(57)【要約】【課題】十分な製品寿命を達成することができる有機電界発光素子を提供すること。【解決手段】本発明の有機電界発光素子は、基板１と、該基板１上に形成された下部電極２と、該下部電極２上に設けられた有機電界発光部７と、該有機電界発光部７の上に形成された上部電極６と、前記基体１上に形成された前記下部電極２と前記有機電界発光部７と前記上部電極６とを覆うように設けられた封止層９と、該封止層９上に形成された撥水層１０を備えたことを特徴とし、前記基板１が透光性を有し、前記光発光素子が下部電極２と、該下部電極２上に設けられた有機電界発光部７と、該有機電界発光部７の上に形成された上部電極６とを具備することを特徴とするものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に光発光素子が設けられ、さらに該光発光素子を覆うように、前記基板上に、封止層と撥水層とを含む素子保護部が設けられてなることを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項２】
前記基板が透光性を有し、前記光発光素子が下部電極と、該下部電極上に設けられた有機電界発光部と、該有機電界発光部の上に形成された上部電極とを具備することを特徴とすることを特徴とする請求項１記載の有機電界発光素子。
【請求項３】
前記有機電界発光部が、正孔輸送層及び／又は電子輸送層を具備することを特徴とする請求項２記載の有機電界発光素子。
【請求項４】
前記有機電界発光部が、正孔阻止層及び／又は電子阻止層を具備することを特徴とする請求項２記載の有機電界発光素子。
【請求項５】
前記有機電界発光部が、発光層からなり、該発光層が正孔を輸送する能力と電子を輸送する能力とを兼ね備えた発光材料からなることを特徴とする請求項２記載の有機電界発光素子。
【請求項６】
前記封止層が、無機薄膜からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機電界発光素子。
【請求項７】
前記無機薄膜が酸化シリコン、窒化珪素、酸化アルミニウムの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項６記載の有機電界発光素子。
【請求項８】
前記撥水層が、有機シランからなる有機薄膜であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の有機電界発光素子。
【請求項９】
前記有機薄膜が、自己組織化された有機シラン単分子膜であることを特徴とする請求項８記載の有機電界発光素子。
【請求項１０】
前記有機シランのケイ素上の置換基が疎水性置換基であることを特徴とする請求項８又は９記載の有機電界発光素子。
【請求項１１】
前記疎水性置換基がフルオロアルキル基および炭化水素系官能基であることを特徴とする請求項１０記載の有機電界発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイや電子写真装置に用いられる発光素子に対して好適に用いられる有機電界発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電界発光素子（エレクトロルミネッセント素子）は蛍光性化合物に電場を加えることにより励起し、発光させる素子であり、現在無機系材料を発光体として用いた無機電界発光素子が実用化され、液晶ディスプレイのバックライトやフラットディスプレイ等への応用展開が図られている。
【０００３】
また最近では、有機系材料を発光体として用いた有機電界発光素子の開発も行われ、簡素な行程で作製プロセスの低コスト化が可能で、かつ高輝度（５００Ｃｄ／ｍ２以上）、高効率（１０ｌｍ／Ｗ）、直流低電圧駆動、高速応答性（ｎｓｅｃオーダー）などの特長を持つことから、実用化を目指した研究が盛んに行われている。
【０００４】
ところが図２に示す有機電界発光素子は、基板５１の上に下部電極５２が設けられ、その上に、正孔輸送層５３、発光層５４及び電子輸送層５５からなる有機発光部５７と、上部電極５６と、がこの順に形成され、基板５１側から光が放出される。
【０００５】
これらの中で、発光層５４、正孔輸送層５３及び電子輸送層５５の有機固体物質と、アルカリ金属やアルカリ土類金属を基本とした反応性の高い合金で構成され、カソードとなる上部電極５６とは、一般に水分や酸素に弱く、外部から浸透する酸素や水蒸気などのガスおよび素子内に存在する酸素や水分により劣化が起こり、ダークスポットと呼ばれる非発光領域の成長や発光輝度の低下が起こる。
【０００６】
従って有機ＥＬ素子の信頼性、耐久性を向上させるには、有機発光材料、有機電荷注入輸送材料や電極材料への水分及び酸素の浸透を防止するために、有機ＥＬ素子を封止しなければならない。
【０００７】
有機電界発光素子の封止方法についてはこれまでに多数の提案がなされてきた。現在既に実用化されている方法として、図３に示すように、有機電界発光素子表示面（光取り出し方向）の反対側から素子本体部を覆うように、吸水剤７０を内部に包含するように金属製又はガラス製の蓋７１で素子本体部を覆い、紫外線硬化樹脂などの接着剤７２で取り付ける方法がある（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００８】
しかし、このような方法では、吸湿剤７０などの材料費の増加と外部空気を遮断して取り付ける工程のための装備投資費の増加によって製造コストが高くなり、さらに金属製又はガラス製の蓋７１を設けたことにより厚みが厚くなるとともに重量も重くなってしまい、軽量化や薄型化には限界があるといった問題があった。
【０００９】
上記問題に対して、有機電界発光素子部の上に、有機フィルムや無機酸化物蒸着膜からなる、水分および酸素の浸透を防止する封止膜で有機ＥＬ素子を封止する方法も多く提案されている。（例えば、特許文献３、４参照）
【特許文献１】特開平５−１８２７５９号公報
【特許文献２】特開平５−３６４７５号公報
【特許文献３】特開平８−１１１２８６号公報
【特許文献４】特開２０００−２２３２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら特許文献３および特許文献４記載の封止膜を用いた方法では、薄膜封止により軽量、薄型化は実現できるものの、封止層表面への酸素、水蒸気などのガスの吸着を十分に防止することができず、長期間使用している間に酸素ガスや水蒸気が封止層を浸透し、上部電極や有機電界発光部を劣化させるため、製品寿命が不十分であるという問題があった。
【００１１】
したがって、本発明は、十分な製品寿命を達成することができる有機電界発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の有機電界発光素子は、光透過性基板と、該光透過性基板上に形成された下部電極と、該下部電極上に設けられた有機電界発光部と、該有機電界発光部の上に形成された上部電極と、前記光透過性基体上に形成された前記下部電極と前記有機電界発光部と前記上部電極とを覆うように設けられた封止層と、該封止層上に形成された撥水層を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
特に、前記封止層が無機薄膜からなることを特徴とするものである。酸素や水分の浸透を抑制する効果があるとともに、有機電界発光素子の薄型化、軽量化を実現できる。
【００１４】
特に前記無機薄膜が、酸化シリコン、窒化珪素、酸化アルミニウムの少なくとも１種を含むことが好ましい。酸素や水分の浸透を抑制することができる。
【００１５】
また、前記撥水層が有機シランからなる有機薄膜であることを特徴とするものである。表面への酸素や水蒸気などのガスの吸着が抑制され、有機電界発光素子内部への酸素および水分の浸透を低減することができる。
【００１６】
特に前記有機シランからなる有機薄膜が、自己組織化手法で形成された有機シラン単分散膜であることが好ましい。これにより、有機シラン化合物が密にパッキングされるため、表面への酸素や水蒸気などのガスの吸着が抑制され、有機電界発光素子内部への酸素および水分の浸透を著しく低減することができる。
【００１７】
さらに、前記有機シランのケイ素上の置換基が疎水性置換基であることを特徴とするものである。有機電界発光素子本体上部に樹脂を塗布する従来方法では、酸素や水分の浸透を完全に防止することは出来なかったが、有機シランからなる撥水層を設けることにより、有機電界発光素子表面の撥水性が向上し、表面への酸素や水蒸気などのガス吸着を抑制することができるため、阻止内部への酸素、水分の浸透を防止することができ、製品の長寿命化を実現できる。
【００１８】
特に前記疎水性置換基が、フルオロアルキル基もしくは炭化水素系官能基であることが好ましい。これにより、表面の撥水性をさらに向上することができ、表面への酸素や水蒸気などのガス吸着を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、有機電界発光素子の上部に設けた封止層では、酸素や水分の浸透を防止することが十分に達成できないことを知見し、封止層の上に撥水層を設けることによって、酸素や水蒸気などのガス吸着を防止し、有機電界発光素子への酸素および水分の浸透を防止する効果を顕著に高めることができ、耐久性に優れた有機電界発光素子を実現できるという新規な知見に基づいて為されたものである。
【００２０】
即ち、有機電界発光素子の表面に封止層と撥水層とを順次設けることによって、有機電界発光素子内部への酸素、水蒸気などのガスの透過が抑制され、有機電界発光素子の長寿命化が実現できる。
【００２１】
前記基板が透光性を有し、前記光発光素子が下部電極と、該下部電極上に設けられた有機電界発光部と、該有機電界発光部の上に形成された上部電極とを具備するため、低電圧駆動にて発光させることができる。
【００２２】
前記封止層が、無機薄膜からなるため、有機電界発光部への酸素および水分の浸透を防止することができる。
【００２３】
前記無機薄膜が酸化シリコン、窒化珪素、酸化アルミニウムの少なくとも１種を含むため、酸素および水蒸気などのガスのバリア性に優れるため、有機電界発光部の劣化を防ぐことができる。
【００２４】
前記撥水層が、有機シランからなる有機薄膜であるため、封止層９表面の微細な欠陥が修復し、表面への酸素や水蒸気などのガスの吸着を十分に抑制することができる。  その結果、膜中へのガスの浸透を防止することができる。
【００２５】
前記有機薄膜が、自己組織化された有機シラン単分子膜であるため、表面を親水性から疎水性に変化させ、表面への酸素や水蒸気などのガスの吸着防止に著しい効果を発現させることができる。
【００２６】
前記有機シランのケイ素上の置換基が疎水性置換基であるため、疎水性を向上させガスの吸着をさらに抑制することができる。
【００２７】
前記疎水性置換基がフルオロアルキル基および炭化水素系官能基であるため、疎水性をさらに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の有機電界発光素子は、図１に示すように光透過性の基板１と、光透過性基板１上に形成された下部電極２と、下部電極２上に設けられた有機電界発光部７と、有機電界発光部７の上に形成された上部電極６とからなる有機電界発光素子において、有機電界発光部７を覆うように、基板１の上に素子保護部が設けられていることが重要である。
【００２９】
このような構造を有することによって、低消費電力にて駆動させることができ、さらに信頼性に優れるという利点がある。
【００３０】
素子保護部は、封止層９と撥水層１０とを含み、有機電界発光部７の表面に封止層９を設け、さらに封止層９の上に撥水層１０を設けるのが防水性を高めるのに効果的である。
【００３１】
基板１は、透光性を有することが好ましい。これは、有機電界発光部７から発せられた光が基板１を通過して外部に取り出される理由によるものである。特に、基板１が可視光に対して透明であることが好ましい。また、基板１は、光学的等方性を有するとの点で好ましく、また、十分な耐熱性を有することが色純度ならびに耐久性の点で好ましい。
【００３２】
このような基板１としては、例えばソーダガラス、ホウ珪酸ガラス、石英、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、酢酸セルロース、ポリアリレートを例示することができる。このうち、特に透過率、コストの点でソーダガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン及びポリカーボネートが好ましく、耐熱性の点で、ソーダガラスが好ましい。
【００３３】
基板１の形状は特に制限はないが、特に、板状、シート状あるいはフィルム状等の形態で使用することが有機電界発光部７の形成が容易である点で好ましい。なお、基板１の厚さは、用途及び材質にあわせて適宜に設定できる。
【００３４】
下部電極２は、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯという）、錫酸化物等の仕事関数が大きく、発光を外部に放出させる透明導電性材料が適している。
【００３５】
有機電界発光部７は、単層構造もしくは機能別に積層した多層構造のいずれも採用することができる。例えば、図１（ａ）に示したように、有機電界発光部７が発光層４のみの単層からなる単層構造では、発光層４が正孔輸送特性と電子輸送特性を兼ね備えた材料からなり、その材料中に発光材料をドープする方法や発光材料自体に電荷輸送特性が付与された材料を用いる方法などを採用することができる。このような単層構造は、素子作成プロセスを簡略化できるだけでなく、膜厚化可能であることから、歩留まりが向上することができ、低コストの有機電界発光素子を提供できるという利点がある。
【００３６】
また、図１（ｂ）に示したように、発光層４と正孔阻止層８とからなる多層構造の場合、
両電極からの電荷の注入量を制御し、再結合部位における正孔と電子の密度を等しくするため、正孔注入電極として働く下部電極２と電子輸送層との間に正孔阻止層８を設けた構造が良い。このような構造を採用することで、再結合部位における正孔と電子の密度を等しくすることができ、発光効率を向上させることができるという利点がある。また、同様にして、電子注入電極となる上部電極６と正孔輸送層との間に電子阻止層を設けることも可能である。
【００３７】
また、図１（ｃ）に示したように、正孔注入電極の役割を果たす下部電極２と、電子注入電極の役割を果たす上部電極６との間に、正孔輸送層３と発光層４と電子輸送層５とが形成された多層構造が、再結合部における正孔と電子の密度を等しくする事が容易である点で好ましい。また、図示はしてないが、正孔注入電極と電子注入電極の間に正孔輸送層と発光層が形成されたＳＨ−Ａ構造、又は、正孔注入電極と電子注入電極の間に発光層と電子輸送層が形成された構造を採用しても良い。
【００３８】
上部電極６は、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、銀の単体金属又はこれらの合金であって仕事関数が小さく、且つ、抵抗が小さい導体薄膜を形成できる材料が用いられる。
【００３９】
封止層９は、無機薄膜からなることが有機電界発光部への酸素および水蒸気などのガスの浸透を防止し、有機電界発光素子の劣化を抑制できる点で好ましい。無機薄膜の中でも、特に、酸化シリコン、窒化珪素、酸化アルミニウムの少なくとも１種であることが好ましい。これらは、高分子系の有機薄膜に対して酸素および水蒸気などのガスのバリア性に優れるため、有機電界発光部の劣化を防止することができる。また、上記の無機薄膜を複数層に積層して形成することも可能である。
【００４０】
この無機薄膜はプラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、スパッタリング、熱蒸着、電子ビーム蒸着の少なくとも１種を選択して製造することができる。特に、プラズマＣＶＤ法であれば、基材の表面温度が１００℃以下の低温においても十分に薄膜の形成が可能であるという点において好ましい。
【００４１】
撥水層１０が、封止層９の表面に設けられていることが重要である。撥水層１０がない従来の場合には、封止層９の表面に酸素や水蒸気などのガスが吸着し、吸着された酸素や水蒸気などのガスが長期間使用中に封止層９に徐々に浸透していき、上部電極６や有機電界発光部７が酸素や水蒸気により酸化され、有機電荷発光素子が劣化してしまったが、撥水層１０を設けた本発明では、有機電界発光素子表面の撥水層１０には酸素や水蒸気が吸着することを抑制でき、封止層９に達する水分を大幅に減少することができる。従って、素子内部への酸素や水分の浸透を著しく低減できるため、製品の長寿命化を実現できる。
【００４２】
撥水層１０は、有機シランからなる有機薄膜であることが、有機電界発光素子内部への酸素および水蒸気などのガスの浸透を効果的に抑制することができるという点で好ましい。特に、この有機薄膜が、自己組織化された有機シラン単分散膜であることが好ましい。自己組織化とは、分子配列や配向を規制し、ナノメータスケールで構造と機能が高度に制御されることを意味するものであり、具体的には、封止層９表面の微細な欠陥が修復され、酸素や水蒸気などのガスの透過をより効果的に抑制することが可能となる。
【００４３】
前記有機薄膜は、原料ガスとして、構造式Ｒ１−ＳｉＸ４（Ｒ１は炭化水素系の有機置換基、Ｘはハロゲン原子である）で表されるオルガノシランを用い、ＣＶＤ法によって薄膜形成することができる。ここで、置換基Ｘは、ハロゲンあるいはアルコキシ基が好ましい。
【００４４】
さらに撥水性を向上するために、前記有機シランのケイ素上の置換基Ｒ１は、疎水性置換基、特にフルオロアルキル基もしくは炭化水素系官能基であることが好ましい。これにより、撥水層１０の表面が疎水性に変わり、酸素や水蒸気などのガスが抑制できる。
【実施例１】
【００４５】
透明なガラス基板上に光透過性のＩＴＯからなる下部電極を、スパッタリング法によって電極パターンを形成するように蒸着した。
【００４６】
その上に高分子系発光材料であるパラフェニレンビニレン中にドーパント材としてアルミキレート錯体分散した発光層をスクリーン印刷法にて形成した。さらにその上に、アルミニウム金属からなる陰極をＩＴＯ電極と対向するように電極パターンを形成後に、有機電界発光素子を大気中に暴露することなく、１００℃以下でプラズマＣＶＤ法により、封止層として酸化シリコン薄膜を形成した。
【００４７】
この封止層の上部にオルガノシランＲ１−ＳｉＣｌ４を用い、ＣＶＤ法によって薄膜を形成して撥水層とした。なお、オルガノシランのケイ素上の置換基Ｒ１は、疎水性置換基のフルオロアルキル基であった。このようにして図１（ａ）の有機電界発光素子を作製した。
【００４８】
得られた有機電界発光素子の製品駆動寿命は、１万５千時間以上であった。本発明によれば、素子表面が撥水性に優れているため、酸素や水蒸気などのガスの吸着が抑制され、結果として素子内部への酸素および水の浸透を防ぎ、素子劣化を抑制して、比較例に比べて寿命を大幅に向上することが達成できた。
【実施例２】
【００４９】
透明なガラス基板上に光透過性のＩＴＯからなる下部電極を、スパッタリング法によって電極パターンを形成するように蒸着した。
【００５０】
その上に電子阻止層としてトリフェニルアミン誘導体を蒸着した。
【００５１】
さらに電子阻止層の上に、アルミニウム金属からなる陰極をＩＴＯ電極と対向するように電極パターンを形成後に、有機電界発光素子を大気中に暴露することなく、１００℃以下でプラズマＣＶＤ法により、封止層として酸化シリコン薄膜を形成した。
【００５２】
この封止層の上部にオルガノシランＲ１−ＳｉＣｌ４を用い、ＣＶＤ法によって薄膜形成して図１（ｂ）の有機電界発光素子を作製した。なお、オルガノシランのケイ素上の置換基Ｒ１は、疎水性置換基のフルオロアルキル基であった。
【００５３】
得られた有機電界発光素子の製品駆動寿命は、１万５千時間以上であった。本発明によれば、素子表面が撥水性に優れているため、酸素や水蒸気などのガスの吸着が抑制され、結果として素子内部への酸素および水の浸透を防ぎ、素子劣化を抑制して、比較例に比べて寿命を大幅に向上することが達成できた。
【実施例３】
【００５４】
透明なガラス基板上に光透過性のＩＴＯからなる下部電極を、スパッタリング法によって電極パターンを形成するように蒸着した。
【００５５】
その上にトリフェニルアミン誘導体からなる正孔輸送層、アルミキレート錯体からなる発光層、酸化リチウムからなる電子注入層を順次、蒸着した。
【００５６】
この上に、アルミニウム金属からなる陰極をＩＴＯ電極と対向するように電極パターンを形成後に、有機電界発光素子を大気中に暴露することなく、１００℃以下でプラズマＣＶＤ法により、封止層として酸化シリコン薄膜を形成した。
【００５７】
この封止層の上部にオルガノシランＲ１−ＳｉＣｌ４を用い、ＣＶＤ法によって薄膜形成して図１（ｃ）の有機電界発光素子を作製した。なお、オルガノシランのケイ素上の置換基Ｒ１は、疎水性置換基のフルオロアルキル基であった。
【００５８】
得られた有機電界発光素子の製品駆動寿命は、１万５千時間以上であった。本発明によれば、素子表面が撥水性に優れているため、酸素や水蒸気などのガスの吸着が抑制され、結果として素子内部への酸素および水の浸透を防ぎ、素子劣化を抑制して、比較例に比べて寿命を大幅に向上することが達成できた。
【比較例１】
【００５９】
透明なガラス基板上に光透過性のＩＴＯからなる下部電極を、スパッタリング法によって電極パターンを形成するように蒸着した。
【００６０】
その上にトリフェニルアミン誘導体やなどからなる正孔輸送層、アルミキレート錯体からなる発光層、酸化リチウムからなる電子注入層を順次、蒸着した。
【００６１】
この上に、アルミニウム金属からなる陰極をＩＴＯ電極と対向するように電極パターンを形成し、図２に記載の有機電界発光素子を作製した。
【００６２】
得られた有機電界発光素子は、作製直後の初期段階においては、十分な発光特性を示すが、長期連続駆動において、酸素、水蒸気が有機電界発光部に進入し、その結果発光層が酸化され、ダークスポットと呼ばれる欠陥が発生した。製品寿命は、１００時間程度であった。
【比較例２】
【００６３】
比較例で作製した有機電界発光素子の素子本体を覆うとともに、吸水剤を内部に包含するように金属製の蓋を基板上に配置し、紫外線硬化樹脂の接着剤で接合して、図３に記載の有機電界発光素子を作製した。
【００６４】
得られた有機電界発光素子は、金属製の蓋を用いているため、厚みが３ｍｍ程度と厚くなり、実施例１で得られた有機電界発光素子の末身の約３倍になった。また、蓋と基板とを、紫外線硬化樹脂を用いているため、長期連続駆動中に樹脂を通って酸素、水蒸気が有機電界発光部に進入して劣化し、その結果製品寿命は５０００時間程度であった。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の有機電界発光素子の構造を示す概略断面図で、（ａ）は単層構造、（ｂ）は多層構造、（ｃ）は他の多層構造である。
【図２】従来の有機電界発光素子の構造を示す断面図である。
【図３】従来の有機電界発光素子の他の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・基板
２・・・下部電極
３・・・正孔輸送層
４・・・発光層
５・・・電子輸送層
６・・・上部電極    
７・・・有機発光部
８・・・正孔阻止層
９・・・封止層
１０・・・撥水層
【図１】
2005100815.tif 000003
【図２】
2005100815.tif 000004
【図３】
2005100815.tif 000005