JPH10275681A

JPH10275681A - 有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JPH10275681A
Application number: JP9079598A
Authority: JP
Inventors: Seiji Tokitou; 静士時任; Koji Noda; 浩司野田; Yasunori Taga; 康訓多賀
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】素子の放熱特性を向上する。【解決手段】ガラス基板１０上に透明電極１２、正孔
輸送層１４、発光層１６、金属陰極１８を形成し、正孔
輸送層１４、発光層１６、金属陰極１８を覆うように保
護層２０を形成する。そして、金属陰極１８の厚さを
０．２μｍ〜１０μｍと比較的厚めにする。また、保護
層２０は、熱伝導率の高いものとすると共に、金属フィ
ラーやカーボン粉末を混合することで熱伝導率をさらに
改善したものとする。更に、放熱板を保護層２０の外側
に設けることにより、放熱効果を更に高めることが可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一対の電極間に有
機材料からなる発光層を狭持し、両電極からキャリアを
発光層に注入することによって発光層を発光させる有機
ＥＬ素子、特にその保護層の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機ＥＬ素子を利用した平面ディスプレ
イは、次世代のディスプレイとして大きな注目を浴びて
おり、これについての研究開発が盛んに行われている。
特に、有機ＥＬ素子を利用すれば、直流低電圧駆動、高
視野角、自発光などの特徴を有する高解像度ディスプレ
イが実現可能であり、その利用価値は非常に高いと考え
られている。

【０００３】この有機ＥＬ素子は、例えばガラス基板上
に、透明電極（陽極）／正孔輸送層／発光層／金属電極
（陰極）を積層形成した構成を有している。また、陽極
には仕事関数の大きな物質が用いられ、陰極には仕事関
数の小さな物質が用いられる。そして、正孔輸送層及び
発光層に有機材料が用いられ、両電極から注入される正
孔と電子とが、発光層において、再結合することによっ
て発光する。

【０００４】ここで、通常の場合、ＥＬ素子に要求され
る輝度は２００ｃｄ／ｍ²程度であり、このための駆動
電流は数ｍＡ／ｃｍ²以下であり、発熱の影響はあまり
なく、問題とはならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、有機ＥＬ素子
では、１０Ｖの印加で１０００ｃｄ／ｍ²を超える輝度
が得られ、最近の研究では、発光層へのドーピングによ
って、輝度はさらに改善され、１０万ｃｄ／ｍ²の輝度
が得られるとの報告もある。例えば、有機ＥＬ素子を平
面光源として利用することを考えると、数１０００ｃｄ
／ｍ²の発光が必要であり、それに必要な電流は１００
ｍＡ／ｃｍ²以上になる。この場合には、素子温度は、
１００°Ｃを超えることになり、輝度の低下や非発光点
が発生し、素子の劣化が起こってしまう。従って、この
ような高輝度の有機ＥＬ素子では、発熱量が大きく、こ
の対策が重要である。なお、熱による素子の劣化は、発
光層などの有機層の構造変化や電極酸化の熱による加速
が原因である。

【０００６】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、放熱特性のよい有機ＥＬ素子を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガラス基板上
に形成された透明電極と、金属陰極の間に有機材料から
なる発光層を狭持し、両電極からキャリアを発光層に注
入することによって発光層を発光させる有機ＥＬ素子に
おいて、金属陰極の厚みを０．２μｍ〜１０μｍの範囲
内とし、かつ発光層及び金属陰極を覆う保護層を形成
し、この保護層には熱伝導率の高い材料の混入により熱
伝導性が上昇された樹脂を用いることを特徴とする。

【０００８】このような有機ＥＬ素子において、透明電
極と、金属陰極とに電圧を印加することで、両電極よ
り、正孔、電子が注入され、これが発光層において再結
合し発光する。そして、本発明では、金属陰極が０．２
μｍ以上と厚めのものになっている。そこで、この金属
陰極により発光層において発生したジュール熱が効果的
に放散される。特に、金属陰極の厚さを０．２μｍ以上
とすることによって、素子温度を１００°Ｃ以下に抑え
ることができる。また、金属陰極の厚さを１０μｍ以上
としても放熱効果は上昇せず、素子が大型化するだけで
ある。従って、金属陰極の厚みとしては、０．２μｍ〜
１０μｍの範囲が好ましい。

【０００９】さらに、本実施形態における保護層は、エ
ポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂、その他紫外線硬化樹
脂等が利用され、これに金属フィラーやカーボン粉末な
どの熱導電性のよいものが混入されている。上述のよう
な樹脂は、樹脂自体の熱伝導率が比較的高い。さらに、
金属フィラーやカーボン粉末が混入されているため、保
護層の熱伝導率はさらに上昇されている。保護層の熱伝
導率は、好ましくは、１×１０^-3ｃａｌ／ｃｍｓｅｃ°
Ｃ以上に設定される。

【００１０】このような構成によって、放熱効果に優れ
ており、大電流による高輝度発光においても、素子温度
の上昇を最小限に抑制することができる。例えば、電流
量を１００ｍＡ／ｃｍ²〜１Ａ／ｃｍ²程度と大きくし
て、発光量を１０００〜１００００ｃｄ／ｍ²と大きく
した場合においても特性の劣化を小さなものに維持でき
る。

【００１１】さらに、保護層の外側に放熱板を設けれ
ば、放熱効果をさらに上昇することができる。この放熱
板は、例えば厚さ２ｍｍの銅板であり、この放熱板によ
り、保護層からの放熱を促進し、素子の加熱をより効果
的に防止できる。また、放熱板における放熱を効果的に
行うためには、放熱板の下の保護層の厚みは、１ｍｍ以
下とすることが好ましい。

【００１２】また、単なる放熱板に代えて、ペルティエ
素子等を利用すれば、ここに流す電流量の調整によっ
て、自由に冷却能力を調整することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

【００１４】「実施形態１」図１は、本実施形態に係る
有機ＥＬ素子の構成を示す図である。ガラス基板１０の
上面には、透明電極１２が形成されている。この透明電
極１２は、ＩＴＯ（インジウム・チン・オキサイド）、
ＳｎＯ₂、ｌｎ₂Ｏ₃などが利用される。この透明電極１
２の上に有機材料からなる正孔輸送層１４、発光層１６
が積層形成される。正孔輸送層１４はＴＰＤ（トリフェ
ニルジアミン）、発光層１６はＡｌｑ（キノリノールア
ルミ錯体）等により形成される。発光層１６の上には、
金属陰極１８が形成される。この金属陰極１８には、Ｍ
ｇＡｇ（９：１）、ＡｌＬｉ（９．９：０．１）、Ｍａ
ｌｎ（９：１）等が採用される。

【００１５】本実施形態では、この金属陰極１８の厚み
を０．２〜１０μｍと通常のものと比べて厚く設定して
いる。また、この金属陰極１８及び正孔輸送層１４、発
光層１６、金属陰極１８の側面を覆うように、保護層２
０が形成される。

【００１６】このような有機ＥＬ素子において、透明電
極１２と、金属陰極１８とに電圧を印加することで、両
電極１２、１８より、正孔、電子が注入され、これが発
光層１６において再結合し発光する。そして、金属陰極
１８が０．２μｍ以上と厚めのものになっている。

【００１７】そこで、この金属陰極１８により発光層１
６において発生したジュール熱が効果的に放散される。
なお、下記するように熱伝導率が改善された保護層を利
用する場合において、金属陰極１８の厚さを０．２μｍ
以上とすることによって、素子温度を１００°Ｃ以下に
抑えることができる。また、金属陰極１８の厚さを１０
μｍ以上としても放熱効果は上昇せず、素子が大型化す
るだけである。従って、金属陰極１８の厚みとしては、
０．２μｍ〜１０μｍの範囲が好ましい。

【００１８】更に、この実施形態において、上記保護層
２０は、エポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂、その他紫
外線硬化樹脂が利用され、これに金属フィラーやカーボ
ン粉末などが混入されている。これら樹脂は、樹脂自体
の熱伝導率が比較的高い。さらに、金属フィラーやカー
ボン粉末が混入されているため、保護層２０の熱伝導率
はさらに上昇されている。また、保護層２０の熱伝導率
は、１×１０^-3ｃａｌ／ｃｍｓｅｃ°Ｃ以上に設定され
ている。

【００１９】このような構成により、本実施形態の有機
ＥＬ素子では、放熱効果に優れ、大電流による高輝度発
光においても、素子温度の上昇を最小限に抑制すること
ができる。例えば、電流量を１００ｍＡ／ｃｍ²〜１Ａ
／ｃｍ²程度と大きくして、発光量を１０００〜１００
００ｃｄ／ｍ²と大きくした場合においても特性の劣化
を小さなものに維持できる。

【００２０】さらに、保護層２０は、１ｍｍ程度に設定
されており、大気からの酸素、水分の内部への拡散を有
効に防止し、素子特性への悪影響を排除することができ
る。

【００２１】また、金属陰極１８は、熱伝導性が良好で
あるため、素子において発生した熱を効果的に放散し、
素子の加熱を防止することができる。

【００２２】なお、正孔輸送層１４、発光層１６は５０
ｎｍ程度、金属陰極１８は、２００ｎｍ程度の厚さが好
ましい。

【００２３】また、上述の実施形態では、正孔輸送層１
４と、発光層１６を積層形成したが、混合有機層の一層
構成としてもよい。さらに、正孔輸送層１４ではなく、
電子輸送層を金属陰極１８側に設ける構成としてもよ
い。このように、素子自体の構成には、現在知られてい
る各種の構成を採用することができる。

【００２４】「実施形態２」実施形態２においては、図
２に示すように、実施形態１の構成に加え、放熱板２２
を有している。すなわち、保護層２０の外側（ガラス基
板１０と反対側）には、放熱板２２が取り付けられてい
る。この放熱板２２は、例えば厚さ２ｍｍの銅板であ
り、この放熱板により、保護層２０からの放熱を促進
し、素子の加熱をより効果的に防止できる。特に、放熱
板２２における放熱を効果的に行うためには、放熱板２
２の下の保護層２０の厚みは、１ｍｍ以下とすることが
好ましい。

【００２５】さらに、単なる放熱板２２に代えて、ペル
ティエ素子を利用すれば、ここに流す電流量の調整によ
って、自由に冷却能力を調整することができる。そこ
で、素子温度を検出し、ペルティエ素子の電流を調整す
ることで、素子温度を所定範囲内に制御することがで
き、素子の加熱を確実に防止することができる。

【００２６】

【実施例】

「実施例１」ＩＴＯの透明電極１２が予め形成されてい
るガラス基板１０上に、真空蒸着により、トリフェニル
ジアミンを５０ｎｍ堆積し、正孔輸送層１４を形成し、
その後キノリノールアルミ錯体を５０ｎｍ堆積して発光
層１６を形成した。そして、この発光層１６上にＭｇＡ
ｇを５００ｎｍ蒸着形成して金属電極１８を形成し、素
子部を形成した。その後、この素子部の上に、エポキシ
系樹脂を塗布して保護層２０を形成した。この保護層２
０の厚みは周辺部で例えば１．２ｍｍ、金属陰極１８の
上部では０．８ｍｍ程度とした。そして、この塗布した
エポキシ樹脂に銅製の放熱板２２を押しつけ貼り合わせ
た。

【００２７】この素子を５００ｍＡ／ｃｍ²という大電
流で駆動したところ、５０００ｃｄ／ｍ²の緑色の高輝
度発光が得られた。素子の温度は、約６０°Ｃまで上昇
したがそれ以上上昇する様子は見られなかった。約３０
分の間、安定な輝度を維持することができ、その間の輝
度低下はわずか２０％程度であった。

【００２８】「比較例１」実施例１と同様の構成で、Ｍ
ｇＡｇの金属陰極１８の厚みを１５０ｎｍとし、保護膜
２０を設けない素子を作成した。この素子を同様に５０
０ｍＡ／ｃｍ²で駆動したところ、素子温度が１００°
Ｃを超えた。それに伴い輝度も５０００ｃｄ／ｍ²から
急激に低下し、３０分後には、輝度が初期の１／２０程
度に低下した。

【００２９】実施例１及び比較例１の時間と輝度の関係
について、図３に示す。

【００３０】「実施例２」実施例２では、正孔輸送層１
４に、トリフェニルアミン４量体（ＴＰＴＥ）を用い、
保護層２０にシリコーン系樹脂を採用し、かつ放熱板に
アルミ板を使用した。この他は実施例１と同様である。

【００３１】この素子を用いて、上述の場合と同様に５
００ｍＡ／ｃｍ²で駆動したところ、４０００ｃｄ／ｍ²
の発光が得られ、温度は６０°Ｃまで上昇した。そし
て、３０分後における輝度は、初期に比べ１０％程度低
下しただけであった。

【００３２】「比較例２」実施例２と同様の構成で、金
属陰極１８の厚みを１５０ｎｍとし、保護層放熱板を設
けなかった場合、素子温度が１２０°Ｃに達し、それに
伴い輝度も４０００ｃｄ／ｍ²から急激に低下し、３０
分後には、５０％も低下した。

【図面の簡単な説明】

【図１】有機ＥＬ素子の実施形態１の構成を示す図で
ある。

【図２】有機ＥＬ素子の実施形態２の構成を示す図で
ある。

【図３】実施形態１の寿命を示す特性図である。

【符号の説明】

１０ガラス基板、１２透明電極、１４正孔輸送
層、１６発光層、１８金属陰極、２０保護層２２
放熱板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス基板上に形成された透明電極と、
金属陰極の間に有機材料からなる発光層を狭持し、両電
極からキャリアを発光層に注入することによって発光層
を発光させる有機ＥＬ素子において、金属陰極の厚みを０．２μｍ〜１０μｍの範囲内とし、
かつ発光層及び金属陰極を覆う保護層を形成し、この保護層には熱伝導率の高い材料の混入により熱伝導
性が上昇された樹脂を用いることを特徴とする有機ＥＬ
素子。