(57)【要約】【課題】シリコン窒化酸化物の応力を連続的に変化させることにより、膜剥れを起こすこと無く、高いバリヤ性を持たせることができる保護層を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明による有機エレクトロルミネッセンス素子においては、上部に設けられる保護層の少なくとも一部分は、有機物層側から外側に内部応力の連続的に変化するシリコン窒化酸化物層として形成される。また本発明による有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法では、保護層の少なくとも一部分を成すシリコン窒化酸化物層はスパッタリング法又はＣＶＤ法によって形成される。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明または半透明の基板上に、少なくとも正孔を注入する陽極と、発光領域を備えた発光層と、電子を注入する陰極と、上部に設けられた保護層とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、上記保護層の少なくとも一部分が、有機物層側から外側に内部応力の連続的に変化するシリコン窒化酸化物層として形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２】
上記保護層におけるシリコン窒化酸化物層のシリコン元素、窒素元素及び酸素の比率が０．５＜Ｘ＜１、０＜Ｙ＜０．５であることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
上記保護層がシリコン窒化酸化物層の上に樹脂被覆層を備えていることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
透明または半透明の基板上に、少なくとも正孔を注入する陽極と、発光領域を備えた発光層と、電子を注入する陰極と、上部に設けられた保護層とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、上記保護層の少なくとも一部分を成すシリコン窒化酸化物層をスパッタリング法又はＣＶＤ法によって形成す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の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、種々の表示装置、それら装置の光源又はバックライト、或いは光通信機器に使用される発光素子等に用いられ得る有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エレクトロルミネッセンス素子は、固体蛍光性物質の電界発光を利用した発光素子であり、無機系材料を発光体として用いた無機エレクトロルミネッセンス素子と有機材料を用いたエレクトロルミネッセンス素子とがある。最初に実用化されたのは無機エレクトロルミネッセンス素子で、液晶ディスプレイのバックライト等に利用されてきた。一方、有機材料を用いたエレクトロルミネッセンス素子は初期の開発研究では発光効率が非常に悪く、本格的な実用化研究へは進展しなかったが、その後の研究開発により１９８７年代には有機材料を正孔輸送層と発光層とに分けた機能分離型の積層構造をもち、１０Ｖ以下の低電圧でも１０００ｃｄ／ｍ２以上の高い発光輝度が得られる有機エレクトロルミネッセンス素子が提案された。その後、同様な機能分離型の積層構造をもつ有機エレクトロルミネッセンス素子についての研究が盛んに行われるようになり、実用化されるようになってきた。
【０００３】
添付図面の図２には、従来構造の有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示している。図２に示す有機エレクトロルミネッセンス素子は、ガラス等の透明又は半透明の基板１上に、陽極２、正孔輸送層３、発光層４、陰極５を順に積層した構造をもっている。陽極２はＩＴＯ等の透明な導電性膜から成り、スパッタリング法や抵抗加熱蒸着法等により形成される。正孔輸送層３は、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ジフェニル−４，４’−ジアミン等から成り、抵抗加熱蒸着法等により形成される。発光層４は８−ヒドロキシキノリンアルミニウム等から成り、正孔輸送層３と同様に抵抗加熱蒸着法等により形成される。また陰極５は、１００ｎｍ〜３００ｎｍの膜厚の金属膜から成り、同様に抵抗加熱蒸着法等により形成される。
【０００４】
このように構成した従来の有機エレクトロルミネッセンス素子においては、陽極２をプラス極、陰極５をマイナス極として、これら電極に直流電圧又は直流電流を印加することにより、陽極２から正孔輸送層３を介して発光層４に正孔が注入され、陰極５から発光層４には電子が注入される。これにより発光層４内で正孔と電子の再結合が生じ、これに伴って生成される励起子は励起状態から基底状態へ移行し、発光する。
【０００５】
この種の有機エレクトロルミネッセンス素子においては、特性を向上するために多くの場合陰極に活性の高い合金材料が使用されている。そのため、空気中の水分や酸素との反応による腐食や酸化が生じ易い。このように腐食や酸化により陰極が劣化すると、発光層内にダークスポットと呼ばれる未発光部が著しく成長され、有機エレクトロルミネッセンス素子における経時的な特性劣化の原因となっている。またこの種の有機エレクトロルミネッセンス素子では、陰極の他に、発光層や正孔輸送層等の有機薄膜層に用いられる有機材料においても、一般に水分や酸素との反応によって構造の変化が生じるため、同様にダークスポットを成長させる原因となっている。
【０００６】
ダークスポットの成長に関して、例えば１０−４Ｔｏｒｒ程度の真空中に存在するような極微量の水分であっても、ダークスポットの成長を促進させてしまうことが従来報告されている。従って、ダークスポットの成長を完全に抑制し、有機エレクトロルミネッセンス素子の耐久性や信頼性を高めるためには、有機エレクトロルミネッセンス素子全体を封止して陰極や有機薄膜層に用いる材料と水分や酸素との反応を防止する必要がある。
【０００７】
有機エレクトロルミネッセンス素子の封止については、従来多くの提案がなされてきた。例えば、絶縁性無機化合物からなる保護膜を形成した後、電気絶縁ガラス又は電気絶縁性気密流体によりシールドする方法、封着した気密容器内に乾燥剤を封入する方法等がある。しかし、これらの従来の解決方法では、有機エレクトロルミネッセンス素子の特徴である薄型化が損なわれ、今後需要が高まるとみられるフィルム化に対応することは困難である。
【０００８】
フィルム化に対応した封止方法としては、保護膜を形成して有機エレクトロルミネッセンス素子を被覆することが提案されており、例えばＳｉ３Ｎ４やダイアモンドのような炭素膜等をＥＣＲプラズマＣＶＤ法により有機エレクトロルミネッセンス素子の外表面に形成する方法が提案されている。
【０００９】
また、ダークスポットの成長は、ダークスポットの中心部に核となる物質が存在し、この核部を介して水分が素子部へと進入することが原因であるとの報告がある。ところで核はサブミクロン程度から数十ミクロン程度まで種々の大きさをもっており、これら全ての核への水分の侵入を防ぐための保護膜としては膜単体での透湿性が低くしかも厚膜形成が可能であるという特性をもたなければならない。しかし、上述の従来の方法では上記の特性を満足できる保護膜を提供することができない。
【００１０】
さらに、ダークスポット成長と同様な現象として、発光面端部から非発光領域が次第に成長していくことも報告されている。有機エレクトロルミネッセンス素子の端部では有機材料が剥き出しになっており、そこから水分が進入することに起因するものであり、特に発光面を高精細のドット状に形成した場合にその影響が非常に大きなものとなる。このような発光面端部からの非発光領域成長を抑制する手段として満足できるものは従来提案されていない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の有機エレクトロルミネッセンス素子では、上述のように、有機エレクトロルミネッセンス素子の耐久性や信頼性を高めるための保護膜は、陰極や有機薄膜層に用いる材料と水分や酸素との反応を防止するための素子全体の封止、フィルム化に対応した封止、膜単体での透湿性が低くしかも厚膜形成が可能であるという特性、及び発光面端部からの非発光領域成長の抑制の観点から十分満足できるものではない。
【００１２】
そこで、本発明は、シリコン窒化酸化物の応力を連続的に変化させることにより、膜剥れを起こすこと無く、高いバリヤ性を持たせることができる保護層を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、透明または半透明の基板上に、少なくとも正孔を注入する陽極と、発光領域を備えた発光層と、電子を注入する陰極と、上部に設けられた保護層とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、上記保護層の少なくとも一部分が、有機物層側から外側に内部応力の連続的に変化するシリコン窒化酸化物層として形成されていることを特徴としている。
【００１４】
保護層におけるシリコン窒化酸化物層のシリコン元素、窒素元素及び酸素の比率は好ましくは０．５＜Ｘ＜１、０＜Ｙ＜０．５であり得る。
【００１５】
保護層は好ましくはシリコン窒化酸化物層の上に樹脂被覆層を備え得る。
【００１６】
また本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法においては、保護層の少なくとも一部分を成すシリコン窒化酸化物層はスパッタリング法又はＣＶＤ法によって形成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面の図１を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１には、本発明による有機エレクトロルミネッセンス素子の構成を示している。図１に示す有機エレクトロルミネッセンス素子において、透明または半透明の基板１上に、少なくとも正孔を注入する陽極２と、正孔輸送層３と、発光領域を備えた発光層４と、電子を注入する陰極５と、上部に設けられた保護層６とを有している。
【００１８】
上部に設けられた保護層６の少なくとも一部分はシリコン窒化酸化物層７として形成され、このシリコン窒化酸化物層７の内部応力が有機物層側から外側に連続的に変化するように構成されている。また、保護層６はシリコン窒化酸化物層７上に樹脂被覆層８を備えている。
【００１９】
【実施例１】
スパッタリング法により、ガラス基板１上に陽極２として膜厚１２０ｎｍのＩＴＯ膜を形成した後、フォトレジスト（東京応化工業社製、ＯＦＰＲ−８００）をスピンコート法により塗布し、厚さ２μｍのレジスト膜を形成した。次にマスク露光、現像し、レジスト膜をパターニングしたあと、ＨＩガスを用いたＲＩＥ法によりＩＴＯ膜をドライエッチングし、レジスト膜を剥離して、ＩＴＯパターン付ガラス基板を得た。
【００２０】
次にＩＴＯ付ガラス基板１をオゾン処理及び紫外線処理でクリーニングしてから、抵抗加熱蒸着装置を用いてＮ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ジフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）から成る正孔輸送層３を成膜速度０．２ｎｍ／ｓで２０ｎｍの膜厚で成膜した。
【００２１】
次に８−ヒドロキシキノリンアルミニウムから成る発光層４を抵抗加熱蒸着装置を用いて成膜速度０．３ｎｍ／ｓで膜厚３５ｎｍで成膜した。
【００２２】
次に抵抗加熱蒸着装置を用いて１５原子％のＬｉを含むＡｌ−Ｌｉ合金を陰極５として２００ｎｍの膜厚で成膜した。
【００２３】
次に陰極５上にパッシベーション膜としてＳｉＮ膜を、反応性ＤＣマグネトロンスパッタリング法により、ターゲットにＳｉを用い、Ａｒを３０ｓｃｃｍ、Ｎ２を２０ｓｃｃｍ供給しながら、電力を１ｋＷ投入し、圧力２．６Ｐａで成膜を開始し、０．１Ｐａ／ｍｉｎの一定の割合で圧力を変化させて、圧力が０．４Ｐａになるまで成膜した。成膜後、膜厚を測定したところ、２．５μｍであった。
【００２４】
このようにして得られた有機エレクトロルミネッセンス素子を４０℃、９０％ＲＨ下で保管し、ダークスポット発生までの日数を調べた結果を表１に示す。
【００２５】
【実施例２】
陰極５上にパッシベーション膜としてＳｉＮ膜をプラズマＣＶＤ法により成膜した以外は実施例１と同様に素子を作製した。成膜条件はＳｉＨ４を５０ｓｃｃｍ、Ｎ２を１０００ｓｃｃｍそれぞれ供給し、ｒｆパワーは５００Ｗ投入し、圧力が３００Ｐａで成膜を開始し、４０Ｐａになるまで１０Ｐａ／ｍｉｎの一定の割合で圧力を変化させて成膜した。成膜後、膜厚を測定したところ、２．６μｍであった。
【００２６】
【比較例１】
ＳｉＮ成膜時の圧力を０．４Ｐａ一定としたこと以外は実施例１と同様に成膜し、膜厚２．５μｍの窒化シリコン膜を得た。
【００２７】
【比較例２】
ＳｉＮ成膜時の圧力を２．６Ｐａ一定としたこと以外は実施例１と同様に成膜し、膜厚２．５μｍの窒化シリコン膜を得た。
【００２８】
【比較例３】
ＳｉＮ成膜時の圧力を２．６Ｐａとして１．２５μｍ成膜したのち、圧力０．４Ｐａで１．２５μｍ成膜し得たこと以外は実施例１と同様に成膜し、膜厚２．５μｍの窒化シリコン膜を得た。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明による有機エレクトロルミネッセンス素子においては、有機エレクトロルミネッセンス素子の保護層の少なくとも一部分をシリコン窒化酸化物の内部応力傾斜層として形成しているので、応力により素子部を破壊することなく、ダークスポットの原因となる外部からの水分、酸素等の浸入を完全に防止することが可能となる。
【００３１】
また、本発明による有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法においては、保護層の少なくとも一部分をシリコン窒化酸化物の内部応力傾斜層としてスパッタリング法又はＣＶＤ法によって形成しているので、応力により素子部を破壊することなく膜厚の保護層を簡単に形成することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における有機エレクトロルミネッセンス素子の要部断面図。
【図２】従来の有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す要部断面図。
【符号の説明】
１：基板
２：陽極
３：正孔輸送層
４：発光層
５：陰極
６：保護層
７：内部応力傾斜シリコン窒化酸化物（ＳｉＯＮ）層
８：樹脂被覆層
【図１】
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【図２】
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