有機ＥＬ表示装置を表す。細い実線は、実施例において放置時間を３分とした有機ＥＬ表示装置を表す。また、これらの有機ＥＬ表示装置は、放置時間を可変する以外においては全て同じ方法で製造される。

なお、上記に示された化学式より、ＰＡＮＩにはＮが含まれ、ＰＰＶにはＮが含まれていない。つまり、発光層（ＰＰＶ層）に存在するＮの検出強度により、ＰＰＶ層中にＰＡＮＩがどのくらい含まれているか分かる。換言すると、発光層中のどの部分にどのくらいホール系材料が含まれるかが分かる。図５に示されるように、放置時間０分の有機ＥＬ表示装置では、ＰＰＶ層中にかなりＰＡＮＩが分散され、ほとんど層分離が行われていなかった。つまり、発光層の方に存在するＰＡＮＩの量が多いため、ホール輸送層中のＰＡＮＩの存在量が少ないことが分かった。このため、ホール系材料であるＰＡＮＩがＩＴＯ界面に存在する量が少なく、従来のホール輸送層としての機能を充分に発揮できていないことが推測できる。これにより、図４に示されるように、放置時間０分の有機ＥＬ表示装置の特性が良くなかったと考えられる。

放置時間１分の有機ＥＬ表示装置では、ＰＰＶ層とＰＡＮＩ層との境界領域のみに両材料が分散され、混合層が形成されていた。つまり、ＰＰＶ層とＰＡＮＩ層との境界領域がヘテロ界面となっていた。なお、境界領域は、図５から分かるように、一点鎖線（ＩＴＯとＰＡＮＩ層の界面から厚さ５０ｎｍ）からＰＡＮＩ層側及びＰＰＶ層側へそれぞれ１０ｎｍ程度の領域であった。すなわち、境界領域の厚さは、２０ｎｍ程度となった。このように、ホール系材料であるＰＡＮＩと発光材料であるＰＰＶがこれらの境界領域でほどよく混和される事で、少ないエネルギー障壁でホールが発光層に入ると推測される。これにより、図４に示されたように、放置時間１分の有機ＥＬ表示装置が最も良い特性を持つと考えられる。また、放置時間１分の有機ＥＬ表示装置は、放置時間０分の有機ＥＬ表示装置とは異なり、ＰＡＮＩ層とＰＰＶ層とが適度に層分離されていた。つまり、ＰＰＶ層において、ＰＡＮＩ層との境界領域のみでＰＡＮＩが分散されているため、放置時間０分の有機ＥＬ表示装置と比較して、ＰＡＮＩがＩＴＯ界面に存在する量が多くなった。このため、上記のようにホール輸送層としての機能を充分に発揮できないことにより、特性が低下することを抑制することができる。

また、放置時間３分では、ＰＡＮＩとＰＰＶとが略完全に層分離がされていることが分かる。放置時間３分の間に、比重の違いでＰＡＮＩとＰＰＶが略完全に層分離し、ＰＡＮＩとＰＰＶを別々に塗布した比較例と同様の界面が出来たと推測できる。このため、図４では、実施例において放置時間を３分とした有機ＥＬ表示装置と比較例の有機ＥＬ表示装置とが略同じＶＬ曲線であったと考えられる。このように、本発明の有機ＥＬ表示装置は、低電圧で高輝度を実現することができる。

なお、本実施の形態では、陽極１０２上に有機層１０４を塗布したが、陰極１０５上に有機層１０４を塗布してもよい。すなわち、陰極１０５を下側（素子基板１０１側）に形成し、陽極１０２を上側に形成してもよい。この場合、有機層１０４は陰極１０５側から電子輸送層、発光層、ホール輸送層と順次形成される。電子輸送層、発光層、ホール輸送層の３層を溶液プロセスで形成する場合、それぞれの層を形成する材料の比重は、電子系材料＞発光材料＞ホール系材料となる。

また、陰極１０５上に電子輸送層及び発光層をスプレー塗布法によって形成する場合、比重が電子系材料＞発光材料となる材料を選択する。そして、発光材料より比重が軽い溶媒を選択し、その溶媒中に電子系材料及び発光材料を分散させる。この分散溶液を陰極１０５上にスプレー塗布法により滴下後、比重分離させるために、所定の時間放置する。ここで、所定の時間とは、３０秒〜１２０秒、好適には５０秒〜７０秒である。そして、分散溶液を乾燥させ、電子輸送層、発光層を形成する。その後、発光層上にホール輸送層を形成し、有機層１０４を完成させる。このように、少なくとも隣接する２層以上を溶液プロセスにより形成すればよく、分散溶液に含まれる材料は、発光材料を含み、かつ発光材料より比重の重い電子系材料及び発光材料より比重の軽いホール系材料のうち少なくとも一方を含む。

もちろん、上記のように、有機層１０４の構成はこれに限られない。また、溶液プロセスによって形成される２以上の層は、どのように選択しても、いくつ選択してもよい。全ての層を上記の方法により形成してもよい。ここでは、溶液プロセスの一例として、スプレー塗布法を用いたが、インクジェット法、スピンコート法、ノズル印刷法等でもよい。さらには、有機ＥＬ表示装置でなくても有機ＥＬ素子１１５を有する有機ＥＬ発光装置であっても適用可能である。

実施の形態にかかる有機ＥＬ素子の構成を示す断面図である。 実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置の有機ＥＬ素子が形成されている素子基板を示す平面図である。 実施の形態にかかる有機ＥＬ表示装置の製造工程を示すフローチャートである。 実施の形態にかかる有機ＥＬ素子の電圧による輝度の関係を示すグラフである。 実施の形態にかかるホール輸送層及び発光層中の窒素の強度を示すグラフである。

符号の説明

１００ 有機ＥＬ表示パネル、１０１ 素子基板、１０２ 陽極、
１０３ 絶縁層、１０４ 有機層、１０５ 陰極、１０６ 封止基板、
１０７ 陽極補助配線、１０８ 陽極接続端子、１０９ 陰極補助配線、
１１０ 陰極接続端子、１１１ 隔壁、１１２ 捕水材、１１３ 接着材、
１１４ 開口部、１１５ 有機ＥＬ素子、１１６ 表示領域、
１１７ ＴＣＰ、１１８ ＡＣＦ、１１９ カラーフィルタ層、
１２０ 平坦化膜

Claims (9)

1. 第１の電極、複数の層を有する有機層、第２の電極が順次形成される工程を含む有機ＥＬ発光装置の製造方法であって、
   前記第１の電極を形成する工程と、
   前記第１の電極上に比重の異なる２種類以上の材料が含まれた分散溶液を塗布する工程と、
   塗布された前記分散溶液を所定の時間放置する工程と、
   所定の時間放置した分散溶液を乾燥させ、前記有機層の複数の層のうち、２以上の層を形成する工程と、
   前記有機層上に前記第２の電極を形成する工程とを含む有機ＥＬ発光装置の製造方法。
2. 前記第１の電極が陽極であり、
   前記有機層が、前記陽極上にホール輸送層、発光層、及び電子輸送層が順次積層された構成を有し、
   前記ホール輸送層と前記発光層とは、分散溶液を塗布することによって形成されることを特徴とし、
   前記分散溶液に含まれる材料は、発光層を形成する材料を含み、かつ前記発光層を形成する材料よりも比重の重いホール輸送層を形成する材料を含む、
   請求項１に記載の有機ＥＬ発光装置の製造方法。
3. 前記第１の電極が陽極であり、
   前記有機層が、前記陽極上にホール輸送層、発光層、電子輸送層が順次積層された構成を有し、
   前記分散溶液に含まれる材料は、発光層を形成する材料を含み、かつ前記発光層を形成する材料より比重の重いホール輸送層を形成する材料及び前記発光層を形成する材料より比重の軽い電子輸送層を形成する材料のうち少なくとも一方を含む請求項１に記載の有機ＥＬ発光装置の製造方法。
4. 前記第１の電極が陰極であり、
   前記有機層が、前記陰極上に電子輸送層、発光層、ホール輸送層が順次積層された構成を有し、
   前記分散溶液に含まれる材料は、発光層を形成する材料を含み、かつ前記発光層を形成する材料より比重の重い電子輸送層を形成する材料及び前記発光層を形成する材料より比重の軽いホール輸送層を形成する材料のうち少なくとも一方を含む請求項１に記載の有機ＥＬ発光装置の製造方法。
5. 前記分散溶液に用いられる溶媒は、前記分散溶液中に含まれるいずれの材料の比重よりも比重が軽い溶媒を選択する請求項１乃至４のいずれかに記載の有機ＥＬ発光装置の製造方法。
6. 第１の電極と、
   前記第１の電極上に形成され、複数の層を有する有機層であって、当該複数の層のうち、隣接する少なくとも２以上の層が、前記第１の電極側の層になるにつれて、比重の重い材料によって形成され、前記２以上の層の境界領域に連続的な組成変化が生じる有機層と、
   前記有機層上に形成された第２の電極とを有する有機ＥＬ発光装置。
7. 前記第１の電極が陽極であり、
   前記有機層が、前記陽極上にホール輸送層、発光層、電子輸送層が順次積層された構成を有し、
   発光層を形成する材料が、ホール輸送層を形成する材料よりも比重が軽い、又は／及び電子輸送層を形成する材料より比重が重い請求項６に記載の有機ＥＬ発光装置。
8. 前記第１の電極が陰極であり、
   前記有機層が、前記陰極上に電子輸送層、発光層、ホール輸送層が順次積層された構成を有し、
   発光層を形成する材料が、電子輸送層を形成する材料よりも比重が軽い、又は／及びホール輸送層を形成する材料よりも比重が重い請求項６に記載の有機ＥＬ発光装置。
9. 連続的な組成変化が生じている前記境界領域は厚さが１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である請求項６乃至８のいずれかに記載の有機ＥＬ発光装置。

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