JPH08171989A - エレクトロルミネセンス発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 短絡による非発光部分のないＥＬ素子を提供
する。 【構成】アノードストリップ電極とカソードストリップ
電極を用いた発光素子において、該アノードストリップ
電極間に絶縁性樹脂が存在することを特徴とするエレク
トロルミネセンス発光素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表示素子、フラットパ
ネルディスプレイ、標識、看板などの分野に好適に利用
可能なエレクトロルミネセンス発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、パターンニングを施した有機エレ
クトロルミネセンス発光素子（以後、有機ＥＬ素子と略
す）においては、主に表示素子に応用する目的で平面上
に多数の画素を形成させることが行われる。例えば、欧
州特許第３４９，２６５号公報には、一連の平行なイン
ジウム錫酸化物のアノードストリップ上に有機ＥＬ素子
媒体を重ね、その上にフォトレジストをスピンコーティ
ングしてからパターンニングして、アノードと直交する
一連の平行なカソードを形成させる方法が開示されてい
る。

【０００３】また、特開平５−２５８８５９、２７５１
７２号公報には、一連の平行なインジウム錫酸化物のア
ノードストリップ上に画素を分割するための壁を設け、
その中に有機ＥＬ素子を作ることによって、素子の特性
を損なうことなく表示素子を作る方法が示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、フォトレジス
トをコーティングしてアノードのパターン形成を行う手
法では、コーティングの際に溶媒やその他有機物の影響
により素子の劣化が起こり、問題があった。また、画素
を分割するための壁を設けて蒸着を行う方法では有機物
と電極金属の蒸着時の拡散の度合いによって、有機物の
拡散がカソード金属の拡散の度合いより低い場合、アノ
ード上面においてカソードとの短絡現象が起こることが
あったり、素子形状のコントロールが困難であったりす
る問題があった。この様な理由から素子の微細化には限
界があるにもかかわらず、特にディスプレイ用途で高精
細表示を行うためには一画素の大きさを数百ミクロン以
下にしなくてはならない。従って、この様な微細素子を
素子の短絡を無くしながら所望の形状に加工することは
非常に困難であった。

【０００５】本発明は、かかる従来技術の問題点を解決
しようとするものであり、すなわち、短絡がない発光素
子を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、「アノードストリップ電極とカソードスト
リップ電極を用いた発光素子において、該アノードスト
リップ電極間に絶縁性樹脂が存在することを特徴とする
エレクトロルミネセンス発光素子。」に関するものであ
る。

【０００７】本発明の発光素子の製造方法の一例を挙げ
ると、まずインジウム酸化錫を一面にコーティングした
ガラス基板のインジウム酸化錫をストリップ状に加工し
その上に、溶液または溶融状態の絶縁性樹脂をＩＴＯ厚
みより厚くコーティングする。その後、溶媒を乾燥させ
（溶融状態の場合は冷却のみ）、必要であれば熱処理を
加える。次にインジウム酸化錫ストリップが出てくるま
で絶縁性樹脂をエッチングする。エッチングの方法は、
露光、ＲＩＥ、研磨など特に限定されないが、比較的簡
易に使用できるのは露光法である。エッチングの目安
は、絶縁性樹脂がインジウム酸化錫と同じ厚みになる程
度であるが、本発明の場合有機ＥＬ素子の機能層部分の
厚みに対応する約±０．１μｍの誤差範囲であることが
好ましい。この様にして作製されたアノードストリップ
電極間に絶縁性樹脂が存在する基板上に有機ＥＬ素子の
実質的に発光を司る機能物質を全面に積層し最後にスト
リップ状のカソードを形成する事により、カソード形成
前にインジウム酸化錫の全ての部分が被覆されることか
ら、上記短絡の問題は解決できる。以下、順次詳細に説
明を行う。

【０００８】アノードストリップ電極は、主に透明電極
であり有機ＥＬ素子から発光された光の少なくとも８０
％以上が透過することが望ましい。具体的には、酸化
錫、酸化インジウム、インジウム酸化錫（ＩＴＯ）など
の導電性金属酸化物、あるいは金、銀、クロムなどの金
属、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリチオ
フェン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリ
マなど特に限定されるものでないが、ＩＴＯガラスやネ
サガラスを用いることが特に望ましい。中でもストリッ
プ形状への加工のし易さから特にＩＴＯが好ましい。Ｉ
ＴＯの形成方法としては、現在スパッタリング法、ＥＢ
蒸着法、コーティング法などがあるが、素子が短絡しな
い程度の平滑性と所定の電圧で素子駆動に必要な電流が
十分流せる抵抗値を示すものであれば特に限定されな
い。透明電極の抵抗は素子の発光に十分な電流が供給で
きればよいので限定されないが、素子の消費電力の観点
からは低抵抗であることが望ましい。例えば３００Ω／
□以下であれば好ましく用いられるが、現在では１０Ω
／□程度の基板の供給も可能になっていることから、で
きる限り、低抵抗品を使用することが特に望ましい。Ｉ
ＴＯの厚みは抵抗値に合わせて任意に選ぶ事ができる
が、通常１０００〜３０００オングストロームの間で用
いられることが好ましい。また、アノードストリップ電
極を形成する基板は、特に限定されるものではなく、ソ
ーダライムガラス、無アルカリガラスなどのガラス基板
が好ましく用いられ、また厚みも機械的強度を保つのに
十分な厚みがあればよいので、０．７ｍｍ以上あること
が好ましい。ガラスの材質については、ガラスからの溶
出イオンが少ない方がよいので無アルカリガラス方が好
ましいが、ＳｉＯ₂ などのバリアコートを施したソーダ
ライムガラスも好適に使用できる。

【０００９】カソードストリップ電極は、電子を効率よ
く、発光を司る物質または発光を司る物質に隣接する物
質（例えば電子輸送層）に供給させなくてはならないの
で、電極と隣接する物質との密着性、エネルギーレベル
の調整などを考慮することが好ましい。また、長期間の
使用に対して安定な性能を維持するために大気中でも比
較的安定な材料を使用することが望ましいが、保護膜な
どを使用することも可能である。具体的にはインジウ
ム、金、銀、アルミニウム、鉛、マグネシウム、ランタ
ン、ユーロピウム、イッテルビウムなどの金属や希土類
単体、アルカリ金属、あるいはこれらの合金などを用い
ることが可能であるが、電極の安定性と素子特性を考慮
するとマグネシウムまたは、その合金を用いることが望
ましい。電極の作製には、抵抗加熱法、電子ビーム法、
スパッタリング法、コーティング法などが用いられ、金
属を単体で蒸着することも２成分以上を同時に蒸着する
こともできる。特に合金形成のためには複数の金属を同
時に蒸着すれば容易に合金電極を形成することが可能で
ある。ストリップ状に加工する方法として代表的なもの
には、マスクを介しての真空蒸着法がとられるが、非常
に微細なストリップを形成する場合には限界が生じる。
この際、フォトレジストによるパターン形成はレジスト
塗布工程において溶媒やその他の有機物による有機ＥＬ
機能層の劣化起こり、欧州特許第３４９，２６５号公報
と同じ問題に遭遇する。この問題を回避する方法として
は、有機発光層およびカソードストリップ電極まで一面
に蒸着しておいて、レーザーアブレーションなどの方法
によってストリップ形状に電極および／または有機機能
層を加工することが好ましい。

【００１０】本発明のアノードストリップ電極と、カソ
ードストリップ電極とは、マトリックス駆動表示として
用いられることが好ましい。マトリックス駆動表示と
は、ストリップ形状に加工されたアノード電極とカソー
ド電極を直交するように配置し、決められたストリップ
同士に電流を流すことにより、その交点に当たる画素を
駆動させる方式である。ストリップは通常直線状に形成
させるが、その目的に応じていかなる形状に加工するこ
とも可能である。基本的には、アノードストリップ電極
とカソードストリップ電極の交点に当たる部分の素子が
駆動するのである。

【００１１】絶縁性樹脂は、アノードストリップ電極の
加工の際にアノードストリップ電極を除去した部分にア
ノードストリップ電極の厚みよりやや厚く塗布される。
これにより一度アノードストリップ電極は絶縁物質で完
全に被覆されることになる。このままでは、アノードが
電極として作用できないので余分の絶縁性樹脂をエッチ
ングしてアノードが出てくるようにする。この時、絶縁
性樹脂はアノードの厚みとほぼ同程度にすることが素子
の短絡を抑えるためには好ましい。樹脂としては、各素
子が短絡しない程度の絶縁性を持っていれば、特に限定
されることなく用いることができる。溶液または溶融状
態で塗布することができる。また、モノマーを塗布して
（固体の場合は主に溶液状態で、液体の場合は溶液また
はニートノ状態で）、アノードストリップ電極上で自然
状態または、加熱、露光、その他の条件で現場重合を行
うこともできる。被覆された基板からアノード電極を露
出される方法としては、露光、研磨、ＲＩＥなどの方法
がある。

【００１２】一例として、ポリシランやｏ−ナフトキノ
ンジアジドスルホン酸をノボラック樹脂にエステル化し
たもの、あるいはトリヒドロキシベンゾフェノン、テト
ラヒドロキシベンゾフェノンにエステル化したものを例
えば、ｍ−クレゾール型ノボラック樹脂と混合したもの
であり、光照射された部分のアルカリ可溶性が増大する
ため希アルカリ水溶液（炭酸ナトリウム、メタケイ酸ナ
トリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、コ
リン）で現像することにより露光部分が溶解除去され
る。この現象を利用して上記感光性樹脂をアノードスト
リップ電極に塗布後、露光することにより過剰の樹脂を
除去することが可能となる。除去する厚さは、露光強度
または時間を変えることにより調整することができる。

【００１３】研磨する場合は、特に感光性である必要性
はない。樹脂でアノードストリップ電極基板を覆った後
に研磨機でアノードストリップ電極が出てくるまで研磨
する。この時、研磨剤はできるだけ微細なものを使うの
が好ましい。樹脂としては、ポリ塩化ビニル、ポリカー
ボネート、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、
ポリブチルメタクリレート、ポリエステル、ポリスルフ
ォン、ポリフェニレンオキサイド、炭化水素樹脂、ケト
ン樹脂、ふっ素樹脂、フェノキシ樹脂、ポリサルフォ
ン、ポリアミド、エチルセルロース、酢酸ビニル、ＡＢ
Ｓ樹脂、などの溶剤可溶性樹脂や、フェノール樹脂、キ
シレン樹脂、石油樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不
飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、
熱可塑性樹脂などが使用可能である。ただ、研磨するこ
とを考えるとゴム状の樹脂は研磨が容易でなくあまり好
ましくない。

【００１４】本発明のエレクトロルミネセンス素子と
は、陰極から注入された電子と陽極から注入された正孔
が両極に挟まれた有機蛍光体内で再結合する際に発光す
るというものであり、近年活発に行われるようになって
きた。この素子は、薄型、低駆動電圧下での高輝度発
光、蛍光材料を選ぶことによる多色発光が特徴である。

【００１５】この研究は、コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎ
ｇらが有機積層薄膜素子が高輝度に発光することを示し
て以来（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５１（１２）
２１，ｐ．９１３，１９８７）、多くの研究機関が検討
を行っており、本発明においてもこれら技術を好適に用
いることができる。まず、コダック社の研究グループが
提示した有機積層薄膜発光素子の代表的な構成は、ＩＴ
Ｏガラス基板上に正孔輸送性のジアミン化合物、発光層
である８−ヒドロキシキノリンアルミニウム、そして陰
極としてＭｇ：Ａｇを順次設けたものであり、１０Ｖ程
度の駆動電圧で１０００ｃｄ／ｍ^２の緑色発光が可能で
あった。現在の有機積層薄膜発光素子は、上記の素子構
成要素の他に電子輸送層を設けているものなど構成を変
えているものもあるが、基本的にはコダック社の構成を
踏襲している。現在知られている素子構成としては、
１）正孔輸送層／発光層、２）正孔輸送層／発光層／電
子輸送層、３）発光層／電子輸送層、そして、４）以上
の組合わせ物質を一層に混合した形態がある。だが、素
子特性は材料に依存する点が大きく、そのために様々な
物質が検討されている。

【００１６】まず、正孔輸送材料については、次世代表
示デバイス研究会編集の「有機ＥＬ素子開発戦略」（サ
イエンスフォーラム社、１９９２年発行）の中に有機積
層薄膜発光素子用正孔輸送材料について記載がある。こ
れによると正孔輸送材料には、対電力発光効率向上に関
しては高キャリア輸送能力材料が有効であり、また励起
子の発光層への閉じ込めとキャリア注入効率向上に関し
ては適切な電子準位材料の選択が重要であり、さらに電
気エネルギーを効率的に光に変換するために発光層との
界面でエキサイプレックスを形成しないことが重要であ
ることが示されている。また、膜厚や膜形成能なども実
際の素子作製において重要な要件となる。具体的な正孔
輸送材料としてＮ，Ｎ´−ジフェニル−Ｎ，Ｎ´−ジ
（３−メチルフェニル）−４，４´−ジアミンなどのト
リフェニルアミン類、Ｎ−イソプロピルカルバゾ−ルな
どの３級アミン類、ピラゾリン誘導体、ヒドラゾン系化
合物、スチルベン系化合物、トリフェニルアミン系化合
物、オキサジアゾール誘導体やフタロシアニン誘導体に
代表される複素環化合物、ポリマー系では前記単量体を
側鎖に有するポリカーボネートやスチレン誘導体、ポリ
ビニルカルバゾール、ポリシランなどが示されているが
特に限定されるものではない。

【００１７】発光層材料には、蛍光体が用いられる。正
孔輸送層から注入された正孔と陰極から注入された電子
が発光層内で再結合し、この時に蛍光体を励起して発光
が起こる。従って、発光層材料には蛍光性の他にキャリ
ア輸送能力も要求される。例えば、前述のＴａｎｇ等の
素子に用いられている８−ヒドロキシキノリンアルミニ
ウムは電子輸送性を持っていることが知られている。一
般に発光層が電子輸送性を持つ場合には、透明電極（正
極）と発光層の間に正孔輸送層を、発光層が正孔輸送性
を持つ場合には、背面電極（負極）と発光層の間に電子
輸送層を設ける事が有効であり、電子と正孔の両キャリ
アを対等に輸送する材料を用いた場合には発光層を正孔
輸送層と電子輸送層で挟み込むことが有効であると言わ
れている。蛍光体の量子効率は、高い方が高強度の発光
が得られると考えられるが、実際には濃度消光が起こ
り、それ自体を発光材料として利用することは困難であ
る。しかし、Ｔａｎｇ等はクマリンの様な蛍光量子効率
の高い色素を８−ヒドロキシキノリンアルミニウム発光
層の中に微量ドーピングすることにより、ホスト分子か
らのエネルギー移動が起こって素子の発光効率を向上さ
せたり、発光波長をシフトさせて多色発光が可能になる
ことがわかっている（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６５
（９）ｐ．３６１０，１９８９）。その他にも、蒸着に
よる成膜性がよいことや発光時における熱的、化学的安
定性も必要であることが指摘されている。この様な要求
を満たす発光層材料としてπ共役系化合物が多く用いら
れる。具体的には、以前から発光体として知られていた
アントラセンやピレン、そして前述の８−ヒドロキシキ
ノリンアルミニウムの他にも、例えば、ビススチリルア
ントラセン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、
クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ジスチリル
ベンゼン誘導体、ピロロピリジン誘導体、ペリノン誘導
体、シクロペンタジエン誘導体、チアジアゾロピリジン
誘導体、ポリマー系では、ポリフェニレンビニレン誘導
体、ポリパラフェニレン誘導体、そして、ポリチオフェ
ン誘導体などが知られており、発光の多色化が可能にな
っている。また、発光層に添加するドーパントとして
は、ルブレン、キナクリドン誘導体、フェノキサゾン６
６０、ＤＣＭ１、ペリノン、ペリレン、クマリン５４０
などが知られており、発光効率の向上や発光の多色化が
可能になっている。

【００１８】電子輸送材料については、多くの知見がな
く検討の余地が残されているが、オキサジアゾール誘導
体や８−ヒドロキシキノリンアルミニウムなどが知られ
ている。この材料にはホールのブロッキングと電子の注
入効率を向上させるという役割があり、素材の選択によ
っては非常に高性能の素子を作ることが可能である。以
上の正孔輸送層、発光層、電子輸送層に用いられる材料
は単独で各層を形成することができるが、高分子結着剤
としてポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレ
ン、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）、ポリメチルメタ
クリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリエステ
ル、ポリスルフォン、ポリフェニレンオキサイド、ポリ
ブタジエン、炭化水素樹脂、ケトン樹脂、フェノキシ樹
脂、ポリサルフォン、ポリアミド、エチルセルロース、
酢酸ビニル、ＡＢＳ樹脂、ポリウレタン樹脂などの溶剤
可溶性樹脂や、フェノール樹脂、キシレン樹脂、石油樹
脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂など
の硬化性樹脂などに分散させて用いることも可能であ
る。

【００１９】上記発光を司る物質の成形方法は、抵抗加
熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、分子積層
法、コーティング法など特に限定されるものではない
が、通常は、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着が特性面で
好ましい。層の厚みは、発光を司る物質の抵抗値にもよ
るので限定することはできないが、経験的には１００〜
１００００オングストロームの間から選ばれる。例え
ば、正孔輸送層にポリビニルカルバゾールを用い、発光
層に８−ヒドロキシキノリンアルミニウムを用いた場合
の各層の膜厚は、ポリビニルカルバゾールの厚みが、１
００〜７００オングストロームが好ましく、２００〜５
００オングストロームがより好ましく、そして８−ヒド
ロキシキノリンアルミニウムの膜厚は、２００〜２００
０オングストロームが好ましく、５００〜１２００オン
グストロームがより好ましい。

【００２０】

【実施例】以下、実施例および比較例をあげて本発明を
説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるも
のではない。

【００２１】実施例１ ＩＴＯ透明導電膜を１５００オングストローム堆積させ
たガラス基板（１５Ω／□）を所定の大きさに切断、ス
トリップ形状（幅１ｍｍ）にエッチング後、洗浄を行っ
た。次にポリイミド系ポジ型フォトレジスト（ｏ−ニト
ロベンジル基を持つタイプ）をスピンコーティングして
露光した。露光後２％水酸化カリウム水溶液により、現
像を行いＩＴＯ上面部分のみが出るようにした。この基
板をアセトン、洗浄液、脱イオン水、イソプロピルアル
コール、メタノールで順次洗浄した。この基板を真空蒸
着機中に入れて、５×１０^-4ｔｏｒｒにまで減圧し、
Ｎ，Ｎ´−ジフェニル−Ｎ，Ｎ´−ジ（３−メチルフェ
ニル）−４，４´−ジアミンを６００オングストロー
ム、アルミノキノリニウム錯体１０００オングストロー
ムを蒸着した。続いてストライプ形状のマスクをセット
し、マグネシウム：銀＝１：１０の１ｍｍ幅カソードス
トリップを形成させた。アノードおよびカソードに１０
Ｖの電圧を印加したところ、全ての画素において１×１
ｍｍの発光面積で緑色発光が認められた。

【００２２】実施例２ 実施例１においてＮ，Ｎ´−ジフェニル−Ｎ，Ｎ´−ジ
（３−メチルフェニル）−４，４´−ジアミンを蒸着す
るかわりに１重量％のポリビニルカルバゾールのジクロ
ロエタン溶液をディップコーティングする以外は同様の
方法にてパネルを作製したところ、絶縁性樹脂は溶媒に
よって変質することなく、全ての画素において１×１ｍ
ｍの発光面積で緑色発光が認められた。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、短絡による非発光部分のない
マトリックス表示有機ＥＬ素子パネルを提供できるもの
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アノードストリップ電極とカソードストリ
   ップ電極を用いた発光素子において、該アノードストリ
   ップ電極間に絶縁性樹脂が存在することを特徴とするエ
   レクトロルミネセンス発光素子。
2. 【請求項２】該絶縁性樹脂が、感光性であること特徴と
   する請求項１記載のエレクトロルミネセンス発光素子。