JPH08185979A - 有機電界発光素子の製造方法 - Google Patents

有機電界発光素子の製造方法

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JPH08185979A
JPH08185979A JP7000318A JP31895A JPH08185979A JP H08185979 A JPH08185979 A JP H08185979A JP 7000318 A JP7000318 A JP 7000318A JP 31895 A JP31895 A JP 31895A JP H08185979 A JPH08185979 A JP H08185979A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】長時間安定した発光特性を示す有機電界発光素
子の製造方法を提供する。 【構成】基板上に形成された、陽極及び陰極により挟持
された有機発光層を駆動時の電流密度の5〜1000倍
の電流密度でエージングする有機電界発光素子の製造方

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は有機電界発光素子の製造
方法に関するものであり、詳しくは、有機化合物から成
る発光層に電界をかけて光を放出する薄膜型デバイスの
製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、薄膜型の電界発光(EL)素子と
しては、無機材料の〓−〓族化合物半導体であるZn
S、CaS、SrS等に、発光中心であるMnや希土類
元素(Eu、Ce、Tb、Sm等)をドープしたものが
一般的であるが、上記の無機材料から作製したEL素子
は、 1)交流駆動が必要(50〜1000Hz)、 2)駆動電圧が高い(〜200V)、 3)フルカラー化が困難(特に青色が問題)、 4)周辺駆動回路のコストが高い、 という問題点を有している。
【0003】しかし、近年、上記問題点の改良のため、
有機薄膜を用いたEL素子の開発が行われるようになっ
た。特に、発光効率を高めるために電極からのキャリア
ー注入の効率向上を目的とした電極の種類の最適化を行
い、芳香族ジアミンから成る有機正孔輸送層と8−ヒド
ロキシキノリンのアルミニウム錯体から成る有機発光層
とを設けた有機電界発光素子の開発(Appl.Phy
s.Lett.,51巻,913頁,1987年)によ
り、従来のアントラセン等の単結晶を用いたEL素子と
比較して発光効率の大幅な改善がなされ、実用特性に近
づいている。
【0004】上記の様な低分子材料の他にも、有機発光
層の材料として、ポリ(p−フェニレンビニレン)(N
ature,347巻,539頁,1990年;App
l.Phys.Lett.,61巻,2793頁,19
92年)、ポリ[2−メトキシ−5−(2−エチルヘキ
シルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン](App
l.Phys.Lett.,58巻,1982頁,19
91年;ThinSolid Films,216巻,
96頁,1992年;Nature,357巻,477
頁,1992年)、ポリ(3−アルキルチオフェン)
(Jpn.J.Appl.Phys,30巻,L193
8頁,1991年;J.Appl.Phys.,72
巻,564頁,1992年)等の高分子材料の開発や、
ポリビニルカルバゾール等の高分子に低分子の発光材料
と電子移動材料とを混合した素子(応用物理,61巻,
1044頁,1992年)の開発も行われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の様な有機電界発
光素子を光源としてまたは表示素子として用いるために
は、発光特性の安定性が要求される。しかしながら、従
来の有機電界発光素子は駆動時間とともに発光輝度が低
下し、特に、初期の輝度低下が激しく、初期輝度に対す
る輝度の半減時間として130時間の例が報告されてい
る(電気通信学会技術研究報告,EID91−91,4
7頁,1991年)。また、定電流駆動で100時間駆
動した時、駆動電圧6〜7Vが14Vまで増加すること
も報告されている(Appl.Phys.Lett.,
51巻,913頁,1987年)。このような発光特性
の不安定性は、有機電界発光素子を実用化する上で大き
な問題である。特に駆動時の電流−電圧特性が安定しな
いことは階調性を有する表示ができないことを意味す
る。
【0006】有機電界発光素子を安定化させる方法とし
て、階段状の波形で順電圧を駆動電圧の値まで印加する
ことが提案されている(特開平4−14794号公報)
が、このエージング工程後も1時間後の輝度が初期輝度
の80%程度であって輝度低下が大きく、安定化が不十
分である。また、他の安定化方法として有機電界発光素
子を50℃以上有機化合物の融点以下で加熱処理するこ
とが提案されている(特開平5−182764号公報)
が、輝度の半減時間は18〜25時間と大きな改善はな
い。
【0007】上記に示した様な発光特性(輝度または電
圧−電流特性)の不安定性は、駆動時の発熱による有機
層の結晶化や凝集、陰極と有機層とのコンタクトの劣化
等が考えられるが、これまでのところその原因はまだ明
確に解明されていないのが現状である。
【0008】有機電界発光素子の発光特性が不安定なこ
とは、ファクシミリ、複写機、液晶ディスプレイのバッ
クライト等の光源としては大きな問題であり、フラット
パネル・ディスプレイ等の表示素子としても好ましくな
い特性である。本発明は上記実状に鑑み、安定した発光
特性を有する有機電界発光素子の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の要旨
は、基板上に形成された、陽極及び陰極により挟持され
た有機発光層を駆動時の電流密度の5〜1000倍の電
流密度でエージングすることを特徴とする有機電界発光
素子の製造方法、に存する。以下、本発明の有機電界発
光素子の製造方法について、添付図面を参照しつつ説明
する。
【0010】図1は本発明に用いられる一般的な有機電
界発光素子の構造例を模式的に示す断面図であり、1は
基板、2は陽極、3は有機発光層、4は陰極を各々表わ
す。基板1は本発明の有機電界発光素子の支持体となる
ものであり、石英やガラスの板、金属板や金属箔、プラ
スチックフィルムやシートなどが用いられるが、ガラス
板や、ポリエステル、ポリメタアクリレート、ポリカー
ボネート、ポリスルホンなどの透明な合成樹脂基板が好
ましい。
【0011】基板1上には陽極2が設けられる。陽極2
は有機発光層への正孔注入の役割を果たすものである。
この陽極は、通常、アルミニウム、金、銀、ニッケル、
パラジウム、テルル等の金属、インジウム及び/または
スズの酸化物などの金属酸化物やヨウ化銅、カーボンブ
ラック、あるいは、ポリ(3−メチルチオフェン)等の
導電性高分子などにより構成される。陽極の形成は通
常、スパッタリング法、真空蒸着法などにより行われる
ことが多いが、銀などの金属微粒子あるいはヨウ化銅、
カーボンブラック、導電性の金属酸化物微粒子、導電性
高分子微粉末などの場合には、適当なバインダー樹脂溶
液に分散し、基板上に塗布することにより形成すること
もできる。さらに、導電性高分子の場合は電解重合によ
り直接基板上に薄膜を形成したり、基板上に塗布して形
成することもできる(Appl.Phys.Let
t.,60巻,2711頁,1992年)。また、陽極
を異なる物質で積層することも可能である。陽極2の厚
みは、必要とする透明性により異なるが、透明性が必要
とされる場合は、可視光の透過率が60%以上、好まし
くは80%以上であることが望ましく、この場合、厚み
は、通常、5〜1000nm、好ましくは10〜500
nm程度である。
【0012】不透明でよい場合は陽極2は基板1と同一
でもよい。さらに、上記の陽極の上に異なる導電材料を
積層することも可能である。陽極2の上には有機発光層
3が設けられるが、有機発光層3は、電界を与えられた
電極間において、陽極から注入された正孔と陰極から注
入された電子とを効率よく輸送して再結合させ、かつ、
再結合により効率よく発光する材料から形成される。通
常、この有機発光層3は発光効率の向上のために、図2
に示すように、正孔輸送層3aと電子輸送層3bとに分
割して機能分離型にすることが行われる(Appl.P
hys.Lett.,51巻,913頁,1987
年)。
【0013】上記の機能分離型素子において、正孔輸送
材料としては、陽極2からの正孔注入効率が高く、か
つ、注入された正孔を効率よく輸送することができる材
料であることが必要である。そのためには、イオン化ポ
テンシャルが小さく、しかも正孔移動度が大きく、さら
に安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時や使用
時に発生しにくいことが要求される。
【0014】このような正孔輸送材料としては、例え
ば、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニ
ル)シクロヘキサン等の3級芳香族アミンユニットを連
結した芳香族ジアミン化合物(特開昭59−19439
3号公報)、4,4’−ビス[フェニル−1−ナフチル
アミノ]ビフェニルで代表される2個以上の3級アミノ
基を含み2個以上の縮合芳香族環が窒素原子に置換した
芳香族アミン(特開平5−234681号公報)、トリ
フェニルベンゼンの誘導体でスターバースト構造を有す
る芳香族トリアミン(米国特許第4,923,774
号)、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’
−ジアミン等の芳香族ジアミン(米国特許第4,76
4,625号)、α,α,α’,α’−テトラメチル−
α,α’−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)
−p−キシレン(特開平3−269084号公報)、分
子全体として立体的に非対称なトリフェニルアミン誘導
体(特開平4−129271号公報)、ピレニル基に芳
香族ジアミノ基が複数個置換した化合物(特開平4−1
75395号公報)、エチレン基で3級芳香族アミンユ
ニットを連結した芳香族ジアミン(特開平4−2641
89号公報)、スチリル構造を有する芳香族ジアミン
(特開平4−290851号公報)、チオフェン基で芳
香族3級アミンユニットを連結したもの(特開平4−3
04466号公報)、スターバースト型芳香族トリアミ
ン(特開平4−308688号公報)、ベンジルフェニ
ル化合物(特開平4−364153号公報)、フルオレ
ン基で3級アミンを連結したもの(特開平5−2547
3号公報)、トリアミン化合物(特開平5−23945
5号公報)、ビス(ジピリジルアミノ)ビフェニル(特
開平5−320634号公報)、N,N,N−トリフェ
ニルアミン誘導体(特開平6−1972号公報)、フェ
ノキサジン構造を有する芳香族ジアミン(特願平5−2
90728号)、ジアミノフェニルフェナントリジン誘
導体(特願平6−45669号)、ヒドラゾン化合物
(特開平2−311591号公報)、シラザン化合物
(米国特許第4,950,950号公報)、シラナミン
誘導体(特開平6−49079号公報)、ホスファミン
誘導体(特開平6−25659号公報)、キナクリドン
化合物等が挙げられる。これらの化合物は、単独で用い
ても、必要に応じて、混合して用いてもよい。
【0015】上記の化合物以外に、正孔輸送性の高分子
である、ポリビニルカルバゾールやポリシラン(App
l.Phys.Lett.,59巻,2760頁,19
91年)、ポリホスファゼン(特開平5−310949
号公報)、ポリアミド(特開平5−310949号公
報)、ポリビニルトリフェニルアミン(特願平5−20
5377)、トリフェニルアミン骨格を有する高分子
(特開平4−133065号公報)、トリフェニルアミ
ン単位をメチレン基等で連結した高分子(Synthe
tic Metals,55−57巻,4163頁,1
993年)、芳香族アミン構造を含有するポリメタクリ
レート(J.Polym.Sci.,Polym.Ch
em.Ed.,21巻,969頁,1983年)等の高
分子材料が挙げられる。
【0016】上記の有機正孔輸送材料を塗布法あるいは
真空蒸着法により前記陽極2上に積層することにより正
孔輸送層3aを形成する。塗布の場合は、有機正孔輸送
化合物の1種または2種以上と、必要により正孔のトラ
ップにならないバインダー樹脂やレベリング剤等の塗布
性改良剤などの添加剤を添加し溶解した塗布溶液を調製
し、スピンコート法などの方法により陽極2上に塗布
し、乾燥して有機正孔輸送層3aを形成する。バインダ
ー樹脂としては、ポリカーボネート、ポリアリレート、
ポリエステル等が挙げられる。バインダー樹脂は添加量
が多いと正孔移動度を低下させるので、少ない方が望ま
しく、50重量%以下が好ましい。
【0017】真空蒸着法の場合には、有機正孔輸送材料
を真空容器内に設置されたルツボに入れ、真空容器内を
適当な真空ポンプで10-6Torrにまで排気した後、
ルツボを加熱して、正孔輸送材料を蒸発させ、ルツボと
向き合って置かれた基板上に層を形成させる。
【0018】上記正孔輸送層3aを形成する場合、さら
に、アクセプタとして、芳香族カルボン酸の金属錯体及
び/または金属塩(特開平4−320484号公報)、
ベンゾフェノン誘導体およびチオベンゾフェノン誘導体
(特開平5−295361号公報)、フラーレン類(特
開平5−331458号公報)を10-3〜10重量%の
濃度でドープして、フリーキャリアとしての正孔を生成
させ、低電圧駆動とすることが可能である。
【0019】正孔輸送層3aの膜厚は、通常、10〜3
00nm、好ましくは30〜100nmである。この様
に薄い膜を一様に形成するためには、真空蒸着法がよく
用いられる。正孔輸送層3aの材料としては有機化合物
の代わりに無機材料を使用することも可能である。無機
材料に要求される条件は、有機正孔輸送化合物と同じで
ある。正孔輸送層3aに用いられる無機材料としては、
p型水素化非晶質シリコン、p型水素化非晶質炭化シリ
コン、p型水素化微結晶性炭化シリコン、あるいは、p
型硫化亜鉛、p型セレン化亜鉛等が挙げられる。これら
の無機正孔輸送層はCVD法、プラズマCVD法、真空
蒸着法、スパッタ法等により形成される。
【0020】無機正孔輸送層の膜厚も有機正孔輸送層と
同様に、通常、10〜300nm、好ましくは30〜1
00nmである。正孔輸送層3aの上には電子輸送層3
bが設けられるが、電子輸送層3bは、電界を与えられ
た電極間において陰極からの電子を効率よく正孔輸送層
3aの方向に輸送することができる化合物より形成され
る。
【0021】電子輸送層3bに用いられる有機電子輸送
性化合物としては、陰極4からの電子注入効率が高く、
かつ、注入された電子を効率よく輸送することができる
化合物であることが必要である。そのためには、電子親
和力が大きく、しかも電子移動度が大きく、さらに安定
性に優れトラップとなる不純物が製造時や使用時に発生
しにくい化合物であることが要求される。
【0022】このような条件を満たす材料としては、テ
トラフェニルブタジエンなどの芳香族化合物(特開昭5
7−51781号公報)、8−ヒドロキシキノリンのア
ルミニウム錯体などの金属錯体(特開昭59−1943
93号公報)、シクロペンタジエン誘導体(特開平2−
289675号公報)、ペリノン誘導体(特開平2−2
89676号公報)、オキサジアゾール誘導体(特開平
2−216791号公報)、ビススチリルベンゼン誘導
体(特開平1−245087号公報、同2−22248
4号公報)、ペリレン誘導体(特開平2−189890
号公報、同3−791号公報)、クマリン化合物(特開
平2−191694号公報、同3−792号公報)、希
土類錯体(特開平1−256584)、ジスチリルピラ
ジン誘導体(特開平2−252793号公報)、p−フ
ェニレン化合物(特開平3−33183号公報)、チア
ジアゾロピリジン誘導体(特開平3−37292号公
報)、ピロロピリジン誘導体(特開平3−37293号
公報)、ナフチリジン誘導体(特開平3−203982
号公報)などが挙げられる。
【0023】これらの化合物を用いた電子輸送層3b
は、電子を輸送する役割と、正孔と電子の再結合の際に
発光をもたらす役割を同時に果している。有機正孔輸送
層3aが発光機能を有する場合は、電子輸送層3bは電
子を輸送する役割だけを果たす。
【0024】素子の発光効率を向上させるとともに発光
色を変える目的で、例えば、8−ヒドロキシキノリンの
アルミニウム錯体をホスト材料として、クマリン等のレ
ーザ用蛍光色素をドープすること(J.Appl.Ph
ys.,65巻,3610頁,1989年)も行われて
いる。本発明においても上記の有機電子輸送材料をホス
ト材料として各種の蛍光色素を10-3〜10重量%ドー
プすることにより、素子の発光特性をさらに向上させる
ことができる。電子輸送層3bの膜厚は、通常、10〜
200nm、好ましくは30〜100nmである。
【0025】有機電子輸送層も有機正孔輸送層と同様の
方法で形成することができるが、通常は真空蒸着法が用
いられる。有機電界発光素子の発光効率をさらに向上さ
せる方法として、電子輸送層3bの上にさらに他の電子
輸送層3cを積層することもできる(図3参照)。この
電子輸送層3cに用いられる化合物には、陰極からの電
子注入が容易で、電子の輸送能力がさらに大きいことが
要求される。この様な電子輸送材料としては、オキサジ
アゾール誘導体(Appl.Phys.Lett.,5
5巻,1489頁,1989年;Jpn.J.App
l.Phys.,31巻,1812頁,1992年)や
それらをポリメチルメタクリレート等の樹脂に分散した
系(Appl.Phys.Lett.,61巻,279
3頁,1992年)、フェナントロリン誘導体(特開平
5−331459号公報)、または、n型水素化非晶質
炭化シリコン、n型硫化亜鉛、n型セレン化亜鉛等が挙
げられる。電子輸送層3cの膜厚は、通常、5〜200
nm、好ましくは10〜100nmである。
【0026】機能分離を行わない単層型の有機発光層3
としては、先に挙げたポリ(p−フェニレンビニレン)
(Nature,347巻,539頁,1990年;A
ppl.Phys.Lett.,61巻,2793頁,
1992年)、ポリ[2−メトキシ−5−(2−エチル
ヘキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン](A
ppl.Phys.Lett.,58巻,1982頁,
1991年;ThinSolid Films,216
巻,96頁,1992年;Nature,357巻,4
77頁,1992年)、ポリ(3−アルキルチオフェ
ン)(Jpn.J.Appl.Phys,30巻,L1
938頁,1991年;J.Appl.Phys.,7
2巻,564頁,1992年)等の高分子材料や、ポリ
ビニルカルバゾール等の高分子に発光材料と電子移動材
料とを混合した系(応用物理,61巻,1044頁,1
992年)が挙げられる。
【0027】陰極4は、有機発光層3に電子を注入する
役割を果たす。陰極として用いられる材料としては、前
記陽極2に使用される材料を用いることが可能である
が、効率よく電子注入を行なうには、仕事関数の低い金
属が好ましく、スズ、マグネシウム、インジウム、アル
ミニウム、銀等の適当な金属またはそれらの合金が用い
られる。
【0028】陰極4の膜厚は通常、陽極2と同様であ
る。また、図1には示していないが、陰極4の上にさら
に基板1と同様の基板を設けることもできる。但し、陽
極2と陰極4との少なくとも一方は透明性の良いことが
EL素子としては必要である。このことから、陽極2と
陰極4の一方は、10〜500nmの膜厚であることが
好ましく、透明性の良いことが望まれる。
【0029】尚、図1とは逆の構造、すなわち、基板上
に陰極4、有機発光層3、陽極2の順に積層することも
可能であり、既述した様に少なくとも一方が透明性の高
い2枚の基板の間に本発明の有機電界発光素子を設ける
ことも可能である。同様に、図2及び図3とは逆の構造
に積層することも可能である。
【0030】第1〜3図に示した構造以外にも、例えば
以下に示すような層構成の有機電界発光素子を本発明に
用いることができる。 陽極/有機正孔輸送性発光層/電子輸送層/陰極、 陽極/正孔注入層/正孔輸送性発光層/電子輸送層/陰
極、 陽極/正孔輸送層/電子輸送層/界面層/陰極、 陽極/正孔輸送層/電子輸送層/他の電子輸送層/界面
層/陰極、 陽極/正孔注入層/正孔輸送性発光層/電子輸送層/界
面層/陰極。
【0031】上記層構成で、正孔注入層は陽極からの正
孔注入の効率を上げ、駆動電圧を下げる機能を有するも
のである。この目的のためにイオン化ポテンシャルの低
い材料が望ましく、フタロシアニン化合物やポルフィリ
ン化合物(特開昭57−51781号公報、特開昭63
−295695号公報)が正孔注入層材料として使用さ
れる。
【0032】また、上記層構成で、界面層は陰極と有機
層とのコンタクトを向上させるためのもので、芳香族ジ
アミン化合物(特開平6−267658号公報)、キナ
クリドン化合物(特願平5−116204号)、ナフタ
セン誘導体(特願平5−116205号)、有機シリコ
ン化合物(特願平5−116206号)、有機リン化合
物(特願平5−116207号)、N−フェニルカルバ
ゾール骨格を有する化合物(特願平6−199562
号)、N−ビニルカルバゾール重合体(特願平6−20
0942号)等が挙げられる。界面層の膜厚は、通常、
2〜100nm、好ましくは5〜30nmである。界面
層を設ける代わりに、有機発光層及び電子輸送層の陰極
界面近傍に上記界面層材料を50重量%以上含む領域を
設けてもよい。
【0033】有機電界発光素子を最終的な形にするため
には、保護膜を形成した後、さらに素子全体を封止する
必要がある。保護膜の材料としてはAl、Ni、Au、
Ag等の金属(特開平3−141588号公報、特開平
4−6795号公報、特開平4−19993号公報、米
国特許第5,059,862号、特開平4−36389
6号公報、特開平5−315078号公報)、金属の酸
化物(特開平4−212284号公報、特開平4−73
886号公報、特開平5−335080号公報)、金属
のフッ化物(特開平4−212284号公報)、金属の
硫化物(特開平4−212284号公報)、金属の窒化
物(特開平4−73886号公報)、高分子(特開平4
−137483号公報、特開平4−206386号公
報、特開平4−233192号公報、特開平4−267
097号公報、特開平4−355096号公報)、プラ
ズマ重合膜(特開平5−101886号公報)等が挙げ
られる。封止方法としては、素子を気密ケースに入れて
内部に酸素吸着剤や水分吸着剤を入れる方法(特開平3
−37991号公報、特開平3−261091号公
報)、素子を不活性液体やオイル中に入れる方法(特開
平4−363890号公報、特開平5−36475号公
報、特開平5−41281号公報、特開平5−1144
86号公報、特開平5−129080号公報)、光硬化
樹脂を使用する方法(特開平4−267097号公報、
特開平5−182759号公報、特開平5−29097
6号公報)等が挙げられる。
【0034】続いて、本発明の有機電界発光素子の製造
方法におけるエージング工程について説明する。一般
に、表示素子や光源として実用上要求される発光輝度
は、50〜100cd/m2 である。この輝度を達成す
るために有機電界発光素子は、通常、0.1〜100m
A/cm2 の範囲の電流密度で駆動される。ここで電流
密度は、パネルの場合は各画素に流れる電流を画素の面
積で割った値であり、光源の場合は全電流を発光部の面
積で割った値である。この範囲の電流密度で素子を連続
駆動した場合、発光輝度の半減時間は18〜25時間
(特開平5−182764号公報)、60時間(応用物
理,62巻,1015頁,1993年)、130時間
(電気通信学会技術研究報告,EID91−91,47
頁,1991年)であり、その後も輝度や電流−電圧特
性は安定しない(Poymer Preprints,
Japan,42巻,3号,615頁,1993年)。
【0035】本発明においては、これらの発光特性を短
時間で安定化させるために、有機電界発光素子の層構成
を形成させた後、エージング工程として、実際に素子を
駆動する時に用いる駆動電流密度の5〜1000倍の電
流密度で予め駆動することを特徴とする。エージング時
の電流密度が5倍未満の場合は、エージングの効果は小
さく、発光特性の安定化も得られない。エージング時の
電流密度が1000倍を越える場合は、絶縁破壊や素子
の局所的な融解等により素子に致命的な損傷が起こる場
合があるので好ましくない。また、エージング時の電流
密度としては0.01〜1A/cm2の範囲内にあるこ
とが好ましく、特に0.01〜0.5A/cm2の範囲
内にあることが好ましい。0.01A/cm2未満の場
合は、エージングの効果は小さく、発光特性の安定化も
得られない場合がある。エージング時の電流密度が1A
/cm2を越える場合は、素子に致命的な損傷が起こる
ことがある。エージング時間は製造工程から考えて短い
ことが望ましく、エージング時の電流密度を高くすれば
短時間で完了する。実用的には10時間以内でエージン
グ処理が終了することが好ましい。また、エージング時
の電流波形は直流、交流、パルスのいずれでもよい。本
発明のエージング工程では、素子中に存在する微少なリ
ークパスを修復するとともに、電極と有機層界面でのコ
ンタクトを向上させ、発光特性を安定化させることがで
きる。
【0036】図4に駆動電力密度と放射温度計(KEY
ENCE社製;IT2−50型)で測定した有機電界発
光素子の発熱温度の関係を示す。前記有機電界発光素子
は図2に示した構造を有し、陽極としてはインジウム・
錫酸化物(120nm)、正孔輸送層としてはN,N’
−ジフェニル−N,N’−(3−メチルフェニル)−
1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(60n
m)、発光層としては8−ヒドロキシキノリンのアルミ
ニウム錯体(75nm)、陰極としてはマグネシウムと
銀との合金(原子比でMg:Ag=10:1.5;膜厚
130nm)を各々使用した。本発明でのエージング工
程では、通常、5〜15V程度の電圧となるので、1〜
4W/cm2程度の電力密度となることが見込まれ、素
子の発熱温度としては40〜50℃程度が見込まれる。
従って、本発明が適用される有機電界発光素子に使用さ
れる有機材料としては、ガラス転移温度(示差熱分析法
で通常測定され、以下、Tgと記す)が60℃以上であ
ることが好ましく、さらに好ましくは80℃以上あるこ
とが望まれる。それ以下のTgを示す材料ではエージン
グ中に発生する駆動電流によるジュール熱で薄膜形状が
劣化(結晶化、凝集等)することが予想される。エージ
ング方法としてはアニールによる熱的な工程も考えられ
るが、本発明で得られる発光特性の安定化効果はアニー
ルでは得られず、駆動電流密度の5〜1000倍の電流
密度でエージングを行うことが本質的である。
【0037】有機電界発光素子をディスプレイパネルと
して用いるためには、一般にマトリクスアドレス方式
(特開平2−66873号公報;電気通信学会技術研究
報告,OME89−46,37,1989年)が採用さ
れる。この単純マトリクスパネルにおいては前記陽極及
び陰極がXYマトリクスを形成し、それらはX個のデー
タラインとY本のスキャンラインに対応する。この様な
単純マトリクスパネルのエージングにおいてはX個のデ
ータをすべてONにした状態でスキャンラインを順次O
Nにしていく方法がとられる。このエージング方法にお
いては各スキャンラインはYの数に応じたデューティで
パルス的に駆動されることになる。エージングをさらに
高速で行うためには、スキャンラインを外部ですべて短
絡させて行う方式でもよい。
【0038】上記の単純マトリクス型のパネルではクロ
ストークの問題や画素数が増えたときのデューティが非
常に小さくなるために発光輝度が低下する問題がある
が、これらの問題を解決するためにアクティブ・マトリ
クス回路で駆動することが考えられる(特開平2−14
8687号公報、特願平5−116208号)。上記の
アクティブ・マトリクス型パネルの場合は、各画素に対
応するデータをすべてONにしてエージングすればよ
い。
【0039】
【実施例】次に、本発明を実施例によって更に具体的に
説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の
実施例の記載に限定されるものではない。 参考例1 (エージング前の有機電界発光素子の作成例
1) 図2に示す構造を有する有機電界発光素子を以下の方法
で作製した。
【0040】ガラス基板上にインジウム・スズ酸化物
(ITO)透明導電膜を120nm堆積したもの(ジオ
マテック社製;電子ビーム成膜品)を、フォトリソグラ
フィと塩酸エッチングで2mm幅のストライプにパター
ニングして陽極を形成した後、アセトンで超音波洗浄、
純水で水洗、イソプロピルアルコールで超音波洗浄、乾
燥窒素で乾燥、UV/オゾン洗浄を経て、真空蒸着装置
内に設置して、装置内の真空度が2×10-6Torr以下に
なるまで液体窒素トラップを備えた油拡散ポンプを用い
て排気した。上記装置内に配置されたセラミックるつぼ
に入れたN,N’−ジフェニル−N,N’−(3−メチ
ルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジア
ミン(H1):
【0041】
【化1】
【0042】をるつぼの周囲のタンタル線ヒーターで加
熱して蒸着を行った。この時のるつぼの温度は、160
〜170℃の範囲で制御した。蒸着時の真空度は2×1
-6Torrで、蒸着時間2分10秒で膜厚60nmの
正孔輸送層3aを得た。次に、発光機能を有する電子輸
送層3bの材料として、以下の構造式のアルミニウムの
8−ヒドロキシキノリン錯体、Al(C96NO)3(E
1):
【0043】
【化2】
【0044】を上記正孔輸送層3aの上に同様にして蒸
着を行なった。この時のるつぼの温度は230〜270
℃の範囲で制御した。蒸着時の真空度は2×10-6To
rr、蒸着時間は2分40秒、膜厚は75nmであっ
た。
【0045】最後に、陰極4として、マグネシウムと銀
の合金電極を2元同時蒸着法によって膜厚150nmで
蒸着した。蒸着はモリブデンボートを用いて、真空度は
5×10-6Torr、蒸着時間は3分30秒で光沢のあ
る膜が得られた。マグネシウムと銀の原子比は10:
1.5であった。この時、陰極はシャドーマスクを用い
て2mm幅のストライプ状に蒸着し、陽極のITOスト
ライプとは直交するようにした。従って、素子のサイズ
としては2mm×2mmとなる。
【0046】尚、上記の素子に用いた有機化合物につい
て走査型示差熱分析装置(セイコー電子工業社製;DS
C−20)により示差熱分析を行ったところ、正孔輸送
材料(H1)のTgは63℃、発光材料(E1)のTg
は103℃であった。以上の様にして作製した素子を乾
燥窒素雰囲気下で、別のガラス板とガラス製のスペーサ
とを用いてエポキシ樹脂(チバガイギー社製;アラルダ
イト)により貼り合わせて封止した。この時、2枚のガ
ラス板に挟まれたスペーサの空間に減圧下で加熱乾燥し
たシリカゲル粉末(純正化学社製青色5〜10メッシュ
をメノウ乳鉢ですりつぶしたもの)を吸湿剤として適量
入れた。
【0047】実施例1 参考例1で作製した有機電界発光素子をITO電極(陽
極)にプラス、マグネシウム・銀合金電極(陰極)にマ
イナスの直流電圧を印加して、定電流駆動で電流密度を
90mA/cm2として4時間エージングした。エージ
ング終了後、電流密度を15mA/cm2として連続駆
動した時の初期輝度は99cd/m2であった。輝度の
減衰特性を図5に示す。エージング後からの輝度の半減
時間は1000時間であった。素子の駆動は大気下25
℃で行った。
【0048】比較例1 参考例1で作製した素子を、定電流駆動で電流密度を1
5mA/cm2として24時間エージングした。エージ
ング終了後、電流密度を15mA/cm2として連続駆
動した時の初期輝度は157cd/m2であった。輝度
の減衰特性を図5に示す。エージング後からの輝度の半
減時間は450時間であった。
【0049】比較例2 参考例1で作製した素子を、定電流駆動で電流密度を7
5mA/cm2として4時間40分エージングした。エ
ージング終了後、電流密度を22.5mA/cm2とし
て連続駆動した時の初期輝度は159cd/m2であっ
た。エージング後からの輝度の半減時間は430時間で
あった。
【0050】比較例3 参考例1で作製した素子をエージング工程を省略して、
15mA/cm2の電流密度で連続駆動した時の初期輝
度は350cd/m2で、輝度の半減時間は20時間で
あった。
【0051】参考例2 (エージング前の有機電界発光
素子の製造例2) 正孔輸送層の材料として以下に示すジアミノフェニルフ
ェナントリジン誘導体(H2):
【0052】
【化3】
【0053】を用いた他は、参考例1と同様にして有機
電界発光素子を作製した。尚、この正孔輸送材料(H
2)のTgは101℃であった。
【0054】実施例2 参考例2で作製した有機電界発光素子を、定電流駆動で
電流密度を75mA/cm2として5時間エージングし
た。エージング終了後、電流密度を15mA/cm2
して連続駆動した時の初期輝度は45cd/m2であっ
た。エージング後の輝度の減衰特性を図6に示す。
【0055】比較例4 参考例2で作製した素子を、定電流駆動で電流密度を1
5mA/cm2として24時間エージングした。エージ
ング終了後、電流密度を15mA/cm2として連続駆
動した時の初期輝度は82cd/m2であった。エージ
ング後の輝度の減衰特性を図6に示す。
【0056】参考例3 (エージング前の有機電界発光
素子の製造例3) 正孔輸送層の材料として以下に示す芳香族ジアミン(H
3):
【0057】
【化4】
【0058】を用いた他は、参考例1と同様にして有機
電界発光素子を作製した。尚、正孔輸送材料(H3)の
Tgは96℃であった。
【0059】実施例3 参考例3で作製した有機電界発光素子を、定電流駆動で
電流密度を90mA/cm2として4時間エージングし
た。エージング終了後、電流密度を15mA/cm2
して連続駆動した時の初期輝度は123cd/m2であ
り、エージング後の輝度の半減時間は4000時間であ
った。エージング後の輝度の減衰特性を図7に示す。
【0060】比較例5 参考例3で作製した素子を、定電流駆動で電流密度を1
5mA/cm2として24時間エージングした。エージ
ング終了後、電流密度を15mA/cm2として連続駆
動した時の初期輝度は171cd/m2であった。輝度
の減衰特性を図7に示す。エージング後からの輝度の半
減時間は1000時間であった。
【0061】比較例6 参考例3で作製した素子をエージング工程を省略して、
15mA/cm2の電流密度で連続駆動した時の初期輝
度は332cd/m2で、輝度の半減時間は30時間で
あった。
【0062】比較例7 参考例3で作製した素子を、50℃で4時間アニールし
た。アニール終了後、電流密度を15mA/cm2とし
て連続駆動した時の初期輝度は342cd/m2であっ
た。アニール後からの輝度の半減時間は45時間であっ
た。このアニール処理では、高電流密度でのエージング
による輝度の安定効果は得られなかった。
【0063】実施例4 参考例3で作製した素子を、90mA/cm2の電流密
度で1時間エージングした後、引続き、5mA/cm2
の電流密度で連続駆動した時の発光特性を図8に示す。
この時のエージング後の初期輝度は49cd/m2であ
り、輝度の半減時間は外挿により30000時間以上と
なった。
【0064】比較例8 参考例3で作製した素子を、定電流駆動で電流密度を5
mA/cm2として24時間エージングした。エージン
グ終了後、引続き、電流密度を5mA/cm2として連
続駆動した時の初期輝度は76cd/m2であった。輝
度の減衰特性を図8に示す。エージング後からの輝度の
半減時間は3000時間であった。
【0065】比較例9 参考例3で作製した素子をエージング工程を省略して、
5mA/cm2の電流密度で連続駆動した時の初期輝度
は114cd/m2で、輝度の半減時間は200時間で
あった。
【0066】
【発明の効果】本発明の有機電界発光素子の製造方法に
より、駆動時に安定した発光特性を示す素子を得ること
ができる。従って、本発明による有機電界発光素子はフ
ラットパネル・ディスプレイ(例えばOAコンピュータ
用や壁掛けテレビ)や面発光体としての特徴を生かした
光源(例えば、複写機の光源、液晶ディスプレイや計器
類のバックライト光源)、表示板、標識灯への応用が考
えられ、その技術的価値は大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における有機電界発光素子の構造例を示
した模式断面図。
【図2】本発明における有機電界発光素子の別の構造例
を示した模式断面図。
【図3】本発明における有機電界発光素子のさらに別の
構造例を示した模式断面図。
【図4】有機電界発光素子の発熱温度と駆動電力密度の
測定例。
【図5】実施例1及び比較例1における有機電界発光素
子の駆動特性。
【図6】実施例2及び比較例4における有機電界発光素
子の駆動特性。
【図7】実施例3及び比較例5における有機電界発光素
子の駆動特性。
【図8】実施例4及び比較例8における有機電界発光素
子の駆動特性。
【符号の説明】
1 基板 2 陽極 3 有機発光層 4 陰極 3a 正孔輸送層 3b 電子輸送層 3c 3bとは異なる電子輸送層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に形成された、陽極及び陰極によ
    り挟持された有機発光層を駆動時の電流密度の5〜10
    00倍の電流密度でエージングすることを特徴とする有
    機電界発光素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 有機発光層を0.01 〜1A/cm2
    の電流密度でエージングする請求項1に記載の有機電界
    発光素子の製造方法。
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