JPH10275680A

JPH10275680A - 有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JPH10275680A
Application number: JP9079597A
Authority: JP
Inventors: Seiji Tokitou; 静士時任; Koji Noda; 浩司野田; Yasunori Taga; 康訓多賀
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】素子への酸素水分の拡散を防止すると共に、
放熱性を高める。【解決手段】ガラス基板１０上に透明電極１２、正孔
輸送層１４、発光層１６、金属陰極１８を形成し、正孔
輸送層１４、発光層１６、金属陰極１８を覆って保護層
２０を形成する。保護層２０は、絶縁層２０ａと金属層
２０ｂの多層構造となっている。特に、金属層２０を保
護層中に有しているため、湿気の素子への進入を防止
し、かつ放熱をよくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一対の電極間に有
機材料からなる発光層を狭持し、両電極からキャリアを
発光層に注入することによって発光層を発光させる有機
ＥＬ素子、特にその保護層の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機ＥＬ素子を利用した平面ディスプレ
イは、次世代のディスプレイとして大きな注目を浴びて
おり、これについての研究開発が盛んに行われている。
特に、有機ＥＬ素子を利用すれば、直流低電圧駆動、高
視野角、自発光などの特徴を有する高解像度ディスプレ
イが実現可能であり、その利用価値は非常に高いと考え
られている。

【０００３】この有機ＥＬ素子は、例えばガラス基板上
に、透明電極（陽極）／正孔輸送層／発光層／金属電極
（陰極）を積層形成した構成を有している。また、陽極
には仕事関数の大きな物質が用いられ、陰極には仕事関
数の小さな物質が用いられる。そして、正孔輸送層及び
発光層に有機材料が用いられ、両電極から注入される正
孔と、電子が発光層において、再結合することによって
発光する。

【０００４】ここで、正孔輸送層や発光層に利用する固
体有機材料は、水分や、酸素などに侵されやすく、大気
中で有機ＥＬ素子を駆動するとその発光特性が急激に劣
化する。さらに、固体有機材料上に設けられる電極が酸
化されないようにする必要もある。従って、有機ＥＬ素
子では、有機や無機の保護層を設け、素子を封止して大
気から隔離する必要がある。例えば、特開平７−１９２
８６７号公報には、各種の封止方法についての開示があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、保護層を
設けることによって、有機ＥＬ素子の寿命を延ばすこと
ができるが、十分な酸化防止や水分の侵入防止を図る
と、放熱性が悪くなってしまうという問題があった。す
なわち、保護層の厚みをあまり厚くすると、素子におい
て発生した熱が十分放熱されなくなり、素子の特性が劣
化してしまうという問題があった。

【０００６】特に、通常の場合、ＥＬ素子に要求される
輝度は２００ｃｄ／ｍ²程度であり、このための駆動電
流は数ｍＡ／ｃｍ²以下であり、発熱の影響はあまり大
きくない。しかし、有機ＥＬ素子では、１０Ｖの印加で
１０００ｃｄ／ｍ²を超える輝度が得られ、最近の研究
では、発光層へのドーピングによって、輝度はさらに改
善され、１０万ｃｄ／ｍ²の輝度が得られるとの報告も
ある。例えば、有機ＥＬ素子を平面光源として利用する
ことを考えると、数１０００ｃｄ／ｍ²の発光が必要で
あり、それに必要な電流は１００ｍＡ／ｃｍ²以上にな
る。この場合には、素子温度は、１００°Ｃを超えるこ
とになり、輝度の低下や非発光点が発生し、素子の劣化
が起こってしまう。従って、このような高輝度の有機Ｅ
Ｌ素子では、発熱量が大きく、この対策が重要である。
なお、熱による素子の劣化は、発光層などの有機層の構
造変化や電極酸化の熱による加速が原因である。

【０００７】本発明は、上記課題を解決するためのなさ
れたものであり、十分な封止が行えると共に、放熱特性
のよい有機ＥＬ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】本発明は、一対の電極間
に有機材料からなる発光層を狭持し、両電極からキャリ
アを発光層に注入することによって発光層を発光させる
有機ＥＬ素子において、少なくとも一方の電極及び発光
層の外側を覆う保護層であって、有機層と金属層の２層
または無機層と金属層の２層を含む多層構造からなる保
護層を有することを特徴とする。

【０００９】このように、本発明では、電極及び発光層
を保護層で覆った。これによって、一方の電極（例えば
金属陰極）及び発光層の周囲雰囲気への水分や酸素の拡
散を防止することができ、素子の特性劣化を抑制して長
寿命化を図ることができる。特に、保護層が金属層を含
んでいる。金属層は、非常に緻密な構造を有しており、
酸素や水分の拡散を効果的に防止する。さらに、金属層
としてアルミなど不動態の酸化皮膜を形成するものを利
用することで、酸素の拡散についても効果的に防止でき
る。

【００１０】また、金属層は、熱伝導性が良好であるた
め、素子において発生した熱を効果的に放散し、素子の
加熱を防止することができる。特に、電流量を大きくし
て、発光量を大きくした場合には、素子の発熱量が大き
く、その放熱性に優れていることが重要な要件になる。
本発明によれば、このような大発光量の素子において
も、特性の劣化を最小限にできる。

【００１１】また、電極上に絶縁層を配置すれば、金属
層と陰極とを電気的に絶縁することができる。さらに、
最外側に金属層を配置することにより、放熱効果を十分
大きなものにすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

【００１３】図１は、本実施形態に係る有機ＥＬ素子の
構成を示す図である。ガラス基板１０の上面には、透明
電極１２が形成されている。この透明電極１２は、ＩＴ
Ｏ（インジウム・チン・オキサイド）、ＳｎＯ₂などが
利用される。この透明電極１２の上に有機材料からなる
正孔輸送層１４、発光層１６が積層形成される。正孔輸
送層１４はＴＰＤ（トリフェニルジアミン）、発光層１
６はＡｌｑ（キノリノールアルミ錯体）等により形成さ
れる。発光層１６の上には、金属陰極１８が形成され
る。この金属陰極１８には、ＭｇＡｇ（９：１）、Ａｌ
Ｌｉ（９．９：０．１）、Ｍａｌｎ（９：１）等が採用
される。

【００１４】そして、この正孔輸送層１４、発光層１
６、金属陰極１８の側面を含む全体を覆うように、保護
層２０を形成する。この保護層２０は、絶縁層２０ａと
金属層２０ｂの多層層であり、これらが２層ずつ交互に
積層されている。ここで、絶縁層２０ａには正孔輸送層
１４や発光層１６に用いたものと同じ有機物や、その他
低分子、高分子の各種の有機物が利用できる。さらに、
この絶縁層２０ａとして、有機層に代えて、無機層を採
用することも好適である。例えば、ＭｇＦ₂などの金属
酸化物や半導体化合物の無機層を利用することができ
る。また、金属層２０ｂにはアルミ用いることができる
が、Ｃｒ等各種の金属も利用可能である。

【００１５】このような有機ＥＬ素子において、透明電
極１２と、金属陰極１８とに電圧を印加することで、両
電極１２、１８より、正孔、電子が注入され、これが発
光層１６において再結合し発光する。本実施形態では、
保護層２０によって、正孔輸送層１４、発光層１６、金
属陰極１８からなる素子部が覆われているため、大気か
らの酸素、水分の内部への拡散が有効に防止され、素子
特性への悪影響を排除することができる。

【００１６】特に、本実施形態の素子においては、保護
層２０が金属層２０ｂを含んでいる。金属層２０ｂは、
非常に緻密な構造を有しており、酸素や水分の拡散を効
果的に防止する。特に、金属層２０ｂとしてアルミなど
不動態の酸化皮膜を形成するものを利用することで、酸
素の拡散についても効果的に防止できる。

【００１７】また、金属層２０は、熱伝導性が良好であ
るため、素子部において発生した熱を効果的に放散し、
素子部の加熱を防止することができる。特に、電流量を
１００ｍＡ／ｃｍ²〜１Ａ／ｃｍ²程度と大きくして、発
光量を１０００〜１００００ｃｄ／ｍ²と大きくした場
合には、素子部の発熱量が大きく、その放熱が重要な課
題になる。本実施形態の素子によれば、このような大発
光量の素子においても、特性の劣化を最小限にできる。

【００１８】また、本実施形態では、金属陰極１８上に
絶縁層２０ａを配置したため、これによって、金属層２
０ｂと金属陰極１８とを電気的に絶縁することができ
る。さらに、最外側に金属層２０ｂを配置したため、放
熱効果を十分大きなものにできる。

【００１９】なお、正孔輸送層１４、発光層１６は５０
ｎｍ程度、金属陰極１８は、２００ｎｍ程度、保護層２
０の絶縁層２０ａ、金属層２０ｂは２００ｎｍ程度の厚
さが好ましい。特に、金属陰極１８を２００ｎｍ以上と
いう比較的厚いものにすることによって、放熱を非常に
効果的なものにできる。

【００２０】また、上述の実施形態では、正孔輸送層１
４と、発光層１６を積層形成したが、混合有機層の一層
構成としてもよい。さらに、正孔輸送層１４ではなく、
電子輸送層を金属陰極１８側に設ける構成としてもよ
い。さらに、透明電極１２を陰極とし、対向電極を陽極
とすることも可能である。このように、素子部の構成に
は、現在知られている各種の構成を採用することができ
る。

【００２１】

【実施例】

「実施例１」ＩＴＯの透明電極１２が予め形成されてい
るガラス基板１０上に、真空蒸着により、トリフェニル
ジアミンを５０ｎｍ堆積して正孔輸送層１４を形成し、
その後キノリノールアルミ錯体を５０ｎｍ堆積して発光
層１６を形成した。そして、この発光層１６上にＭｇＡ
ｇを２００ｎｍ蒸着形成して金属陰極１８を形成し、素
子を形成した。その後、この素子部の上に、ＭｇＦ
₂と、Ａｌを交互に積層し、絶縁層２０ａ、金属層２０
ｂからなる保護層２０を形成した。この例では、絶縁層
２０ａ、金属層２０ｂの厚み両方とも２００ｎｍとし、
これらを３層ずつ形成した。

【００２２】この素子を駆動電流１０ｍＡ／ｃｍ²で連
続駆動して輝度の半減寿命を測定した。初期輝度２００
ｃｄ／ｍ²で約３０００時間の寿命が達成できた（図２
参照）。

【００２３】一方、金属陰極１８まで形成した素子（保
護層２０なし）において、同様の駆動をしたところ、半
減寿命は、約５００時間であった。この結果を図２に示
す。また、駆動電流を５００ｍＡ／ｃｍ²で連続駆動し
たところ、図３に示すように、３０分以上安定な発光が
達成できた。一方、保護層２０がないものでは、素子温
度が急激に上昇し、約１０分で輝度が０となってしまっ
た。

【００２４】「実施例２」実施例１と同様の構成で、絶
縁層２０ａとして正孔輸送層１４を構成する有機物であ
るトリフェニルジアミンを採用した。なお、金属層２０
ｂとしては、上記と同様にＡｌを用いている。この素子
を駆動電流１０ｍＡ／ｃｍ²で連続駆動して輝度の半減
寿命を測定した。初期輝度２００ｃｄ／ｍ²で約２５０
０時間の寿命が達成できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】有機ＥＬ素子の実施形態の構成を示す図であ
る。

【図２】同実施例の寿命を示す特性図である。

【図３】同実施例の寿命を示す特性図である。

【符号の説明】

１０ガラス基板、１２透明電極、１４正孔輸送
層、１６発光層、１８金属陰極、２０保護層、２０
ａ絶縁層、２０ｂ金属層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の電極間に有機材料からなる発光層
を狭持し、両電極からキャリアを発光層に注入すること
によって発光層を発光させる有機ＥＬ素子において、少なくとも一方の電極及び発光層の外側を覆う保護層あ
って、有機層と金属層の２層または無機層と金属層の２
層を含む多層構造からなる保護層を有することを特徴と
する有機ＥＬ素子。