JP2000068560A - 電界発光素子 - Google Patents

電界発光素子

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JP2000068560A
JP2000068560A JP10251803A JP25180398A JP2000068560A JP 2000068560 A JP2000068560 A JP 2000068560A JP 10251803 A JP10251803 A JP 10251803A JP 25180398 A JP25180398 A JP 25180398A JP 2000068560 A JP2000068560 A JP 2000068560A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 外気を遮断する能力が高く、素子劣化を抑制
した寿命の長い電界発光素子を提供する。 【解決手段】 透明基板1の上に、ITOでなる透明電
極2、有機EL層3、MgInでなる対向電極4を形成
し、発光部分を覆うように、六方晶層状構造のIn23
(ZnO)X(但し、x≧0)でなる保護膜5を形成す
る。このような構成としたことにより、緻密な保護膜5
により外気が侵入するのを抑制することができ、対向電
極4が酸化されたり対向電極4と有機EL層3との界面
剥離が発生するのを抑制することができる。このため、
素子劣化を抑制した寿命の長い電界発光素子を得ること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は電界発光素子に関
し、さらに詳しくは、有機エレクトロルミネッセンス
(以下、有機ELという)材料を発光層に含む電界発光
素子の封止技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の電界発光素子としては、相対向す
る透明基板の一方の透明基板の対向内側面に発光部が形
成されたものがある。この発光部は、一方の透明基板側
から、順次、透明電極、有機EL材を含む有機EL層、
対向電極が積層されて形成されてなる。この一方の基板
と他方の基板は、両基板の周縁部に沿って周回するよう
に配置したシール材で所定間隔を保った状態で貼り合わ
されている。この発光部が形成されている空間は、両基
板とシール材とで包囲され外気と遮断された構造となっ
ている。
【0003】また、他の従来の電界発光素子としては、
1枚の透明基板上に、透明電極、有機EL層、対向電極
が積層されてなる発光部が形成され、発光部を樹脂封止
することにより外気と遮断する構造のものがある。封止
材料としては、樹脂の他に、シリカ、SiOXなどのシ
リコン酸化物や、GeO、MoO3、GeS、SnS、
LiFなどの金属酸化物、金属硫化物、金属フッ化物が
検討されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者で
は外気との遮断性はシール材のガス透過性に依存するた
め、従来のシール材では酸素や水分などの侵入を完全に
防止することができないものであった。このため、酸素
や水分などの影響で対向電極が酸化することにより、ダ
ークスポットと呼ばれる非点灯領域が成長して電界発光
素子が劣化され、素子寿命を短くするという問題があっ
た。
【0005】後者のうち樹脂封止したものでは、外気の
遮断が不十分でありダークスポットの成長を抑えること
が困難であった。さらに、封止樹脂の材料によっては有
機EL層を劣化させる虞れがあった。また、シリカ、S
iOなどのシリコン酸化物や、GeO、MoO3、Ge
S、SnS、LiFなどの金属酸化物、金属硫化物、金
属フッ化物で封止したものでは、結晶粒径を小さくする
ことが難しいため、ある程度は酸化や水分の侵入を防ぐ
ことはできてもダークスポットの成長の抑制には不十分
である。因に、上記した金属酸化物、金属硫化物、金属
フッ化物の一般的な成膜方法としては、マグネトロンス
パッタRF法が行われるが、高速で成膜を行うと基板温
度が上昇して、有機EL層に熱的ダメージを与える不都
合があり、逆に低温(100℃以下)で成膜しようとす
ると、成膜レートが低下してスループットが低くなると
いう不都合がある。
【0006】この発明は、外気を遮断する能力が高く、
素子劣化を抑制した寿命の長い電界発光素子を提供する
ことを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
電界発光素子であって、有機EL材料を含む発光層を電
極で挟んでなる発光部が、六方晶層状構造を有する、I
23(ZnO)X(但し、x≧0)でなる保護膜で、
封止されていることを特徴としている。
【0008】請求項1記載の発明では、発光部を封止す
る保護膜が、六方晶層状構造を有する、In23(Zn
O)X(但し、x≧0)が緻密性を有する電気絶縁体で
あるため、外気が発光部に侵入するのを抑制することが
できる。
【0009】請求項2記載の発明は、請求項1記載の電
界発光素子であって、前記保護膜のシート抵抗は、10
kΩ/□で以上であることを特徴としている。
【0010】請求項2記載の発明では、保護膜の電気抵
抗が高いため、電界発光素子を良好に封止することがで
きる。
【0011】請求項3記載の発明は、請求項1又は請求
項2に記載の電界発光素子であって、前記保護膜の膜厚
は、300〜1000nmであることを特徴としてい
る。
【0012】請求項3記載の発明では、保護膜の膜厚を
300〜1000nmとすることにより、外気遮断性を
十分に確保することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、この発明に係る電界発光素
子の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【0014】(実施形態1)図1は、本発明に係る電界
発光素子の実施形態1を示す断面説明図である。本実施
形態は、例えばガラスでなる透明基板1の上に、導電性
のITO(indium tin oxide)又は導電性のIn2
3(ZnO)m(但しm>0)でなる可視光に対して透過
性を示す複数の透明電極2が互いに平行に形成されてい
る。また、透明基板2が形成された透明基板1上に、発
光表示領域全体に亙って有機EL層3が形成されてい
る。この有機EL層3は、透明電極2側からN,N'-ジ
(α-ナフチル)-N,N'-ジフェニル-ビフェニル-1,1'-ビ
フェニル-4,4'-ジアミンからなる正孔輸送層、96重量
%の4,4'-ビス(2,2-ジフェニルビニレン)ビフェニル
および4重量%の4,4'-ビス((2-カルバゾール)ビニ
レン)ビフェニルからなる発光層、アルミニウム-トリ
ス(8-ヒドロキシキノリネート)からなる電子輸送層の
3層で構成され、内部に電流が流れることにより青色波
長域の光を発する。さらに、有機EL層(電子輸送層)
3の上には、透明電極2と交差(直交)する方向に沿っ
て、例えばマグネシウムインジウム(MgIn)でなる
仕事関数の低い導電性材料やアルミニウム単体又はアル
ミニウム合金等でなる複数の対向電極4が平行をなすよ
うに形成されている。ここで、対向電極4の膜厚は、3
00nm以上に設定されている。
【0015】このような構造に対して、本実施形態で
は、透明電極2と有機EL層3と対向電極4とでなる発
光部全体を覆うように保護層5が形成されている。な
お、透明電極2と対向電極4の引き出し端子部は保護層
5で覆われずに透明基板1の周縁部まで導出されてい
る。この保護層5は、酸化インジウムと酸化亜鉛との複
合酸化物を六方晶層状化合物となるように形成したもの
であり、図2に示すような結晶構造をもつIn23(Z
nO)X(但し、x≧0)である。この六方晶層状化合
物であるIn23(ZnO)X(但し、x≧0)は、X
線回折や電子線回折でも完全な非晶質パターンを示し、
250℃までの熱処理でも非晶質パターンの変化は認め
られず安定な非晶質構造を保っている。また、この六方
晶層状化合物は、1次粒径が細かいため表面平滑性に優
れた膜が得られる。さらに、この六方晶層状化合物は、
高温高湿環境下に長時間放置しても電気抵抗変化が殆ど
ないという性質がある。また、この六方晶層状化合物の
下地に対する密着性は、碁盤目試験により剥離されにく
く、曲げによる抵抗変化が殆どない。通常のIn2
3(ZnO)Xは、ITOと同様に膜中の酸素欠損が生じ
やすく、それがドナーとなるため、n型の半導体になり
導電性を示す。しかし、本実施形態で保護層5に用いる
六方晶層状化合物であるIn23(ZnO)X(但し、
x≧0)では、後記するように膜中の酸素欠損を積極的
に埋めることで絶縁性(高抵抗性)を持たせものである
ため、封止材として良好な特性をもつ。因に、本実施形
態で保護層5として用いたIn23(ZnO)Xのシー
ト抵抗(面抵抗)は、10kΩ/□以上である。
【0016】次に、本実施形態における保護層5の成膜
プロセスを説明する。透明電極2、有機EL層3、及び
対向電極5を形成した透明基板1をマグネトロンスパッ
タ装置内に設置・固定した後、封止領域を開口したマス
クを配置してIn23(ZnO)Xを堆積させる。この
成膜プロセスにおいては、DCリアクティブ方式を採用
し、ターゲットとしてIn23:ZnO(95〜50:
5〜50wt%)を用い、圧力をmtorrオーダに設
定し、出力密度0.5〜5W/cm2に設定して成膜を行
った。なお、この成膜プロセスに際して、形成される保
護層5の電気抵抗値を上げるためにプラズマガスとし
て、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン
(Xe)などの不活性ガスに5体積%(分圧比)以上の
酸素ガスを混合したガスをプラズマ化して用いる。In
23(ZnO)Xの導電性は成膜時の雰囲気中の酸素の
分圧比に依存し、酸素ガス0体積%での膜の抵抗は、5
0.6Ω、5体積%では10.9MΩ、10体積%では
4.32GΩであった。このように、不活性ガスと酸素
ガスとをプラズマ化して用いることにより、In2
3(ZnO)Xの膜中の酸素欠損を解消して、シート抵抗
が10kΩ/□以上の保護層5を形成することができ
る。なお、成膜時の基板表面温度は、有機EL層3の有
機材料の熱劣化を防ぐために、100℃以下に設定し
た。また、この保護層5の膜厚は、400〜1000n
m程度に設定した。また、マグネトロンスパッタ法の他
に、対向ターゲットスパッタ法、イオンビームスパッタ
法、ECR(電子サイクロトロン共鳴)スパッタ法など
の成膜法を適用することが可能である。
【0017】以上、実施形態1について説明したが、保
護層5の成膜方法としては、スパッタ法の他に、不活性
ガスと酸素ガスとをプラズマ化したものを用いて、プラ
ズマ・イオンプレーティングを行う方法などを用いるこ
とが可能である。
【0018】下表1に、保護膜5を対向ターゲットスパ
ッタ法にて形成した電界発光素子(本実施形態)と保護
膜を形成しない電界発光素子(比較例)を80℃で放置
し、発光面内に対するダークスポット(黒点)の成長面
積率を時間を追って比較して示している。なお、下表1
中の単位は%である。
【0019】
【表1】
【0020】上記の表1から判るように、本実施形態の
電界発光素子は、比較例に比べて、312時間でダーク
スポットの成長を11倍以上抑制していることが確認で
きる。本実施形態で形成された保護膜5は、外気を遮断
する能力が高く、対向電極4の酸化や、有機EL層3と
対向電極4との界面剥離を抑制できる。このため、電界
発光素子の劣化を抑制して、寿命を向上させることがで
きる。また、従来の電界発光素子のように保護膜として
SiO2などの絶縁物で形成するには、ターゲットも絶
縁物であるため、RF(高周波)スパッタしか用いるこ
とができなかったが、本実施形態では、In23(Zn
O)Xのターゲットは導電性物質であるため、DC(直
流)スパッタ法を用いることができる。このようにDC
スパッタ法を用いれば、RFスパッタ法の20倍以上の
成膜レートを得ることが可能となり、タクトの向上を図
ることができる。
【0021】(実施形態2)図3は、本発明に係る電界
発光素子の実施形態2を示している。本実施形態の電界
発光素子では、ガラスや合成樹脂でなる基板6の上に対
向電極4が複数平行に形成され、その上に有機EL層3
が形成され、有機EL層3の上に対向電極4と交差する
方向に向けて互いに平行をなす複数の透明電極2が形成
されている。このような構造において、透明電極2と有
機EL層3と対向電極4とでなる発光部全体を覆うよう
に透明な保護層5が形成されている。本実施形態の電界
発光素子では、有機EL層3の発光を透明電極2を通じ
て保護膜5より射出するものであり、基板6は透明であ
る必要はない。なお、本実施形態における各構成部分の
材料は、上記した実施形態1と同様である。
【0022】本実施形態では、上記した実施形態1の作
用・効果に加えて、基板6内の光の導波がなくなるた
め、光の利用効率が向上するなどの効果が得られる。ま
た、本実施形態では、例えばマグネシウムインジウム
(MgIn)でなる仕事関数の低い導電性材料やAl合
金等でなる対向電極4を基板6の上に形成するため、フ
ォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて高
精細に加工することが可能となる。
【0023】以上、実施形態1及び実施形態2について
説明したが、本発明はこれらに限定されるものではな
く、構成の要旨に付随する各種の変更が可能である。例
えば、上記した各実施形態では、透明電極2としてIT
Oを用いたが、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO
2)などの正孔注入性の良い、透明導電性材料を用いて
もよい。また、対向電極4としてMgInを用いたが、
この他に、MgAgやAlLiなどの低仕事関数材料を
用いることができる。さらに、上記した各実施形態で
は、3層構造の有機EL層3を用いたが、単層構造、2
層構造、4層構造など各種の構造変更、材料変更が可能
である。
【0024】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、外気を遮断する能力が高く、素子劣化を抑
制した寿命の長い電界発光素子を実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電界発光素子の実施形態1を示す
断面図。
【図2】実施形態1に用いた保護膜を構成する六方晶層
状構造のIn23(ZnO)X(但し、x≧0)の結晶
構造を示す説明図。
【図3】本発明に係る電界発光素子の実施形態2を示す
断面図。
【符号の説明】
1 透明基板 2 透明電極 3 有機EL層 4 対向電極 5 保護膜 6 基板

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機EL材料を含む発光層を電極で挟ん
    でなる発光部が、六方晶層状構造を有する、In2
    3(ZnO)X(但し、x≧0)でなる保護膜で、封止さ
    れていることを特徴とする電界発光素子。
  2. 【請求項2】 前記保護膜のシート抵抗は、10kΩ/
    □で以上であることを特徴とする請求項1記載の電界発
    光素子。
  3. 【請求項3】 前記保護膜の膜厚は、300〜1000
    nmであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記
    載の電界発光素子。
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