JP2003308982A - 有機ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 輝度半減期が長く、経時駆動電圧上昇が小さく、絶縁破
壊が少なく、長寿命で、しかも簡単な駆動回路で発光で
きる有機ＥＬ素子を提供する。 【課題】 【解決手段】 素子基板２の片面に基板側電極４、有機
ＥＬ層６、対向電極８を順次積層してなる有機ＥＬ素子
１００において、基板側電極の電極面に垂直方向の投影
面積に対する原子間力顕微鏡で測定した面積の増加率を
１．１％未満にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電圧を印加するこ
とにより発光するエレクトロルミネッセント（ＥＬ）素
子及び同製造方法に関し、更に詳述すれば輝度半減時間
が長いＥＬ素子及び同素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機ＥＬ素子は比較的低電圧で発光し、
また製造が簡単なことから、将来性が期待されている発
光素子である。実用上問題があるとされてきた素子寿命
に関しても最近かなり改良されてきている。

【０００３】図５は、従来の有機ＥＬ素子の構成の一例
を示す説明図である。この有機ＥＬ素子は、ガラス等の
透明基板７２上に、順次透明電極であるインジウム錫オ
キサイド（ＩＴＯ）等からなる陽極７４、正孔注入層７
６、正孔輸送層７８、電子輸送性発光層８０、第１陰極
層８４、第２陰極層８６を積層してなる。

【０００４】このような有機ＥＬ素子においては、正孔
注入層７６と、正孔輸送層７８と電子輸送性発光層８０
とにより、有機ＥＬ層８２を構成している。また、第１
陰極層８４および第２陰極層８６で陰極８８を構成して
いる。

【０００５】また、陽極７４、陰極８８からなる一対の
電極からそれぞれ注入した正孔と電子とが有機ＥＬ層８
２内で再結合して光を放射し、その光が透明基板７２を
透過して有機ＥＬ素子外に向かって放射するようになっ
ている。

【０００６】有機ＥＬ素子は、図５で示した構成以外に
も、例えば（１）陽極／発光層／陰極、（２）陽極／正
孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極、（３）陽極／発
光層／電子輸送層／陰極、（４）陽極／正孔輸送層／発
光層／陰極、等の各種構造のものがある。

【０００７】ＥＬ素子は、図６に示すように、上記ＥＬ
素子を覆って、ステンレススチール製気密ケース９０を
透明基板７２上面に接着剤９２を用いて接着し、これに
より製品有機ＥＬ素子としている。気密ケース９０は、
その上部中央に乾燥剤収納部９３を形成してあり、その
中にＢａＯ、ＣａＯ等の乾燥剤９４を収納している。

【０００８】ステンレススチールは光透過性が無いの
で、ＥＬ素子光の取出し方法は、透明基板７２を透過さ
せることになる。

【０００９】図７は、前記ＥＬ素子を、ガラス製封止板
９５で封止して製品有機ＥＬ素子としている例を示す。
この例におけるガラス製封止板９５は、ガラス平板の中
央部に有機ＥＬ素子及び乾燥剤の収納部９６を形成して
いる。この場合は、ＥＬ素子光は透明基板７２側から取
出しても、ガラス製封止板側から取出しても良い。

【００１０】これらの従来の有機ＥＬ表示素子は、輝度
半減期が比較的短く、使用時間の経過と共にその発光量
が低下する問題がある。従来この問題を解決するため
に、ＥＬ素子の駆動電圧を高めて発光量を補償する駆動
回路を設けることが行われている。しかし、経時電圧上
昇が大きい場合、ＥＬ素子の絶縁破壊が起き、有機ＥＬ
素子の寿命を長く保たせることは困難である。

【００１１】一方、有機ＥＬ素子の動作電圧を低電圧化
することにより、ＥＬ素子の長寿命化を図ることも検討
されている。この方法は、従来発光に直接関与する有機
ＥＬ層８２を構成する電子輸送性発光層、正孔輸送層そ
の他の各層を薄膜化する方向で検討されている。

【００１２】しかしながら、このような方向で検討する
場合は、有機ＥＬ素子の動作電圧の低電圧化は達成でき
るものの、有機ＥＬ層を薄膜化するに従って電極間のシ
ョート率が増加し、製造上の不良品発生率が高くなる問
題がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みなされたもので、その目的とするところは定電流駆
動させたときの輝度半減期が長く、経時駆動電圧上昇が
小さいため絶縁破壊が少なく、その結果長寿命で、しか
も駆動回路が簡単な有機ＥＬ素子を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明者等は種々検討した結果、上記問題を解決する
鍵は、有機ＥＬ素子の基板側に形成する電極面の表面状
態にあることを見出した。そして、その表面状態を、基
板側電極の電極面に垂直方向の投影面積に対する原子間
力顕微鏡で測定した面積の増加率で評価できることを見
出し、本発明を完成するに至ったものである。

【００１５】従って、本発明の目的とするところは上記
問題を解決した有機ＥＬ素子及び同素子の製造方法を提
供することにある。

【００１６】上記目的を達成する本発明は、以下に示す
ものである。

【００１７】〔１〕 素子基板の片面に基板側電極、有
機ＥＬ層、対向電極を順次積層してなる有機ＥＬ素子に
おいて、基板側電極の電極面の投影面積に対する、原子
間力顕微鏡で測定した基板側電極表面積の増加率が１．
１％未満であることを特徴とする有機ＥＬ素子。

【００１８】〔２〕 基板の片面に形成した有機ＥＬ素
子の素子構成が、陽極／発光層／陰極、陽極／正孔輸送
層／発光層／電子輸送層／陰極、陽極／発光層／電子輸
送層／陰極、又は陽極／正孔輸送層／発光層／陰極から
なる〔１〕に記載の有機ＥＬ素子。

【００１９】〔３〕 素子基板が透明基板である〔１〕
又は〔２〕に記載の有機ＥＬ素子。

【００２０】〔４〕 基板側電極がインジウム錫オキサ
イドからなる陽極である〔３〕に記載の有機ＥＬ素子。

【００２１】〔５〕 素子基板の片面に基板側電極、有
機ＥＬ層、対向電極を順次積層する有機ＥＬ素子の製造
方法において、素子基板の片面に形成する基板側電極を
電極面の投影面積に対する、原子間力顕微鏡で測定した
基板側電極表面積の増加率を１．１％未満に形成するこ
とを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。

【００２２】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明
する。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明によるＥＬ素子１
００の概略構成を示す側面図である。

【００２４】ここで、素子基板２は、合成樹脂、ガラス
等の無機セラミックス等、何れの材質でも良い。又、透
明、不透明の何れの材料も使用できる。しかし、耐熱
性、耐薬品性、透明性等から、特にガラス製平板が好ま
しい。

【００２５】前記素子基板２の上面には、素子基板２側
から順次基板側電極４、有機ＥＬ層６、対向電極８を積
層してある。

【００２６】基板側電極４と、対向電極８とは、陽極と
陰極とからなり、何れが陽極又は陰極であっても良い。

【００２７】有機ＥＬ層６としては、低分子有機ＥＬ
層、高分子有機ＥＬ層等があるが、これらの何れも使用
できる。これらの中で、製造の容易さ、動作電圧の低さ
等の点で、低分子有機ＥＬ層がより好ましい。

【００２８】有機ＥＬ素子の構成としては、例えば
（１）陽極／発光層／陰極、（２）陽極／正孔輸送層／
発光層／電子輸送層／陰極、（３）陽極／発光層／電子
輸送層／陰極、（４）陽極／正孔輸送層／発光層／陰
極、等の各種構造のものがある。本発明においては、従
来のこれら各種構成をそのまま採用できる。

【００２９】陽極は、インジウム錫オキサイド（ＩＴ
Ｏ）等の導電性透明材料で構成する。陽極の厚みは５０
〜６００ｎｍが好ましい。

【００３０】正孔注入層の構成材料としては、ポルフィ
リン化合物（特開昭−６３−２９５６９６５号公報など
に開示の化合物）、芳香族第三級アミン化合物を用いる
ことができる。

【００３１】上記ポルフィリン化合物の代表例として
は、ポルフィリン、１，１０，１５，２０−テトラフェ
ニル−２１Ｈ、２３Ｈ−ポルフィリン銅（ＩＩ）、１，
１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ、２３Ｈ
−、ポルフィリン亜鉛（ＩＩ）、５，１０，１５，２０
−テトラキス（ペンタフルオロフェニル）−２１Ｈ、２
３Ｈ−ポルフィリン、シリコンフタロシアニンオキシ
ド、アルミニウムフタロシアニンクロリド、フタロシア
ニン（無金属）、ジリチウムフタロシアニン、銅テトラ
メチルフタロシアニン、銅フタロシアニン（ＣｕＰ
ｃ）、クロムフタロシアニン、亜鉛フタロシアニン、鉛
フタロシアニン、チタニウムフタロシアニンオキシド、
Ｍｇフタロシアニン 、銅オクタメチルフタロシアニン
などを挙げることができる。

【００３２】また、前記芳香族第三級アミン化合物の代
表例としては、４，４’４”−トリス（３−メチルフェ
ニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤ
ＡＴＡ）、４，４’４”−トリス（１−ナフチルフェニ
ルアミノ）トリフェニルアミン（ＴＮＡＴＡ）などの
他、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−
ジアミノフェニル、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ、Ｎ’−
ビス−（３−メチルフェニル）−〔１，１’−ビフェニ
ル〕−４，４’−ジアミン、２，２−ビス（４−ジ−ｐ
−トリルアミノフェニル）プロパン、１，１−ビス−４
−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）シクロヘキサン、
Ｎ，Ｎ，Ｎ’Ｎ’−テトラ−ｐ−トリル−４，４’−ジ
アミノフェニル、１，１−ビス−（４−ジ−ｐ−トリル
アミノフェニル）−４−フェニルシクロヘキサン、ビス
（ジメチルアミノ−２−メチルフェニル）フェニルメタ
ン、ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）フェニ
ルメタン、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（４−
メトキシフェニル）−４，４’−ジアミノビフェニル、
Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミ
ノフェニルエ−テル、４，４’−ビス−（ジフェニルア
ミノ）クオードフェニル、４，４’４”−トリス（３−
メチルフェニルアミン）トリフェニルアミンなどを挙げ
ることができる。

【００３３】正孔注入層の厚みは２０ｎｍ以上にする必
要がある。正孔注入層の厚みの上限は特に制限がない
が、製造上の観点から、２０〜１０００ｎｍが好まし
く、特に３０〜１００ｎｍが望ましい。

【００３４】正孔輸送層は、α−ナフチルフェニルジア
ミン（ＮＰＤ）等で構成することができる。正孔輸送層
の厚みは５〜４５ｎｍが好ましく、１０〜４０ｎｍがよ
り好ましい。

【００３５】電子輸送性発光層は、トリス（８−キノリ
ノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）等で構成するこ
とができる。電子輸送性発光層の厚みは５〜４５ｎｍが
好ましく、１０〜４０ｎｍがより好ましい。

【００３６】陰極としては、第１陰極層と第２陰極層と
で構成することができる。

【００３７】第１陰極層はフッ化リチウム（ＬｉＦ）で
構成できる。厚みは０．１〜２ｎｍが好ましい。

【００３８】第２陰極層はアルミニウムが好ましい。そ
の厚みは１５〜２００ｎｍが好ましい。

【００３９】前記各層自体は当業者に公知のもので、ス
パッタ、真空蒸着法等の当業者に周知の方法により形成
できる。

【００４０】本発明の有機ＥＬ素子は、上記公知の各構
成を有する有機ＥＬ素子において、基板側電極４の電極
面に垂直方向の投影面積に対する、原子間力顕微鏡で測
定した基板側電極表面積の増加率が１．１％未満のもの
である。

【００４１】図２は、基板側電極４を模式的に示すもの
で、その上表面は微視的には凹凸が存在しており、この
ため上表面の表面積Ｓ１は基板側電極４の電極面に垂直
方向の投影面積Ｓ２よりも大きい。

【００４２】上記基板側電極４の表面積Ｓ１は、基板側
電極４の上表面を原子間力顕微鏡で観測することにより
求めることができる。面積の増加率（％）は、このよう
にして求めたＳ１を用いて下記式（１）から算出でき
る。 面積の増加率（％）＝１００（Ｓ１−Ｓ２）／Ｓ２ （１） 本発明においては、上記式（１）により算出される面積
の増加率が１．１％未満の基板側電極を用いると、輝度
半減期が長く、駆動電圧上昇が少なく、絶縁破壊が起り
にくく、駆動回路を簡単化できる有機ＥＬ素子を得るこ
とができる。

【００４３】面積の増加率が１．１％未満の基板側電極
を製造する方法としては、基板表面の平滑度を高める、
基板電極の蒸着条件を選択する、基板電極を形成後その
表面を研磨して平滑化する等の方法を例示できる。

【００４４】このようにして形成したＥＬ素子は、基板
側電極と対向電極との間に電圧を印加することにより、
発光するものである。

【００４５】なお、形成したＥＬ素子は、適宜図６、７
に示す様に乾燥剤と共に封止して製品ＥＬ素子とするこ
とができる。乾燥剤としてはＣａＯ、ＢａＯ等が例示で
きる。

【００４６】以下、実施例により本発明を更に具体的に
説明する。

【００４７】

【実施例】常法により、表１に示す構成の有機ＥＬ素子
を製造した。この有機ＥＬ素子を図６に示すように封止
した。なお、面積の増加率の異なる基板側電極の製造
は、成膜速度を調節することにより行った。

【００４８】

【表１】

【００４９】この有機ＥＬ素子の陰極、陽極間に電圧を
印加することにより、有機ＥＬ素子は発光し、基板を通
して外部にＥＬ素子光を取出すことができた。

【００５０】この各有機ＥＬ素子を定電流駆動させ、輝
度半減期、及び駆動電圧を測定した。その結果を表２、
及び図３、４に示した。

【００５１】

【表２】

【００５２】

【発明の効果】本発明の有機ＥＬ素子は、基板側電極面
積の増加率を１．１％未満にしたので、定電流駆動させ
たときの輝度半減期が長く、経時駆動電圧上昇が小さい
ため絶縁破壊が少なく、その結果長寿命で、しかも経時
駆動電圧上昇が小さいので簡単な駆動回路で発光させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明有機ＥＬ素子の一例を示す概略側面図で
ある。

【図２】基板側電極面積の増加率算出法の説明図であ
る。

【図３】有機ＥＬ素子の輝度半減期と基板側電極面積の
増加率との関係を示すグラフである。

【図４】有機ＥＬ素子の駆動電圧と基板側電極面積の増
加率との関係を示すグラフである。

【図５】従来の有機ＥＬ素子の構成の一例を示す説明図
である。

【図６】従来の製品有機ＥＬ素子の構成の一例を示す説
明図である。

【図７】従来の製品有機ＥＬ素子の構成の他の例を示す
説明図である。

【符号の説明】

２ 素子基板 ４ 基板側電極 ６ 有機ＥＬ層 ８ 対向電極 ７２ 透明基板 ７４ 陽極 ７６ 正孔注入層 ７８ 正孔輸送層 ８０ 電子輸送性発光層 ８２ 有機ＥＬ層 ８４ 第１陰極層 ８６ 第２陰極層 ８８ 陰極 ９０ 気密ケース ９２ 接着剤 ９３ 乾燥剤収納部 ９４ 乾燥剤 ９５ 封止板 ９６ 収納部 １００ ＥＬ素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 芳夫 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 杉野谷 充 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 泉澤 勇昇 神奈川県横浜市金沢区乙舳町10番２号 (72)発明者 大森 英史 神奈川県横浜市金沢区乙舳町10番３号 (72)発明者 小池 俊弘 神奈川県川崎市多摩区中野島２丁目19番５ 号 Ｆターム(参考） 3K007 AB11 CB01 DB03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素子基板の片面に基板側電極、有機ＥＬ
   層、対向電極を順次積層してなる有機ＥＬ素子におい
   て、前記基板側電極の電極面の投影面積に対する前記基
   板側電極の表面積の増加率が１．１％未満であることを
   特徴とする有機ＥＬ素子。
2. 【請求項２】 前記素子基板の片面に形成した有機ＥＬ
   素子の素子構成が、陽極／発光層／陰極、陽極／正孔輸
   送層／発光層／電子輸送層／陰極、陽極／発光層／電子
   輸送層／陰極、又は陽極／正孔輸送層／発光層／陰極か
   らなる請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
3. 【請求項３】 前記素子基板が透明基板であることを特
   徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。
4. 【請求項４】 前記基板側電極がインジウム錫オキサイ
   ドで形成された陽極であることを特徴とする請求項３に
   記載の有機ＥＬ素子。