JPH097770A - 有機薄膜ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 黒点の発生を大幅に減少させ、陽極と正孔輸
送層の界面を平滑にし、発光開始閾値電圧の低下，発光
輝度，発光効率の向上及び経時変化の少ない長寿命で耐
久性に優れた有機薄膜ＥＬ素子を提供することを目的と
する。 【構成】 本発明の有機薄膜ＥＬ素子は、透明なガラス
基板５上に順に積層された、少なくとも１以上の陽極６
と、有機化合物層からなる正孔輸送層２と発光層３等
と、陰極４と、を有する有機薄膜ＥＬ素子であって、陽
極６の表面粗さの最大値Ｒｍａｘが５０ｎｍ未満又は陽
極６の表面粗さの平均値Ｒａが５ｎｍ未満で、及び／又
は、陽極６の表面の水に対する接触角が２０度未満であ
る構成を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶ディスプレイのバッ
クライト，表示，光通信の光源等に用いられる電界発光
素子（エレクトロルミネッセンス、以下ＥＬと称す）で
ある有機薄膜ＥＬ素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、固体，固体蛍光性物質の電界発光
を利用した発光素子が広く利用されている。現在、無機
系材料を発光体として用いた無機ＥＬ素子が実用化さ
れ、液晶ディスプレイのバックライトやフラットディス
プレイ等へ応用されている。しかしながら、無機ＥＬ素
子は発光させるために１００〜２００Ｖの高電圧が必要
とされることや無機材料であるために色の三原色の１つ
である青色発光を行うことが困難であるために、カラー
化等が難しい。

【０００３】一方、有機系材料を用いた有機薄膜ＥＬ素
子に関しても古くから研究が行われてきたが、無機系に
比べて発光効率等の性能が著しく劣っていたため、本格
的な実用化研究には至っていなかった。しかし、１９８
７年にＴａｎｇらにより提案された有機薄膜ＥＬ素子
（Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ ａｎｄ Ｓ．Ａ．Ｖａｎｓｌｙｋ
ｅ：Ａｐｐｌ．Ｌｅｔｔ．，５１（１９８７）９１３）
は、有機化合物層を正孔輸送層と発光層の２層に分けた
積層構造とし、発光層に効率よく正孔と電子を輸送する
ことにより、直流で作動し１０Ｖ以下の低電圧で１００
０ｃｄ／ｍ²以上の高輝度発光を実現した。以後、陽極
／正孔輸送層／発光層／陰極からなる構成の有機薄膜Ｅ
Ｌ素子の研究が盛んに行われている。有機薄膜ＥＬ素子
は有機材料を発光層に用いているため、発光材料や層構
造を変化させることにより、無機系では難しかった青色
発光を含む種々の発光波長を比較的簡単に得られる等の
特徴を有し、各種発光デバイスやフルカラーディスプレ
イへの応用が期待されている。そのため、実用化に向け
て、有機薄膜ＥＬ素子の高性能化や高効率化を図るため
に種々のアプローチが行われており、より正孔輸送能の
高い正孔輸送層や量子効率の高い発光層など各層に求め
られる有機材料の物性を高めるための材料の開発が行わ
れている。ここで、積層型の有機薄膜ＥＬ素子は注入型
のＥＬ素子であり、その動作原理は無機半導体における
発光ダイオードやレーザーに対応する。そのため、陽極
から注入された正孔と陰極から注入された電子を効率よ
く発光層に到達させ、再結合させることが素子の高効率
化のために求められる。

【０００４】以下に従来の有機薄膜ＥＬ素子について説
明する。図６は従来の有機薄膜ＥＬ素子の断面模式図で
ある。１は後述のガラス基板５にスパッタリング又はＥ
Ｂ蒸着等により薄膜形成された透明電極よりなる陽極
（陽極）、２は有機化合物から形成され陽極１から注入
される正孔を輸送する正孔輸送能を有する正孔輸送層、
３は可視領域に蛍光を有する成膜性が良い蛍光体である
有機化合物から形成された発光層で、注入された正孔と
電子の再結合が行われて発光する。４はＭｇＡｇ，Ａｌ
Ｌｉ等の仕事関数の低い陰極（陰極）で、電子を発光層
３に注入する。５は陽極１／正孔輸送層２／発光層３／
陰極４を積層する透明な下地基板となるガラス基板であ
る。正孔輸送層２から陰極４までは、一般的にガラス基
板５上に抵抗加熱蒸着法やＥＢ加熱蒸着法等の真空薄膜
形成技術を用いて形成される。各層の膜厚は、正孔輸送
層２及び発光層３が数十ｎｍ、陰極が１００〜３００ｎ
ｍ程度に形成される。

【０００５】ここで、従来の有機薄膜ＥＬ素子の各層の
代表的な材料としては、陽極１としては、組成がＩｎ
（インジウム），Ｓｎ（チン），Ｏ（オキサイド）から
なる酸化錫をドープした酸化インジウム（以下ＩＴＯと
称す）、正孔輸送層２としては、Ｎ，Ｎ′−ジフェニル
−Ｎ，Ｎ′−ビス（３−メチルフェニル）−１，１′−
ジフェニル−４，４′−ジアミン（以下ＴＰＤと称
す）、発光層３としては、トリス（８−ヒドロキシキノ
リン）アルミニウム（以下Ａｌｑ₃と称す）、陰極４と
しては、ＭｇとＡｇを１０：１の比率で共蒸着したＭｇ
Ａｇ電極が用いられる。この材料の構成では、有機薄膜
ＥＬ素子の発光色は緑色となる。その他の構成として
は、正孔輸送層２のない有機化合物層が発光層３のみの
構成や、陰極４と発光層３の間に電子輸送層を挿入する
構成も見られる。

【０００６】以上のように構成された従来の有機薄膜Ｅ
Ｌ素子において、以下その動作原理について説明する。
有機薄膜ＥＬ素子の駆動方法としては、陽極１と陰極４
の間に直流もしくは交流の電界を印加することにより行
われる。すなわち、印加電界により、陽極１から注入さ
れた正孔と陰極４から注入された電子が効率よく発光層
３に到達する。このようにして、発光層３に注入された
正孔と電子は発光層３内において、正孔と電子が再結合
し、そのときの放出エネルギーにより発光する。発光効
率を高めるためには、いかに効率よく正孔及び電子を発
光層３に到達させるかが重要である。すわわち、有機薄
膜ＥＬ素子の正孔と電子の移動については、正孔は陽極
１から正孔輸送層２のエネルギー障壁を越えて移動し、
さらに正孔輸送層２から発光層３のエネルギー障壁を越
えて移動する。これに対して、電子の移動は、陰極４か
ら発光層３のエネルギー障壁の差を超えて発光層３に注
入される。効率良く再結合を起こすためには正孔と電子
の移動時になるべくエネルギー障壁の少ない積層構成が
望まれる。ここで、有機薄膜ＥＬ素子は面発光素子であ
り、陽極１と陰極４の間に挟まれた部分が全面発光す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記の従
来の構成では、有機薄膜ＥＬ素子は、発光面内にダーク
ポットもしくは黒点と呼ばれる微小な未発光部分が存在
する。黒点は素子作成時に既に存在し、素子を駆動又は
大気中に保存していると成長し、最終的には素子全面を
覆って素子が発光しなくなるという問題点を有してい
た。この黒点の原因としては、様々なことが考えられ、
構成材料（陽極のＩＴＯ，有機材料、陰極の金属材料）
の諸特性に起因するものや、素子の作成時の諸条件、製
造装置等に起因するものが複雑に絡み合っているため、
どの要因がどれくらい寄与しているかを特定すること
は、極めて困難である。近年の研究に伴って、有機材料
や陰極の改善や素子作成方法の最適化がなされ、黒点が
解消されつつある。特に、陰極に用いられる金属材料の
化学的な不安定や蒸着時の成膜性については当初から多
くの研究がなされてきた。陰極材料としては、当初はＭ
ｇ／Ａｇの合金が用いられていたが、Ｍｇの化学的な不
安定性や蒸着の難しさから、最近ではＡｌ−Ｌｉ系の合
金を用いて、黒点の改善を行った例等が報告されてい
る。他にも、蒸着条件の最適化等が行われてきた。しか
しながら、これまで陽極についての検討があまり行われ
ていず、陽極として現在、一般的に用いられているＩＴ
Ｏの諸特性と素子作成時に見られる黒点の関係について
はまだ多くの知見が得られていない状況である。しかし
ながら、特にＩＴＯについてはその洗浄方法や諸特性の
制御が有機薄膜ＥＬ素子の特性や黒点の発生に大きく寄
与することが判った。又、界面の状態はエネルギー障壁
にも大きく影響し、陽極と正孔輸送層に関しては、その
密着性の良し悪し等による空間電荷の移動の損失等によ
り、正孔の注入効率が大きく低下して、発光開始閾値電
圧が高くなったり、正孔輸送層の成膜性に起因した微小
なピンホールの存在による電極のショートが生じて素子
の破壊が生じるという問題点を有していた。

【０００８】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、黒点の発生を大幅に減少させ、陽極と正孔輸送層の
界面を平滑にし、発光開始閾値電圧の低下，発光輝度，
発光効率の向上及び経時変化の少ない長寿命で耐久性に
優れた有機薄膜ＥＬ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】この目的を達成するため
に本発明の請求項１に記載の有機薄膜ＥＬ素子は、透明
な基板上に順に積層された、少なくとも１以上の陽極
と、有機化合物からなる発光層と、陰極と、を有する有
機薄膜ＥＬ素子であって、陽極の表面粗さの最大値Ｒｍ
ａｘが５０ｎｍ未満、又は、陽極の表面粗さの平均値Ｒ
ａが５ｎｍ未満である構成を有している。

【００１０】本発明の請求項２に記載の有機薄膜ＥＬ素
子は、透明な基板上に順に積層された、少なくとも１以
上の陽極と、有機化合物からなる発光層と、陰極と、を
有する有機薄膜ＥＬ素子であって、陽極の表面の水に対
する接触角が２０度未満である構成を有している。

【００１１】本発明の請求項３に記載の有機薄膜ＥＬ素
子は、透明な基板上に順に積層された、少なくとも１以
上の陽極と、有機化合物からなる発光層と、陰極と、を
有する有機薄膜ＥＬ素子であって、陽極の表面粗さの最
大値Ｒｍａｘが５０ｎｍ未満又は陽極の表面粗さの平均
値Ｒａが５ｎｍ未満で、かつ、陽極の表面の水に対する
接触角が２０度未満である構成を有している。

【００１２】ここで、陽極の材料としては、スパッタリ
ング法により形成されたＩＴＯ，カーボン等の透過率の
良い低抵抗の電極膜が用いられる。又、ガラス基板に形
成した陽極の表面をアルコール，アセトン，トルエン等
の有機溶剤や、中性もしくはアルカリ性の界面活性剤を
含む洗剤による洗浄、純水によるリンス等の工程により
洗浄し、更に、オゾンアッシング，プラズマアッシング
等の処理による汚染除去洗浄を組み合わせた方法によ
り、洗浄がを行われる。

【００１３】有機化合物層としては、正孔輸送層／発光
層の２層構造、発光層／電子輸送層や正孔輸送層／発光
層／電子輸送層の３層構造等が用いられる。正孔輸送層
としては、正孔移動度が大きく、成膜性が良好で、透明
であるものが好ましく、例えば、特開平４−１２９１９
１号公報、特開平４−１３２１８９号公報、特開平４−
２５５６９２号公報等に記載の有機化合物層を用いるこ
とができ、具体的には、ポルフィン、テトラフェニルポ
ルフィン銅、フタロシアニン、銅フタロシアニン、チタ
ニウムフタロシアニンオキサイド等のポリフィリン化合
物、１，１−ビス｛４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）フェ
ニル｝シクロヘキサン、４，４′，４″−トリメチルト
リフェニルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′，−テトラキス
（Ｐ−トリル）−Ｐ−フェニレンジアミン、１−（Ｎ，
Ｎ−ジ−Ｐ−トリルアミノ）ナフタリン、４，４′−ビ
ス（ジメチルアミノ）−２−２′−ジメチルトリフェニ
ルメタン、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラフェニル−４，
４′−ジアミノビフェニル、Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−
Ｎ，Ｎ′−ジ−ｍ−トリル−４，４′−ジアミノビフェ
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、Ｎ−フェニルカルバゾール等の芳香族三級アミ
ン、４−ジ−Ｐ−トリルアミノスチルベン、４−（ジ−
Ｐ−トリルアミノ）−４′−〔４−（ジ−Ｐ−トリルア
ミノ）スチリル〕スチルベン等のスチルベン化合物、ト
リアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾ
ール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン
誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導
体、アニールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導
体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導
体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、シラザン
誘導体、ポリシラン系アニリン系共重合体、高分子オリ
ゴマー、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン
系化合物、ポリ３−メチルチオフェン等のホール輸送材
である。又、ポリカーボネート等の高分子中に低分子の
正孔輸送材料を分散させた高分子分散系の正孔輸送層も
用いてもよい。

【００１４】発光層としては、可視領域に蛍光を有し成
膜性が良い任意の蛍光体を用いることができる。例え
ば、特開平４−２５５６９２号公報に記載の、ベンジチ
アゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベンゾオキサゾー
ル系等の蛍光増白剤、金属キレート化オキシノイド化合
物、スチリルベンゼン系化合物等を挙げることができ
る。その代表としては、２，５−ビス（５，７−ジ−ｔ
−ペンチル−２−ベンゾオキサゾリル）−１，３，４−
チアジアゾール、４，４′−ビス（５，７−ｔ−ペンチ
ル−２−ベンゾオキサゾリル）スチルベン、２，５−ビ
ス（５，７−ジ−ｔ−ペンチル−２−ベンゾオキサゾリ
ル）チオフェン、２，５−ビス〔５−α，α−ジメチル
ベンジル〕−２−ベンゾオキサゾル）チオフェン、２，
５−ビス〔５，７−ジ−ｔ−ペンチル−２−ベンゾオキ
サゾル〕−３，４−ジフェニルチオフェン；２，５−ビ
ス（５−メチル−２−ベンゾオキサゾル）チオフェン、
４，４−ビス（２−ベンゾオキサイゾリル）チオフェ
ン、４，４′−ビス（２−ベンゾオキサイゾリル）ビフ
ェニン、５−メチル−２−〔２−〔４−（５−メチル−
２−ベンゾオキサイゾリル）フェニル〕ビニル〕ベンゾ
オキサイゾリル、２−〔２−（４−クロロフェニル）ビ
ニル〕ナフト〔１，２−ｄ〕オキサゾール等のベンゾオ
キサゾール系、２，２′−（ｐ−フェニレンジビニレ
ン）−ビスベンゾチアゾ−ル等のベンゾチアゾール系、
２−〔２−〔４−（２−ベンゾイミダゾリル）フェニ
ル〕ビニル〕ベンゾイミダゾール、２−〔２−（４−カ
ルボキシフェニル）ビニル〕ベンゾイミダゾール等のベ
ンゾイミダゾール系等の蛍光増白剤等が挙げられる。前
述の金属キレート化オキサイドの例としては、トリス
（８−キノリノール）アルミニウム、ビス（８−キノリ
ノール）マグネシウム、ビス（ベンゾ〔ｆ〕−８−キノ
リノール）亜鉛、ビス（２−メチル−８−キノリノラー
ト）アルミニウムオキシド、トリス（８−キノリノー
ル）インジウム、トリス（５−メチル−８−キノリノー
ル）アルミニウム、８−キノリノールリチウム、トリス
（５−クロロ−８−キノリノール）カルシウム、ポリ
〔亜鉛（II）−ビス（８−ヒドロキシ−５−キノリノニ
ル）メタン〕等の８−ヒドロキシキノリン系金属錯体や
ジリチウムエピンドリジオン等が挙げられる。スチルベ
ンゼン系化合物としては、１，４−ビス（２−メチルス
チリル）ベンゼン、１，４−（３−メチルスチリル）ベ
ンゼン、ジスチリルベンゼン、１，４−ビス（２−エチ
ルスチリル）ベンゼン、１，４−ビス（３−エチルスチ
リル）ベンゼン、１，４−ビス（２−メチルスチリル）
２−メチルベンゼン、１，４−ビス（２−メチルスチリ
ル）２−エチルベンゼン等が挙げられる。又、ジスチル
ピラジン誘導体も発光層に用いられ、その代表例として
は、２，５，ビス（４−メチルスチリル）ピラジン、
２，５−ビス（４−エチルスチリル）ピラジン、２，５
−ビス〔２−（１−ナフチル）ビニル〕ピラジン、２，
５−ビス（４−メトキシスチル）ピラジン、２，５−ビ
ス〔２−（４−ビフェニル）ビニル〕ピラジン、２，５
−ビス〔２−（１−ピレニン）ビニル〕ピラジン等が挙
げられる。更に、ナフタルイミド誘導体、ペリレン誘導
体、スチルリアミン誘導体、あるいは、クマリン系誘導
体、芳香族ジメチリディン誘導体、さらに特開平４−１
３２１８９号公報に記載の発光層として、アントラセ
ン、サリチル酸塩、ピレン、コロネン等もあげられる。

【００１５】陰極としては、仕事関数の低い金属もしく
は合金が用いられ、Ａｌ，Ｉｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｍｇ／Ａ
ｇ合金、Ａｌ−Ｌｉ合金等が用いられる。更に陰極の上
に蒸着やスパッタリング等もしくは塗布法により大気中
の酸素や水分の影響を遮断するために、封止膜を設けて
もよい。その材料としては、ＳｉＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ
₃等の無機酸化物、もしくは熱硬化性又は光硬化性の樹
脂や封止効果のあるシラン系の高分子材料等が用いられ
る。正孔輸送層から陰極までは、一般的に透明基板上に
抵抗加熱蒸着法、ＥＢ加熱蒸着法等の真空薄膜形成技術
を用いて連続して膜形成されることが好ましい。

【００１６】

【作用】この構成によって、有機薄膜ＥＬ素子における
陽極の表面粗さの最大値Ｒｍａｘが５０ｎｍ未満、又
は、表面粗さの平均値Ｒａが５ｎｍ未満であることによ
り、陽極の表面が非常に平滑な面を有することができ、
その上面に蒸着等により形成される数１０ｎｍ程度の膜
厚の有機化合物層が均一かつ空間的な空隙がなく密着性
良く成膜することができる。従って、黒点の原因となる
陽極と有機化合物層との界面の剥離減少が抑えられる。
又、ピンポール等によるショートも無くなる。又、有機
薄膜ＥＬ素子における陽極の水に対する接触角が２０度
未満の表面状態を有するので、微小な付着物や油脂等の
汚染がないため、有機化合物層との密着性が極めて良く
なり、有機薄膜ＥＬ素子の黒点の数を減少させて、均一
発光性を向上させることができる。又、有機薄膜ＥＬ素
子における陽極の表面粗さの最大値Ｒｍａｘが５０ｎｍ
未満又は表面粗さの平均値Ｒａが５ｎｍ未満であり、か
つ、陽極の水に対する接触角が２０度未満の表面状態を
有するので、陽極の表面が非常に平滑な面ができ、黒点
の原因となる陽極と有機化合物層との界面の剥離減少、
かつ、微小な付着物や油脂等の汚染防止のため、ピンポ
ール等によるショートも無くなる。従って、発光輝度及
び発光効率の向上やショートによる有機薄膜ＥＬ素子の
破壊を防止し有機薄膜ＥＬ素子の耐久性及び信頼性を著
しく向上できる。特に、高電圧駆動における発光による
有機薄膜ＥＬ素子が結晶化等の変質を起こすことを抑制
し、経時変化を極めて小さくすることができ、有機薄膜
ＥＬ素子の耐久性、信頼性を向上させることができる。

【００１７】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００１８】（実施例１）図１は本発明の第１実施例に
おける有機薄膜ＥＬ素子の要部断面図である。本実施例
では、陽極と陰極との間の有機化合物層の構成として、
正孔輸送層／発光層の２層型有機薄膜ＥＬ素子を例に示
す。２は正孔輸送層、３は発光層、４は陰極、５は透明
基板であるガラス基板である。これらは従来例と同様の
ものなので、同一の符号を付して説明を省略する。従来
例と異なるのは、正孔輸送層に接する陽極６の表面の表
面粗さの最大値Ｒｍａｘが５０ｎｍ未満又は陽極の表面
粗さの平均値Ｒａが５ｎｍ未満で、かつ、陽極の表面の
水に対する接触角が２０度未満である点である。

【００１９】以上のように構成された本発明の第１実施
例における有機薄膜ＥＬ素子について、以下その製造方
法を説明する。陽極６としてＩＴＯ、正孔輸送層２とし
てＴＰＤ、発光層３としてＡｌｑ₃、陰極４としてＭｇ
／Ａｇの材料を用いた。又、各層の膜厚はＩＴＯが仕様
によって変わるが、一般的に、ＩＴＯの膜厚が１００〜
３００ｎｍ、正孔輸送層２及び発光層３の膜厚は２０〜
６０ｎｍ、陰極４の膜厚は２５０ｎｍである。まず、ガ
ラス基板５上にスパッタリングによりＩＴＯを形成す
る。ガラス基板５をパターニングするために王水により
エッチングを行い、ＩＴＯからなる陽極６を形成する。
このＩＴＯ付きのガラス基板５をオーカイト社製のＰＤ
−６（１０ｗｔ％水溶液）で洗浄した後、純水洗浄を行
い、アセトンによる超音波洗浄、最後に、プラズマアッ
シャー洗浄を行った。次に、このガラス基板５を抵抗加
熱真空蒸着装置内の基板ホルダーにセットし、チャンバ
ー内を１×１０⁶Ｔｏｒｒ以下の真空度まで減圧した
後、ＴＰＤを蒸着源とし、正孔輸送層２を膜厚が約５０
ｎｍになるように蒸着形成した。このＴＰＤの蒸着速度
は、約０．３ｎｍ／ｓｅｃである。続いて、Ａｌｑ₃を
蒸着源とし、発光層３を膜厚が約５０ｎｍになるように
蒸着形成した。この時、Ａｌｑ₃の蒸着速度は、約０．
２ｎｍ／ｓｅｃである。次に、ＭｇとＡｇを蒸着源と
し、抵抗加熱方式の真空蒸着により１０：１の比でコン
トロールして共蒸着することにより、ＭｇＡｇ合金電極
を膜厚が約２５０ｎｍに成膜し陰極４を形成した。この
時、ＭｇＡｇ合金電極におけるＭｇの蒸着速度は、約
０．５ｎｍ／ｓｅｃである。

【００２０】以上のように製造された本発明の第１実施
例における有機薄膜ＥＬ素子は陽極６と陰極４の間に直
流電界又は交流電界を印加することにより発光する。

【００２１】（実験例１〜７）次に、本発明の第１実施
例における有機薄膜ＥＬ素子において、ガラス基板一上
に積層した陽極６であるＩＴＯ薄膜を有するＩＴＯ基板
の各種洗浄方法を検討し、その測定実験を行った。洗浄
方法とては、実験例１として未洗浄のみ、実験例２とし
てアルコール洗浄、実験例３として実験例２に加えて超
音波によるアセトン洗浄、実験例４として実験例３に加
えてアセトンによる拭き上げ洗浄、実験例５として、例
えば、オーカイト社製のＳＣ−ＣＬＥＡＮＥＲ（１０ｗ
ｔ％水溶液）による洗浄後、純水洗浄、実験例６とし
て、ＰＤ−６（１０ｗｔ％水溶液）による洗浄後、純水
洗浄、実験例７として、ＰＤ−６（１０ｗｔ％水溶液）
で洗浄後、純水洗浄、更に、アセトンによる超音波洗
浄、最後に、プラズマアッシャー洗浄を行った。測定項
目として、洗浄後のＩＴＯ表面の接触角を測定した。接
触角は、基板に油脂やレジスト等の汚染物質やゴミ等の
付着物があると水が濡れにくくなるので大きくなる傾向
にある。逆に、汚染のない清浄な面では良く濡れる。洗
浄方法の違いによる測定結果を（表１）に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】この結果から明らかなように、ＩＴＯ基板
の表面の汚染等は有機薄膜ＥＬ素子の均一発光性に最も
相関があることが判明した。すなわち、接触角が低下す
るにつれて、有機薄膜ＥＬ素子の均一発光性はより向上
する。これに対して、黒点はもちろんＩＴＯ基板の汚染
度についても相関があるので、実験例４以降のの条件で
はかなり黒点の数が減っていることから、ＩＴＯ基板上
に残ったゴミやガラスの切り粉のような微小な付着物に
対しても、相関が有ることが判明した。実験例４の条件
では機械的にゴミ等を除去した結果、黒点は減少してい
るが発光の均一性は得られていない。この（表１）か
ら、の均一発光性、黒点とも接触角が２０度を境にして
顕著な差が認められ、２０度未満において、極めて優れ
た均一発光性及び黒点の減少を図ることができた。

【００２４】以上のように本実施例によれば、洗剤の種
類や洗浄方法により洗浄度の違いが出た場合、陽極の表
面状態は各々違うが、接触角による尺度で規定すること
により、有機薄膜ＥＬ素子の均一発光性及び黒点の数を
減少させ、発光輝度特性の向上、ショートによる有機薄
膜ＥＬ素子の破壊を防止し、有機薄膜ＥＬ素子の耐久性
及び信頼性を向上できる。本発明の第１実施例の有機薄
膜ＥＬ素子は、陽極の表面が水に対する接触角２０度未
満の表面状態を有することにより、素子の均一発光、黒
点の発生低減を著しく改善することができた。

【００２５】（実験例８）実験例８として、洗浄方法を
一定として、有機薄膜ＥＬ素子の陽極６であるＩＴＯの
仕様を変えて、黒点の発生状態を測定比較した。洗浄方
法としては、中性洗剤（オーカイト社製、ＰＤ−６を１
０ｗｔ％純水希釈）による超音波洗浄（６０℃温水中）
を行い、純水リンスによる水置換後、温アルコール中超
音波洗浄、アセトンによる蒸気洗浄、プラズマアッシャ
ー洗浄を行った。洗浄後の接触角の測定では水が基板に
完全に濡れ、接触角の測定はできない状態であった。す
なわち、ＩＴＯ基板の表面状態を比較する上では、基板
上の汚染を除去しなれば正確には評価できないため、上
述の洗浄方法で基板の洗浄を行い、基板の評価を行うこ
とにした。比較に用いたＩＴＯ基板は下地となるガラス
基板５の種類や成膜前の処理（研磨加工の有無、下地層
となるＳｉＯ₂のコーティングの有無、もしくは研磨の
精度やコーティング方法の違い等）により大きな差がで
る。更に、ガラス基板５の上に、ＩＴＯ薄膜を成膜する
段階でも大きく分けてスパッタリング法とＥＢ蒸着によ
るものや成膜時の基板温度や組成比等が違っているた
め、大きな違いが生じる。従って、一口にＩＴＯ基板と
言っても、各仕様によってその諸特性は大きな違いが出
てくる。又、ＩＴＯが発光特性を左右することも知られ
ており、特にその抵抗値や仕事関数の値は発光閾値電圧
や低電圧駆動に大きく寄与する。ＩＴＯの成膜法として
は、スパッタリング法やＥＢ蒸着法があり、ターゲット
材料や基板温度により成膜時の諸特性が変わってくる。
一般的に、ＥＢ蒸着法の方が膜の粒径が粗く、又、Ｉｎ
（インジウム）、Ｓｎ（錫）の比によっても抵抗値や仕
事関数が変わってくる。本比較では、ＩＴＯの特性のう
ち、その表面粗さと有機薄膜ＥＬ素子の形成後の黒点に
ついて調べた。一般的には表面粗さを小さくするために
は緻密なガラス基板を研磨し、ＳｉＯ₂をコーティング
した下地に、スパッタリングによりＩＴＯを形成すると
平滑な表面が得られる傾向にある。ここで、表面粗さの
測定はタリステップ（ランクテーラーボブソン社製）に
より行った。その測定方法としては、触針系が０．１μ
ｍ、走査速度は×２０００（５μｍ／ｃｍ）により行っ
た。表面粗さの最大値Ｒｍａｘ及び表面粗さの平均値Ｒ
ａはタリステップのデータをパーソナルコンピュータに
取り込んでから算出した。データは、基板内の任意のポ
イントを数カ所走査し、各々の平均値を採用した。Ｒａ
とＲｍａｘは一般的に相関があり、Ｒａが小さいほどＲ
ｍａｘも小さい傾向があるが、ＩＴＯ薄膜の部分的な欠
陥や粒の異常成長による突起があるため、平均的な粗さ
は小さいが部分的な突起部が多く見られるため、Ｒｍａ
ｘが比較的大きな値になる場合もある。

【００２６】以上のように実験された測定結果を図２を
用いて説明する。図２は本発明の一実施例１における実
験例８のＩＴＯ薄膜の表面粗さの平均値Ｒａに対する黒
点数の測定グラフである。黒点数は２ｍｍ×２ｍｍの領
域における目視による計測である。観察時の発光輝度は
１００ｃｄ／ｍ²、倍率３０倍の実体顕微鏡による黒点
の計数を行った。この図２のグラフから判るように、Ｒ
ａが５ｎｍを境としてそれよりＲａが小さいと、極端に
黒点の数が減っている。又、グラフでは示されないが、
Ｒａが５ｎｍ未満の基板に現れる黒点自体の大きさは非
常に小さく肉眼では観測しにくいほどの大きさを有して
いた。これに対して、Ｒａが５ｎｍ以上のＩＴＯ基板は
Ｒａが大きくなるにつれて、黒点自体の大きさも大きく
なる。但し、全ての黒点が大きいわけではなく、微小な
黒点も存在し、Ｒａが粗くなると大きな黒点がだんだん
と増えていく傾向にある。このことからも、基板のＲａ
が５ｎｍを境として、顕著な効果が得られることが判
る。黒点の発生原因は陽極だけの特性に起因するもので
はないと考えられるが、少なくとも５ｎｍ未満の領域で
は陽極と正孔輸送層との間の密着性については問題がな
く、これを越えるとＩＴＯ基板の粗さがかなり影響して
くることが推測される。

【００２７】（実験例９）以下に実験例９として、本発
明の一実施例の有機薄膜ＥＬ素子の陽極６の表面状態の
違いによる発光輝度を測定した。実験例８では、有機薄
膜ＥＬ素子の作成後黒点の数はＲａについて相関がある
ことが判ったが、有機薄膜ＥＬ素子の黒点の発生はその
駆動電圧によっても挙動が異なる場合が認められる。ア
プリケーションによっては高輝度での駆動が求められる
場合があり、高輝度駆動の場合でも黒点の発生が少ない
ことが要求される。一例として、１００ｃｄ／ｍ²で駆
動した状態で黒点の数を計数し、それから、更に印加電
圧を上げ、３０００ｃｄ／ｍ ²で駆動した場合、有機薄
膜ＥＬ素子によっては黒点が大幅に増える現象が見られ
る。その増加の仕方は１００ｃｄ／ｍ²の時の黒点の多
少にはあまり依存しない。従って、陽極のＲａとは直接
的な関係がないと推定される。

【００２８】以上のように実験された測定結果を図３乃
至図５を用いて説明する。図３は本発明の一実施例にお
ける実験例９のおけるＩＴＯ薄膜の表面粗さの最大値Ｒ
ｍａｘと表面粗さの平均値Ｒａの相関を示す相関グラフ
であり、図４は本発明の一実施例における実験例９のＩ
ＴＯ薄膜の表面粗さの平均値Ｒａに対する黒点数の増加
数のグラフであり、図５は本発明の一実施例における実
験例９のＩＴＯ薄膜の表面粗さの最大値Ｒｍａｘに対す
る黒点数の増加数のグラフである。図３において、Ｒａ
とＲｍａｘの相関について示すが、相関関係は弱く、Ｉ
ＴＯの膜質の違いから、突起や欠陥の発生状態が異なる
ことを示している。図４において、Ｒａと電圧印加後の
黒点の増加は明確な相関が認められない。これに対し
て、図５から判るように、Ｒｍａｘと電圧印加後の黒点
の増加は明確な相関があり、さらにＲｍａｘが５０ｎｍ
を境にして急激に増える傾向にある。特に５０ｎｍを越
えるものについては、通常黒点は微小な点として現れる
ものであるが、微小な領域がショートしたような大きな
黒点が顕著に増加する。これは、基板内に通常の粗さと
比べて大きな異常な突起や欠陥が存在するため、その部
分により多くの電荷が集中しやすいことが推測される。
そのため、低電圧駆動時には、特に問題が生じないが、
高電圧駆動を行う場合、その部分がショートや界面剥離
を起こし易くなる。そのため、多少のＲａの違いにより
はむしろＲｍａｘの値が大きいほどその違いが生じやす
い。実際に、Ｒｍａｘの大きい基板ほど素子の破壊が起
こる確率が高い。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明は、有機薄膜ＥＬ素
子における陽極の表面粗さの最大値Ｒｍａｘが５０ｎｍ
未満に、又、表面粗さの平均値Ｒａが５ｎｍ未満に規定
したことにより、陽極の表面が平滑になり、正孔輸送層
との密着性が著しく良くなるとともに、黒点の発生を著
しく抑制し、陽極と正孔輸送層とのエネルギー障壁が小
さくなり、発光特性に優れた有機薄膜ＥＬ素子を実現す
ることができる。又、陽極の水に対する接触角が２０度
未満の表面状態を有するように規定したので、陽極の表
面状態が極めて清浄になり、正孔輸送層との密着性が著
しく良くなるとともに、黒点の数を著しく減少させ、均
一発光性を向上させ、発光特性に優れた有機薄膜ＥＬ素
子を実現することができる。又、陽極の表面粗さの最大
値Ｒｍａｘが５０ｎｍ未満又は表面粗さの平均値Ｒａが
５ｎｍ未満であり、かつ、陽極の水に対する接触角が２
０度未満の表面状態を有するので、陽極の表面が極めて
清浄でかつ平滑な面が形成でき、黒点の原因となる陽極
と有機化合物層との界面の剥離減少、かつ、微小な付着
物や油脂等の汚染防止のため、ピンポール等によるショ
ートを防止し、発光輝度及び発光効率の向上させ、耐久
性及び信頼性に著しく優れた有機薄膜ＥＬ素子を実現す
ることができる。特に、高電圧駆動による発光におい
て、有機化合物層等が結晶化等の変質を起こすことを抑
制し、連続駆動の経時変化を著しく改善でき、耐久性、
信頼性に優れた有機薄膜ＥＬ素子を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における有機薄膜ＥＬ素子の
構成を示す要部断面図

【図２】本発明の一実施例１における実験例８のＩＴＯ
薄膜の表面粗さの平均値Ｒａに対する黒点数の測定グラ
フ

【図３】本発明の一実施例における実験例９のおけるＩ
ＴＯ薄膜の表面粗さの最大値Ｒｍａｘと表面粗さの平均
値Ｒａの相関を示す相関グラフ

【図４】本発明の一実施例における実験例９のＩＴＯ薄
膜の表面粗さの平均値Ｒａに対する黒点数の増加数のグ
ラフ

【図５】本発明の一実施例における実験例９のＩＴＯ薄
膜の表面粗さの最大値Ｒｍａｘに対する黒点数の増加数
のグラフ

【図６】従来の有機薄膜ＥＬ素子の断面模式図

【符号の説明】 １，６ 陽極 ２ 正孔輸送層 ３ 発光層 ４ 陰極 ５ ガラス基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明な基板上に順に積層された、少なくと
   も１以上の陽極と、有機化合物からなる発光層と、陰極
   とを有する有機薄膜ＥＬ素子であって、前記陽極の表面
   粗さの最大値Ｒｍａｘが５０ｎｍ未満、又は、前記陽極
   の表面粗さの平均値Ｒａが５ｎｍ未満であることを特徴
   とする有機薄膜ＥＬ素子。
2. 【請求項２】透明な基板上に順に積層された、少なくと
   も１以上の陽極と、有機化合物からなる発光層と、陰極
   と、を有する有機薄膜ＥＬ素子であって、前記陽極の表
   面の水に対する接触角が２０度未満であることを特徴と
   する有機薄膜ＥＬ素子。
3. 【請求項３】透明な基板上に順に積層された、少なくと
   も１以上の陽極と、有機化合物からなる発光層と、陰極
   とを有する有機薄膜ＥＬ素子であって、前記陽極の表面
   粗さの最大値Ｒｍａｘが５０ｎｍ未満又は前記陽極の表
   面粗さの平均値Ｒａが５ｎｍ未満で、かつ、前記陽極の
   表面の水に対する接触角が２０度未満であることを特徴
   とする有機薄膜ＥＬ素子。