JP2006040889A - 有機電界発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】キャップを使用せずに、構成要素を外部環境から完全に隔離するとともに、ゲッターを取り付けないことで素子の厚さを減少させた有機電界発光素子を提供する。
【解決手段】本発明の有機電界発光素子100は、素子を構成する多数の構成要素の全体構造上部に多層構造の保護層10を形成して外部環境から構成要素を完全に隔離できる構造を有する。保護層10は、素子の構成要素上部に形成された有機物層11、有機物層上に形成された非有機物層12、及び非有機物層上に形成されたコーティング層13からなる。非有機物層上に形成されたコーティング層13は、窒化アルミチタン（ＴｉＡｌＮ）等を用いる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、有機電界発光素子に関し、特に、キャップ及びゲッターを取り付けずに厚さの増加が明らかに抑制される反面、外部環境の影響を完全に排除することができるように構成した有機電界発光素子に関するものである。

有機電界発光は、有機物（低分子または高分子）薄膜に陰極と陽極を介して注入された電子と正孔が再結合して励起子（exciton）を形成し、形成された励起子からのエネルギーにより特定波長の光が発生される現象である。

このような現象を利用した有機電界発光素子は、図１に示されるような基本的な構造を有している。有機電界発光素子は、基本的にガラス基板１、ガラス基板１の上部に形成されてアノード電極として使用されるインジウムスズ酸化物層２（Indium Tin Oxide film；以下、「ＩＴＯ層」という。）、絶縁層と有機物層３及びカソード電極として作用する金属層４が、順に積層された構造である。

参考までに、有機物層３は、素子内に正孔との注入を円滑にするための正孔注入層；アノード電極から注入された正孔を発光層に輸送する正孔輸送層；カソード電極とアノード電極から供給された電子と正孔の再結合が行なわれながら発光が起こる領域である発光層；及びカソード電極から供給される電子の円滑な輸送のための電子輸送層が、順に積層された構造を有する。

このような構造を有する有機電界発光素子は、次の工程を介して製造される。まず、ガラス基板１上に真空蒸着法を利用してＩＴＯ層２を蒸着し、このＩＴＯ層２をフォトリソグラフィーでパターニングする。

次に、パターニングされたＩＴＯ層２上に絶縁層（図示略）、有機物層３及び隔壁Ｗを形成する。絶縁層上には有機物層３を形成し、有機物層３上にカソード電極として作用する金属層４を蒸着する。ここで、各隔壁Ｗは、ＩＴＯ層２上に多数の金属層４を分離された状態で蒸着するために形成される。

このような工程を介して各要素を形成した後、接合剤５を用いてキャップ６を基板１の外郭部に固定する。図１に示されるように、キャップ６と基板１と間には、所定の密閉空間が形成され、この密閉空間内に位置した上述した構成要素は、湿気などのような外部の環境に影響を受けない。

ここで、素子を構成する有機物は、水分と熱に弱い特性を有しており、従って、これを外部環境から保護するためのキャップ６は、金属、ガラスまたはその合成材料で製造され、接合剤５としては紫外線（ＵＶ）硬化性接合剤が用いられる。

一方、キャップ６の中央部底面には、テープ（有機物質よりなる）７によって吸湿剤であるゲッター８が付着されている。素子を構成する各構成要素が収納された、キャップ６と基板１と間の空間には、水分（湿気）が残留することになり、この湿気を除去するためにゲッター８をキャップ６の中央部底面に付着した後、キャップ６を基板１に付着するものである。

このような用途のために用いられるゲッター８は、一般に、例えば、酸化カルシウム（ＣａＯ）または酸化バリウム（ＢａＯ）などから作られ、フィルム、ペーストまたは粉末形態で適用され得る。

図１に図示された有機電界発光素子ではキャップ６に付着されたゲッター８を収納するための空間が必要である。また、金属層とゲッター８が接触する場合、金属層が酸化するため、金属層とゲッター８と間にも所定の空間が求められる。このような構造は素子自体の厚さを増加させる要因として作用し、従って、素子及びその素子が取り付けられた装置の小型化傾向に即応するためには素子の厚さを増加させる要因を除去することが好ましい。

本発明の目的は、有機電界発光素子で吸湿のために用いられるゲッター、構成要素を外部環境から隔離するために用いられるキャップによって発生する上述した問題点を解決することにあり、キャップを使用せずに構成要素を外部環境から完全に隔離させることができる有機電界発光素子を提供することである。

本発明の他の目的は、吸湿機能を遂行するゲッターを取り付けずに、素子の厚さを顕著に低減することができる有機電界発光素子を提供することである。

上述した目的を実現するための本発明に係る有機電界発光素子は、素子を構成する多数の構成要素を含む全体構造の上部に多層構造の保護層を形成して、外部と構成要素を完全に遮断することができる構造を有する。本発明での保護層は、素子の構成要素上部に形成された有機物層、有機物層上に形成された非有機物層、及び非有機物層上に形成されたコーティング層からなる。

コーティング層の材料はオキサイド系の窒化アルミチタンであり、このコーティング層が全体構造上部に形成されることで非有機物層、有機物層及び素子の構成要素は外部環境から完全に隔離される。

また、他の実施形態によれば、コーティング層は、窒化チタン層と窒化アルミニウム層の積層構造または窒化チタン層とアルミニウム層の積層構造となることを特徴としている。

以上のように、本発明に係る有機電界発光素子は、素子を構成する構成要素上に保護膜である有機物層、非有機物層及びコーティング層を積層状態で形成することにより、素子内部に外部の湿気及び酸素が浸透することができなく、従って、湿気除去のための必須構成要素であるゲッターを取り付ける必要がない。このような理由により、図１に図示された従来の素子と比較して、ゲッターのない本発明に係る素子は、その全体高さが顕著に減少され、素子及びその素子が取り付けられた装置の小型化に大きい貢献することができ、ゲッターの使用によって発生される種々の問題点（例えば、ゲッター材料の選択の制限など）を解決することができる。

以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照してより詳細に説明する。

図２は、本発明に係る有機電界発光素子の構造を示した正断面図である。図２では、有機電界発光素子１００を構成する、ガラス基板２０上部に形成されアノード電極として使われるＩＴＯ層、絶縁層と有機物層及びカソード電極である金属層は、図１に示された構成要素と同一であるので、それぞれを個別的に図示していない。便宜のために、構成要素を単一ブロックとして処理し、図面符号"Ｅ"として示した。

本発明に係る有機電界発光素子１００の最も大きな構造的な特徴は、構成要素Ｅを含む基板２０上部にパシベーション膜（passivation film）、即ち、保護層を形成した点である。保護層は、基板２０上に形成された構成要素Ｅを外部と完全に遮断することができる構造で形成され、したがって、外部の水分（湿気）は素子の構成要素Ｅに浸透することができない。

保護層は、素子の構成要素Ｅと接触する有機物層１１、有機物層１１上に形成された非有機物層１２、そして非有機物層１２上に形成されたコーティング層１３からなる。

構成要素Ｅ上に形成されて金属層（図１の４）と接触する有機物層１１は、蒸着工程によって形成され、電気伝導率の低い材料でできている。このような材料で形成された有機物層１１は、形成温度が低い場合、容易に平坦化される特性を有している。従って、保護層形成工程時、有機物層１１が構成要素Ｅ上で平坦化されることで非有機物層１２及びコーティング層１３もやはり平坦化された状態で形成され、結局素子１００は図２に示されるように平坦化された最終形状を有しうる。

非有機物層１２は、有機物層１１上に形成され、ＳｉＯ₂またはＳｉＮ_Xからなる。非有機物層１２を形成するために用いられたＳｉＯ₂またはＳｉＮ_Xは密度が高いという物理的特性を有しており、この特性によって外部の湿気及び酸素は非有機物層１２を通過することができなくなる。従って、素子１００の構成要素Ｅは外部環境（湿気及び酸素）と隔離される。
非有機物層１２上に形成されたコーティング層１３の材料は、オキサイド系の窒化アルミチタン（ＴｉＡｌＮ）であり、スパッタリング工程またはｅ−ビーム方式によって形成される。このコーティング層１３が全体構造上部に形成されることで非有機物層１２、有機物層１１及び素子の構成要素Ｅは外部環境と完全に隔離される。

一般に、素子１００の主要構成要素Ｅ中の一つである金属電極（図１の４）は、カルシウムまたはアルミニウムからなり、カルシウムまたはアルミニウムは、酸素と反応がよく起こる金属材料として知られている。従って、コーティング層１３が構成要素Ｅを外部環境から完全に隔離させ、素子の構成要素Ｅへの酸素と水分の浸透を防止することができ、結果的に金属電極が酸素及び水分と接触して反応することを効果的に抑制することができる。

一方、本発明は、コーティング層１３を窒化チタン層と窒化アルミニウム層の２層構造またはそれ以上の積層構造で形成することができ、また窒化チタン層とアルミニウム層の２層構造またはそれ以上の積層構造としても形成することができる。

半導体素子製造工程で、窒化チタン（ＴｉＮ）層は酸素拡散防止膜として使われる代表的な薄膜であり、従って、コーティング層１３を構成する窒化チタン層によって素子内での酸素の拡散が抑制される。

また、アルミニウムは、酸素または水分（Ｈ₂Ｏ）に反応性がきわめて高い物質として知られている。従って、アルミニウム層または窒化アルミニウム層をコーティング層１３の一つの構成層として形成する場合、アルミニウムが酸素と反応してアルミニウムオキサイドを形成することにより、外部の酸素または水分が素子内に浸透することができなくなる。
一方、素子１００の作動のためには電源が印加され、電源によって導電性材料からなる構成要素Ｅに静電気が発生しうる。発生された静電気は構成要素Ｅに帯電され素子１００の機能に影響を与えることができ、激しい場合、素子１００自体が損傷される恐れがある。

このような問題点を防止するために本発明に係る素子では、コーティング層１３に電極（未図示）を形成し、その電極に連結されたワイヤーを接地させた。従って、素子１００の構成要素Ｅで発生された静電気は、有機物層１１、非有機物層１２及びコーティング層１３を介して外部に放電され、結果的に、素子１００自体に静電気が帯電される現象は発生しなくなる。特に、コーティング層１３を構成する窒化アルミチタンはその抵抗値が低いので、静電気の外部放電は容易に行われ得る。

一方、保護層１０である有機物層１１とコーティング層１３を形成する工程である蒸着工程及びスパッタリング工程（またはｅ−ビーム方式）は、本技術分野の一般的な工程であるので、それらに対する詳細な説明は省略する。

以上で説明した本発明は例示の目的のために開示されたものであり、本発明に対する通常の知識を有した当業者であるならば、本発明の思想と範囲内で様々な修正、変更、付加が可能である。従って、このような修正、変更及び付加は本発明の特許請求の範囲に属するものである。

図１は有機電界発光素子の一般的な構造を概略的に示した断面図である。 図２は本発明に係る有機電界発光素子の構造を示した断面図である。

符号の説明

１０ 保護層
１１ 有機物層
１２ 非有機物層
１３ コーティング層
１００ 有機電界発光素子
Ｅ 構成要素

Claims (4)

1. 基板上部に多数の構成要素が形成された構造を有する有機電界発光素子において、
   前記多数の構成要素を含む全体構造の上部に多層構造の保護層を形成して、外部と前記構成要素を完全に遮断させることができる構造からなる有機電界発光素子。
2. 前記保護層は、素子の構成要素上部に形成された有機物層、有機物層上に形成された非有機物層、及び非有機物層上に形成されたコーティング層からなる請求項１に記載の有機電界発光素子。
3. 前記保護層のコーティング層は、窒化アルミチタンからなる請求項２に記載の有機電界発光素子。
4. 前記保護層のコーティング層は、窒化チタン層と窒化アルミニウム層の積層構造または窒化チタン層とアルミニウム層の積層構造である請求項２に記載の有機電界発光素子。
   

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