JP2002164164A

JP2002164164A - 有機ｅｌ素子

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Publication number: JP2002164164A
Application number: JP2000359836A
Authority: JP
Inventors: Harumi Suzuki; 晴視鈴木; Atsushi Yamamoto; 敦司山本; Akinosuke Tera; 亮之介寺; Hiroshi Takenaka; 博竹中
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2000-11-27
Publication date: 2002-06-07
Anticipated expiration: 2020-11-27
Also published as: JP3405335B2

Abstract

(57)【要約】【課題】短時間で成膜可能であり且つピンホールの発
生を防止した保護膜を有する有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】陽極２０、発光層３２を含む有機層３
０、陰極４０の順に積層された積層体、及び、陰極４０
の間を分断する隔壁５０よりなる層状物２０〜５０が、
基板１０上に形成されており、基板１０上には、層状物
２０〜５０の上を被覆して保護する保護膜６０が形成さ
れており、この保護膜６０は、層状物の最大厚さである
隔壁５０の厚さ以上の厚さを有するとともに、基板１０
側から順に第１の膜６１、第２の膜６２が積層された２
層構造となっており、第２の膜６２は、第１の膜６１よ
りも薄く且つ防湿機能が高いものとしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一対の電極とこれ
ら一対の電極間に挟まれた有機発光材料よりなる発光層
とを含む層状物、及び、層状物の上を被覆して保護する
保護膜が、基板上に形成されてなる有機ＥＬ素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、有機ＥＬ素子は、一対の電極と
これら一対の電極間に挟まれた有機発光材料よりなる発
光層とを含む層状物が、基板上に形成されてなるもので
ある。このような有機ＥＬ素子は、自己発光のため、視
認性に優れ、かつ数Ｖ〜数十Ｖの低電圧駆動が可能なた
め駆動回路を含めた軽量化が可能である。そこで、有機
ＥＬ素子は、薄膜型ディスプレイ、照明器具、バックラ
イト等としての活用が期待できる。

【０００３】このような有機ＥＬ素子においては、作動
時の環境中の水分等によってダークスポットと呼ばれる
非発光部が形成されるという問題があった。この問題に
対して、従来より、ステンレス等よりなる缶を用いて素
子の外周を接着剤（例えば紫外線硬化型の接着剤）で封
止する方法が採用されている。

【０００４】この缶封止構造の場合、封止された中空部
分には乾燥窒素を封入し、且つ、吸湿剤（酸化バリウム
等）を保持することで、外部から侵入してくる水分を吸
着するようにしている。しかしながら、この缶封止構造
の場合、金属製の封止缶の厚さが２〜３ｍｍ程度あるた
め素子全体が厚くなってしまうことや、封止に係る部材
が多く、組付工程に手間がかかり、コストが高くなると
いった問題があった。

【０００５】そこで、この缶封止構造の問題を解決する
手法として、ＳｉＮからなるプラズマＣＶＤ法を用いた
保護膜がある（第４６回応用物理学関係連合講演会講
演予稿集、ｐ．１２７９（１９９９年３月））。この方
法では、２μｍの厚さのＳｉＮからなる防湿性の保護膜
によって、基板上にて層状物を被覆して保護することに
より、水分の侵入を防ぎ、ダークスポットの発生・拡大
を防止している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＳｉＮ
からなるプラズマＣＶＤ法を用いた保護膜では、保護膜
の形成時において、成膜速度向上のためにプラズマのパ
ワーを増加させた場合や高温で成膜した場合、基板上の
有機層が分解することによって非発光部が発生するとい
う問題がある。

【０００７】そこで、低パワーで成膜する必要がある
が、低パワーで２μｍの厚さのＳｉＮからなる保護膜を
形成する場合、数時間程度の成膜時間が必要であり、生
産性を考慮した場合、時間がかかり結果としてコストが
高くなるという問題がある。

【０００８】さらに、短時間で保護膜を形成するために
は、単純に防湿性の保護膜の厚さを薄くすればよいが、
その場合、有機ＥＬ素子の基板上に存在する凹凸を覆い
きることが難しい。そのため、被覆状態の悪い凹凸部で
は、保護膜にピンホールが存在し、そのピンホールが水
分侵入の経路となり、ダークスポットの発生に至ること
になってしまう。

【０００９】本発明は上記問題に鑑み、短時間で成膜可
能であり且つピンホールの発生を防止した保護膜を有す
る有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、一対の電極（２０、４
０）とこれら一対の電極間に挟まれた有機発光材料より
なる発光層（３２）とを含む層状物（２０〜５０）が、
基板（１０）上に形成されてなる有機ＥＬ素子におい
て、基板上には、層状物の上を被覆して保護する保護膜
（６０）が形成されており、この保護膜は、層状物の最
大厚さ以上の厚さを有するとともに、基板側から順に第
１の膜（６１）、第２の膜（６２）が積層された２層以
上の積層構造となっているものであり、第２の膜は、第
１の膜よりも薄く且つ防湿機能が高いものであることを
特徴としている。

【００１１】それによれば、保護膜を、層状物の最大厚
さ以上の厚さを有するものとすることにより、基板上の
層状物により形成された最大の凹凸部までも良好に被覆
して平坦化することができ、保護膜のピンホール発生を
防止できる。

【００１２】そして、保護膜を少なくとも２層の積層構
造とし、上層側の第２の膜を、下層側の第１の膜よりも
薄く且つ防湿機能が高いものにすることにより、主とし
て防湿の役目を担う第２の膜を比較的薄いものにできる
と共に、比較的厚い下層側の第１の膜として成膜速度の
速い材質や成膜方法を採用することにより、成膜速度の
短時間化を確保できる。

【００１３】よって、本発明によれば、短時間で成膜可
能であり且つピンホールの発生を防止した保護膜を有す
る有機ＥＬ素子を提供することができる。ここで、請求
項２に記載の発明のように、保護膜（６０）を、第１の
膜（６１）が層状物（２０〜５０）の最大厚さ以上の厚
さを有するものにすることができる。

【００１４】また、請求項３に記載の発明では、層状物
（２０〜５０）は、基板（１０）上の領域を複数個の画
素に区画するために基板上に形成された隔壁（５０）を
含むものであり、この隔壁の厚さが、層状物の最大厚さ
となっていることを特徴としている。請求項１または請
求項２の発明は、このような有機ＥＬ素子においても上
記した効果を発揮する。

【００１５】また、請求項４に記載の発明では、保護膜
（６０）の最表面層は、機械的な保護層として機能する
ようになっていることを特徴としている。それによれ
ば、後工程で機械や人間が触った場合に、保護膜に穴が
あくのを防止することができる。

【００１６】また、請求項５に記載の発明では、保護膜
（６０）における最も基板（１０）側の層の熱膨張係数
が、基板と同一のオーダーであることを特徴としてい
る。それによれば、素子が高温で作動する場合でも、基
板や被覆している層状物とともに保護膜が同様に変形す
るため、ピンホールの発生を防止するには好ましい。

【００１７】また、保護膜の全応力が小さい方が、保護
膜にクラックが発生しにくいことに着目して実験検討し
たところ、保護膜の全応力が２００Ｎ／ｍを超えると、
その応力によってクラックが発生した。そこで、保護膜
におけるクラックの発生を防止するためには、請求項６
に記載の発明のように、保護膜（６０）の全応力が２０
０Ｎ／ｍ以下であることが好ましい。

【００１８】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１は、本実施形態に係る有機ＥＬ
素子の概略断面図、図２は、図１における有機ＥＬ素子
の上視平面図である。１０は、可視光に対して透明性を
有する基板であり、例えば、ガラス基板より構成されて
いる。

【００２０】基板１０の一面上には、透明性を有する導
電膜からなる陽極２０がスパッタ法等により形成されて
いる。陽極２０は、例えばＩＴＯ（インジウム−錫の酸
化物）やインジウム−亜鉛の酸化物等より構成すること
ができ、その膜厚は１００ｎｍ〜１μｍ程度であり、好
ましくは１５０ｎｍ程度とすることができる。本例の陽
極２０は、厚さ１５０ｎｍのＩＴＯとしている。

【００２１】陽極２０の上には、正孔輸送性の有機材料
よりなる正孔輸送層３１、有機発光材料（例えば蛍光色
素を電子輸送性または正孔輸送性の有機材料にドープし
たもの）よりなる発光層３２、電子輸送性の有機材料よ
りなる電子輸送層３３が、順次積層形成されている。本
実施形態では、これら積層された各層３１〜３３によ
り、発光部としての有機層３０が構成されている。

【００２２】本例では、正孔輸送層３１は、α−ＮＰＤ
（α−ナフチル・フェニル・ベンゼン）とし、発光層３
２は、電子輸送性のＡｌｑ（トリス（８−キノリール）
アルミニウム）に蛍光色素としてのクマリンを１％添加
した電子輸送性の発光層とし、電子輸送層３３はＡｌｑ
としている。各層３１〜３３は真空蒸着法により形成で
きる。そして、有機層３０の全膜厚は０．１μｍ程度と
している。

【００２３】なお、有機層３０は、正孔輸送層３１、発
光層３２、電子輸送層３３の積層構成に限定されるもの
ではなく、正孔注入層や電子注入層が存在していても良
い。また、発光層は電子輸送性でも正孔輸送性でも良
い。さらには、発光部としての有機層３０は公知の構成
も採用可能である。

【００２４】また、電子輸送層３３の上には、陰極４０
が形成されている。陰極４０としては、ＡｌやＭｇ−Ａ
ｇ等の金属材料等を採用することができる。本例では、
陰極４０は、電子注入性を高めるために電子輸送層３３
側にＬｉＦ（フッ化リチウム）、このＬｉＦの上にアル
ミニウムが成膜された２層構造としている。

【００２５】このように、本実施形態では、一対の電極
２０、４０と、これら一対の電極２０、４０間に挟まれ
た正孔輸送層３１、発光層３２、電子輸送層３３とが、
基板１０上に形成されている。

【００２６】ここで、有機ＥＬ素子においては、両電極
２０、４０の重なり合う部分が、表示部としての画素を
構成する。本例では、図１及び図２に示す様に、陽極２
０及び陰極４０は共に複数本のものがストライプ状に平
面的に配列しており、陽極２０及び陰極４０は互いに直
交して対向している。そのため、図示しないが、複数個
の画素が格子状に配列した形となっている。

【００２７】そして、隣り合う個々の陰極４０の間に
は、樹脂よりなる隔壁５０が形成されており、個々の陰
極４０を分断している。つまり、隔壁５０は、基板１０
上の領域を複数個の画素に区画するために形成されたも
のと言える。ここで、隔壁５０は、陰極４０を成膜する
際のマスクの役目を担うものであり、隔壁５０により、
隣り合う画素の陰極４０が分断され、電気的にも分離さ
れる。

【００２８】このように、本実施形態では、基板１０上
には、一対の電極２０、４０、有機層３０、及び隔壁５
０よりなる層状物が形成されている。そして、隔壁５０
の厚さ（高さ）は、上記した陰極４０の分断機能を発揮
するために陰極４０の高さ以上となっている。そのた
め、基板１０上における層状物２０〜５０の最大厚さ
は、隔壁５０の厚さであり、本例では約２μｍである。

【００２９】また、基板１０上には、層状物２０〜５０
の上を被覆して保護するための保護膜６０が形成されて
いる。この保護膜６０は、層状物２０〜５０の最大厚さ
以上の厚さ（本例では隔壁５０の厚さ約２μｍ）を有す
るとともに、基板１０側から順に第１の膜６１、第２の
膜６２が積層された２層構造となっている。そして、第
２の膜６２は、第１の膜６１よりも薄く且つ防湿機能が
高いものである。

【００３０】ここで、比較的厚い第１の膜６１は、主と
して基板１０上の凹凸を平坦化する役目を担うもので、
例えば、気相重合により形成されたパリレン、有機材料
からなるフラン等のプラズマ重合膜、ＳｉＯ₂等のスパ
ッタ膜など、μｍオーダーの膜を短時間で形成できる方
法及び材質を採用することができる。

【００３１】一方、比較的薄い第２の膜６２は、主とし
て非被覆物の防水の役目を担うもので、例えば、Ａｌ₂
Ｏ₃やＴｉＯ₂等の防湿性の膜よりなるものとでき、その
形成方法としては、ＡＬＥ（アトミックレイヤーエピタ
キシー）法、スパッタ法、ＣＶＤ法（化学蒸着法）等を
採用することができる。

【００３２】本例の保護膜６０では、第１の膜６１を、
気相重合によって隔壁５０の厚さ（層状物の最大厚さと
同程度の厚さ（約２μｍ）に形成されたパリレンよりな
るものとし、第２の膜６２を、ＡＬＥ法によって約０．
１μｍの厚さに形成されたＡｌ₂Ｏ₃としている。

【００３３】かかる有機ＥＬ素子の製造方法の一例につ
いて、概略的に述べておく。まず、ガラス基板１０上
に、スパッタ法等を用いてパターニングされたＩＴＯよ
りなる陽極２０を形成する。次に、隔壁５０を形成す
る。まず、基板１０上の全面に隔壁５０となるネガ型の
光感光性樹脂（レジスト）をスピンコートし、隔壁５０
となる部分以外に光照射する。

【００３４】その後、現像材料を用いて、隔壁５０以外
の部分の光感光性樹脂を溶解し除去する。このとき、上
述したような、隔壁５０における陰極４０を形成する際
のマスクとしての機能を十分に発揮させるために、隔壁
５０の先端側に向かって逆テーパ形状になるようにオー
バーエッチングする。次に、正孔輸送層３１、発光層３
２、電子輸送層３３を真空蒸着法により形成し、さら
に、陰極４０を成膜する。

【００３５】次に、上述したように、気相重合によって
約２μｍの厚さのパリレンよりなる第１の膜６１を形成
し、ＡＬＥ法によって約０．１μｍの厚さのＡｌ₂Ｏ₃よ
りなる第２の膜６２を形成する。こうして、保護膜６０
が完成し、図１に示す有機ＥＬ素子が完成する。

【００３６】かかる有機ＥＬ素子においては、対向する
陽極２０と陰極４０との間に直流電流（駆動電流）を印
加することにより、陽極２０から正孔輸送層３１を介し
て発光層３２へ正孔を注入する一方、陰極４０から電子
輸送層３３を介して発光層３２へ電子が注入される。

【００３７】すると、発光層３２の内部にて電子と正孔
とが再結合し、励起子を生成する。発光層３２内の蛍光
色素は、この励起子のエネルギーを授受し、固体状態の
蛍光ピーク波長に応じた発光色（本例のＡｌｑにクマリ
ンを１％ドープした発光層では緑色）にて発光し、基板
１０側からの発光として視認される。本例では、１０Ｖ
の駆動電流で５０００ｃｄ／ｍ²の高輝度な緑色発光が
得られた。

【００３８】ところで、本実施形態によれば、保護膜６
０を、層状物２０〜５０の最大厚さ以上の厚さを有する
ものとすることにより、基板１０上の層状物２０〜５０
により形成された最大の凹凸部までも良好に被覆して平
坦化することができ、保護膜６０のピンホール発生を防
止できる。

【００３９】そして、保護膜６０における上層側の第２
の膜６２を、下層側の第１の膜６１よりも薄く且つ防湿
機能が高いものにすることにより、主として防湿の役目
を担う第２の膜６２を比較的薄いものにできると共に、
比較的厚い下層側の第１の膜６１として成膜速度の速い
材質や成膜方法を採用することにより、成膜速度の短時
間化を確保できる。

【００４０】ちなみに、上記した本例の保護膜６０（厚
さ約２．１μｍ）の形成では、約１時間程度の成膜時間
であり、従来のＳｉＮからなるプラズマＣＶＤ法を用い
た保護膜（厚さ約２μｍ）を適切なパワーにて形成した
ときの成膜時間（約３時間）に比べて、成膜時間を大幅
に短縮できた。

【００４１】よって、本実施形態によれば、短時間で成
膜可能であり且つピンホールの発生を防止した保護膜を
有する有機ＥＬ素子を提供することができる。そして、
水分の侵入が極力抑制され、ダークスポットを防止した
有機ＥＬ素子を実現することができる。

【００４２】なお、本例では、保護膜６０において、第
１の膜（パリレン）６１の厚さを、層状物２０〜５０の
最大厚さ（隔壁の厚さ、約２μｍ）と同程度としたが、
同等以上あるいは同等以下でもよい。しかし、第１の膜
６１は、主として平坦化の役目を担うため、第１の膜６
１の厚さは、層状物２０〜５０の最大厚さ以上とする方
が、平坦性向上のためには好ましいと考える。

【００４３】また、本実施形態においては、保護膜６０
における最も基板１０側の層（本例ではパリレンよりな
る第１の膜６１）の熱膨張係数が、基板（本例ではガラ
ス）１０と同一のオーダーであることが好ましい。この
ようにすれば、有機ＥＬ素子が高温で作動する場合で
も、基板１０や被覆している層状物２０〜５０とともに
保護膜６０が同様に変形するため、ピンホールの発生を
防止しやすい。

【００４４】また、本実施形態においては、保護膜６０
の全応力が２００Ｎ／ｍ以下であることが好ましい。こ
れは、本発明者等の検討によれば、保護膜の全応力が２
００Ｎ／ｍを超えると、その応力によってクラックが発
生した実験事実があり、このことから言えることであ
る。

【００４５】なお、保護膜は２層以外に、３層以上でも
よい。例えば、第１の膜を２層以上とし、その上に第２
の膜を積層してもよい。さらに、上記実施形態におい
て、第２の膜６２の上に、機械的な保護を行う機械的保
護層を形成して３層以上の保護膜６０の構成としてもよ
い。この場合、保護膜６０の最表面層は、機械的な保護
層として機能し、後工程で機械や人間が触った場合に、
保護膜６０に穴があくのを防止することができる。

【００４６】このような最表面層が機械的な保護層であ
る保護膜６０の具体例を、本実施形態の変形例として次
に示しておく。図３は、第１の変形例であり、図１に示
した保護膜６０において、第２の膜６２の上に更に、樹
脂からなる膜厚が０．１ｍｍから１ｍｍ程度の第３の膜
６３を形成し、この最表面層である第３の膜６３が機械
的な保護層として機能するものである。その材質として
は、シリコン系のシール材や、粘着剤付のプラスチック
フィルム等でも良い。

【００４７】図４は第２の変形例であり、図１に示した
保護膜６０において、第２の膜６２の上に更に、積層構
造を有する機械的な保護層を形成するものである。図示
例では、機械的な保護層６４は下層６４ａ、上層６４ｂ
の２層である。

【００４８】具体的には、この保護層６４は、上層６４
ｂとして厚さ１ｍｍ程度のプラスチックや金属の板を用
い、下層６４ａとして接着剤を用いる。この接着剤とし
ては、１００℃程度で硬化するもの、紫外線（ＵＶ）で
硬化するもの、及び２液硬化性のもの等が使用可能であ
る。

【００４９】なお、本実施形態において、図１に示す様
な保護膜６０を形成する際、図３に示す第３の膜６３を
形成する際、または、図４に示す保護層６４を形成する
際に、有機層３０のガラス転移温度Ｔｇに３０℃程度を
加えた温度以下（例えば８０℃〜１５０℃）の温度を加
えることが好ましい。

【００５０】この温度処理によって、有機層中の分子配
置を整え、輝度の長期安定性を維持しやすくなる（長寿
命効果）。通常、Ｔｇを超えると有機膜が劣化するとも
言われているが、本発明者等の検討では、保護膜６０を
形成するような数時間以内のプロセスにおいては、（Ｔ
ｇ＋３０）℃程度以下の温度であれば、劣化しないこと
を見出している。

【００５１】さらに、上記長寿命効果を発現させる上
で、より高温にするほど、有機層中の分子配置を短時間
に整えることができるという、本発明者等の実験確認も
行っており、その点からも、この高温処理の必要性は大
きい。

【００５２】なお、上記実施形態では、隔壁５０の厚さ
が基板１０上の最大厚さとなっているが、隔壁の無い構
成であっても良いことは勿論である。その場合、基板１
０上の層状物の中で最大の段差を持つ凹凸部（例えば図
１における陰極間の段差部）が、上記最大厚さとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子の概略断
面図である。

【図２】図１における有機ＥＬ素子の上視平面図であ
る。

【図３】上記実施形態の第１の変形例を示す概略断面図
である。

【図４】上記実施形態の第２の変形例を示す概略断面図
である。

【符号の説明】

２０…陽極、３０…有機層、３１…正孔輸送層、３２…
発光層、３３…電子輸送層、４０…陰極、５０…隔壁、
６０…保護膜、６１…第１の膜、６２…第２の膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者寺亮之介愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者竹中博愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 3K007 AB00 AB13 AB18 BA06 BB01 CA01 CB01 DA00 DB03 EA04 EB00 FA01 FA02 FA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の電極（２０、４０）とこれら一対
の電極間に挟まれた有機発光材料よりなる発光層（３
２）とを含む層状物（２０〜５０）が、基板（１０）上
に形成されてなる有機ＥＬ素子において、前記基板上には、前記層状物の上を被覆して保護する保
護膜（６０）が形成されており、この保護膜は、前記層状物の最大厚さ以上の厚さを有す
るとともに、前記基板側から順に第１の膜（６１）、第
２の膜（６２）が積層された２層以上の積層構造となっ
ているものであり、前記第２の膜は、前記第１の膜よりも薄く且つ防湿機能
が高いものであることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】前記保護膜（６０）において、前記第１
の膜（６１）が前記層状物（２０〜５０）の最大厚さ以
上の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の有
機ＥＬ素子。
【請求項３】前記層状物（２０〜５０）は、前記基板
（１０）上の領域を複数個の画素に区画するために前記
基板上に形成された隔壁（５０）を含むものであり、この隔壁の厚さが、前記層状物の最大厚さとなっている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素
子。
【請求項４】前記保護膜（６０）の最表面層は、機械
的な保護層として機能するようになっていることを特徴
とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の有機Ｅ
Ｌ素子。
【請求項５】前記保護膜（６０）における最も前記基
板（１０）側の層の熱膨張係数が、前記基板と同一のオ
ーダーであることを特徴とする請求項１ないし４のいず
れか１つに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】前記保護膜（６０）の全応力が、２００
Ｎ／ｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし５の
いずれか１つに記載の有機ＥＬ素子。