JP2003045646A - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水分や酸素の影響が低減されて輝度低下が少
なく、かつ陰極或いは陽極のどちらからも発光を取り出
せる構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子を
提供する。 【解決手段】 基板１上に陽極３、ホール輸送層４、電
子輸送性発光層５、陰極６、保護層７を順次積層した有
機エレクトロルミネッセンス素子において、保護層７
は、Ａｌ₂Ｏ₃又はＳｉＯ₂−ＺｎＳであり、このＡｌ₂Ｏ
₃又はＳｉＯ₂−ＺｎＳの厚さは、１０〜２０００ｎｍで
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機エレクトロル
ミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機ＥＬ素子は、エリアカラーの車載オ
ーディオ用表示パネルが実用化され、フルカラーを用い
た携帯端末機器やパーソナルコンピュータのディスプレ
イ等に用いられている。この有機ＥＬ素子は、電子注入
層と正孔注入層からそれぞれ電子と正孔を発光層に注入
させ、この電子と正孔とを発光中心で再結合させて励起
子を生成し、この励起子が励起状態から基底状態に戻る
ときに蛍光を発光する。

【０００３】そして、この有機ＥＬ素子においては、５
〜２０Ｖ程度の低い電圧で駆動できるという利点があ
り、発光材料となる蛍光物質を選択することによって適
当な色彩に発光させることができ、フルカラー表示装置
としても利用できる期待があり、様々な研究が行われる
ようになった。

【０００４】この有機ＥＬ素子における素子部は、少な
くとも一方が透明である一対の電極（陽極と陰極）間に
挟まれた少なくとも１以上の有機蛍光体よりなる発光部
を含む構造であり、例えば、陽極と陰極との間に正孔輸
送層と、電子輸送性発光層とが積層された２層構造のも
のがある。

【０００５】有機ＥＬ素子の重要な課題の一つとして
は、有機ＥＬ素子の駆動時間と共に非発光領域（ダーク
スポット）が広がり、輝度が低下して寿命が短くなって
しまうことがあげられる。即ち、陰極として用いられる
材料は、仕事関数の低い物質が用いられるが、酸化され
やすいため、空気中で有機ＥＬ素子を動作させた際に、
水分や酸素により陰極が酸化物されて、電子注入を行う
効果を著しく低下させていた。また、陰極を形成する基
板表面の欠陥、塵等によって、陰極にピンホールが生じ
ると、そこから水分や酸素が侵入し、陰極と有機膜から
なる電子輸送性発光層界面で剥離が生じたり、電子輸送
性発光層や正孔輸送層にも影響を与え、輝度低下を引き
起こしていた。

【０００６】この対策として、有機ＥＬ素子を捕水剤と
共に窒素雰囲気中に封止してしまうことが考えられた。
図２は、有機ＥＬ素子を捕水剤と共に窒素雰囲気中に封
止した様子を示す断面図である。図２に示す有機ＥＬ素
子は、ガラスからなる透明基板８上に陽極３が形成さ
れ、この陽極３上にホール輸送層４、電子輸送性発光層
５、ストライプ状の陰極６が順次積層された構成を有し
ている。この有機ＥＬ素子の陽極３上にシール剤９を介
して封止缶１０が接着されている。陰極６に対向する封
止缶１０の内壁には、ＢａＯからなる捕水剤１１が接着
され、かつこの封止缶１０の内部には、窒素が封入され
ている。このように、封止缶１０内に窒素を満たすこと
により、酸素を除去し、捕水剤１１により水分を除去し
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成は、透明基板８上に形成された陽極３側から
発光を取り出す場合には、適するが、陰極６側から発光
を取り出す場合には、捕水剤１１により発光が妨げられ
てしまうといった問題を生じていた。この弊害を解消す
るために捕水剤１１を封止缶１０の側方に配置すること
が考えられるが、このようにすると、捕水剤１１の形状
は小さくする必要がある。このため、捕水剤１１の水分
を除去する能力が小さくなるので、有機ＥＬ素子の水分
を十分除去することができないといった問題が発生す
る。また、発光を取り出すためには、封止缶１０として
は、透明な材料を用いる必要があるといった制約も生じ
ていた。

【０００８】そこで、本発明は、上記のような問題点を
解消するためになされたもので、水分や酸素の影響が低
減されて輝度低下が少なく、かつ陰極或いは陽極のどち
らからも発光を取り出せる構造を有する有機エレクトロ
ルミネッセンス素子を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明は、
基板上に陽極、ホール輸送層、電子輸送性発光層、陰
極、保護層を順次積層した有機エレクトロルミネッセン
ス素子において、前記保護層は、Ａｌ₂Ｏ₃又はＳｉＯ₂
−ＺｎＳであることを特徴とする有機エレクトロルミネ
ッセンス素子を提供する。第２の発明は、前記Ａｌ₂Ｏ₃
又はＳｉＯ₂−ＺｎＳの厚さは、１０〜２０００ｎｍで
あることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロル
ミネッセンス素子を提供する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態の有機エレクト
ロルミネッセンス素子について図１を参照しながら以下
に説明する。図１は、本発明の実施形態の有機エレクト
ロルミネッセンス素子を示す断面図である。従来例と同
一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。

【００１１】図１に示すように、本発明の実施形態の有
機エレクトロルミネッセンス素子は、Ｓｉ基板１上に絶
縁層２と、陽極３と、ホール輸送層４と、電子輸送性発
光層５と、陰極６とを積層し、この陰極６上に保護膜７
を形成したものである。電子輸送性発光層５から発光し
た光を陰極６側から取り出す構成である。

【００１２】絶縁層２の材料としては、ＳｉＯ₂を用
い、このＳｉＯ₂をＣＶＤ法により、厚さ４２０ｎｍ形
成したものであり、陽極３の材料としては、ＩＴＯを用
い、このＩＴＯをＲＦスパッタ法により、厚さ５０ｎｍ
形成したものである。ホール輸送層４の材料としては、
α−ＮＰＤを用い、厚さ５０ｎｍ形成したものであり、
電子輸送性発光層５の材料としては、Ａｌｑ３を用い、
厚さ５０ｎｍ形成したものである。そして、陰極６の材
料としては、Ａｌを用い、厚さ１５ｎｍ形成したもので
ある。保護膜７の材料としては、電子輸送性発光層５か
ら発光した光に対して透明なＡｌ₂Ｏ₃を用い、ＲＦスパ
ッタ法により、後述する厚さに形成したものである。

【００１３】なお、電子輸送性発光層５から発光した光
を陰極６側から取り出す際に、Ｓｉ基板１側にも放射さ
れる光を反射させるためのＡｌ層を絶縁層２と陽極３と
の間に形成しても良い。また、この際、発光効率を向上
させ、低電圧駆動を促進するために電子輸送性発光層５
と陰極６との間にＬｉＦを形成しても良い。

【００１４】ここで、水分や酸素の影響は、保護膜７の
厚さと関係するので、本発明の有機ＥＬ素子における保
護膜７として用いたＡｌ₂Ｏ₃の厚さを１０ｎｍ、６０ｎ
ｍ、５００ｎｍと変化させたサンプル１〜３及び保護膜
７として厚さ６０ｎｍのＳｉＯ₂／ＺｎＳ（ＺｎＳが２
０ｍｏｌ％）にしたサンプル４を作製した。そして、有
機ＥＬ素子に流す電流を調整して輝度が１００ｃｄ／ｍ
²となるように発光させ、輝度が半減、即ち５０ｃｄ／
ｍ²となる時間の長さを測定して有機ＥＬ素子の輝度低
下割合について調べた。なお、この測定は、室温大気中
で行った。ここで、本発明の有機ＥＬ素子における保護
膜７を形成しないサンプルを比較サンプルとした。その
結果を表１に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１中、輝度半減時間は、比較サンプルの
輝度を１とした時の輝度で示してある。比較サンプルで
は、輝度半減時間はサンプル１〜４に比較して短かっ
た。これは、保護膜７がないために、大気中の水分や酸
素の影響によって電子輸送性発光層５や陰極６の劣化を
生じダークスポットが増加したことによる考えられる。
一方、サンプル１〜３のように、Ａｌ₂Ｏ₃の厚さが１０
ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にある時には、比較サンプルよ
りも輝度半減時間は長く、輝度低下割合は小さい。この
ことは、Ａｌ₂Ｏ₃の厚さが１０ｎｍ以上であれば、大気
中に含まれる水分や酸素が電子輸送性発光層５と陰極６
との界面から侵入することを防止し、ホール輸送層４や
電子輸送発光層５に生じるダークスポットの発生を抑え
るためと考えられる。

【００１７】同様にして、Ａｌ₂Ｏ₃の厚さを２０００ｎ
ｍ以上にして行ったが、２０００ｎｍでＡｌ₂Ｏ₃が剥が
れ、比較サンプルと同様な輝度低下を生じた。この結
果、Ａｌ₂Ｏ₃の厚さを１０ｎｍ〜２０００ｎｍにする
と、輝度低下が低減された有機ＥＬ素子を得ることがで
きる。

【００１８】また、表１に示すようにサンプル４の場合
も同様の効果が得られる。そして、ＳｉＯ₂−ＺｎＳの
厚さをＡｌ₂Ｏ₃と同様の１０ｎｍ〜２０００ｎｍにして
行った結果、Ａｌ₂Ｏ₃の場合と同様な結果が得られた。
サンプル２とサンプル４を比較してわかるように、同じ
厚さでのＡｌ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂−ＺｎＳとでは、Ａｌ₂Ｏ₃
の輝度半減時間の方がＳｉＯ₂−ＺｎＳよりも長くなっ
ている。

【００１９】これは、Ａｌ₂Ｏ₃の方がＳｉＯ₂−ＺｎＳ
よりも膜の緻密性が良いため、大気中の水分や酸素が電
子輸送性発光層５と陰極６との界面から侵入することを
防ぎ、ホール輸送層４や電子輸送発光層５に生じるダー
クスポットの発生をより効果的に抑えているためと考え
られる。

【００２０】以上のように、本発明の実施形態によれ
ば、陰極６上に形成された保護膜７を、厚さ１０〜２０
００ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃或いはＳｉＯ₂−ＺｎＳにしたの
で、輝度低下が低減された有機ＥＬ素子が得られる。本
発明の実施形態では、Ｓｉ基板１を用いたが、従来例の
ように透明基板にしても同様な効果が得られる。このた
め、基板は透明であるか無いかの制約を受けることがな
いので、陽極３或いは陰極６側どちらかも発光させるこ
とができる。また、陽極３と陰極６とを逆にした構成に
ついても同様な効果が得られる。

【００２１】本発明の実施形態に用いた陽極３の材料と
しては、ＩＴＯの代わりに酸化インジウムに酸化亜鉛が
含まれているＩＺＯ（Ｉ₂Ｏ₃＋ＺｎＯ₂）、二酸化スズ
（ＳｎＯ₂）、ニ酸化スズ−アンチモン混合物（ＳｎＯ₂
＋Ｓｂ）、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）、酸化亜鉛−ア
ルミニウム混合物（ＺｎＯ＋Ａｌ）やこれらに微量の添
加物を含んだもの、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白
金（Ｐｔ）等の金属、或いはこれらに微量の添加物を含
んだもの、又は混合物或いは、これらの積層膜を用いて
も良い。陰極６の材料としては、仕事関数の小さい銀
（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、マグネシウム
（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）等の金属やこれらの合金或
いはこれらの積層膜を用いても良い。

【００２２】電子輸送性発光層５の材料としては、ペリ
レン誘導体、ビススチリル誘電体、ピラジン誘電体等を
用いても良い。ホール輸送層４の材料としては、ジアミ
ン誘電体、ベンジジン誘電体、スチルアミン誘電体、ト
リフェニルメタン誘電体やヒドラゾン誘電体等を用いて
も良い。

【００２３】

【発明の効果】本発明の有機エレクトロルミネッセンス
素子によれば、陰極上に形成された保護膜を、厚さ１０
〜２０００ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃或いはＳｉＯ₂−ＺｎＳにし
たので、輝度低下が低減された有機ＥＬ素子が得られ
る。また、基板は透明であるか無いかの制約を受けるこ
とがないので、陰極或いは陽極側どちらかも発光させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の有機エレクトロルミネッセ
ンス素子を示す断面図である。

【図２】有機ＥＬ素子を捕水剤と共に窒素雰囲気中に封
止した様子を示す断面図である。

【符号の説明】

１…Ｓｉ基板、２…絶縁層、３…陽極、４…ホール輸送
層、５…電子輸送性発光層、６…陰極、７…保護膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に陽極、ホール輸送層、電子輸送性
   発光層、陰極、保護層を順次積層した有機エレクトロル
   ミネッセンス素子において、 前記保護層は、Ａｌ₂Ｏ₃又はＳｉＯ₂−ＺｎＳであるこ
   とを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
2. 【請求項２】前記Ａｌ₂Ｏ₃又はＳｉＯ₂−ＺｎＳの厚さ
   は、１０〜２０００ｎｍであることを特徴とする請求項
   １記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。