JP2001326070A

JP2001326070A - 有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JP2001326070A
Application number: JP2000142215A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Kawai; 川井　　正一; Toshiki Ito; 伊藤　　俊樹; Atsushi Yamamoto; 敦司山本; Harumi Suzuki; 晴視鈴木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2001-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】互いに対向する一対の電極間に有機発光材料
を含む有機層を配置してなる構造体と、この構造体の外
表面を被覆する保護膜とを備える有機ＥＬ素子におい
て、成膜時に下地の有機層を熱分解させることなく且つ
下地の有機層との密着性を向上させた保護膜を実現す
る。【解決手段】保護膜８は、Ｓｉ−ＣｘＨｙ等の金属ま
たは半導体と有機物との化合物よりなり、この保護膜８
は、パルス電源を使用した反応性直流スパッタ法により
室温で成膜されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に、互いに
対向する一対の電極間に有機発光材料を含む有機層を配
置してなる構造体と、この構造体の外表面を被覆する保
護膜とを備える有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）
素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＥＬ素子は、自己発光のため視認性が高
く、また、完全固体素子であり、耐衝撃性に優れるとい
う特徴を有していることから、現在、無機化合物や有機
化合物を用いた色々な素子が提案され、且つ、実用化が
試みられている。これらの素子のうち、有機ＥＬ素子は
無機ＥＬ素子に比べて印加電圧を大幅に低下させること
ができるという利点を有する。

【０００３】この有機ＥＬ素子は、互いに対向する一対
の電極間に有機発光材料を含む有機層を配置してなる構
造体を有する。この構造体は、陽極／有機発光層／陰極
の積層構造を基本構成として、発光性能向上のため、正
孔注入層や電子注入層等の各有機層を必要に応じて両極
間に設ける構成が知られている。

【０００４】ここで、有機ＥＬ素子の各有機層は、水分
に弱く、水分と接触した部分は発光しなくなる（いわゆ
る黒点が形成される）。そのため、従来より、素子を乾
燥剤とともに缶に封止する缶封止構造がとられていた
が、コストがかかる上に、缶の接着部から水分が侵入
し、素子劣化を生じさせると言う問題があった。この様
な問題に対して、特開平７−１６１４７４号公報に記載
されているように、有機ＥＬ素子の構造体の外表面を無
機アモルファス膜であるＳｉＣ膜やＳｉＮ膜よりなる保
護膜で被覆する構成が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の保護膜であるＳｉＣ膜、ＳｉＮ膜は、基板温度がそ
れぞれ１９０℃、３５０℃で成膜されるため、下地の有
機層が熱分解する可能性がある。また、保護膜は無機膜
であるために、有機ＥＬ素子の構造体における有機層と
の界面にて密着性が十分でなく、剥離が生じる可能性が
ある。

【０００６】本発明は上記問題に鑑み、基板上に、互い
に対向する一対の電極間に有機発光材料を含む有機層を
配置してなる構造体と、この構造体の外表面を被覆する
保護膜とを備える有機ＥＬ素子において、成膜時に下地
の有機層を熱分解させることなく且つ下地の有機層との
密着性を向上させた保護膜を実現することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、基板（１）上に、互いに
対向する一対の電極（２、７）間に有機発光材料を含む
有機層（３〜６）を配置してなる構造体と、この構造体
の外表面を被覆する保護膜（８）とを備える有機ＥＬ素
子において、前記保護膜を、金属または半導体と有機物
との化合物により形成したことを特徴する。

【０００８】それによれば、保護膜は有機物を含んだも
のとなり、パルス電源を使用した反応性直流スパッタ法
により室温で成膜することができるとともに、無機膜に
比べて有機層と密着しやすい。よって、本発明によれ
ば、成膜時に下地の有機層を熱分解させることなく且つ
下地の有機層との密着性を向上させた保護膜を実現する
ことができる。

【０００９】ここで、請求項２の発明のように、前記金
属または半導体と有機物との化合物が、金属または半導
体のアルキル化合物であることが好ましい。即ち、本発
明の保護膜は、アルキル基を持った無機材料からなるも
のにできる。

【００１０】本発明によれば、保護膜は−ＣｘＨｙの官
能基（アルキル基）を持つ。一方、有機ＥＬ素子の構造
体の外表面は、通常、金属を含む電極と有機層よりな
り、金属の表面には酸素原子が存在し、有機層の表面に
は水酸基（−ＯＨ基）が存在する。従って、本発明の保
護膜中のアルキル基（−ＣｘＨｙ基）は、これら酸素原
子や水酸基と反応して強力に結合するため、下地の有機
層及び電極との密着性を確実に向上させることができ
る。

【００１１】また、請求項３の発明では、前記保護膜
（８）を、前記構造体側に有機物成分を多く含み、前記
構造体から膜厚方向へ離れるに従って金属または半導体
成分が多くなるように組成比が変化しているものとした
ことを特徴とする。このような組成比の変化は、反応性
直流スパッタ法で保護膜を成膜するにあたって、成膜中
に原料ガスの組成を徐々に変化させることで可能であ
る。

【００１２】そして、本発明によれば、保護膜は、下地
の構造体側では前記の金属または半導体と有機物との化
合物の特性を有するものとすることができ、保護膜の表
面側では実質的に無機膜に近い特性を有するものとする
ことができるため、請求項１または請求項２の発明の効
果に加えて、外部からの水分等の侵入をより確実に防止
することができる。

【００１３】また、請求項４の発明によれば、前記保護
膜（８）を、前記金属または半導体と有機物との化合物
よりなる膜（８ａ）の上に無機物よりなる無機膜（８
ｂ）を少なくとも１層以上成膜してなるものとしたこと
を特徴とする。また、請求項５の発明によれば、前記保
護膜（８）を、前記金属または半導体と有機物との化合
物よりなる膜と無機物よりなる無機膜とを交互に複数成
膜してなるものとしたことを特徴とする。

【００１４】これら請求項４及び請求項５の発明によれ
ば、請求項３の発明と同様の効果が得られる。なお、上
記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の
具体的手段との対応関係を示す一例である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１は、本実施形態に係る有機ＥＬ
（エレクトロルミネッセンス）素子１００の概略断面図
である。ガラス等よりなる透明基板１の一面側には、Ｉ
ＴＯ（インジウムチンオキサイド）等の透明導電膜より
なる陽極２が成膜されている。

【００１６】この陽極２の上には、ホール注入層３、ホ
ール輸送層４、発光層５、電子輸送層６が順次成膜さ
れ、これら各層３〜６により有機層が構成されている。
これら有機層３〜６は、公知の有機発光材料、ホール輸
送性または電子輸送性の有機材料を採用することができ
る。また、電子輸送層６の上にはＡｌ（アルミニウム）
等の金属膜よりなる陰極７が成膜されている。

【００１７】さらに、本実施形態においては、構造体２
〜７の外表面及び構造体２〜７より露出する透明基板１
の一面が、保護膜８により被覆されている。この保護膜
８は、金属または半導体と有機物との化合物により形成
されている。この化合物を構成する金属としては、チタ
ン（Ｔｉ）や亜鉛（Ｚｎ）等を採用することができ、半
導体としてはシリコン（Ｓｉ）等を採用することがで
き、有機物としては、メタンやブタジエンやアセチレン
等を採用することができる。

【００１８】そして、これら金属または半導体と有機物
との化合物は、具体的には、Ｓｉ−ＣｘＨｙやＴｉ−Ｃ
ｘＨｙ等の金属または半導体のアルキル化合物とするこ
とができ、これら化合物は、パルス電源を使用した反応
性直流スパッタ法により室温で成膜することができると
ともに、無機膜に比べて有機層と密着しやすいものであ
る。そして、この保護膜８により、構造体２〜７、特に
有機層３〜６の防湿等が図られている。

【００１９】こうして、本有機ＥＬ素子１００において
は、互いに対向する一対の電極２、７間に有機発光材料
を含む有機層３〜６を配置してなる構造体２〜７が、基
板１上に形成されている。そして、両電極２、７間に所
定の直流電圧を印加することにより、発光層５を自発光
させ、透明基板１の他面側から光が取り出されるように
なっている。

【００２０】次に、本有機ＥＬ素子１００の製造方法に
ついて、限定するものではないが、具体例を挙げて説明
する。まず、透明基板としてのガラス基板１上に、ＩＴ
Ｏよりなる厚さ１４０ｎｍの陽極２をスパッタ法等にて
成膜する。その上に、銅フタロシアニンよりなる厚さ１
５ｎｍのホール注入層３、厚さ４０ｎｍのテトラトリフ
ェニルアミンよりなるホール輸送層４、１％のキナクリ
ドン（Ｑｄ）を添加したキノリノールアルミ錯体（Ａｌ
ｑ３）よりなる厚さ４０ｎｍの発光層５、アルミキノリ
ール（Ａｌｑ）よりなる厚さ６０ｎｍの電子輸送層６
を、順次、真空蒸着法で成膜する。

【００２１】さらに、陰極７としてＡｌを１００ｎｍ蒸
着により成膜する。この上に、反応性直流スパッタ法に
より保護膜８を成膜する。Ｓｉをターゲットにして、導
入ガスはＡｒとＣＨ４とを用い（Ａｒ：ＣＨ４＝１：
１）、スパッタパワーは４ｋＷ、温度は室温、スパッタ
圧力は０．１Ｐａとする。このような成膜条件にて成膜
された保護膜８は、アルキル化合物のＳｉ−ＣｘＨｙ膜
であり、非晶質になっていて膜厚は１００ｎｍである。

【００２２】ところで、本実施形態によれば、保護膜８
は有機物を含んだものとなり、無機膜に比べて有機層と
密着しやすい。さらに、保護膜８を構成する金属または
半導体と有機物との化合物が、金属または半導体のアル
キル化合物である場合、保護膜８は、−ＣｘＨｙの官能
基（アルキル基）を持つ。一方、構造体２〜７の外表面
は、図１に示す様に、陽極２及び陰極７と有機層３〜６
よりなる。

【００２３】陽極２及び陰極７中に含まれる金属の表面
には酸素原子が存在し、有機層３〜６の表面には水酸基
（−ＯＨ基）が存在する。そして、保護膜８中のアルキ
ル基（−ＣｘＨｙ基）は、これら酸素原子や水酸基と反
応して強力に結合する（水素結合等が生じると考えられ
る）ため、下地の有機層３〜６及び電極２、７との密着
性を確実に向上させることができる。

【００２４】また、保護膜８は、パルス電源を使用した
反応性直流スパッタ法により室温（５０℃以下）で成膜
することができるため、成膜時に下地の有機層３〜６を
熱分解させることなく、また、成膜後の温度差も少ない
ため、下地との密着性が高く、保護膜８にクラック等の
ダメージが発生しにくい。

【００２５】ちなみに、従来の保護膜は、容量結合型の
横ＲＦプラズマ装置を用いたＲＦスパッタ法にて成膜し
ていた。比較例としてＲＦスパッタ法により保護膜を形
成した。上記製造方法の具体例と同様に、透明基板１上
に構造体２〜７までを形成したものを、上記横ＲＦプラ
ズマ装置の基板ホルダに固定し、水素ガスにて１０％に
希釈されたＳｉＨ４、ＣＨ４をマスフローコントローラ
に通し、チャンバ内圧力１Ｔｏｒｒを維持した。

【００２６】続いて、５０Ｗ、３．５６ＭＨｚの高周波
を印加し、基板温度１９０℃にて、構造体２〜７上に保
護膜としてのａ−ＳｉＣ膜を膜厚１００ｎｍ形成した。
なお、基板１のサイズは７５ｍｍ×２５ｍｍとした。こ
の場合、保護膜の成膜温度が１９０℃と高いため、成膜
後では室温との温度差により下地との密着性が悪く、保
護膜にクラックが発生した。

【００２７】本実施形態の保護膜８は、上述のように、
反応性直流スパッタ法で成膜しているため、成膜時の基
板温度がＲＦスパッタ法よりも低く、例えば５０℃以下
で成膜できるため、下地との密着性が高く、保護膜８に
クラック等のダメージが発生しにくい。また、この反応
性直流スパッタ法によれば、下地表面がプラズマにさら
されないため、有機層にダメージが入りにくいという効
果もある。

【００２８】また、本発明者等の検討によれば、保護膜
８を金属または半導体と有機物との化合物とすることに
より、従来の保護膜であるアモルファスの無機膜に比べ
て、導電性を低くすることができ、電極２、７間の導通
を防止できる等の利点があることも確認している。

【００２９】また、本実施形態の保護膜８としては、次
に示す様な変形例も可能である。図２は、第１の変形例
を示す概略断面図であり、保護膜８を、金属または半導
体と有機物との化合物よりなる膜（以下、化合物膜とい
う）８ａの上に無機物よりなる無機膜８ｂを少なくとも
１層以上成膜してなるものとしている。つまり、図２に
示す無機膜８ｂは、１層のものでも２層以上の積層構造
のものでも良い。

【００３０】限定するものではないが、この第１の変形
例の具体的な製造方法を示す。上記同様に、透明基板１
上に構造体２〜７及び化合物膜（Ｓｉ−ＣｘＨｙ膜）８
ａを形成する。次に、この上に、Ｓｉをターゲットにし
て反応性直流スパッタ法により、Ｎ２とＡｒの混合ガス
を用い、スパッタパワー：４ｋＷ、ガス圧：０．１Ｐ
ａ、基板温度：室温の成膜条件にて、無機膜８ｂとして
膜厚１００ｎｍのＳｉＮ膜を成膜する。

【００３１】図２に示す第１の変形例によれば、上記図
１において保護膜８の上を更に無機膜８ｂで被覆した形
となるため、上記した保護膜８による効果に加えて、更
に、水分の侵入防止を確実にすることができる。

【００３２】次に、第２の変形例について述べる。本例
では、上記図１に示す有機ＥＬ素子１００において、保
護膜８を、構造体２〜７側（下地側）に有機物成分を多
く含み、構造体２〜７（下地）から膜厚方向へ離れるに
従って金属または半導体成分が多くなるように組成比が
変化しているものとしている。つまり、本例の保護膜８
は、下地側のアルキル化合物膜から膜厚方向に徐々に無
機膜に近づくように組成比が変化している。

【００３３】このような組成比の変化は、反応性直流ス
パッタ法で成膜するにあたって、成膜中に原料ガスの組
成を徐々に変化させることで可能である。限定するもの
ではないが、この第２の変形例の具体的な製造方法を示
す。上記同様に、透明基板１上に構造体２〜７を形成す
る。

【００３４】この上に、パルス電源を使用した反応性直
流スパッタ法により、Ｓｉをターゲットにして、導入ガ
スはＡｒとＣＨ４とを用い、スパッタパワーは４ｋＷ、
温度は室温、スパッタ圧力は０．１Ｐａといった成膜条
件にて、成膜を行う。このとき、ＣＨ４とＡｒとのガス
比は最初１：１であるが、成膜中に、徐々にＡｒガスの
含有量を多くしていき、最後にはＡｒガスのみで成膜す
る。

【００３５】これによって、本第２の変形例の保護膜８
として膜厚２００ｎｍで、下地側のＳｉ−ＣｘＨｙ膜が
表面側に行くに連れてＳｉ膜に近づくように組成比が変
化した膜が得られる。このような第２の変形例の保護膜
８によれば、保護膜８は、下地側では金属または半導体
と有機物との化合物の特性を有するものとすることがで
き、表面側では実質的に無機膜に近い特性を有するもの
とすることができるため、上記した保護膜８の効果に加
えて、外部からの水分等の侵入をより確実に防止するこ
とができる。

【００３６】また、第３の変形例として、図示しない
が、保護膜８を、金属または半導体と有機物との化合物
よりなる膜（化合物膜）と無機物よりなる無機膜とを交
互に複数成膜してなるものとすることもできる。このよ
うな保護膜８は、上記第１の変形例に示した製造方法に
準じて、化合物膜を成膜し、この上に無機膜を成膜し、
以下、同様の方法で、化合物膜、無機膜、‥‥、を順次
成膜することで形成することができる。この場合も、上
記第１の変形例と同様の効果が得られる。

【００３７】なお、上記実施形態においては、透明基板
１側に陽極２、これと反対側に陰極７を配置した構成で
あるが、これとは逆に、透明基板１側に陰極、これと反
対側に陽極を配置した構成でも良い。この場合、両電極
に挟まれる各有機層の配置は、ホール及び電子の注入形
態に応じて適宜変更することは勿論である。また、光の
取り出し方向も陽極側から取り出す様にすれば良い。

【００３８】要するに、本発明は、基板上に、互いに対
向する一対の電極間に有機発光材料を含む有機層を配置
してなる構造体と、この構造体の外表面を被覆する保護
膜とを備える有機ＥＬ素子において、保護膜を上記構成
としたことを要部とするものであり、他の部分は適宜設
計変更可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子の概略断
面図である。

【図２】上記実施形態の第１の変形例としての有機ＥＬ
素子の概略断面図である。

【符号の説明】

１…透明基板、２…陽極、３…ホール注入層、４…ホー
ル輸送層、５…発光層、６…電子輸送層、７…陰極、８
…保護膜、８ａ…金属または半導体と有機物との化合物
よりなる膜、８ｂ…無機膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本敦司愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者鈴木晴視愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 3K007 AB11 AB13 AB14 AB15 AB18 CA01 CB01 DA01 DB03 EA01 EB00 FA01 FA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板（１）上に、互いに対向する一対の
電極（２、７）間に有機発光材料を含む有機層（３〜
６）を配置してなる構造体と、この構造体の外表面を被
覆する保護膜（８）とを備える有機ＥＬ素子において、前記保護膜が、金属または半導体と有機物との化合物に
より形成されていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】前記金属または半導体と有機物との化合
物が、金属または半導体のアルキル化合物であることを
特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】前記保護膜（８）は、前記構造体側に有
機物成分を多く含み、前記構造体から膜厚方向へ離れる
に従って金属または半導体成分が多くなるように組成比
が変化しているものであることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】前記保護膜（８）は、前記金属または半
導体と有機物との化合物よりなる膜（８ａ）の上に無機
物よりなる無機膜（８ｂ）を少なくとも１層以上成膜し
てなるものであることを特徴とする請求項１または２に
記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】前記保護膜（８）は、前記金属または半
導体と有機物との化合物よりなる膜と無機物よりなる無
機膜とを交互に複数成膜してなるものであることを特徴
とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】前記保護膜（８）は、パルス電源を使用
した反応性直流スパッタ法により成膜されたものである
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記
載の有機ＥＬ素子。