(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホール注入電極と電子注入電極との間に、少なくとも有機材料を用いた発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、上記のホール注入電極と発光層との間に金属窒化物又は金属炭化物からなる放熱層が設けられていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、ホール注入電極と電子注入電極との間に、少なくとも有機材料を用いたキャリア輸送層と発光層とが積層されていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、上記の放熱層が透明材料で構成されていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、上記の放熱層を構成する材料に炭化ケイ素を用いると共に、この放熱層をメッシュ状に形成していることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、ホール注入電極と電子注入電極との間に、少なくとも有機材料を用いたキャリア輸送層と発光層とが積層されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子に係り、特に、有機材料を用いたキャリア輸送層や発光層の劣化が少なく、長期にわたって安定した発光が行なえる有機エレクトロルミネッセンス素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の多様化等にともなって、従来より一般に使用されているＣＲＴに比べて消費電力や空間占有面積が少ない平面表示素子のニーズが高まり、このような平面表示素子の一つとしてエレクトロルミネッセンス素子（以下、ＥＬ素子と略す。）が注目されている。
【０００３】
そして、このＥＬ素子は使用する材料によって無機ＥＬ素子と有機ＥＬ素子に大別され、無機ＥＬ素子においては、一般に発光部に高電界を作用させ、電子をこの高電界中で加速して発光中心に衝突させ、これにより発光中心を励起させて発光させるようになっている一方、有機ＥＬ素子においては、電子注入電極とホール注入電極とからそれぞれ電子とホールとを発光部内に注入させ、このように注入された電子とホールとを発光中心で再結合させて、有機分子を励起状態にする。そして、この有機分子が励起状態から基底状態に戻るときに蛍光を発光するようになっている。
【０００４】
ここで、無機ＥＬ素子においては、上記のように高電界を作用させるため、その駆動電圧として１００〜２００Ｖと高い電圧を必要とするのに対し、上記の有機ＥＬ素子においては、５〜２０Ｖ程度の低い電圧で駆動できるという利点があった。また、このような有機ＥＬ素子においては、発光材料である螢光物質を選択することによって適当な色彩に発光する発光素子を得ることができ、フルカラーの表示装置等としても利用できるという期待があり、近年、このような有機ＥＬ素子について様々な研究が行なわれるようになった。
【０００５】
そして、上記の有機ＥＬ素子における素子構造としては、ホール注入電極と電子注入電極との間にホール輸送層と発光層と電子輸送層とを積層させたＤＨ構造と称される三層構造のものや、ホール注入電極と電子注入電極との間にホール輸送層と電子輸送性に富む発光層とが積層されたＳＨ−Ａ構造と称される二層構造のものや、ホール注入電極と電子注入電極との間にホール輸送性に富む発光層と電子輸送層とが積層されたＳＨ−Ｂ構造と称される二層構造のものが知られていた。
【０００６】
しかし、このような有機ＥＬ素子は、上記のように無機ＥＬ素子に比べて低電圧で駆動でき、多色化が容易であるという利点を有しているが、その材料として有機材料を使用しているため、無機ＥＬ素子に比べて寿命が短く、長期にわたって安定した発光が行なえないという欠点があった。
【０００７】
そこで、従来においても、上記のような有機ＥＬ素子において、その発光が長期にわたって安定して行なえるようにするために様々な研究が行なわれ、例えば、特開平４−２１２２８４号公報に示されるように、有機ＥＬ素子に金属酸化物等の薄膜からなる封止層を設け、これによって陰極材料の酸化を抑制するようにしたもの等が提案された。
【０００８】
しかし、このように金属酸化物等の薄膜からなる封止層を設け、陰極材料の酸化を抑制した場合であっても、依然としてその寿命が短く、長期にわたって安定した発光が行なえないという問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、有機ＥＬ素子における上記のような問題を解決することを課題とするものであり、ホール注入電極と電子注入電極との間に設けられたキャリア輸送層や発光層における有機材料の劣化が少なく、長期にわたって安定した発光が行なえる有機ＥＬ素子を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明においては、上記のような課題を解決するため、ホール注入電極と電子注入電極との間に、少なくとも有機材料を用いたキャリア輸送層と発光層とが積層されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子において、金属窒化物又は金属炭化物からなる放熱層を設けるようにしたのである。
【００１１】
ここで、この有機ＥＬ素子においては、そのホール注入電極として、金やＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）等の仕事関数の大きな材料を用いるようにする一方、電子注入電極としては、マグネシウム等の仕事関数の小さな電極材料を用いるようにし、ＥＬ光を取り出すために、少なくとも一方の電極を透明にする必要があり、一般にはホール注入電極に透明で仕事関数の大きいＩＴＯを用いるようにする。
【００１２】
また、この発明における有機ＥＬ素子の素子構造は、前記のＤＨ構造，ＳＨ−Ａ構造，ＳＨ−Ｂ構造の何れの構造のものであっても良い。
【００１３】
また、この有機ＥＬ素子に設ける放熱層に使用する金属窒化物や金属炭化物としては、絶縁性で熱伝導性の高いものを用いることが好ましく、例えば、金属窒化物としては窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を、また金属炭化物としては炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いることが好ましい。なお、このような放熱層をＥＬ光の取り出し側の部分に設ける場合には、上記の放熱層にＡｌＮ等の透明材料を用いることが好ましく、ＳｉＣ等の不透明の材料の場合には、この放熱層をメッシュ状等に形成してＥＬ光が通過できるようにすることが必要である。
【００１４】
【作用】
この発明における有機ＥＬ素子においては、上記のホール注入電極から注入されたホールと電子注入電極から注入された電子とが、有機材料を用いた発光層の部分において再結合して有機分子を励起状態し、この有機分子が励起状態から基底状態に戻るときに蛍光を発光するようになっており、ホールと電子とが再結合した際に熱が発生したとしても、この熱が上記の放熱層を通して外部に放熱され、再結合時における熱によって発光層やキャリア輸送層に用いた有機材料が劣化するということが抑制されるようになる。
【００１５】
また、上記の金属窒化物または金属炭化物からなる放熱層を電子注入電極を覆うようにして設けると、この放熱層により電子注入電極の酸化も抑制されるようになる。
【００１６】
【実施例】
以下、この発明の実施例に係る有機ＥＬ素子を添付図面に基づいて具体的に説明すると共に、比較例を挙げ、この実施例における有機ＥＬ素子が耐久性等の点で優れていることを明らかにする。
【００１７】
（実施例１）
この実施例における有機ＥＬ素子は、図１に示すように、ガラス基板１上に、ＩＴＯで構成されて膜厚が２０００Åになった透明なホール注入電極２と、下記化１に示す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（以下、ＭＴＰＤと略す。）で構成されて膜厚が５００Åになったホール輸送層３と、下記化２に示すトリス（８−キノリノール）アルミニウムで構成されて膜厚が５００Åになった発光層４と、マグネシウム・インジウム合金で構成されて膜厚が２０００Åになった電子注入電極５とが順々に形成されたＳＨ−Ａ構造になっている。そして、上記のホール注入電極２と電子注入電極５とにそれぞれリード線１０を接続させて電圧を印加させるようにすると共に、上記の電子注入電極５を被覆するようにしてＡｌＮで構成された膜厚が５００Åの放熱層６を設けている。
【００１８】
【化１】
0003553672.tif 000002
【００１９】
【化２】
0003553672.tif 000003
【００２０】
次に、この実施例の有機ＥＬ素子を製造する方法を具体的に説明する。
【００２１】
まず、ガラス基板１上にＩＴＯで構成されたホール注入電極２を形成したものを中性洗剤により洗浄した後、これをアセトン中で２０分間、エタノール中で２０分間それぞれ超音波洗浄を行なった。
【００２２】
そして、上記のＩＴＯからなるホール注入電極２上に、上記のＭＴＰＤを蒸着させてホール輸送層３を形成し、このホール輸送層３上に上記のトリス（８−キノリノール）アルミニウムを真空蒸着させて発光層４を形成し、さらにこの発光層４の上にマグネシウム・インジウム合金からなる電子注入電極５を真空蒸着により形成した。なお、これらの蒸着は何れも真空度１×１０−５Ｔｏｒｒ、基板温度２０℃で行なうと共に、ホール輸送層３及び発光層４については、その蒸着速度を２Å／ｓｅｃの条件で行なった。
【００２３】
そして、上記のように形成された電子注入電極５の上にＡｌＮで構成された放熱層６を設けるにあたっては、Ａｌをターゲットに用い、Ｎ２  ：Ａｒ＝１：１の雰囲気条件下においてＲＦスパッタリングにより形成するようにし、この時のスパッタ条件は、真空度１×１０−２Ｔｏｒｒ、基板温度２０℃、電力２００Ｗ（付着速度１００Å／ｈ）で行なった。
【００２４】
このようにＡｌＮで構成された放熱層６を設けると、ホール注入電極３から注入されたホールと電子注入電極５から注入された電子とが発光層４の部分において再結合して発光する際に熱が発生したとしても、この熱が蓄積されることなくこの放熱層６を通して放熱されるようになった。また、この放熱層６に用いたＡｌＮは耐化学薬品性に優れると共に強度が大きく、さらにこのＡｌＮの熱膨張率が５．３×１０−６／℃で、ガラス基板１の熱膨張率８×１０−６／℃に比較的似ているため、この放熱層６が良好な封止層としても作用し、電子注入電極５の酸化等も抑制されるようになった。
【００２５】
（比較例１）
この比較例の有機ＥＬ素子においては、図２に示すように、上記実施例１と同様に、ガラス基板１上にＩＴＯで構成された透明なホール注入電極２と、ＭＴＰＤで構成されたホール輸送層３と、トリス（８−キノリノール）アルミニウムで構成された発光層４と、マグネシウム・インジウム合金で構成された電子注入電極５とを順々に形成する一方、この比較例においては、上記の電子注入電極５上にエポキシ樹脂で構成された封止層７を設けるようにした。
【００２６】
そして、上記の実施例１の有機ＥＬ素子とこの比較例１の有機ＥＬ素子とを、それぞれ乾燥空気中で１０ｍＡ／ｃｍ２  の定電流で駆動させて連続発光試験を行ない、各有機ＥＬ素子におけるＥＬ光の輝度がどのように変化するかを測定し、その結果を図３に示した。なお、この図３においては、有機ＥＬ素子における初期輝度を１としてその変化を示した。
【００２７】
この結果、ＡｌＮで構成された放熱層６を設けた実施例１の有機ＥＬ素子はエポキシ樹脂で構成された封止層７を設けた比較例１の有機ＥＬ素子に比べて、輝度が半減する時間が約１．２倍の７８時間に向上していた。
【００２８】
（実施例２）
この実施例における有機ＥＬ素子も、前記実施例１の有機ＥＬ素子と同様に、ガラス基板１上に、ＩＴＯで構成された透明なホール注入電極２と、ＭＴＰＤで構成されたホール輸送層３と、トリス（８−キノリノール）アルミニウムで構成された発光層４と、マグネシウム・インジウム合金で構成された電子注入電極５とが形成されたＳＨ−Ａ構造になっているが、この実施例の有機ＥＬ素子においては、図４に示すように、上記のホール注入電極２とホール輸送層３との間に、ＥＬ光が通過できるように、メッシュ状になったＳｉＣで構成された膜厚が５００Åの放熱層６を形成すると共に、上記の電子注入電極５上に上記比較例１の場合と同様にエポキシ樹脂で構成された封止層７を設けている。
【００２９】
ここで、上記のようにホール注入電極２とホール輸送層３との間にメッシュ状になったＳｉＣで構成された放熱層６を設けるにあたっては、前記の実施例１の場合と同様に、ガラス基板１上にＩＴＯで構成されたホール注入電極２を形成したものを中性洗剤により洗浄し、これをアセトン中で２０分間、エタノール中で２０分間それぞれ超音波洗浄を行なった後、メタルマスクを用いたプラズマＣＶＤ法により、シラン（ＳｉＨ４  ）とメタン（ＣＨ４  ）とを１：１の比で用い、基板温度２５０℃、電力１５０ｍＷ／ｃｍ２  の条件下で、線幅３０μｍ，格子の大きさ３０μｍのメッシュ状になったＳｉＣの放熱層６を形成した。
【００３０】
このようにしてメッシュ状になったＳｉＣの放熱層６を形成した後は、前記実施例１の場合と同様にして、ＭＴＰＤで構成されたホール輸送層３と、トリス（８−キノリノール）アルミニウムで構成された発光層４と、マグネシウム・インジウム合金で構成された電子注入電極５とを順々に形成した後、上記の比較例の場合と同様に、この電子注入電極５上にエポキシ樹脂で構成された封止層７を設けるようにした。
【００３１】
そして、この実施例２の有機ＥＬ素子についても、上記実施例１の有機ＥＬ素子と同様に、乾燥空気中で１０ｍＡ／ｃｍ２  の定電流で駆動させて連続発光試験を行ない、この有機ＥＬ素子におけるＥＬ光の輝度がどのように変化するかを測定し、その結果を上記比較例１の有機ＥＬ素子の結果と合わせて図５に示した。なお、この図５においても、図３の場合と同様に有機ＥＬ素子における初期輝度を１としてその変化を示した。
【００３２】
この結果、上記のようにホール注入電極２とホール輸送層３との間にメッシュ状になったＳｉＣからなる放熱層６を設けた実施例２の有機ＥＬ素子は、上記の比較例１の有機ＥＬ素子に比べて、輝度が半減する時間が約１．１倍の７０時間に向上していた。
【００３３】
なお、上記実施例１，２においては、素子構造がＳＨ−Ａ構造になった有機ＥＬ素子の例を示しただけであるが、この発明における有機ＥＬ素子はＳＨ−Ａ構造ものに限られず、前記のＤＨ構造やＳＨ−Ｂ構造のものであっても同様の効果が得られる。
【００３４】
また、上記実施例のものにおいて、放熱層６による熱放散をより効率よく行なうために、放熱層６にヒートシンクを接合させるようにすることも可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明における有機ＥＬ素子においては、ホール注入電極から注入されたホールと電子注入電極から注入された電子とが、有機材料を用いた発光層の部分において再結合して発光する際に熱が発生したとしても、この熱が金属窒化物や金属炭化物で構成された放熱層を通して外部に放熱されるようになり、発光層やキャリア輸送層に用いた有機材料が熱によって劣化するということが少なくなり、従来の有機ＥＬ素子に比べて長期にわたって安定した発光が行なえるようになった。
【００３６】
また、上記の金属窒化物または金属炭化物からなる放熱層を電子注入電極を覆うようにして設けると、この放熱層により電子注入電極の酸化も抑制され、より安定した発光が行なえるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１における有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【図２】比較例１における有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【図３】実施例１及び比較例１の各有機ＥＬ素子における連続発光特性を示した図である。
【図４】この発明の実施例２における有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【図５】実施例２及び比較例１の各有機ＥＬ素子における連続発光特性を示した図である。
【符号の説明】
１  ガラス基板
２  ホール注入電極
３  ホール輸送層
４  発光層
５  電子注入電極
６  放熱層
【図１】
0003553672.tif 000004
【図２】
0003553672.tif 000005
【図３】
0003553672.tif 000006
【図４】
0003553672.tif 000007
【図５】
0003553672.tif 000008