JP4887473B2 - ORGANIC EL ELEMENT, ORGANIC EL DISPLAY USING SAME, AND METHOD FOR PRODUCING ORGANIC EL DISPLAY - Google Patents
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Description
本発明は有機ＥＬ素子及びそれを用いた有機ＥＬディスプレイ、並びに有機ＥＬディスプレイの製造方法に関するものである。 The present invention relates to an organic EL element, an organic EL display using the same, and a method for manufacturing the organic EL display.
有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ（以下、有機ＥＬディスプレイという）は、薄型、広視野角、低消費電力、優れた動画表示特性などの特色を持ち、次世代の画像表示装置として期待されている。かかる有機ＥＬディスプレイを構成する多数の有機ＥＬ素子は、２つの電極の間に少なくとも一つの有機発光層を有し、電極間に電圧を印加することによって発光層が発光し画像を表示する。 An organic electroluminescence display (hereinafter referred to as an organic EL display) has features such as a thin shape, a wide viewing angle, low power consumption, and excellent moving image display characteristics, and is expected as a next-generation image display device. Many organic EL elements constituting such an organic EL display have at least one organic light emitting layer between two electrodes, and the light emitting layer emits light by applying a voltage between the electrodes to display an image.
従来は、ガラス基板上に陽極である透明電極（ＩＴＯ）、有機物からなる電荷輸送層や発光層、最後にＡｌ等の金属からなる陰極の順に成膜するボトムエミッション構造が一般的であった。近年、高い仕事関数を持った金属を陽極に用いたトップエミッション構造が用いられるようになってきた。画素回路によって発光部の面積が制限されてしまうボトムエミッション構造と違い、トップエミッション構造では発光部を広くとれるという利点がある。トップエミッション構造では、陰極にはＬｉＦ／Ａｌ／Ａｇ（文献１）、Ｃａ／Ｍｇ（文献２）、ＬｉＦ／ＭｇＡｇなどの半透明電極が用いられる。 Conventionally, a bottom emission structure in which a transparent electrode (ITO) serving as an anode, a charge transport layer and a light emitting layer made of an organic material, and a cathode made of a metal such as Al are finally formed on a glass substrate is generally used. In recent years, a top emission structure using a metal having a high work function as an anode has been used. Unlike the bottom emission structure in which the area of the light emitting unit is limited by the pixel circuit, the top emission structure has an advantage that the light emitting unit can be widely used. In the top emission structure, a semi-transparent electrode such as LiF / Al / Ag (Reference 1), Ca / Mg (Reference 2), LiF / MgAg or the like is used for the cathode.
また有機ＥＬ素子では、発光層で発光した光が他の膜に入射する場合に、ある角度以上で入射すると界面で全反射されてしまうため、発光した光の一部しか利用できていない。このため、近年、光の取出し効率を向上させるために、屈折率の低い半透明電極の外側に屈折率の高い層（保護層）を設けた図１のような構造の有機ＥＬ素子が提案されている（下記非特許文献１，２参照）。
In addition, in the organic EL element, when light emitted from the light emitting layer is incident on another film, if it is incident at a certain angle or more, it is totally reflected at the interface, and therefore only a part of the emitted light can be used. Therefore, in recent years, in order to improve the light extraction efficiency, an organic EL element having a structure as shown in FIG. 1 in which a layer having a high refractive index (protective layer) is provided outside a translucent electrode having a low refractive index has been proposed. (See
同図の有機ＥＬ素子において、光の取り出し効率を大きくしようとする場合、保護層には光吸収が小さく高屈折率の材料が適している。TiO2やLaTiO3等の高屈折率酸化物は、発光波長領域で光吸収が極めて少ないため、同酸化物を保護層として使用すると反射率が高くなり、光の取り出し効率が向上する。短波長領域で光吸収が起こると、RGBのなかでも発光効率の小さいBlueの効率を低下させることになるので、短波長領域でも吸収の少ない高屈折率酸化物は保護層に適した光学特性を備えているといえる。この高屈折率酸化物であるTiO2やLaTiO3等は例えば真空蒸着法等により形成される。
ところで、高屈折率酸化物（例えばTiO2）を保護層に用いる場合、保護層の成膜時にO2を導入しながら蒸着を行い、Tiに結合するOが飽和させることが行われる。 By the way, when a high refractive index oxide (for example, TiO 2 ) is used for the protective layer, vapor deposition is performed while introducing O 2 during the formation of the protective layer, so that O bonded to Ti is saturated.
しかしながら、保護層の下地となる電極はCaやMgといった活性な金属で構成されることが多いため、保護層の成膜時にO2を導入することで電極が酸化され、電極の抵抗が大きくなる問題があった。また高屈折率酸化物は融点が大きく、成膜温度が高いため、保護層の形成時に高熱に弱い有機発光層にダメージを与えてしまう恐れがあった。 However, since the electrode underlying the protective layer is often composed of an active metal such as Ca or Mg, introduction of O 2 during the formation of the protective layer oxidizes the electrode and increases the resistance of the electrode. There was a problem. Further, since the high refractive index oxide has a high melting point and a high film forming temperature, there is a risk of damaging the organic light emitting layer that is vulnerable to high heat during the formation of the protective layer.
さらに、発光中心波長の異なる複数種の発光素子を有する有機ＥＬディスプレイでは各波長に応じて保護層の膜厚を最適化するため、高精細メタルマスクによりＲＧＢごとに画素の塗り分けが一般的に行われている。精細度の高いメタルマスクは高価なため、マスク自体がクリーニングにより再使用可能でないと製造コストが高くなってしまう。 Furthermore, in an organic EL display having a plurality of types of light emitting elements having different emission center wavelengths, the pixel thickness is generally separated for each RGB using a high-definition metal mask in order to optimize the thickness of the protective layer according to each wavelength. Has been done. Since a high-definition metal mask is expensive, if the mask itself cannot be reused by cleaning, the manufacturing cost becomes high.
ところが、TiO2やLaTiO3などの高屈折率酸化物のクリーニングはドライエッチングでは塩素系などの腐食性のガスを使うため、メタルマスクも腐食されてしまい再利用しにくい。これらの理由から、高屈折率酸化物がその光学特性から保護層として理想的であるにもかかわらず、現実に用いることが困難であった。 However, cleaning of high refractive index oxides such as TiO 2 and LaTiO 3 uses a corrosive gas such as chlorine in dry etching, so that the metal mask is also corroded and is difficult to reuse. For these reasons, although a high refractive index oxide is ideal as a protective layer due to its optical properties, it has been difficult to actually use it.
本発明は上述の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は酸素を含む材料、融点の高い材料を保護層として用いても電極の腐食や有機層へのダメージを防止することが可能な高性能の有機EL素子及びその製造方法、並びに有機ＥＬディスプレイを提供するものである。 The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to prevent electrode corrosion and damage to the organic layer even when a material containing oxygen or a material having a high melting point is used as a protective layer. The present invention provides a high-performance organic EL element that can be used, a method for manufacturing the same, and an organic EL display.
本発明の有機ＥＬ素子は、第１電極と、第２電極と、発光層を含み、前記第１電極及び前記第２電極間に配置される有機層と、酸素ｍｏｌ濃度が1ｐｐｍ以下の雰囲気中で前記
第２電極上に被着される第１保護層と、酸素ｍｏｌ濃度が前記第１保護層を被着する雰囲気中よりも大きい酸素雰囲気中にて前記第１保護層上に被着される第２保護層と、を備え、前記第２保護層は前記第１保護層よりも酸素含有量が大きく、前記第１保護層は前記第２保護層よりも構成材料の融点が小さい材料からなっていることを特徴とする。
The organic EL device of the present invention includes a first electrode, a second electrode, a light emitting layer, an organic layer disposed between the first electrode and the second electrode, and an atmosphere having an oxygen mol concentration of 1 ppm or less. a first protective layer which is deposited on the second electrode in, is deposited on the first protective layer oxygen mol concentration of the first protective layer at high oxygen atmosphere than in the atmosphere to deposit A second protective layer, wherein the second protective layer has a higher oxygen content than the first protective layer, and the first protective layer is made of a material having a lower melting point than that of the second protective layer. It is characterized by becoming.
また本発明の有機ＥＬ素子は、上記ＥＬ素子において、前記第１保護層の構成材料の融点は前記第２電極の構成材料の融点よりも大きいことを特徴とする。 The organic EL element of the present invention is characterized in that, in the EL element, the melting point of the constituent material of the first protective layer is larger than the melting point of the constituent material of the second electrode.
さらに本発明の有機ＥＬ素子は、上記ＥＬ素子において、前記第２電極の構成材料の融点は前記有機層の構成材料の融点よりも大きいことを特徴とする。 Furthermore, the organic EL element of the present invention is characterized in that, in the EL element, the melting point of the constituent material of the second electrode is larger than the melting point of the constituent material of the organic layer.
また更に本発明の有機ＥＬ素子は、上記ＥＬ素子において、前記第１保護層の構成材料の融点は１７００℃以下であることを特徴とする。 Furthermore, the organic EL element of the present invention is characterized in that, in the EL element, the constituent material of the first protective layer has a melting point of 1700 ° C. or lower.
更にまた本発明の有機ＥＬ素子は、上記ＥＬ素子において、前記第１保護層は酸素を含まない、もしくは酸素含有量が重量濃度で１ｐｐｍ以下であることを特徴とする。 Furthermore, the organic EL device of the present invention is characterized in that, in the above EL device, the first protective layer does not contain oxygen, or the oxygen content is 1 ppm or less by weight concentration.
また本発明の有機ＥＬ素子は、上記ＥＬ素子において、前記第２電極はアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含むことを特徴とする。 The organic EL element of the present invention is characterized in that in the above EL element, the second electrode contains an alkali metal or an alkaline earth metal.
更に本発明の有機ＥＬ素子は、上記ＥＬ素子において、前記第１保護層、前記第２保護層及び前記第２電極は透明材料または半透明材料によりそれぞれ形成されており、前記第１保護層の屈折率を前記第２保護層の屈折率よりも小さく、且つ前記第２電極の屈折率よりも大きく設定したことを特徴とする。 Further, in the organic EL element of the present invention, in the EL element, the first protective layer, the second protective layer, and the second electrode are each formed of a transparent material or a translucent material, The refractive index is set smaller than the refractive index of the second protective layer and larger than the refractive index of the second electrode.
また更に本発明の有機ＥＬ素子は、上記ＥＬ素子において、前記第１保護層がフッ素化合物または有機物により形成されていることを特徴とする。 Furthermore, the organic EL element of the present invention is characterized in that in the above EL element, the first protective layer is formed of a fluorine compound or an organic substance.
そして本発明の有機ＥＬディスプレイは、上述の有機ＥＬ素子を複数個配列するとともに、前記第１保護層及び前記第２保護層の膜厚が各有機ＥＬ素子間で略等しいことを特徴とする。 The organic EL display of the present invention is characterized in that a plurality of the above-mentioned organic EL elements are arranged, and the film thicknesses of the first protective layer and the second protective layer are substantially equal among the organic EL elements.
また本発明の有機ELディスプレイは、上記ELディスプレイにおいて、前記有機EL素子は異なる色の光を発する複数のタイプに分かれていることを特徴とする。 The organic EL display according to the present invention is characterized in that, in the EL display, the organic EL element is divided into a plurality of types that emit light of different colors.
また本発明の有機ＥＬディスプレイは、上記ＥＬディスプレイにおいて、前記第１保護層は前記上層電極の側面を被覆していることを特徴とする。 The organic EL display of the present invention is characterized in that, in the EL display, the first protective layer covers a side surface of the upper electrode.
本発明の有機EL素子によれば、前記第１保護層上の第２保護層は前記第１保護層よりも酸素含有量が大きく、前記第１保護層は前記第２保護層よりも構成材料の融点（融点が存在しない材料については昇華点を用いる）が小さい材料からなっているため、前記第１及び第２保護層の形成時に前記第２電極が大きく酸化されるのを防止するとともに、前記第２保護層中の酸素が前記第２電極側へ拡散することが前記第１保護層によって良好に防止される。また前記第１保護層の融点が前記第２保護層よりも小さく、且つ前記第１保護層が前記第２保護層と前記第２電極との間に介在されるため、前記第１及び第２保護層の形成時に前記有機層が受ける熱の影響が、前記第２保護層を前記第２電極に直接被着する場合に比べて小さくなり、熱による前記有機層の劣化を抑えることができる。なお、前記第１保護層の融点は、有機層が熱に弱いことに鑑み、１７００℃以下の材料により形成することが好ましい。また前記第１保護層中の酸素含有量は０かもしくは１ｐｐｍ以下であることが好ましい。 According to the organic EL element of the present invention, the second protective layer on the first protective layer has an oxygen content larger than that of the first protective layer, and the first protective layer is a constituent material than the second protective layer. And the second electrode is prevented from being greatly oxidized during the formation of the first and second protective layers, since the melting point of the material (the sublimation point is used for a material having no melting point) is made of a material having a small melting point. Oxygen in the second protective layer is well prevented from diffusing to the second electrode side by the first protective layer. In addition, since the melting point of the first protective layer is smaller than that of the second protective layer, and the first protective layer is interposed between the second protective layer and the second electrode, the first and second The influence of the heat that the organic layer receives during the formation of the protective layer is smaller than when the second protective layer is directly applied to the second electrode, and the deterioration of the organic layer due to heat can be suppressed. The melting point of the first protective layer is preferably formed of a material of 1700 ° C. or lower in view of the fact that the organic layer is vulnerable to heat. The oxygen content in the first protective layer is preferably 0 or 1 ppm or less.
また本発明の有機EL素子によれば、前記第１保護層の構成材料の融点は前記第２電極の構成材料の融点よりも大きいことから、融点の分布が前記第２電極より前記第２保護層に向かって大きくなる。従って、各層での成膜温度の差に起因した各層内の残留応力の差が小さくなり、各層の剥がれやヒビ割れの発生を抑制できる。さらにこのとき、前記第２電極の構成材料の融点が前記第２電極に接する前記有機層の構成材料の融点よりも大きいと、上記融点の分布が前記有機層より第２保護層に向かって大きくなるため、上述の効果がより発揮される。 According to the organic EL element of the present invention, since the melting point of the constituent material of the first protective layer is larger than the melting point of the constituent material of the second electrode, the melting point distribution is higher than that of the second electrode. Grows toward the layer. Therefore, the difference in residual stress in each layer due to the difference in film forming temperature in each layer is reduced, and the occurrence of peeling or cracking in each layer can be suppressed. Furthermore, at this time, if the melting point of the constituent material of the second electrode is larger than the melting point of the constituent material of the organic layer in contact with the second electrode, the distribution of the melting point is larger from the organic layer toward the second protective layer. Therefore, the above-mentioned effect is more exhibited.
更に本発明の有機EL素子によれば、前記第１保護層の屈折率を前記第２保護層の屈折率よりも小さく、且つ前記第２電極の屈折率よりも大きく設定したことから、前記第２保護層を前記第２電極に対して直接被着させる場合に比べて、前期発光層からの光が前記第２電極と前記第１保護層との界面、並びに第１保護層と第２保護層との界面で反射することが抑制され、光の取り出し効率を向上させることができるという効果がある。 Further, according to the organic EL element of the present invention, the refractive index of the first protective layer is set smaller than the refractive index of the second protective layer and larger than the refractive index of the second electrode. Compared with the case where the two protective layers are directly attached to the second electrode, the light from the light emitting layer in the previous period, the interface between the second electrode and the first protective layer, and the first protective layer and the second protective layer. Reflection at the interface with the layer is suppressed, and the light extraction efficiency can be improved.
かかる効果は、上述の有機EL素子を複数個配列するとともに、前記第１保護層、前記第２保護層及び前記第２電極は透明材料または半透明材料によりそれぞれ形成されているトップエミッション型の有機ELディスプレイにおいて、前記有機EL素子が異なる色の光を発する複数のタイプに分かれている場合に特に有効である。すなわち、前記第１保護層の屈折率を上述のように設定すれば、各色の有機EL素子毎に前記第１保護層及び前記第２保護層の膜厚を設定するのではなく、前記第１保護層及び前記第２保護層の膜厚を各有機ＥＬ素子間で略等しく設定しても、各色の有機EL素子において光取り出し効率を高くすることができ、生産性が高い高輝度の有機ELディスプレイを実現できる。 Such an effect is obtained by arranging a plurality of the above-described organic EL elements, and the top emission type organic material in which the first protective layer, the second protective layer, and the second electrode are each formed of a transparent material or a translucent material. In the EL display, it is particularly effective when the organic EL element is divided into a plurality of types that emit light of different colors. That is, if the refractive index of the first protective layer is set as described above, the film thickness of the first protective layer and the second protective layer is not set for each organic EL element of each color. Even if the film thicknesses of the protective layer and the second protective layer are set to be approximately equal between the organic EL elements, the light extraction efficiency can be increased in each color organic EL element, and the high-brightness organic EL with high productivity. A display can be realized.
また更に本発明の有機ＥＬ素子によれば、第１保護層によって上層電極の側面を被覆することにより、上層電極の側面についても酸化を良好に防止できる。 Furthermore, according to the organic EL element of the present invention, the side surface of the upper layer electrode can be satisfactorily prevented from being oxidized by covering the side surface of the upper layer electrode with the first protective layer.
有機EL素子
以下、本発明に係る有機EL素子の一実施形態について図１を用いて詳細に説明する。同図に示す有機EL素子は、大略的に、基板１０上に、下層電極１１、有機発光層を含む有機層１２、上層電極１３、第１保護層１４、第２保護層１５を順次積層した構造を有している。
Hereinafter, an embodiment of the organic EL element according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. In the organic EL device shown in FIG. 1, a lower electrode 11, an
（基板）
基板１０は、ガラスや透明プラスチック等により形成されており、その上面に形成される下層電極１１等を支持する支持母材として機能する。なお、保護層側より発光素子の光を外部に放出するトップエミッション型の有機EL素子であれば、基板１０は透明材料により形成されている必要はない。一方、基板側より光を外部に放出するボトムエミッション型の有機EL素子の場合、基板１０は光を透過させるため透明または半透明材料により形成する必要がある。
(substrate)
The
（下層電極）
下層電極１１は、本実施形態においては陽極として機能する。この下層電極１１は、AlやＡｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ等、OLEDの発光波長領域において反射率が高く、仕事関数が大きい特性をもった金属材料、またはこれらの合金により形成されている。トップエミッション型の有機EL素子であれば、下層電極１１は透明材料により形成されている必要はないが、ボトムエミッション型の有機EL素子の場合、下層電極１１を透明または半透明材料により形成する必要がある。なお、下層電極１１は、真空蒸着やスパッタリング、CVD法等の薄膜形成技術により、基板１０上に例えば１０ｎｍ〜４００ｎｍの厚みに形成される。
(Lower layer electrode)
The lower layer electrode 11 functions as an anode in this embodiment. The lower layer electrode 11 is made of a metal material having a high reflectivity and a large work function in the emission wavelength region of OLED, such as Al, Au, Ag, Al, Cu, Ni, or an alloy thereof. . In the case of a top emission type organic EL element, the lower layer electrode 11 does not need to be formed of a transparent material, but in the case of a bottom emission type organic EL element, the lower layer electrode 11 needs to be formed of a transparent or translucent material. There is. The lower layer electrode 11 is formed on the
（有機層）
下層電極１１上に形成される有機層１２は、少なくとも有機発光層１６を含んだ構成を有している。具体的には、有機層１２は、下層電極１１側より、正孔輸送層１２ａ、有機発光層１２ｂ、電子輸送層１２ｃを順次積層した構成を有している。
(Organic layer)
The
正孔輸送層１２ａは、下層電極１１から注入された正孔を効率的に有機発光層に輸送するための層であり、NPDやＮＰＢ，ＴＰＤなどの有機材料により形成されている。 The hole transport layer 12a is a layer for efficiently transporting holes injected from the lower layer electrode 11 to the organic light emitting layer, and is formed of an organic material such as NPD, NPB, or TPD.
一方、電子輸送層１２ｃは、上層電極１３より注入された電子を効率的に有機発光層に輸送するための層であり、Alq3やＣＢＰ，ＳＤＰＶＢｉなどのホスト材料中に微量のＤＣＪＴＢ，クマリン、スチリルアミン等のドーパント材料を含んだ構成を有している。 On the other hand, the electron transport layer 12c is a layer for efficiently transporting electrons injected from the upper layer electrode 13 to the organic light emitting layer. It has a configuration including a dopant material such as amine.
そして、有機発光層１２ｂは、下層電極１１から注入された正孔と、上層電極１３から注入された電子とが再結合する際に発生する光を放出する層であり、Alq3やＣＢＰ，ＳＤＰＶＢｉなどのホスト材料中に微量のＤＣＪＴＢ，クマリン、スチリルアミン等のドーパント材料を含んだ構成を有している。 The organic light emitting layer 12b is a layer that emits light generated when holes injected from the lower layer electrode 11 and electrons injected from the upper layer electrode 13 are recombined, such as Alq3, CBP, and SDPVBi. The host material includes a small amount of dopant material such as DCJTB, coumarin, and styrylamine.
有機層１２は、従来周知の真空蒸着法やスパッタリング、CVD、インクジェット法によって、下層電極１１上に例えば５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の厚みに形成される。
The
なお、正孔輸送層１２ａ、電子輸送層１２ｃは必ずしも形成する必要はなく、これらの層のいずれか、もしくは全てを省略することが可能である。また下層電極１１と正孔輸送層１２aとの間に正孔注入層を、上層電極１３と電子輸送層１２ｃとの間に電子注入層をそれぞれ介在させても良い。 Note that the hole transport layer 12a and the electron transport layer 12c are not necessarily formed, and any or all of these layers can be omitted. A hole injection layer may be interposed between the lower electrode 11 and the hole transport layer 12a, and an electron injection layer may be interposed between the upper electrode 13 and the electron transport layer 12c.
（上層電極）
上層電極１３は、本実施形態においては陰極として機能する。この上層電極１３は、MgやCa、Ｌｉ等、低仕事関数の金属材料（主にアルカリ金属またはアルカリ土類金属）、またはこれらの合金により形成されている。一般的にアルカリ金属やアルカリ土類金属は活性であることが多く、雰囲気中の酸素等と反応し、酸化しやすい性質を有している。
(Upper layer electrode)
The upper layer electrode 13 functions as a cathode in this embodiment. The upper electrode 13 is made of a low work function metal material (mainly alkali metal or alkaline earth metal) such as Mg, Ca, Li, or an alloy thereof. In general, alkali metals and alkaline earth metals are often active, and have a property of reacting with oxygen or the like in the atmosphere and easily oxidized.
この上層電極１３は、トップエミッション型の有機EL素子であれば、透明または半透明材料により形成されている必要があるが、ボトムエミッション型の有機EL素子の場合、不透明材料であっても良い。なお、上層電極１３は、真空蒸着やスパッタリング、CVD法等の薄膜形成技術により、有機層１２上に例えば１０ｎｍ〜５０ｎｍの厚みに形成される。
The upper electrode 13 needs to be formed of a transparent or translucent material if it is a top emission type organic EL element, but may be an opaque material if it is a bottom emission type organic EL element. The upper electrode 13 is formed on the
（第１保護層）
第１保護層１４は、上層電極１３や有機層１２等を封止するとともに、第２保護層１５を成膜する際に上層電極１３の表面が損傷することを防止する機能を有する層である。また第１保護層１４は、第２保護層１５中に含まれる酸素が上層電極１３内に拡散することを防止する機能も有する。
(First protective layer)
The first
この第１保護層１４は、第２保護層１５よりも酸素含有量が小さい材料（または酸素を含有しない材料）で、且つ第２保護層１５を構成する材料よりも融点（融点は大気圧における融点とする。融点が存在しない材料については昇華点を用いる、以下同じ）が小さい材料により形成されている。具体的には、第２保護層がTiO２（融点：１８５５℃）により形成される場合、第１保護層の材料としては、MgF２（融点：１２４８℃）やLiF（融点：８４２℃）、AlF3（融点：１２９０℃）等のフッ素化合物や有機材料が用いられる。
The first
第２保護層１５よりも酸素含有量が小さい材料により第１保護層１４を形成する理由は、酸素の含有量が多い材料を第１保護層１４に用いると、上層電極１３が活性な金属材料により形成されているために上層電極１３が酸化しやすくなるからである。したがって、第１保護層１４の酸素含有量は重量濃度で１ｐｐｍ以下であることが好ましい。１ｐｐｍ以上となると、上層電極１３の酸化度合いが大きくなり、上層電極１３の抵抗率が高くなり、有機EL素子を駆動する際の消費電力が大きくなる。
The reason why the first
また第２保護層１５を構成する材料よりも融点が小さい材料により第１保護層１４を形成する理由は、第１保護層１４の融点が大きいと、第１保護層１４の成膜時における成膜温度が高くなる傾向にあり、熱に弱い有機層１２へのダメージが大きくなることから、第１保護層１４を第２保護層１５と上層電極１３との間に介在させることにより、第２保護層１５を直接上層電極１３に被着させる場合に比べて有機層１２へのダメージを低減するためである。第１保護層１４の成膜温度は第２保護層１５の成膜温度よりも低くなるため、有機層１２へのダメージは低減される。したがって、第１保護層１４を構成する材料の融点は第２保護層１５よりも小さい必要がある。好ましい第１保護層１４の融点は１７００℃以下である。
The reason why the first
ここで、第１保護層１４を構成する材料の融点は上層電極１３を構成する材料の融点よりも大きいことが好ましい。この場合、融点が上層電極１３、第１保護層１４、第２保護層１５の順に大きくなるため、各層での成膜温度の差に起因した各層内の残留応力の差が小さくなり、各層の剥がれやヒビ割れの発生を抑制でき、有機EL素子の信頼性が向上する。さらに、上層電極１３の構成材料の融点を電子輸送層１２ｃの構成材料の融点よりも大きく設定しておけば、融点の分布が電子輸送層１２ｃ、上層電極１３、第１保護層１４、第２保護層１５の順に大きくなるため、有機EL素子の信頼性がより向上する。さらに、融点の温度を正孔輸送層１２ａ＜発光層１２ｂ＜電子輸送層１２ｃ＜上層電極１３＜第１保護層１４＜第２保護層１５とすれば、さらに有機ＥＬ素子の信頼性が向上する。
Here, the melting point of the material forming the first
この第１保護層１４は、トップエミッション型の有機EL素子であれば、透明または半透明材料により形成されている必要があるが、ボトムエミッション型の有機EL素子の場合、不透明材料であっても良い。
The first
またトップエミッション型の有機EL素子であれば、第１保護層１４の屈折率は第２保護層１５の屈折率よりも小さく、且つ上層電極１３の屈折率よりも大きいことが好ましい。この場合、発光層１２ｂからの光が上層電極１３と第１保護層１４との間の界面、並びに第１保護層１４と第２保護層１５との界面で反射することが抑制され、光の取り出し効率が向上するという効果がある。このような屈折率を有する第１保護層１４の材料としては、上層電極１３がMg（屈折率：０．５６）により、第２保護層１５がTiO２（屈折率：２．３）により形成されている場合、LiFやMgF2等（屈折率：１．４（ＬｉＦ）、１．３８（ＭｇＦ２））が例として挙げられる。
In the case of a top emission type organic EL element, the refractive index of the first
屈折率は、例えば従来周知のエリプソメトリー法によって測定される。また屈折率の大小は複素屈折率の実部の大小で判断される。 The refractive index is measured by, for example, a conventionally known ellipsometry method. The magnitude of the refractive index is determined by the magnitude of the real part of the complex refractive index.
なお、第１保護層１４は、第１保護層１４を蒸着により形成する場合、例えば、チャンバー内の真空度を１×１０−４Pa〜１×１０−６Pa程度に設定し、且つ酸素mｏｌ濃度を１ｐｐｍ以下に設定したN2雰囲気中で、従来周知の真空蒸着法やスパッタリングやＣＶＤ等によって、上層電極１３上に０．０２μｍ〜１μｍの厚みに形成される。このとき、酸素ｍｏｌ濃度が１ｐｐｍ以下に設定されているので、第１保護層１４の成膜中に上層電極１３が酸素に過度に晒されることが防止され、上層電極１３の酸化を防止できる。また第１保護層１４の構成材料の融点を１７００℃以下とすれば、第１保護層１４の成膜温度を低く抑えることができ、第１保護層１４の成膜時に発生する熱によって有機層１２が大きく劣化することを防止できる。
When the first
（第２保護層）
第２保護層１５は、上層電極１３や有機層１２等を封止する機能を有する層である。また有機ＥＬ素子がトップエミッション型である場合、第２保護層１５は有機層１２で発生した光を効率良く有機ＥＬ素子の外部に取り出す機能も有する。このため、第２保護層１５は、封止性に優れた材料、例えば、TiO2やLaTiO3、SiO2、SiON等、第１保護層１４よりも酸素含有量が多い材料で形成される。
(Second protective layer)
The second
また第２保護層１５は、トップエミッション型の有機EL素子であれば、透明または半透明材料により形成されている必要がなるが、ボトムエミッション型の有機EL素子の場合、不透明材料であっても良い。
Further, the second
トップエミッション型の有機EL素子であって、第２保護層１５が最外層（空気と接する層）の場合、第２保護層１５は屈折率が２．０以上の高屈折率材料（例えばTiO2やLaTiO3など）より形成することが好ましい。この場合、有機ＥＬ素子の光の取り出し効率を向上させることができる。
In the case of a top emission type organic EL device, when the second
なお、第２保護層１５は、例えば酸素雰囲気中で真空蒸着やスパッタリング、CVD法等の薄膜形成技術により、第１保護層１４上に、例えば２０ｎｍ〜１０００ｎｍの厚みに形成される。このとき上層電極１３は第１保護層１４によって被覆されているため、上層電極１３が酸化されることが良好に防止される。また第２保護層１５の融点は第１保護層１４の融点よりも高いため、成膜温度が高温となる傾向にあるが、上層電極１３上に第１保護層１４が被着されているため、第１保護層１４がない場合に比べて第２保護層１５の成膜時に発生する熱による有機層１２のダメージを低く抑えることができる。その結果、有機ＥＬ素子の信頼性を高めることができる。
The second
有機ELディスプレイ
本発明の有機ELディスプレイを図２に基づいて説明する。
Organic EL Display The organic EL display of the present invention will be described with reference to FIG.
有機ELディスプレイ１００は、ディスプレイ基板１０１上に複数の画素をマトリックス状に配列した構成を有しており、各画素には上述した有機EL素子１０２が配置されている。有機EL素子１０２は赤色発光用（R）、緑色発光用（G）、青色発光用（B）の３タイプに分かれている。そして上述した第１保護層１４及び第２保護層１５は各有機EL素子１０２間で膜厚が略等しくなっている。このため、各有機EL素子１０２間で第１保護層１４及び第２保護層１５における光の反射特性が大きく異なることが防止され、表示画像の輝度ムラを抑制できる。
The
なお、各画素の第１保護層１４及び第２保護層１５は、上述した薄膜形成技術によって同一工程で一括的に成膜される。このとき各有機EL素子間において第１保護層１４及び第２保護層１５が連続的に繋がっている場合、ディスプレイの中央領域では第１保護層１４や第２保護層１５の端面が露出することがないため、ディスプレイの中央領域における封止性をより向上させることができる。
The first
また第１保護層１４によって有機ＥＬ素子１０２の側面（少なくとも上層電極１３の側面）を封止するようにすれば、上層電極１３の側面における酸化やその他の層の劣化を防止でき、有機ＥＬディスプレイ１００の消費電力をより小さなものとすることができる。なお、第１保護層１４で有機ＥＬ素子１０２の側面を封止させるには、例えば、第１保護層１４を蒸着により形成する場合、平面視した場合における蒸着マスクの開口部の大きさを有機ＥＬ素子１０２より大きくすることにより達成される。
Further, if the first
ここで、第１保護層１４及び第２保護層１５を略同一の膜厚で形成する場合には、第１保護層１４の屈折率を第２保護層１５の屈折率よりも小さくし、且つ上層電極１３の屈折率よりも大きくすることが特に有効である。この点について詳述する。
Here, when the first
図３はトップエミッション型の有機EL素子におけるGの光の取り出し効率の変化を示している。第１保護層１４及び第２保護層１５の双方を上層電極１３上に積層しない場合（ケース１）の光取出し効率を１としたとき、第１保護層を被着せず、TiO2からなる第２保護層（屈折率：２．３）のみを上層電極１３上に被着する場合（ケース２）は上層電極の酸化および有機発光層の熱ダメージにより発光が得られなかった。第２保護層のみの場合と光学距離が略等しくなるように厚みが調整されたMgF2からなる第１保護層（屈折率：１．３８）とTiO2からなる第２保護層（屈折率：２．３）を上層電極１３に設けた有機EL素子（ケース３）では光取出し効率が１．２５であった。また第１保護層を被着せず、ＳｉＮ系の第２保護層（屈折率：１．８）のみを上層電極１３に設けた有機EL素子（ケース４）では光取出し効率が１．１２であった。なお、ケース１〜４のいずれにおいても上層電極１３の材料はＭｇ（屈折率：０．５６）である。この実施例から判るように、第１保護層１４の屈折率を第２保護層１５の屈折率よりも小さくし、且つ上層電極１３の屈折率よりも大きくしたケース３が最も光の取出し効率が高かった。
FIG. 3 shows a change in the light extraction efficiency of G in the top emission type organic EL element. When both the first
図４はケース４の有機EL素子によって構成した有機ELディスプレイ（ケース５）におけるRGBの光の取り出し効率の保護層膜厚依存性を示したものである。Gの取り出し効率が最も良いとき、Rは最大１に対して０．９、Bは最大１に対して０．７４しか取り出すことができない。
FIG. 4 shows the dependency of RGB light extraction efficiency on the protective layer thickness in an organic EL display (case 5) composed of the organic EL elements of
一方、図５はケース３の有機EL素子によって構成した有機ELディスプレイ（ケース６）におけるRGBの光の取り出し効率を示している。第２保護層の光学膜厚が屈折率×膜厚（μｍ）＝６０のときの第１保護層膜厚依存性である。Gの取り出し効率が最も良いときの第１保護層の膜厚において、RBともに最大１に対して０．９以上の光を取り出すことが出来る。
On the other hand, FIG. 5 shows RGB light extraction efficiency in an organic EL display (case 6) constituted by the organic EL element of
従って、ケース６の有機ELディスプレイは、ケース５の有機ELディスプレイよりも、Ｇの取り出し効率が最も良いときにＢやＲでの光のロスが少なくＲＧＢすべての発光をより効果的に強めることができることが判る。 Therefore, the organic EL display of Case 6 has less light loss at B and R when G extraction efficiency is the best than the organic EL display of Case 5, and can effectively enhance the light emission of all RGB. I understand that I can do it.
なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、改良が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、上述の実施形態において、第２保護層１５上に別途他の保護層を設けるようにしても良い。
For example, in the above-described embodiment, another protective layer may be separately provided on the second
１０・・・基板
１１・・・下層電極
１２・・・有機層
１２ａ・・・正孔輸送層
１２ｂ・・・発光層
１２ｃ・・・電子輸送層
１３・・・上層電極
１４・・・第１保護層
１５・・・第２保護層
１００・・・有機ＥＬディスプレイ
１０１・・・ディスプレイ基板
１０２・・・有機ＥＬ素子
DESCRIPTION OF
Claims (11)
１保護層と、酸素ｍｏｌ濃度が前記第１保護層を被着する雰囲気中よりも大きい酸素雰囲気中にて前記第１保護層上に被着される第２保護層と、を備え、
前記第２保護層は前記第１保護層よりも酸素含有量が大きく、前記第１保護層は前記第２保護層よりも構成材料の融点が小さい材料からなっていることを特徴とする有機ＥＬ素子。 An organic layer including a first electrode, a second electrode, and a light emitting layer and disposed between the first electrode and the second electrode; and a layer covered on the second electrode in an atmosphere having an oxygen mol concentration of 1 ppm or less. A first protective layer to be deposited; and a second protective layer deposited on the first protective layer in an oxygen atmosphere having an oxygen mol concentration greater than that in the atmosphere in which the first protective layer is deposited. Prepared,
The organic EL, wherein the second protective layer has a higher oxygen content than the first protective layer, and the first protective layer is made of a material having a lower melting point than that of the second protective layer. element.
有機ＥＬディスプレイ。 A plurality of the organic EL elements according to any one of claims 1 to 6 are arranged, and the film thicknesses of the first protective layer and the second protective layer are substantially equal among the organic EL elements. Do
Organic EL display.
The organic EL display according to claim 9 or 10, wherein the first protective layer covers a side surface of the second electrode.
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