JP2800813B1 - 有機ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】有機ＥＬ素子におけるダークスポットの発生、
成長を防止、抑制することができる有機ＥＬ素子の封止
構造を提供することを目的とする。 【解決手段】素子の外側にキャップ構造を有する封止部
を配設した有機ＥＬ素子において、陰極の上にフッ素系
高分子で保護層を形成し、キャップ構造の中に不活性気
体やフッ化炭素からなる不活性液体などの不活性媒体で
満たす、または、素子保護層として、陰極の上にＳｉＯ
等の金属酸化物を蒸着する。上記封止キャップ部をＳＵ
Ｓ等熱伝導性の良い金属で形成する、またはキャップ内
に放熱板または放熱網を素子を覆うように配置し、これ
をキャップ外部に取り出す、さらに、放熱板、放熱網
を、キャップ外部に設置したヒートシンクと接続し放熱
を促す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機エレクトロル
ミネッセンス（ＥＬ）素子に関し、特にその封止構造の
改善された有機ＥＬ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機ＥＬ素子は電流駆動型の発光素子で
あり陽極、陰極間に大きな電流を流さなければならな
い。その結果、発光時に素子が発熱し、素子の周囲に酸
素や水分があった場合、酸化が促進されて素子が劣化す
る。酸素、水分による劣化の主なものは、有機材料の変
質や陰極の剥がれによるダークスポットと呼ばれる非発
光点である。ダークスポットは、劣化が進むにしたがい
成長し、発光しなくなる。上記の劣化を防止するため、
種々の改善案が提案されている。

【０００３】例えば、特開平５−４１２８１には水分を
取り除く方法として、フルオロカーボン油に合成ゼオラ
イト等の脱水剤を含有させた不活性液体中にＥＬ素子を
保持させる方法が開示されている。

【０００４】また、特開平５−１１４４８６には図５に
示すように陽極２および陰極７の少なくとも一方の上に
フルオロカーボン油１２ａをシールガラス９で封入した
放熱層を設け、駆動時のジュール熱を放熱し、素子の寿
命を長くする方法が開示されている。

【０００５】また、図６に示すようにカーボネート化合
物を封止保護層８として用い素子上に設け、酸素や水分
の浸入を防ぐ方法も知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記方法においても、
フルオロカーボン油自身に含まれる溶存酸素や溶存水分
によりダークスポットが発生、成長することが多い。ま
た、封止部材中に脱水剤を入れる場合、大量に入れなけ
ればならず、これにより素子を傷つける、直接接触する
ことにより脱水剤が取り込んだ水が素子の酸化を促進す
るという不具合があり、ダークスポットの生成、成長を
抑えるのは困難であった。また、樹脂や金属層のみの封
止の場合、外界からの酸素、水分の浸入を防ぐには限界
があり、製品レベルと言われる数千〜数万時間の素子の
長寿命化が困難であった。

【０００７】本発明は上記問題を鑑みてなされたもので
あって、有機ＥＬ素子におけるダークスポットの発生、
成長を防止、抑制することができる有機ＥＬ素子の封止
方法およびダークスポットの成長が起こりにくい有機Ｅ
Ｌ素子を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、素子の外側にキャップ構造を有する封止部を配設し
た有機ＥＬ素子において、陰極の上にポリテトラフルオ
ロエチレン（以下ＰＴＦＥと略記）やポリクロロトリフ
ルオロエチレン（以下ＰＣＴＦＥと略記）、ポリフッ化
ビニリデン（以下ＰＶＤＦと略記）等のフッ素系高分子
で保護層を形成し、キャップ構造の中に不活性気体やフ
ッ化炭素からなる不活性液体からなる不活性媒体で満た
す、または、素子保護層として、陰極の上にＳｉＯ等の
金属酸化物を蒸着することを特徴とする。

【０００９】放熱に対する対策として、封止部材をＳＵ
Ｓ等熱伝導性の良い金属で形成する、または封止部材内
に放熱板または放熱網を素子を覆うように配置し、これ
を封止部材外部に取り出す、さらに、放熱板、放熱網を
封止部材外部に設置したヒートシンクと接続し放熱を促
すことを特徴とする。

【００１０】さらに、酸素吸収剤や吸湿剤が素子に接触
しないよう配置するためにこれらをシート状、固体状に
し、封止部材の素子と反対側に固定する。

【００１１】上記有機ＥＬ素子において、陰極の上にフ
ッ素系高分子、ＳｉＯ等で保護層を形成することによ
り、高い防湿性、絶縁性を得ることができ、また酸素吸
収剤、脱水剤を素子に直接触れないよう分離することに
より、素子を傷つけり、直接接触したりすることにより
脱水剤が取り込んだ水や酸素吸収剤が吸収した酸素が素
子の酸化を促進するということが無くなる。

【００１２】封止部材をＳＵＳ等熱伝導性の良い金属で
形成する等で放熱を促すことにより素子の駆動時に発生
する熱による材料の劣化を防ぐことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図１および図２は、本発
明の一実施例に関わる有機ＥＬ素子の断面図である。

【００１４】ガラス基板１上に陽極としてスパッタ法に
よりＩＴＯを透明電極２として形成し、その上に正孔注
入、輸送層３を真空蒸着法により形成し、その上に発光
層４と用いる発光種によりドーパント５を共蒸着し、続
いて電子輸送層６を真空蒸着により形成する。次に、Ａ
ｌ：ＬｉやＭｇ：Ａｇを共蒸着により成膜して陰極７を
形成、有機ＥＬ素子を作成する。

【００１５】この有機ＥＬ素子の保護層８として、陰極
７の上にＳｉＯ、ＭｇＯまたは、Ａｌ2 Ｏ3 の金属酸化
物を真空蒸着法により正孔注入、輸送層から陰極まで
の、積層膜上部から側面まで全てを覆うように厚さ１０
ｎｍ〜１００ｎｍ程度形成する。蒸着には抵抗加熱法ま
たは、電子ビーム加熱法を用い、成膜する。蒸着時真空
度は１×１０-3Ｐａ以下、好ましくは、５×１０-4Ｐａ
以下とし、蒸着速度を５０〜２００ｎｍ／ｓｅｃ、基板
温度を１００℃以下となるように制御する。

【００１６】または、保護層として陰極の上にＰＴＦＥ
やＰＣＴＦＥ、ＰＶＤＦ等のフッ素系高分子を１種また
は数種を蒸着源とする真空蒸着法により保護層を形成す
る。このとき、蒸着源化合物の形態は、粉末状、ペレッ
ト状、または、粒状であっても良い。有機ＥＬ素子上の
蒸着時保護膜の平均分子量は２０００〜４０００００程
度が望ましい。真空蒸着は、抵抗加熱法または、電子ビ
ーム加熱法を用い、蒸着時真空度を１×１０-3Ｐａ以
下、好ましくは、４×１０-4Ｐａ以下とし、蒸着速度を
３０ｎｍ／ｓｅｃ、基板温度を１００℃以下となるよう
な条件で、膜厚が１０〜５００ｎｍになるように成膜す
る。一般に有機ＥＬ材料は耐熱性が良くないが、保護膜
蒸着時の基板温度と蒸着速度を管理することで、有機Ｅ
Ｌ材料の特性が劣化したり、有機層や陰極薄膜が応力に
より剥離することを防ぐことができる。このように蒸着
した保護膜は、防湿性、電気絶縁性が高く、ピンホール
のない薄膜となる。

【００１７】このようにして作製したＥＬ素子の封止方
法として、素子の外周部にガラスや金属により形成され
るキャップ構造を有する封止部材９を設け、その中に脱
水剤１０、酸素吸収剤１１を混入させたパーフルオロア
ルカンまたはパーフルオロアミン等フッ化炭素からなる
不活性液体１２を充填（図１）、もしくは、アルゴン、
ヘリウムや窒素からなる不活性ガス１３を封入する（図
２）。

【００１８】不活性液体のパーフルオロアルカンまたは
パーフルオロアミンを封止剤として用いる場合は、これ
らの液体を真空オーブン中にて加熱し、脱気、脱水操作
を１〜数回行い、これをシリカゲル、モレキュラーシー
ブやＦｅ、アスコルビン酸を充填したカラムを通し濾過
し、脱酸素、脱水操作を行ったものを使用する。この不
活性液体に、図１に記載したように、酸素吸収剤として
体積中心粒径１０〜１００μｍの粒状のアスコルビン酸
やＦｅ、Ｔｉまたはそのイオンを含む塩や酸化物を、吸
湿剤として、体積中心粒径１０〜１００μｍ粒状のシリ
カゲル、モレキュラーシーブ、ケイソウ土、活性アルミ
ナ、ゼオライト等を液体中に１種ずつまたは数種組み合
わせて、液体に対して３０〜６０Ｗ％になるように分散
させ封止剤を作成する。

【００１９】この封止剤の充填時は、封止部材９の屋根
側に直径１〜２ｍｍ程度の注入口１４を設け、ガラス基
板と封止部材を接着後、シリンジやピペッターを用いて
注入し、この注入口を封止部材と同じ材質の注入口より
一回り大きい蓋１５とエポキシ樹脂系接着剤を用いて塞
ぐ。

【００２０】さらに、図２に示したように上記酸素吸収
剤、吸湿剤を不織布やポリエステル、ポリエチレン、Ｐ
ＶＡ等高分子膜に担持、分散させたシートを一層〜数層
または上記材料を焼成、固体状にし、脱水酸素吸収部材
１６を作成し、これを封止部材の屋根側にエポキシ樹脂
等の接着剤を用いて接着、保持させて不活性媒体を充填
してもよい。これにより、封止時に残留した酸素や水分
を除去できるとともに、封止後、接着界面等外部から浸
入してくる微量酸素や水を除去することができる。

【００２１】不活性ガスを充填する場合は、酸素吸収剤
として体積中心粒径１０〜５００μｍの粒状のアスコル
ビン酸やＦｅ、Ｔｉまたは、これら低原子価金属イオン
を含む塩または酸化物を、吸湿剤として、体積中心粒径
１０〜５００μｍ粒状のシリカゲル、モレキュラーシー
ブ、ケイソウ土、活性アルミナ、ゼオライト等を不織布
やポリエステル、ポリエチレン、ＰＶＡ等高分子膜に担
持、分散させたシートを一層〜数層、または上記材料を
焼成、固体状にし、封止キャップの屋根側にエポキシ樹
脂等の接着剤を用いて張り付け、保持させてＥＬ素子の
封止を行う。

【００２２】図２に示すように封止部材屋根側に上記酸
素吸収剤、保湿剤を保持することにより、これらが直接
素子に接触することを防ぐことができる。また、これに
より、封止時に残留した酸素や水分を除去できるととも
に、封止後、接着界面等外部から浸入してくる微量酸素
や水を除去することができる。

【００２３】不活性ガスの封入には、不活性液体の充填
時と同様に封止部材に穴を設け、不活性ガスを注入して
も良いが、アルゴンや窒素を流入させたグローブボック
ス内で封止を行うことにより大気に触れることなく封止
ができ、ダークスポットの抑止に効果的である。

【００２４】上記封止部材と素子基板の接着には、有機
ＥＬ素子の耐熱性が１００〜１５０℃程度であり、熱硬
化性接着剤を用いることが困難であることから、ガス、
水分透過性の小さいエポキシ系光硬化性接着剤１７を用
いる（図３）。

【００２５】図３に示すように封止キャップ９ａにＳＵ
Ｓ、Ｆｅ基材のＮｉ合金を用いた場合、放熱の効率は良
くなるが、ガラス基板との接着強度や熱膨張が問題にな
る。これら金属に低融点ガラス１８を溶着し、このガラ
ス部とＥＬ素子のガラス基板をエポキシ上記１７で接着
する。これにより、金属とガラスの熱膨張係数の違いを
緩和できる。

【００２６】上記金属やガラスのキャップを用いると
き、図４に示すようにＳＵＳ等非腐食性金属の放熱板ま
たは放熱網１９をキャップ中保護膜８を有する有機薄膜
２０の直上に覆うように配置し、これをキャップ外部に
取り出し素子駆動時に発生した熱が内部に蓄積しない様
にする。上記放熱板または、放熱網をキャップ上部等に
設置したヒートシンク２１と接続することにより放熱効
果が増し、より素子の長寿命化が図れる。

【００２７】実施例１： 厚さ１．１ｍｍのガラス基板１に陽極としてＩＴＯを透
明電極２として形成し、その上に正孔注入、輸送層３と
して、α−ＮＰＤ（ジアミン化合物）を５００オングス
トローム厚さに真空蒸着により形成し、その上に発光層
４としてアルミキノリン錯体とドーパントとしてキナク
リドンを２５０オングストローム共蒸着し、続いて電子
輸送層６としてアルミキノリン錯体を３００オングスト
ローム蒸着により形成した。次に、Ａｌ：Ｌｉを共蒸着
により３００オングストローム、その後アルミニウムの
みを１７００オングストローム蒸着して陰極を形成、有
機ＥＬ素子を作成した。

【００２８】この有機ＥＬ素子の保護層として、ＳｉＯ
を真空蒸着により、有機薄膜および陰極全体を覆うよう
に厚さ３０ｎｍ形成した。蒸着は抵抗加熱法を用い、蒸
着前真空度を４×１０-4Ｐａとし、蒸着速度を２００ｎ
ｍ／ｓｅｃ、基板温度を６０℃以下となるように成膜し
た。

【００２９】このようにして作成した素子を図２のよう
なガラスキャップ９で覆い、その中に窒素を封入した。

【００３０】窒素ガスの充填時、酸素吸収剤として体積
中心粒径１００μｍの粒状のアスコルビン酸、吸湿剤と
して、体積中心粒径５００μｍ粒状のシリカゲルをポリ
エステル樹脂に分散させたシートを一層封止部材の屋根
側に保持させてＥＬ素子の封止を行った。接着剤にはエ
ポキシ系光硬化性接着剤を用いた。

【００３１】温度２５℃相対湿度５０〜７０％下で放置
試験を行ったところ、３５００時間を経過しても目視で
認められる非発光点（ダークスポット）は発生しなかっ
た。この素子に定電流電源を接続し、初期輝度３００ｃ
ｄ／ｃｍ2 となるよう電流値を設定し駆動させたとこ
ろ、輝度が半減するまでの時間はおよそ３０００時間で
あった。

【００３２】実施例２ 実施例１と同様に有機ＥＬ素子を作成し、保護層として
粒状のＰＣＴＦＥを蒸着源とする真空蒸着法により陰極
の上に蒸着膜を作成した。蒸着前真空度を４×１０-4Ｐ
ａとし、蒸着速度を３０ｎｍ／ｓｅｃ、基板温度を７０
℃以下となるような条件で、膜厚が１００ｎｍ、平均分
子量は４０００〜２００００程度になるように成膜し
た。

【００３３】この素子を、ＳＵＳ製の封止部材に低融点
ガラスを溶着し、このガラス部とＥＬ素子のガラス基板
をエポキシ樹脂で接着した。その中にパーフルオロアミ
ンを充填した。パーフルオロアミンには、住友３Ｍ社製
商品名フロリナートＦＣ−７０（沸点２１５℃）を真空
オーブン中にて加熱、脱気、脱水操作を３回行い、これ
をモレキュラーシーブで濾過したものを使用した。

【００３４】この不活性液体の封入時、酸素吸収剤とし
て体積中心粒径６０μｍの粒状の酸化第一鉄を、吸湿剤
として、体積中心粒径１００μｍ粒状のモレキュラーシ
ーブを液体中に液体に対して４０Ｗ％になるように入れ
封止した。

【００３５】温度２５℃相対湿度５０〜７０％下で放置
試験を行ったところ、３５００時間を経過しても目視で
認められる非発光点（ダークスポット）は発生しなかっ
た。この素子に定電流電源を接続し、初期輝度３００ｃ
ｄ／ｃｍ2 となるよう電流値を設定し駆動させたとこ
ろ、輝度が半減するまでの時間はおよそ３５００時間で
あった。

【００３６】実施例３ 実施例１と同様に有機ＥＬ素子を作成し、保護層とし
て、ＳｉＯを真空蒸着により有機薄膜および陰極全体を
覆うように３０ｎｍ形成した。蒸着は抵抗加熱法を用
い、蒸着前真空度を４×１０-4Ｐａとし、蒸着速度を２
００ｎｍ／ｓｅｃ、基板温度を６０℃以下となるように
成膜した。

【００３７】上記素子をガラスのキャップ構造を有する
封止部材で封止を行うときに、図４に示すようにＳＵＳ
製の放熱網を封止部材中素子の直上を覆うように配置
し、これを封止部材外部に取り出し、封止部材上部に設
置したヒートシンクと接続した。素子基板とガラスキャ
ップを接着する際に、素子基板と放熱網の間に粒径２０
０〜３００μｍのスペーサ２２を設置することにより有
機ＥＬ素子と放熱網が一定の間隔を保つようにした。封
止キャップ９の中には、アルゴンガスを充填した。アル
ゴンガスを充填時、酸素吸収剤として体積中心粒径１０
０μｍの粒状の酸化第一鉄、吸湿剤として、体積中心粒
径５００μｍ粒状のシリカゲルをポリエステル樹脂に分
散させたシートを一層封止キャップの屋根側に保持させ
てＥＬ素子の封止を行った。

【００３８】２５℃５０〜７０％湿度下で放置試験を行
ったところ、３５００時間を経過しても目視で認められ
る非発光点（ダークスポット）は発生しなかった。この
素子に定電流電源を接続し、初期輝度３００ｃｄ／ｃｍ
2 となるよう電流値を設定し駆動させたところ、３５０
０時間を経過しても輝度は半減に至らなかった。

【００３９】上記実施例に対して、比較として素子の保
護膜無しでガラスキャップを用い、窒素ガスを封入した
ものは、温度２５℃相対湿度５０〜７０％下で放置試験
を行ったところ、２０００時間で目視で認められる非発
光点（ダークスポット）が認められた。この素子に定電
流電源を接続し、初期輝度３００ｃｄ／ｃｍ2 となるよ
う電流値を設定し駆動させたところ、輝度が半減するま
での時間はおよそ１６００時間であった。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
素子と封止様液体、気体との間に保護層を設けることに
より酸素吸収剤、脱水剤と素子が直接接触せず、素子へ
の傷や傷による素子への液体の湿潤を防ぐことができ
る。封止剤中に溶存している、または、素子中に存在す
る酸素や水分は酸素吸収剤、脱水剤で吸収し素子のダメ
ージを抑えることができる。さらに、放熱構造を持たせ
ることにより、素子の駆動時に発生する熱による材料の
劣化を防ぐことができる。これにより、有機ＥＬ素子の
ダークスポットの発生と成長を抑制できるため素子の長
寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における有機ＥＬ素子の断面図
である。

【図２】本発明の実施例における有機ＥＬ素子の断面図
である。

【図３】本発明の実施例における有機ＥＬ素子の断面図
である。

【図４】本発明の実施例における有機ＥＬ素子の断面図
である。

【図５】従来例における有機ＥＬ素子の断面図である。

【図６】従来例における有機ＥＬ素子の断面図である。

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ ＩＴＯ ３ 正孔注入、輸送層 ４ 発光層 ５ ドーパント ６ 電子輸送層 ７ 陰極 ８ 保護層 ９ 封止部材 ９ａ 金属製封止キャップ １０ 脱水剤 １１ 酸素吸収剤 １２ 不活性液体 １２ａ フルオロカーボン油 １３ 不活性ガス １４ 注入口 １５ 蓋 １６ 脱水、酸素吸収部材 １７ エポキシ樹脂（接着剤） １８ 低融点ガラス １９ 放熱網 ２０ 有機薄膜 ２１ ヒートシンク ２２ スペーサ

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一方が透明または半透明の対
   向する一対の電極間に有機発光材料を成膜した積層体を
   有する有機ＥＬ素子の外側にキャップ構造を有する封止
   部を配設し、前記封止部内を不活性媒体で満たした有機
   ＥＬ素子において、素子表層である陰極の上にフッ素系
   高分子からなる保護層を有することを特徴とする有機Ｅ
   Ｌ素子。
2. 【請求項２】 前記陰極を覆うように金属酸化物からな
   る保護層を形成したことを特徴とする請求項１記載の有
   機ＥＬ素子。
3. 【請求項３】 前記封止部が良熱伝導性金属で構成さ
   れ、かつ前記封止部の素子基板との接触部に低融点ガラ
   スの接着部を設けたことを特徴とする請求項１または２
   記載の有機ＥＬ素子。
4. 【請求項４】 前記素子の少なくとも直上を覆うように
   非腐食性金属の放熱板または放熱網を配置したことを特
   徴とする請求項１または２記載の有機ＥＬ素子。
5. 【請求項５】 前記不活性媒体中に酸素吸収剤と脱水剤
   とを有することを特徴とする請求項１乃至４記載の有機
   ＥＬ素子。
6. 【請求項６】 前記酸素吸収剤と脱水剤とがシート状ま
   たは固体状にされて前記素子に接触しないよう配置され
   ていることを特徴とする請求項５記載の有機ＥＬ素子。
7. 【請求項７】 前記酸素吸収剤にアスコルビン酸や鉄、
   チタンの微粉またはその酸化物や金属塩を、前記脱水剤
   にシリカゲル、モレキュラーシーブ等をそれぞれ一種ま
   たは数種用いたことを特徴とする請求項５または６記載
   の有機ＥＬ素子。