JP2003338385A - 有機ｅｌ素子、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低消費電力で、駆動電圧の低い有機エレクト
ロルミネッセント素子を提供する。 【解決手段】 素子基板２上に基板側電極４、有機ＥＬ
層６、対向電極８を順次積層してなる有機ＥＬ素子１０
０において、基板側電極の表面積を、素子基板面へ垂直
に投影した面積の１．１倍以上にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電圧を印加するこ
とにより発光するエレクトロルミネッセント（ＥＬ）素
子及び同製造方法に関し、更に詳述すれば駆動電圧が小
さく、その結果消費電力の少ないＥＬ素子及び同素子の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機ＥＬ（エレクトロルミネッセント）
素子は比較的低電圧で発光し、また素子構造が簡単なこ
とから、将来性が期待されている発光素子である。実用
上問題があるとされてきた素子寿命に関しても最近かな
り改良されてきている。

【０００３】図４は、従来の有機ＥＬ素子の構成の一例
を示す説明図である。この有機ＥＬ素子は、ガラス等の
透明基板７２上に、透明電極であるインジウム錫オキサ
イド（ＩＴＯ）等からなる陽極７４、正孔輸送層７８、
電子輸送性発光層８０、第１陰極層８４、第２陰極層８
６を順次積層してなる。

【０００４】このような有機ＥＬ素子においては、正孔
輸送層７８と電子輸送性発光層８０とにより、有機ＥＬ
層８２を構成しており、また第１陰極層８４および第２
陰極層８６で陰極８８を構成している。有機ＥＬ素子
は、図４の構成以外にも、例えば（１）陽極／発光層／
陰極、（２）陽極／発光層／電子輸送層／陰極、（３）
陽極／正孔輸送層／発光層／陰極、（４）陽極／正孔注
入層／正孔輸送層／発光層／陰極、その他各種構造のも
のがある。

【０００５】有機ＥＬ素子の発光は、陽極７４と、これ
と対向する陰極８８とに直流電圧を印加することによ
り、それぞれ正孔と電子とを有機ＥＬ層に注入し、これ
らが再結合し、再結合によって生じるエネルギーが蛍光
物質を励起し、励起された蛍光物質が基底状態に戻ると
きに光を放射するという機構で起きる。

【０００６】図５に示すように、有機ＥＬ素子は、空気
中の水蒸気や酸素等により劣化するため、ステンレスス
チール等の金属製ケース９０で有機ＥＬ素子を覆い、透
明基板７２に接着剤９２を介して接着し、気密構造とす
るのが一般的である。封止用の金属ケース９０には、そ
の上部中央付近に乾燥剤収納部９３を形成し、その中に
ＢａＯ、ＣａＯ等の乾燥剤９４を収納することもある。
この構造では、ステンレススチール等の金属に光透過性
が無いことから、有機ＥＬ素子からの発光は、透明基板
７２を透過させて取出すことになる。

【０００７】ガラス製封止板９５を用いて気密構造とし
た有機ＥＬ素子の構成例を図６に示す。この例では、ガ
ラス製封止板９５には、ガラス平板の中央部に有機ＥＬ
素子の収納部９６を形成している。この場合、有機ＥＬ
素子からの発光は、透明基板７２側から取出しても、ガ
ラス製封止板側から取出しても良い。これら従来の有機
ＥＬ素子は、無機ＥＬ素子やＦＥＤ（Field・Emission
・Display）等の発光素子と比べて、１０Ｖ程度、ある
いはそれ以下という比較的低い電圧により発光するとい
う利点を有している。しかし、特に電池を電力源とする
携帯電子機器用の表示器等の用途を考える場合、その消
費電力はまだ大きいと言わざるを得ない。

【０００８】そこで、有機ＥＬ素子の駆動電圧を低電圧
化することで低消費電力化する試みが行われている。例
えば、陽極と正孔輸送層との間に正孔注入層を設けて正
孔の注入効率を高めたり、発光に直接関与する有機ＥＬ
層８２を構成する電子輸送性発光層、正孔輸送層等の各
層を薄膜化したりすることで低電圧化を図る方法があ
る。

【０００９】しかしながら、前者の方法ではある程度の
低電圧化は図れるものの十分とは言えず、また、後者の
方法では有機ＥＬ素子の駆動電圧の低電圧化は達成でき
るものの、有機ＥＬ層を薄膜化するに従って電極間のシ
ョート率が増加し、製造上の不良品発生率が高くなる問
題がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みなされたもので、その目的とするところは、駆動電
圧が小さく、低消費電力の有機ＥＬ素子を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明者等は種々検討した結果、上記問題を解決する
鍵は、有機ＥＬ素子の基板側に形成する電極面の表面状
態にあることを見出した。そして、その表面状態を、基
板側電極の電極面に垂直方向の投影面積と基板側電極の
実際の面積との比で評価できることを見出し、本発明を
完成するに至ったものである。

【００１２】従って、本発明の有機ＥＬ素子及び同素子
の製造方法は、 〔１〕素子基板上に基板側電極、有機ＥＬ層、対向電極
が順次積層された有機ＥＬ素子において、基板側電極の
実際の表面積が、素子基板面へ垂直に投影した面積に対
して１．１倍以上であることとした。

【００１３】〔２〕 素子基板の片面に基板側電極、有
機ＥＬ層、対向電極が順次積層された有機ＥＬ素子にお
いて、平滑な素子基板上に粗面なる基板側電極を形成し
て基板側電極の実際の表面積を、素子基板面へ垂直に投
影した面積より増大するようにした。

【００１４】〔３〕 素子基板表面を粗面化することに
より、基板側電極の表面積を増大させた〔１〕に記載の
有機エレクトロルミネッセント素子。

【００１５】〔４〕 素子基板表面に粗面層を設けるこ
とにより、基板側電極の表面積を増大させた〔１〕に記
載の有機エレクトロルミネッセント素子。

【００１６】〔５〕 素子基板上に表面が粗面の基板側
電極を設ける第一工程と、前記粗面の基板電極上に有機
ＥＬ層を設ける第二工程と、前記有機ＥＬ層上に対向電
極を設ける第三工程と、を備える有機ＥＬ素子の製造方
法とした。

【００１７】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明
する。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明によるＥＬ素子の
構成例を示す側面図である。図１に示すように、ＥＬ素
子１００は、素子基板２の上面に基板側電極４、有機Ｅ
Ｌ層６、対向電極８が順次積層されている。ここで、素
子基板２には、合成樹脂、ガラス等の無機セラミック
ス、等何れの材質でも良い。又、透明、不透明の何れの
材料も使用できる。しかし、耐熱性、耐薬品性、透明性
等から、特にガラス製平板が好ましい。基板側電極４と
対向電極８は、陽極と陰極であり、何れが陽極又は陰極
であっても良い。有機ＥＬ層６としては、低分子有機Ｅ
Ｌ層や高分子有機ＥＬ層があるが、これらの何れでも使
用できる。

【００１９】有機ＥＬ素子の構成としては、例えば
（１）陽極／発光層／陰極、（２）陽極／発光層／電子
輸送層／陰極、（３）陽極／正孔輸送層／発光層／陰
極、（４）陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／陰
極、等の各種構造のものがある。本発明においては、従
来のこれら各種構成をそのまま採用できる。

【００２０】以下、本発明では、便宣的に低分子有機Ｅ
Ｌ素子を例にして説明する。

【００２１】陽極は、インジウムオキサイドを主成分と
するＩＴＯ等の導電性透明材料で構成する。陽極の厚み
は５０〜６００ｎｍが好ましい。

【００２２】正孔注入層の構成材料としては、ポルフィ
リン化合物（特開昭６３−２９５６９６５号公報などに
開示の化合物）、芳香族第三級アミン化合物を用いるこ
とができる。上記ポルフィリン化合物の代表例として
は、ポルフィリン、１，１０，１５，２０−テトラフェ
ニル−２１Ｈ、２３Ｈ−ポルフィリン銅（ＩＩ）、１，
１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ、２３Ｈ
−、ポルフィリン亜鉛（ＩＩ）、５，１０，１５，２０
−テトラキス（ペンタフルオロフェニル）−２１Ｈ、２
３Ｈ−ポルフィリン、シリコンフタロシアニンオキシ
ド、アルミニウムフタロシアニンクロリド、フタロシア
ニン（無金属）、ジリチウムフタロシアニン、銅テトラ
メチルフタロシアニン、銅フタロシアニン（ＣｕＰ
ｃ）、クロムフタロシアニン、亜鉛フタロシアニン、鉛
フタロシアニン、チタニウムフタロシアニンオキシド、
Ｍｇフタロシアニン、銅オクタメチルフタロシアニンな
どを挙げることができる。

【００２３】また、前記芳香族第三級アミン化合物の代
表例としては、４，４’４”−トリス（３−メチルフェ
ニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤ
ＡＴＡ）、４，４’４”−トリス（１−ナフチルフェニ
ルアミノ）トリフェニルアミン（ＴＮＡＴＡ）などの
他、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−
ジアミノフェニル、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、２，２−ビス（４−ジ−ｐ
−トリルアミノフェニル）プロパン、１，１−ビス−４
−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）シクロヘキサン、
Ｎ，Ｎ，Ｎ’Ｎ’−テトラ−ｐ−トリル−４，４’−ジ
アミノフェニル、１，１−ビス−（４−ジ−ｐ−トリル
アミノフェニル）−４−フェニルシクロヘキサン、ビス
（ジメチルアミノ−２−メチルフェニル）フェニルメタ
ン、ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）フェニ
ルメタン、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（４−
メトキシフェニル）−４，４’−ジアミノビフェニル、
Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミ
ノフェニルエ−テル、４，４’−ビス−（ジフェニルア
ミノ）クオードフェニル、４，４’４”−トリス（３−
メチルフェニルアミン）トリフェニルアミンなどを挙げ
ることができる。

【００２４】正孔注入層の厚みは２０ｎｍ以上にする必
要がある。正孔注入層の厚みの上限は特に制限がない
が、製造上の観点から、２０〜１０００ｎｍが好まし
く、特に３０〜１００ｎｍが望ましい。

【００２５】正孔輸送層は、α−ナフチルフェニルジア
ミン（ＮＰＤ）等で構成することができる。正孔輸送層
の厚みは５〜４５ｎｍが好ましく、１０〜４０ｎｍがよ
り好ましい。

【００２６】電子輸送性発光層は、トリス（８−キノリ
ノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）等で構成するこ
とができる。電子輸送性発光層の厚みは５〜４５ｎｍが
好ましく、１０〜４０ｎｍがより好ましい。

【００２７】陰極としては、第１陰極層と第２陰極層と
で構成することができる。第１陰極層はフッ化リチウム
（ＬｉＦ）等で構成できる。厚みは０．１〜２ｎｍが好
ましい。第２陰極層はアルミニウムで構成できる。その
厚みは１５〜２００ｎｍが好ましい。

【００２８】前述した各層自体はこれに限るものではな
く、当業者に公知のもので、スパッタ、真空蒸着法等の
当業者に周知の方法により形成できる。

【００２９】本発明の有機ＥＬ素子は、上述した構成の
有機ＥＬ素子において、基板側電極４が、素子基板面へ
垂直に投影した面積と比較して、１．１倍以上の表面積
を有するものである。図２は、基板側電極４を模式的に
示すもので、その上側表面は微視的には凹凸が存在して
いる。このため、上表面の表面積Ｓ１は基板側電極４の
電極面に対する垂直方向の投影面積Ｓ２よりも大きい。
基板側電極４の実際の表面積Ｓ１は、基板側電極４の上
表面を原子間力顕微鏡で観測することにより求めること
ができる。基板側電極表面積の増加率（倍）は、このよ
うにして求めたＳ１を用いて下記の式（１）から算出で
きる。

【００３０】 基板側電極表面積の増加率（倍）＝Ｓ１／Ｓ２ （１） 本発明においては、上記の式（１）で算出される基板側
電極表面積の増加率が１．１倍以上の基板側電極を用い
ることにより、駆動電圧が低く、低消費電力の有機ＥＬ
素子を得ることができる。

【００３１】基板側電極の表面積の増加率を１．１倍以
上とする製造する方法としては、サンドブラストやフッ
化水素溶液により、物理的或は化学的に電極側基板表面
を粗面化し、その上に電極を形成することで基板側電極
の表面積を大きくする方法、ＳｉＯ_２やＴｉＯ_２等の微
粒子を分散させたポリマー層を粗面層として基板表面に
形成して粗面化し、その上に電極を形成することで基板
側電極の表面積を大きくする方法、基板側電極を形成す
る際の成膜方法や成膜条件を調整することにより、電極
表面そのものの表面粗さを大きくする方法等を例示でき
る。

【００３２】このようにして形成したＥＬ素子は、基板
側電極と対向電極との間に直流電圧を印加することによ
り、発光するものである。なお、形成したＥＬ素子は、
適宜図５、６に示す様に乾燥剤と共に封止して製品ＥＬ
素子とすることができる。乾燥剤としてはＣａＯ、Ｂａ
Ｏ等が例示できる。

【００３３】以下、実施例により本発明を更に具体的に
説明する。

【００３４】

【実施例】表１に示す構成の有機ＥＬ素子を、常法によ
り製造した。この有機ＥＬ素子を図５で示したように封
止した。ここでは、スパッタ法、及び電子ビーム蒸着法
を用いて基板側電極を製造した。なお、表２における各
実施例と各比較例に記載された、基板側電極表面積の増
加率の異なる基板側電極は、成膜温度（常温〜４００
℃）及び酸素導入量（０〜５％）を適宜調節することに
より製造した。

【００３５】

【表１】

【００３６】この有機ＥＬ素子の陰極、陽極間に直流電
圧を印加することにより、有機ＥＬ素子は発光し、基板
を通して外部にＥＬ発光を取出すことができた。この各
有機ＥＬ素子を定電流駆動させ、輝度１００ｃｄ／ｍ
^２ が得られる駆動電圧を測定した。その結果を表２、
及び図３に示した。

【００３７】

【表２】

【００３８】表２、及び図３から、基板側電極表面積の
増加率が１．１以上の有機ＥＬ素子の場合、上記輝度の
得られる駆動電圧は３．６Ｖ程度となる。この駆動電圧
値は、基板側電極表面積の増加率が１．１倍未満の有機
ＥＬ素子の駆動電圧３．９Ｖ程度と比較し、約１０％程
小さく、明らかに低電圧化されている。

【００３９】

【発明の効果】本発明の有機ＥＬ素子は、基板側電極表
面積の増加率を１．１倍以上にしたことにより、低消費
電力で、駆動電圧の低い有機ＥＬ素子を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明有機ＥＬ素子の一例を示す概略側面図で
ある。

【図２】基板側電極面積の増加率算出法の説明図であ
る。

【図３】有機ＥＬ素子の駆動電圧と基板側電極面積の増
加率との関係を示すグラフである。

【図４】従来の有機ＥＬ素子の構成の一例を示す説明図
である。

【図５】従来の製品有機ＥＬ素子の構成の一例を示す説
明図である。

【図６】従来の製品有機ＥＬ素子の他の構成例を示す説
明図である。

【符号の説明】

２ 素子基板 ４ 基板側電極 ６ 有機ＥＬ層 ８ 対向電極 ７２ 透明基板 ７４ 陽極 ７８ 正孔輸送層 ８０ 電子輸送性発光層 ８２ 有機ＥＬ層 ８４ 第１陰極層 ８６ 第２陰極層 ８８ 陰極 ９０ 気密ケース ９２ 接着剤 ９３ 乾燥剤収納部 ９４ 乾燥剤 ９５ 封止板 ９６ 収納部 １００ ＥＬ素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 芳夫 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 杉野谷 充 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 泉澤 勇昇 神奈川県横浜市金沢区乙舳町10番２号 (72)発明者 大森 英史 神奈川県横浜市金沢区乙舳町10番３号 (72)発明者 小池 俊弘 神奈川県川崎市多摩区中野島２丁目19番５ 号 Ｆターム(参考） 3K007 AB03 AB06 AB18 CC03 DB03 FA01

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素子基板上に基板側電極、有機ＥＬ層、
   対向電極が順次積層された有機ＥＬ素子において、 前記基板側電極の実際の表面積が、前記素子基板面へ垂
   直に投影した面積に対して１．１倍以上であることを特
   徴とする有機ＥＬ素子。
2. 【請求項２】 前記基板側電極は、前記素子基板と接す
   る側の表面が平滑であり、前記有機ＥＬ層と接する側の
   表面が粗面であることを特徴とする請求項１に記載有機
   ＥＬ素子。
3. 【請求項３】 前記素子基板の表面を粗面化することに
   より、前記基板側電極の表面積を増大させたことを特徴
   とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
4. 【請求項４】 前記素子基板の表面に粗面層を設けるこ
   とにより、前記基板側電極の表面積を増大させたことを
   特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
5. 【請求項５】 素子基板上に表面が粗面の基板側電極を
   設ける第一工程と、前記粗面の基板側電極上に有機ＥＬ
   層を設ける第二工程と、前記有機ＥＬ層上に対向電極を
   設ける第三工程と、を備えることを特徴とする有機ＥＬ
   素子の製造方法。
6. 【請求項６】 前記粗面の基板側電極の表面積が、前記
   素子基板面へ垂直に投影した面積に対して１．１倍以上
   であることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ素子
   の製造方法。
7. 【請求項７】 前記第二工程が、素子基板の表面を物理
   的或は化学的に粗面化し、その上に電極を形成すること
   で前記表面が粗面の基板側電極を設けることを特徴とす
   る請求項５または６に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
8. 【請求項８】 前記第二工程が、素子基板の表面に微粒
   子を分散させたポリマー層を粗面層として設ける工程
   と、前記ポリマー層上に電極を形成することで前記表面
   が粗面の基板側電極を設ける工程とを備えることを特徴
   とする請求項５または６に記載の有機ＥＬ素子の製造方
   法。
9. 【請求項９】 前記第二工程において、スパッタ法、及
   び電子ビーム蒸着法を用いて前記基板側電極を成膜中
   に、成膜温度や酸素導入量を調整することにより、前記
   表面が粗面の基板側電極を形成することを特徴とする請
   求項５または６に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。