(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明導電膜付ガラス基板上に、仕事関数の大きい反射電極と小さい反射電極を設け、該電極間に有機薄膜層を挟持した有機薄膜ＥＬ素子において、該有機薄膜ＥＬ素子の一方又は複数の端面を除いて金属層が形成してなることを特徴とする端面発光有機薄膜ＥＬ素子。
【請求項２】
透明導電膜付ガラス基板上に、仕事関数の大きい反射電極と小さい反射電極を設け、該電極間に複数の有機薄膜層を挟持した有機薄膜ＥＬ素子において、該有機薄膜ＥＬ素子の一方又は複数の端面を除いて金属層が形成してなることを特徴とする積層型の端面発光有機薄膜ＥＬ素子。
【請求項３】
上記有機薄膜ＥＬ素子において、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２の混合薄膜層を備えてなることを特徴とする請求項１または請求項２の端面発光有機薄膜ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、端面発光有機薄膜ＥＬ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
１９６６年Ｈｅｌｆｒｉｃｈ等は、蛍光を発する有機半導体に電子的キャリヤーを注入し、その中で電子と正孔の再結合が起これば発光が得られると考え、アントラセンの単結晶にキャリヤーを注入することに成功し、蛍光スペクトルに一致したＥＬ発光を観測した。
その後、１９８６年九州大と米国ベル研究所の共同研究チームにより、ペリレン蒸着膜が発光層に使われ、昼間でも肉眼で認められるＥＬが観測された。
【０００３】
１９８７年イーストマンコダック社のＴａｎｇ等により、ペリレン蒸着膜より、電子輸送能に優れているＡｌ  ｑ３蒸着膜を用い、トリフェニルアジシミン誘導体との界面にｐ−ｎ接合が良好に形成され、更に陰極材料に電子を放出しやすいＭｇ／Ｉｎ合金を使った高輝度ＥＬ（ｄｃ  ｌ０Ｖ  ｌ０００ｃｄ／ｍ２）が発表された。この発表を機会に、有機薄膜ＥＬ素子に関する研究は急速に進み、応用物理学会、日本化学会、高分子学会等の研究発表件数が増加してきた。
【０００４】
以上の有機薄膜ＥＬ素子の発光原理は、強い蛍光を持つ有機色素の薄膜の両端に電極を取り付け、直流電圧を印加することにより、仕事関数が小さい材料を用いた陰極から電子を、仕事関数が大きい材料を用いた陽極から正孔が注入され、注入された電子と正孔は薄膜中を移動し、発光再結合する事によって光を発するものである。
このときの発光再結合する過程は、
１）  注入された電子は価電子バンドの正孔と直接再結合をし発光する、
２）  一度発光中心に捕獲された後に正孔と発光再結合する、
３）  非発光中心を介して正孔と再結合し熱を放出して熱平衡状態にはいる、
これらのどれかの過程、または複数の過程を通って基底状態に戻る。
発光再結合の非発光再結合に対する割合が大きいほど発光の内部量子効率が高く、その結果、輝度が高くなる。
そして、この発光が薄膜有機薄膜ＥＬ素子の端面または透明電極を通して面発光として現れる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一方、大きな輝度を有するＥＬ素子でのマルチカラー化、フルカラー化は達成されていなかった。
特に、有彩色の複数色を発光せしめる高信頼性を有する素子の構造については未だ検討が不十分であった。
【０００６】
一方、一般的な技術課題、例えば、発光輝度、駆動電圧等の種々の問題は改善されつつあるが、残された最大の課題は素子の長期寿命特性の向上である。このためには、生産技術的に、素子の封止技術の確立が最大の課題である。
更に、外部発光効率の一層の向上を図りつつ、凝集構造の経時劣化や化学劣化を起こしにくい構造、そして、これらに適した薄膜材料の探索が望まれている。
上記の素子の劣化の原因は酸素の吸着による表面の電子状態の変化、及び水分の吸着による有機薄膜層の凝集による化学劣化を起こすものと考えられている。これを防止するためには、一定の無機酸化膜により素子外周に防湿層を形成することが効果的である。
しかし、その材料と組成の面で不明確な点が多かった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
ｌ）外部発光効率の向上
本発明に係る単色の端面発光有機薄膜ＥＬ素子の構造の一例を図１に示し、三層構成の端面発光有機薄膜ＥＬ素子にかかる一例を図２に示す。
これらの構造は、端面発光せしめる部位を除き、全て、反射金属層に覆う構造になっている。このような構造を形成することにより、発光によって生じた光をマイクロキャビティーとして閉じこめることができ、一方から強い光を取り出し得ることを見出したものである。
【０００８】
マイクロキャビティは、発光の光の干渉効果により生じ、この干渉効果による輝度の増加は、有機層の厚さに強く依存する。具体的には、０．０４〜０．０８μｍで輝度の極大が認められた。
【０００９】
次に反射電極（１）は仕事関数の大きい材料からなり、具体的にはＡｕ、Ａｕ：Ａｇ、ＳｎＯ２、ＩＴＯ、Ｐｔ、Ｓｅ、Ｔｅ等が該当する。反射電極（２）は仕事関数の小さい材料からなり、具体的にはＮａ、Ｎａ：Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｇ：Ａｇ、Ｃａ、等が該当する。
【００１０】
このような結果を基に図１の端面発光有機薄膜ＥＬ素子を作成し、この素子の「輝度−電流特性」を測定し、結果を図３に示す。同一発光層で形成したＥＬ素子を面方向から測定した結果は単位面積あたり１０ｍＡの電流密度で赤色と緑色が８００ｃｄ／ｍ２、青色は２００ｃｄ／ｍ２であった。
【００１１】
発光層を構成する材料としては、Ａｌｑ３（Ａｌｑ３：ｔｒｉｓ（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ａｌｕｍｉｎｉｕｍ）、シンカシャレッドＢ、ＤＣＭ（ＤＣＭ：ジシアノメチレンピラン誘導体）やＤＰＶＢｉ  （ＤＰＶＢｉ：４，４’−ｂｉｓ‐ｄｉｐｈｅｎｙｌｖｉｎｙｌｂｉｐｈｅｎｙｌ）が例示できる。これらは、単体又は複数の発光材料を組み合わせて、発光層を構成することができた。
また、単色または複数の素子をいかなる順序で積層せしめても上記効果は変化無いことを確認した。
【００１２】
一方、発光層と組み合わせて用いる正孔層を構成する正孔輸送材料の要件は非晶性の材料であって、同時に、大面積薄膜形成能が高いこと、薄膜中のキャリヤ移動度が高いことが求められる。この材料として電子写真感光体材料、例えばＴＰＤ（ｍ）  （ＴＰＤ（ｍ）：Ｎ，Ｎ’−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−Ｎ，Ｎ’−ｂｉｓ（３‐ｍｅｔｈｙｌ−ｐｈｅｎｙｌ）−１，１−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−４，４’−ｄｉａｍｉｎｅ）が使用できる。
不純物を含むとキャリヤ再結合によって生じた励起子のエネルギーを奪い、いわゆるクエンチャーとして作用するため、この正孔輸送材料は、再結晶法や昇華法により充分な精製が必要である。
【００１３】
２）封止技術の改良
上述のように素子の劣化の原因は酸素の吸着による発光体表面の電子状態の変化、水分の吸着による有機薄膜層に凝集による化学劣化を起こすといる原因に着目して材料選定を行った。この結果、酸素の進入の防止にはＳｉＯ２が効果的であり、水分の進入の防止にはＡｌ２Ｏ３が効果的であることが判った。
【００１４】
この結果を背景として、これらを混合せしめて、封止層として最適な混合比を調べた。この結果を図４に示す。なお、図４にかかる試験内容は、混合モル比と輝度半減期の関係を求めたものである。試験条件は、６０℃９０％の恒温恒湿下にて、連続的にＤＣ１０ｍＡ／ｃｍ２を通電したものである。
【００１５】
ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の混合モル比が２乃至４対８乃至６において特に封止層としての特性が優れ、望ましくは３対７になったとき特に優れていることが判った。
【００１６】
また、２つの材料の層構成は、積層構造・混合層構造ともに同様な効果を奏することも判明した。
【００１７】
【実施例】
更に本発明の内容を明確にすべく実施例を挙げて説明する。
【００１８】
実施例１
図５は本発明に係る端面発光有機薄膜ＥＬ素子の組立のフローを示すものである。
厚さ１．１ｍｍのガラス基板を超音波洗浄により充分洗浄後、ＩＴＯを０．２μｍの膜厚にてスパッタ成膜した。このＩＴＯの電極を形成すべくエッチングによりパターニングを行った。
次いで、この上に反射電極として、Ａｕ：Ａｇ（１０：１）を０．１μｍの膜厚にて、スパッタ成膜した。
【００１９】
次いで、正孔輸送層及び発光層を形成した。
具体的には、高真空下で窒素ガスの予熱を十分に行った昇華精製装置で精製したＴＰＤ（ｍ）をタングステンボードに装荷して、抵抗加熱法で０．０５μｍの膜厚で成膜した。
そして、この上に昇華精製されたＡｌｑ３に対しＤＣＭを１．０ｗｔ％添加した蛍光色素を石英ボードに装荷して、抵抗加熱法で０．０４μｍの膜厚で成膜した。
尚、正孔輸送層及び発光層を所定形状に成膜するために、ステンレス等薄板によりマスキングを行う。
【００２０】
更に、反射電極を形成する。
具体的には、仕事関数の小さい材料であるＭｇ：Ａｇ（１０：１）を直流スパッタ装置を使用して０．１μｍの膜厚で成膜した。ＭｇにＡｇを添加するのは、反射効率の向上と電極劣化を防止する効果があるためである。
【００２１】
反射電極まで形成した積層体全体に耐久性を向上させる目的でＡｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２（７ｍｏｌ：３ｍｏｌ）を高周波スパッタリング法で０．２μｍの膜厚にて成膜した。
【００２２】
最後に、光の導出口以外を０．２μｍの膜厚になるように金属クロムからなる薄膜で覆った。
【００２３】
この様にして得られた端面発光有機薄膜ＥＬ素子の透明電極と背面電極に電圧を印加し駆動させたところ、赤色（ｘ＝０．６７、ｙ＝０．３３）で輝度が従来の面発光装置の約１００倍の発光が達成された。
【００２４】
実施例２
図６は本発明に係るＲＧＢ三原色の三層構成の端面発光有機薄膜ＥＬ素子の組立のフローを示すものである。
【００２５】
厚さ１．１ｍｍのガラス基板を超音波洗浄により充分洗浄後、ＩＴＯを０．２μｍの膜厚にてスパッタ成膜した。このＩＴＯの電極を形成すべくエッチングによりパターニングを行った。
次いで、この上に反射電極として、Ａｕ：Ａｇ（１０：１）を０．１μｍの膜厚にて、スパッタ成膜した。
更に実施例１と同様に正孔輸送層と赤色発光層を形成し、その上に反射電極を形成した。
この上に絶縁層としてＳｉＯ２を０．２μｍの膜厚で成膜し、赤色のＥＬ素子を形成した。
【００２６】
上記の操作を繰り返し、緑色のＥＬ素子、青色のＥＬ素子を順次積層した。
【００２７】
最後に、上記の３原色のＥＬ素子全体にＡｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２（７ｍｏｌ：３ｍｏｌ）を高周波スパッタリング法で０．２μｍの膜厚にて成膜し、光の導出口以外を０．２μｍ  の膜厚になるように金属クロムからなる薄膜で覆った。
【００２８】
この様にして得られた端面発光有機薄膜ＥＬ素子の透明電極と背面電極に電圧を印加し駆動させたところ、図７のような色度座標を有するフルカラーＥＬ素子が得られ、同時に全体のホワイトバランスも（ｘ＝０．３６、ｙ＝０．３８）となった。そして、輝度の面でも単光色での輝度同様、従来の面発光装置の約１００倍の発光が達成された（図８）。
【００２９】
【発明の作用並びに効果】
本発明に依れば、耐久性の優れ、同時に従来の面発光に対し、１００倍もの高輝度のＥＬ素子を得ることができる。
また、単色のみならず、複数色の発光もその性能を低下させることなく駆動可能なため、フルカラー表示をも得ることができるという効果を奏するものである。
【００３０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る１層構成（単色）の端面発光有機薄膜ＥＬ素子の断面構造を示す。
【図２】本発明に係る３層構成（三原色）の端面発光有機薄膜ＥＬ素子の断面構造を示す。
【図３】本発明に係る一層構成の端面発光有機薄膜ＥＬ素子の「輝度−電流密度特性」を示す図である。
【図４】防湿層に使用される「輝度半減期−ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の混合モル比」の関係を示す図である。
【図５】本発明に係る一層構成の端面発光有機薄膜ＥＬ素子の組立のフローを示す図である。
【図６】本発明に係る三層構成の端面発光有機薄膜ＥＬ素子の組立のフローを示す図である。
【図７】本発明に係る三層構成の端面発光有機薄膜ＥＬ素子の各層の色度を示す図である。
【図８】本発明に係る三層構成の端面発光有機薄膜ＥＬ素子の三色を併せた「輝度−電流密度特性」を示す図である。
【符号の説明】
１１  ガラス基板
１２  透明導電膜
１３  反射電極（１）
１４  正孔輸送層
１５  発光層
１６  反射電極（２）
１７  防湿層
１８  反射金属
２１  ガラス基板
２２  透明導電膜
２３  反射電極（１）
２４  正孔輸送層
２５  Ｒ発光層
２６  反射電極（２）
２７  絶縁膜
２８  Ｇ発光層
２９  Ｂ発光層
２１０  防湿層
２１１  反射金属
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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