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JP4981242B2 - 有機el素子 - Google Patents

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Description

本発明は、トップエミッション方式の有機EL素子に関するものである。
一般的に有機EL素子は、電子注入電極(陰極)と正孔注入電極(陽極)との間に形成された有機発光層により光を放出する素子である。有機EL素子は、低電圧で駆動可能であり、電力消費が少ないという長所を有する。
図5は、一般的なトップエミッション方式の有機EL素子を示す構造断面図である。図1に示すように、透明基板1上に陽極2が形成される。通常、陽極2は、ITO(indium tin oxide)により形成される。次いで、陽極2上に正孔注入層(HIL:hole injecting layer)3が形成される。正孔注入層3は、CuPc(copper phthalocyanine)により約10〜30nmの厚さに形成される。次いで、正孔注入層3上に正孔輸送層(HTL:hole transport layer)4が形成される。正孔輸送層4は、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(TPD:N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-(1-1'-biphenyl)4,4'-diamine)、又は4-4'-ビス[N-(1-ナフチル))-N-フェニル-アミノ]ビフェニル(NPD:4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)により約30〜60nmの厚さに形成される。
次いで、正孔輸送層4上に有機発光層5が形成され、有機発光層5上には、電子輸送層(ETL:electron transport layer)6及び電子注入層(EIL:electron injecting layer)7が順次形成される。電子注入層7は、LiFやLi2Oにより約5オングすとローム(0.5nm)の厚さに形成されるか、またはLi、Ca、Mg、Srなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属により約200オングストローム(20nm)の厚さに形成される。そして、電子注入層7上に陰極8が形成される。陰極8は、ITOやIZO(indium zinc oxide)により約1000オングストローム(100nm)の厚さに形成される。このように、トップエミッション方式の有機EL素子は、有機発光層から放出された光が陰極側に透過するものであるため、陰極は、ITOやIZOのような透明材料により形成されている。
ITOやIZOの酸化膜は温度に対して非常に鋭敏であり、陰極形成時、酸化膜の良好な電気光学的特性のために基板の温度を約200〜300℃に維持する必要がある。しかし、有機発光層のような有機物は高温に弱いため、陰極形成時、基板の温度は100℃程度に維持しなげればならない。その結果、酸化膜からなる陰極の電気光学的特性が劣化するという問題が発生する。
本発明はかかる問題を解決するためになされたもので、電気光学的特性を向上させたトップエミッション方式の有機EL素子を提供することをその目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る有機EL素子は、トップエミッション方式の有機EL素子において、基板と、該基板上に形成された第1電極と、該第1電極上に形成された有機発光層と、該有機発光層上に形成され、前記有機発光層からの光を上側に透過させて、2つの金属薄膜と1または2つの透明薄膜が積層され、総層数が3層または4層であり、前記金属薄膜及び前記透明薄膜が交互に積層された第2電極と、前記第2電極上に形成される4層構造の保護膜とを備え、前記保護膜の第1層は、フッ素を含有する高分子、ステアリルアクリレート、ラウリルアクリレート、2-フェノキシエチルアクリレート、イソデシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、イソボルニルアクリレート、1,3-ブチレングリコールアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジアクリレート、プロポキシ化ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリス(2-ヒドロキシルエチル)イソシアヌル酸トリアクリレート、及びトリメチロールプロパントリアクリレートから選択された材料により形成され、前記保護膜の第2層は、SiC、SiO、SiO 2 、及びSi x y から選択された材料により形成され、前記保護膜の第3層は、前記保護膜の第1層及び第2層の応力を低減させるために、エポキシ系、アクリル系、またはシリコン化合物のシール材により形成され、前記保護膜の第4層は、PET、PMMA、及びフッ素系高分子から選択された材料により形成されることを特徴とする。
以上により、本発明によれば、電極が複数の透明薄膜を積層することによって形成されるため、低温でも電極を形成することが可能となり、電極の電気光学的特性を向上させることができる。
以下、本発明の好ましい実施形態における構成及び作用を、添付の図面を参照して説明する。図1〜図4の各図は、それぞれ本発明の好ましい一実施形態におけるトップエミッション方式の有機EL素子を示す構造断面図である。図1及び図2は、第1電極が陽極であり、第2電極が透明陰極である素子を示し、図3及び図4は第1電極が陰極であり、第2電極が透明陽極である素子を示すものである。
図1及び図2に示すように、まず基板11上に陽極12が形成される。陽極12はITOからなり、約100nmの厚さに形成される。そして、陽極12上に正孔注入層(HIL)13及び正孔輸送層(HTL)14が順次形成される。正孔注入層13はCuPcなどからなり、約25nmの厚さに形成され、正孔輸送層14はNPDからなり、約35nmの厚さに形成される。次いで、正孔輸送層14上に発光層15が形成される。この例では、Co6が1%程度ドーピングされた8-ヒドロキシキノリンアルミニウム(hydroxyquinoline aluminum)(Alq3)からなり、約25nmの厚さを有する緑色発光層が形成される。次に、発光層15上に電子輸送層(ETL)16及び電子注入層(EIL)17が形成される。電子輸送層16は、Alq3により約35nmの厚さに形成され、電子注入層17はLi2Oにより約0.5nmの厚さに形成される。
次いで、電子注入層17上に陰極18が形成される。本実施形態において、陰極18は、金属材料からなる第1層と透明薄膜材料からなる第2層とを交互に積層することによって形成されるものである。第1層を形成する金属材料は、Ag、Al、Cr、Mo、Au、Pt、Sn、Mgなどの金属、またはAl:Li、Ag:Mg、Ag:Liなどの合金から選択することができる。また、第2層を形成する透明薄膜材料は、ITO、IZO、TiO2、SiO2などのような酸化物、またはSi34などのような窒化物から選択することができる。このとき、交互に積層される層の総数は、1〜100層程度にすることができる。
このように陰極を多層化する理由は次の通りである。例えば、ITOの透過率が約90%、約10nmの厚さを有するAgの透過率が約65%、5nmの厚さを有するAgの透過率が約95%である場合、陰極の電気伝導度が同一ならば、Ag(10nm)/ITO(100nm)からなる陰極の透過率は約0.585(0.65×0.90=0.585)になり、Ag(5nm)/ITO(50nm)/Ag(5nm)/ITO(50nm)からなる陰極の透過率は約0.73(0.95×0.90×0.95×0.90=0.73)になる。このように、陰極を多層化することによって、陰極の電気光学的特性が向上することが分かる。陰極が同一の厚さ及び比抵抗を有する場合、多層化された陰極の透過率は増大する。例えば、Ag層の総厚さが同一であっても、陰極の透過率はAg層の数に応じて増大し、Ag層の数が同一であっても、陰極の透過率スペクトルはAg層の厚さ分布に応じて変化する。
従って、本発明の好ましい実施形態において、陰極18は次のような構造を有するものである。即ち、本発明に係る陰極は、Ag(2nm)/ITO(20nm)/Ag(2nm)/ITO(20nm)/Ag(2nm)/ITO(20nm)/Ag(2nm)/ITO(20nm)/Ag(2nm)/ITO(20nm)の10層を有する。この場合、陰極の透過率は約80%であり、良好な電気伝導度を有している。また、本発明に係る陰極は、表面乱反射及び透湿を防ぐため、図2に示すような構造を有していてもよい。即ち、陰極は、ITO(20nm)/TiO2(10nm)/Ag(2nm)/ITO(20nm)/TiO2(10nm)/Ag(2nm)/ITO(20nm)/TiO2(10nm)/Ag(2nm)/ITO(20nm)の10層を有していてもよい。
このような構造で透明陰極18を形成した後、この陰極18上に、ガスの浸透を防ぐための透明な多層保護膜19を形成する。この保護膜19は、4層の透明薄膜が積層された構造を有している。
保護膜19の第1層は、ポリクロロトリフルオロエチレン(polychlorotrifluoro ethylene)、ポリジクロロトリフルオロエチレン(polydichlorotrifluoro ethylene)などのフッ素を含有する高分子から選択された材料により形成される。または、第1層の材料として、クロロトリフルオロエチレンやジクロロトリフルオロエチレンの共重合体を使用することもできる。第1層を形成するこれらの材料は、物理気相成長(PVD:physical vapor deposition)法により積層される。
これらの材料の他、ステアリルアクリレート、ラウリルアクリレート、2-フェノキシエチルアクリレート、イソデシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、イソボルニルアクリレート、1,3-ブチレングリコールアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジアクリレート、プロポキシ化ネオペンチルグリコールルジアクリレート、トリス(2-ヒドロキシルエチル)イソシアヌル酸トリアクリレート、及びトリメチロールプロパントリアクリレートから選択した材料を使用してもよい。
保護膜19の第2層は、SiC、SiO、SiO2、Sixyなどのシリコン化合物により形成され、特に好ましくはSiO2、Sixyが使用される。
保護膜19の第3層を形成する材料は、機械的特性と保護膜としての特性を備え、保護膜19の第1層及び第2層の応力を低減するために、エポキシ系、アクリル系、及びシリコン化合物のシール材が好適である。特に、エポキシ系の材料であるトリメチルプロパントリアクリレート(trimethyl propane triacrylate)やジトリメチロールプロパンテトラアクリレート(ditrimethylol propane tetraacrylate)などのようなトリメチルアクリレート(trimethyl acrylate)、または1,6-ヘキサンジオールジアクリレート(1,6-hexanediol-diacrylate)や1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート(1,6-hexanediol dimethacrylate)などのような長鎖形のアクリレートが好ましい。
また、完全に透明な層を形成するためには、シリコン化合物のシール材が好適である。特に、室温硬化剤であるRT−ガラスやシリコーンシーラントなどが好ましい。このようなシリコン化合物は、スプレー法、スピンコーティング法、またはドクターブレード法により積層される。
最後に、保護膜19の第4層は、大気の浸透を防ぎかつ機械的特性を有するために、ポリエチレンテレフタレート(PET:polyethylene terephthalate)、ポリメチルメタクリレート(PMMA:polymethyle methacrylate)、またはフッ素系高分子により形成される。
図3及び図4は、第1電極が陰極であり、第2電極が透明陽極である素子を示す図である。図3及び図4に示す実施形態は、図1及び図2に示す実施形態と同様の材料を使用するため、詳細な説明は省略する。
図3及び図4に示すように、まず基板21上に陰極22が形成される。陰極22はAlまたはAgからなり、約200nmの厚さに形成される。次いで、陰極22上に電子注入層(EIL)23及び電子輸送層(ETL)24が順次形成される。また、電子輸送層24上に発光層25、正孔輸送層(HTL)26、及び正孔注入層(HIL)27が順次形成される。
次に、正孔注入層27上に透明陽極28が形成される。本実施形態において、陽極28は、金属材料からなる第1層と透明薄膜材料からなる第2層とを交互に積層することによって形成されるものである。第1層を形成する金属材料は、Ag、Al、Cr、Mo、Au、Pt、Sn、Mgなどの金属、またはAl:Li、Ag:Mg、Ag:Liなどの合金から選択することができる。また、第2層を形成する透明薄膜材料は、ITO、IZO、TiO2、SiO2などのような酸化物、またはSi34などのような窒化物から選択することができる。このとき、陽極を形成する層の総数は、1〜100層程度にすることができる。このように、陽極を多層化することによって、陽極の電気光学的特性が向上することが分かる。
従って、本発明の好ましい実施形態において、陽極28は次のような構造を有するものである。即ち、本発明に係る陽極は、ITO(20nm)/Ag(2nm)/ITO(20nm)/Ag(2nm)/ITO(20nm)/Ag(2nm)/ITO(20nm)/Ag(2nm)/ITO(20nm)の9層を有する。この場合、陽極の透過率は約80%であり、良好な電気伝導度を有している。また、本発明に係る陽極は、表面乱反射及び透湿を防ぐため、図4に示すような構造を有していてもよい。即ち、陽極は、ITO(20nm)/Ag(2nm)/ITO(20nm)/Ag(2nm)/ITO(20nm)/Ag(2nm)/ITO(20nm)/Ag(2nm)/TiO2(10nm)/Ag(2nm)/TiO2(10nm)の11層を有していてもよい。
このような構造で透明陽極28を形成した後、この陽極28上に、ガスの浸透を防ぐための透明な多層保護膜29を形成する。この保護膜19は、4層の透明薄膜が積層された構造を有している。また、保護膜の材料は、図1及び図2に示す実施形態における材料と同一であるため、詳細な説明は省略する。
以上説明した内容を通じて、当業者であれば本発明の技術思想の範囲内で多様な変更及び修正が可能である。従って、本発明の技術的範囲は、実施形態に記載された内容に限定されず、特許請求の範囲により決められるべきである。
本発明の一実施形態におけるトップエミッション方式の有機EL素子を示す構造断面図である。 本発明の一実施形態におけるトップエミッション方式の有機EL素子を示す構造断面図である。 本発明の一実施形態におけるトップエミッション方式の有機EL素子を示す構造断面図である。 本発明の一実施形態におけるトップエミッション方式の有機EL素子を示す構造断面図である。 一般的なトップエミッション方式の有機EL素子を示す構造断面図である。
符号の説明
11,21 基板
12 陽極(第1電極)
13,27 正孔注入層(HIL)
14,26 正孔輸送層(HTL)
15,25 発光層
16,24 電子輸送層(ETL)
17,23 電子注入層(EIL)
18 透明陰極(第2電極)
19,29 保護膜
22 陰極(第1電極)
28 透明陽極(第2電極)

Claims (4)

  1. トップエミッション方式の有機EL素子において、
    基板と、
    該基板上に形成された第1電極と、
    該第1電極上に形成された有機発光層と、
    該有機発光層上に形成され、前記有機発光層からの光を上側に透過させて、2つの金属薄膜と1または2つの透明薄膜が積層され、総層数が3層または4層であり、前記金属薄膜及び前記透明薄膜が交互に積層された第2電極と、
    前記第2電極上に形成される4層構造の保護膜と
    を備え、
    前記保護膜の第1層は、フッ素を含有する高分子、ステアリルアクリレート、ラウリルアクリレート、2-フェノキシエチルアクリレート、イソデシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、イソボルニルアクリレート、1,3-ブチレングリコールアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジアクリレート、プロポキシ化ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリス(2-ヒドロキシルエチル)イソシアヌル酸トリアクリレート、及びトリメチロールプロパントリアクリレートから選択された材料により形成され、
    前記保護膜の第2層は、SiC、SiO、SiO 2 、及びSi x y から選択された材料により形成され、
    前記保護膜の第3層は、前記保護膜の第1層及び第2層の応力を低減させるために、エポキシ系、アクリル系、またはシリコン化合物のシール材により形成され、
    前記保護膜の第4層は、PET、PMMA、及びフッ素系高分子から選択された材料により形成される
    ことを特徴とする有機EL素子。
  2. 前記第1電極は、ITO、Al、及びAgから選択された材料により形成されることを特徴とする請求項1記載の有機EL素子。
  3. 前記有機発光層は、前記第1電極または前記第2電極から順次形成された正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、及び電子注入層を含むことを特徴とする請求項1記載の有機EL素子。
  4. 前記金属薄膜は、Ag、Al、Cr、Mo、Au、Pt、Sn、Mg、Al:Li、Ag:Mg、及びAg:Liから選択された材料により形成され、前記透明薄膜は、ITO、IZO、TiO2、SiO2、及びSi34から選択された材料により形成されることを特徴とする請求項1記載の有機EL素子。
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