有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法
【課題】従来は困難であった高輝度発光時の長寿命化を実現する有機エレクトロルミネッセンス素子を提供すること。
【解決手段】
有機ＥＬ素子において、発光領域を増やすことを目的に凹凸構造が付加された発光層を有することを特徴とする。最低一層に凹凸構造を形成することにより、その上に形成される層が下層の表面構造を追随し、凹凸構造を有する発光層が形成されることで、励起子の再結合が起こる発光領域を増やし、高輝度時の長寿命化を実現した有機エレクトロルミネッセンス素子。
【解決手段】
有機ＥＬ素子において、発光領域を増やすことを目的に凹凸構造が付加された発光層を有することを特徴とする。最低一層に凹凸構造を形成することにより、その上に形成される層が下層の表面構造を追随し、凹凸構造を有する発光層が形成されることで、励起子の再結合が起こる発光領域を増やし、高輝度時の長寿命化を実現した有機エレクトロルミネッセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示素子や光源に利用される有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と略記する場合がある。）に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は近年、表示素子や光源用途として注目されている。しかし、従来の有機ＥＬ素子は寿命、発光強度に課題を残している。既存の有機ＥＬ素子は輝度と寿命がトレードオフの関係であり、高輝度と長寿命を両立させることは困難とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
有機ＥＬ素子は寿命に課題を持ち、特に高輝度時の寿命が課題である。本発明の目的は、従来では困難であった高輝度化と長寿命化を実現する素子構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
有機ＥＬ素子の高輝度化と長寿命化に関する課題を解決するために、我々は凹凸構造を有する発光層を形成することにより、発光領域を増やすことを課題の解決手段とする。これにより、既存の有機ＥＬ素子に比べて、面方向に対する発光領域の密度を上げることが可能となり、高輝度発光時の寿命を改善する事が出来る。すなわち、本発明の有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ素子内部の層に、凹凸構造を形成することにより、発光層の表面積を増加させる。これにより、基本単位面積に対しての発光特性は同じであるが、３次元的に発光領域を展開し、励起子の再結合が起こる堆積を増やすことが可能である。これにより、発光強度を増加させた場合でにおいても、寿命を犠牲にすることのない有機ＥＬ素子を実現させることが可能である
【発明の効果】
【０００５】
本発明について、発光層に凹凸構造を形成することにより、発光強度が増加することに関して説明する。
【０００６】
有機ＥＬ素子は、発光層を含む有機層を、陰電極と陽電極とで挟んだサンドイッチ構造であり、発光層内で電子および正孔を再結合させることにより励起子を生成させ、励起子が失活する際の光の放出（蛍光もしくは燐光）を取り出し発光する有機半導体デバイスである。理論上は、対面する陽極電極、陰極電極の面全体から、均等に電子、正孔が注入されることにより発光する。そのため、発光強度を増加させるためには、より多くの電子と正孔を注入する必要がある。しかし、電子と正孔の注入量が増加すると、発光層への負荷が大きくなり、発光寿命が短くなる。この課題改善のため、発光素子を積層することにより発光層数を増やしたマルチフォトン方式が開発されている。しかし、マルチフォトン方式は層を重ねて作製していく事から、積層数に比例して工程数が増加するという欠点がある。
【特許文献１】特開２００３−４５６７６号公報
【０００７】
本発明では、凹凸構造を有する発光層により発光領域の体積を増やすため、層数に関しては基本構造から増やす必要がない。そのためマルチフォトン方式とは異なり、従来素子と比べ凹凸構造を形成するプロセスを付加することのみで、作製することが出来る。このため、製造プロセスを大きく変えることなく、作製することができるという利点がある。かつ、基本体積に対して本発明による体積増加の割合が増すほどプロセスにおける優位性が高くなる。
【０００８】
本発明は、発光層に凹凸構造を形成し、電子、正孔を注入する表面積が増加することから、電荷注入量が増加し、その結果発光層での発光量を増やすことが出来る。表面積が増えたことにより、電流密度は変化していないが電荷注入量を増やす事が出来る。これにより、凹凸構造のない平面上の面積が同じで同じ電界を印加した場合の有機ＥＬ素子から比べると、見かけ上の電荷密度を増加させることが出来る。この増加分が発光強度増加につながっている。実際のところは、単位面積辺りの電流密度は変化していないために、寿命等を犠牲にすることなく発光強度を高めることが出来る。
【０００９】
発光強度の増加は、理論的に凹凸構造による表面積の増加分による発光層の発光領域の増加で決定される。そのため、理論的には、凹凸構造の集積度を高めるほど、高輝度を得る事が出来る。また、プロセス的な工程数は凹凸構造の形成プロセスの付加のみであり、簡便に行うことが出来る。
【００１０】
本発明は、有機ＥＬ素子を縦もしくは斜めに３次元的に集積を行った有機ＥＬ素子として考えられる。発光層が縦もしくは斜めに配置されたとしても、本来発光は全方位に発光しているため、光の取り出しは影響を受けにくく、問題はない。よって、注入量が増加した分だけ発光量を増加させることが出来る。また、場合によっては凹凸構造を付加することにより光の経路が変化する場合がある。その場合は、凹凸構造の光学設計により、光取り出し効率の向上についても期待できる。
【００１１】
本発明は、凹凸構造を有する発光層を形成することにより、発光領域を増加させることが目的である。具体的には、発光層に直接凹凸構造を形成する、もしくは支持基板、電極層、電荷注入層（正孔注入層、電子注入層の両方の総称を電荷注入層と表記する。）、電荷輸送層（正孔輸送層、電子輸送層の両方の総称を電荷輸送層と表記する。）、電荷阻止層（正孔阻止層、電子阻止層の両方の総称を電荷阻止層と表記する。）に凹凸構造を形成することで、結果的に発光層に凹凸構造を形成する。これらの層はすべて１層もしくは１層以上の層により形成されている。
【００１２】
また、有機ＥＬ素子は発光層に均一な電界を印加しなければ、不良の原因となる。有機ＥＬ素子は、有機膜内部の電荷注入層、電荷輸送層にて、電荷注入や電荷輸送の役割を担っている場合がある。そのため、発光層を挟み込む電荷輸送層、電荷注入層の電荷移動度や膜厚は、発光層に均一な電界を印加するように設計を行う必要がある。また、発光層に直接凹凸構造を形成する場合は、凹凸構造による電界差が無視できるように、発光層を設計する必要がある。
【００１３】
有機ＥＬ素子の基本構造は、支持基板／（電極）／有機層／（電極）であり、有機層内部の機能として発光機能、電子輸送機能、電子注入機能、電子阻止機能、正孔輸送機能、正孔注入機能、正孔阻止機能に分けられる。これらの機能は１層のみもしくは１層以上の層構成において必要機能を各層に付加して構成される。また、陽電極と陰電極間の層構成において、金属単体、金属合金や金属化合物等の無機化合物を含む1層もしくは複数層を有する場合もあり、すべての機能層が有機物とは特に限定されない。
【００１４】
有機ＥＬ素子の有機層構成例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
１．（陽電極）／発光層／（陰電極）
２．（陽電極）／正孔輸送層／発光層／（陰電極）
３．（陽電極）／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／（陰電極）
４．（陽電極）／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／（陰電極）
５．（陽電極）／正孔注入層／正孔輸送層／電子阻止層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／電子注入層／（陰電極）
６．（陽電極）／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／（陰電極）
７．（陽電極）／正孔注入層／正孔輸送層／電子阻止層／発光層／（陰電極）
８．（陽電極）／発光層／電子輸送層／（陰電極）
９．（陽電極）／発光層／電子輸送層／電子注入層／（陰電極）
１０．（陽電極）／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／電子注入層／（陰電極）
１１．（陽電極）／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／（陰電極）
１２．（陽電極）／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／（陰電極）
などが挙げられる。すべての構造について陽電極側、陰電極側のどちらかに支持基板が存在する。このとき支持基板は有機層構成によって、陽電極側、陰電極側に関する制限はない。また、これらのどのような有機層構成であっても、凹凸構造を有する発光層を形成することに制限はない。
【００１５】
凹凸構造を有する発光層を形成するための凹凸構造の形成について、支持基板、電極層、電荷注入層、電荷輸送層、電荷阻止層に凹凸構造を追加すること、もしくは発光層に直接凹凸構造を形成することについて、具体例をそれぞれ説明する。
【００１６】
図２（ａ）に示すように、支持基板に凹凸構造を形成する場合は、その上部に形成される電極層、発光層を含む最低１層の有機層、電極層がそれぞれ凹凸構造に追随して形成される。有機層に関しては、発光層以外に電荷注入層、電荷輸送層、電荷阻止層等を含む場合があるが、有機層構成には特に限定されず、一部の層が無くても構わない。
【００１７】
図２（ｂ）に示すように、支持基板側の電極層に凹凸構造を形成する場合は、その上部に形成される発光層を含む最低１層の有機層、上部電極層がそれぞれ凹凸構造に追随して形成される。電極層は一方が陽電極、もう一方が陰電極であり、凹凸構造を有する支持基板側の電極層は、いずれの場合でもよい。上部の有機層に関しては、発光層以外に電荷注入層、電荷輸送層、電荷阻止層等を含む場合があるが、有機層構成には特に限定されず、一部の層が無くても構わない。
【００１８】
図２（ｃ）に示すように、支持基板側の電極層と発光層間の有機層に凹凸構造を形成する場合は、その上部に形成される発光層を含む最低１層の有機層、上部電極層がそれぞれ凹凸構造に追随して形成される。凹凸構造を有する層としては、電荷注入層、電荷輸送層、電荷阻止層の最低一層であり、支持基板側の電極層の極性によって電子注入層、電子輸送層、正孔阻止層もしくは正孔注入層、正孔輸送層、電子阻止層に分けられ、いずれの場合でもよい。また、有機層に関しては、発光層以外に電荷注入層、電荷輸送層、電荷阻止層等を含む場合があるが、有機層構成には特に限定されず、一部の層が無くても構わない。
【００１９】
図２（ｄ）に示すように、発光層に直接凹凸構造を形成する場合は、その上部に形成される有機層、電極層がそれぞれ凹凸構造に追随して形成される。ただし、上部の有機層については一方の電荷注入層、電荷輸送層、電荷阻止層等を含む場合があるが、有機層構成には特に限定されない。電極は一方が陽電極、もう一方が陰電極であり、そのいずれでも構わない。また、発光層に直接凹凸構造を形成する場合は、今までの構造と異なり発光層の一面のみに凹凸構造を有する形状となる。そのため、発光層の膜厚を一定にする事で発光層に均一な電界を印加する設計は不可能であるが、発光層が膜厚による電界差を無視できる電荷移動度を有していれば、発光層にほぼ均一な電界を印加する設計をすることが可能である。
【００２０】
次に、発光領域を増やすための凹凸構造の形状について説明する。
【００２１】
平坦な膜に対して凹凸構造を有する膜を形成するための凹凸構造の形状に関しては、図３の（ａ−１）〜（ａ−４）に示すように突起物を形成する場合、図３の（ｂ−１）〜（ｂ−４）に示すように凹みを形成する場合、図３の（ｃ−１）〜（ｃ−４）に示すようにその両方が複合した場合それぞれのいずれでもよい。
【００２２】
実際に利用できる凹凸構造は、例えば、四角状、台形状、三角状、円柱状、縞状、半球状、四角すい状等が上げられる。また、提示した構造は一例であって、構造の形状を制限させるものではない。また、構造体の大きさとしては、素子を作製するにあたり問題がない範囲であれば、特に制限は無い。
【００２３】
また、凹凸構造は、図4に示すように凹凸構造を有する膜に対して平面的に広がりを持つことが可能である。表面積が増えさえすれば、その平面的広がりの形状、パターンに制限はない。例えば、ドット状、縞状、同心円状、それらの組み合わせ等が使用できる。提示した構造は一例であって、構造の形状を制限させるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
有機ＥＬ素子は、発光層を含む有機層を、陰電極と陽電極とで挟んだ構成を有し、有機層内で電子および正孔を再結合させることにより励起子を生成させ、励起子が失活する際の光の放出（蛍光もしくは燐光）を利用する発光素子である。有機ＥＬ素子の特徴としては、１０Ｖ以下の低電圧で１００〜１０００００ cd/m2 程度の高輝度の面発光が可能であり、また発光材料の種類を選択することにより青色から赤色までもしくは白色等の混合色の発光が可能である。有機ＥＬ素子は土台となる支持基板上に薄膜を順次形成することで作製される。
【００２５】
有機ＥＬ素子では、所定の有機分子成分からなる複数の膜を上下に積層して成る有機層を形成し、その上下両側に各々電極層を形成する。両電極を通じて所定の電圧又は電流を印加して電子と正孔を発光層に注入し、電子と正孔が再結合する際に発光する。また、この発光を外部に導いて発光、表示機能を果たさせるために、上下に備えた電極の内、少なくとも一方の電極は透明もしくは半透明である構造を持つことにより、発光を取り出す。
【００２６】
有機ＥＬ素子を構成する有機ＥＬ構成体について説明する。有機ＥＬ素子は発光を陽極、陰極側のいずれからあるいは両方から取り出すため、それぞれの方式の場合で使用材料、作製方法が異なる。発光を支持基板／陽極側からのみ取り出す場合を中心に説明するが、本発明は、それぞれの発光の取り出し方式で利用可能である。
【００２７】
有機ＥＬ素子の断面例を図５に示す。ただし、この断面図は有機ＥＬ素子の構造を限定するものではない。有機ＥＬ素子を構成する有機ＥＬ構成体は、支持基板、陽電極、正孔注入層、正孔輸送層、電子阻止層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層、電子注入層、陰電極、封止層、接着剤、除湿材に分類できる。ただし、素子構造、作製方法等により、一部の構成体を持たない場合がありえる。
【００２８】
支持基板について説明する。支持基板は、非常に薄い薄膜の積層で形成される有機ＥＬ素子を支持するものである。そのため、一定以上の強度が求められる。また、水分、酸素に弱い有機ＥＬ素子のために一定以上の水分や酸素の不透過性を持つことが好ましい。また、支持基板側から発光を取り出す場合には、光の透過率も求められる。光の透過率が低いと発光効率の低下につながるためである。
【００２９】
支持基板に使用される材料としては、支持基板側から発光を取り出す場合には、透明ないし半透明材料である必要がある。可視領域の４００〜７００ｎｍの波長に対して５０％以上、特に８０％以上の透過率、さらに９０％以上の透過率が好ましい。例えば、ガラス、石英、ポリカーボネート、アクリル、ポレエチレン等のポリマー板等が好ましい。支持基板の逆側から発光を取り出す場合には、不透明であっても良く、ガラス等以外にも、金属基板、Ａｌ等の金属基板に絶縁処理を施したものやアルミナ等のセラミックス等を用いることができる。また、有機ＥＬ素子の保護のために、水分、酸素の透過率については、水分透過率は０．０１ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下が好ましく、より好ましくは１×１０−3ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下であり、さらに、１×１０−5ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下であることが好ましい。酸素透過率は０．０１ｃｃ／ｃｍ２・ｄａｙ以下、特に０．００１ｃｃ／ｃｍ２・ｄａｙが好ましい。
【００３０】
陽電極について説明する。陽電極は、直流駆動する有機ＥＬ素子に陽極を接続する電極である。そのため、一定以上の導電性が求められる。また、陽電極側から発光を取り出す場合には、光の透過性が必要となる。
【００３１】
陽電極に使用される材料としては、支持基板側から発光を取り出す場合には、透明もしくは半透明な電極が好ましい。具体的には、透明電極としてＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３や金属薄膜としてＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ，Ｃｕ等が考えられるが、特にＩＴＯ、ＩＺＯが好ましい。また、これらの材料は単独で用いる事もできるが、これら材料同士の合金やその他の元素を添加した材料も用いることができる。陽電極の逆側から発光を取り出す場合には、透明である必要がないため、あらゆる導電性の高い材料が使用可能である。また、陽電極の導電性を高めるためにＣｒ、Ａｇ、Ｃｕ等の補助電極を有する場合があり、その場合でも問題はない。
【００３２】
陽電極側から発光を取り出す場合には、可視光の透過率も求められる。可視領域の４００〜７００ｎｍの波長に対して５０％以上、特に８０％以上の透過率、さらに９０％以上の透過率が好ましい。陽電極の逆側から発光を取り出す場合には、大きな制限はないが、一部の発光は取り出し側とは反対の電極から反射して取り出されるため、可視領域の光反射率８０％以上、特に９０％以上の反射率が好ましい。可視領域の光吸収率についても２０％以下、特に１０％以下が好ましい。
【００３３】
陽電極の膜厚は、陽電極は導電性の観点から、一定以上の厚みがあることが好ましい。陽電極シート抵抗値は２００Ω／□以下が好ましく、特に５０Ω／□以下、さらに５Ω／□以下が好ましい。具体的な膜厚は材料の導電性によって異なるが、ＩＴＯに関して言えば、５０ｎｍ〜１０００ｎｍ、特に１５０〜５００ｎｍが好ましい。また、膜厚が厚すぎる場合、光の透過性が悪化し、発光効率が低下する場合がある。
【００３４】
陽電極の形成方法としては、材料によって異なるが既存の製膜方法を利用できる。具体的には真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等による形成が好ましい。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００３５】
正孔注入層について説明する。正孔注入層は、陽電極から有機膜に正孔を注入する能力を高めるための層である。この層を追加する事により、陽電極から正孔を注入する電気的障壁が小さくなる。このことから、陽電極と有機層間の電気的障壁による駆動電圧の上昇を抑制する。また、正孔注入層から発光を取り出す場合には、光の透過性が必要となる。
【００３６】
正孔注入層に使用される材料としては、正孔注入のしやすさの点から、陽電極とのイオン化ポテンシャルの差が小さいの物質が好ましい。正孔注入層の材料としては正孔輸送層と同様の材料を使用することができるが、ポルフィリン化合物（特開昭６３−２９５６９６５号公報等参照）、芳香族第３級アミン化合物及びスチリルアミン化合物（米国特許第４，１２７，４１２号明細書、特開昭５３−２７０３３号公報、同５４−５８４４５号公報、同５４−１４９６３４号公報、同５４−６４２９９号公報、同５５−７９４５０号公報、同５５−１４４２５０号公報、同５６−１１９１３２号公報、同６１−２９５５５８号公報、同６１−９８３５３号公報、同６３−２９５６９５号公報等参照）、特に芳香族第三級アミン化合物を用いることが好ましい。
また、米国特許第５，０６１，５６９号に記載されている２個の縮合芳香族環を分子内に有する、例えば、４，４’−ビス（Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（以下ＮＰＤと略記する）や、特開平４−３０８６８８号公報に記載されているトリフェニルアミンユニットが３つスターバースト型に連結された４，４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（以下ＭＴＤＡＴＡと略記する）等を挙げることができる。
また、芳香族ジメチリディン系化合物の他、ｐ型Ｓｉ、ｐ型ＳｉＣ等の無機化合物も正孔注入層の材料として使用することができる。
【００３７】
陽電極側から発光を取り出す場合には、可視光の透過率も求められる。可視領域の４００〜７００ｎｍの波長に対して５０％以上、特に８０％以上の透過率、さらに９０％以上の透過率が好ましい。陽電極の逆側から発光を取り出す場合には、大きな制限はないが、一部の発光は取り出し側とは反対の電極から反射して取り出されるため、可視領域の４００〜７００ｎｍの波長に対して５０％以上、特に８０％以上の透過率、さらに９０％以上の透過率が好ましい。
【００３８】
正孔注入層の膜厚は、正孔注入を十分に行える一定以上の厚さを有する必要がある。また、膜厚の上限は特に制限されないが、あまりに厚いと光透過率の低下、膜内応力の影響等の問題が生じる。通常０．５〜５００ｎｍ程度、特に１０〜３００ｎｍ程度とする事が好ましい。
【００３９】
正孔注入層の形成方法としては、材料によって異なるが既存の製膜方法を利用できる。具体的には真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等による形成が好ましい。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００４０】
正孔輸送層について説明する。正孔輸送層は、有機膜に注入された正孔を発光層まで輸送するための層である。正孔の輸送能力としては、正孔移動度で表され、例えば１０4〜１０6Ｖ／ｃｍの電界印加時に、少なくとも１×１０−３ｃｍ／（Ｖ・ｓ）であることが好ましい。正孔移動度が低すぎると、正孔輸送層が電気的障害となり、有機ＥＬ素子の駆動電圧の上昇につながる。また、正孔輸送層の膜厚を薄くしなければならなくなるため、素子不良等に繋がる場合もある。
【００４１】
正孔輸送層に使用される材料としては、陽電極（ＩＴＯ等）や正孔注入層から比べ、イオン化ポテンシャルの小さいの物質が好ましい。具体例としては、トリアゾール誘導体（米国特許３，１１２，１９７号明細書等参照）、オキサジアゾール誘導体（米国特許３，１８９，４４７号明細書等参照）、イミダゾール誘導体（特公昭３７−１６０９６号公報等参照）、ポリアリールアルカン誘導体（米国特許３，６１５，４０２号明細書、同第３，８２０，９８９号明細書、同第３，５４２，５４４号明細書、特公昭４５−５５５号公報、同５１−１０９８３号公報、特開昭５１−９３２２４号公報、同５５−１７１０５号公報、同５６−４１４８号公報、同５５−１０８６６７号公報、同５５−１５６９５３号公報、同
５６−３６６５６号公報等参照）、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体（米国特許第３，１８０，７２９号明細書、同第４，２７８，７４６号明細書、特開昭５５−８８０６４号公報、同５５−８８０６５号公報、同４９−１０５５３７号公報、同５５−５１０８６号公報、同５６−８００５１号公報、同５６−８８１４１号公報、同５７−４５５４５号公報、同５４−１１２６３７号公報、同５５−７４５４６号公報等参照）、フェニレンジアミン誘導体（米国特許第３，６１５，４０４号明細書、特公昭５１−１０１０５号公報、同４６−３７１２号公報、同４７−２５３３６号公報、特開昭５４−５３４３５号公報、同５４−１１０５３６号公報、同５４−１１９９２５号公報等参照）、アリールアミン誘導体（米国特許第３，５６７，４５０号明細書、同第３，１８０，７０３号明細書、同第３，２４０，５９７号明細書、同第３，６５８，５２０号明細書、同第４，２３２，１０３号明細書、同第４，１７５，９６１号明細書、同第４，０１２，３７６号明細書、特公昭４９−３５７０２号公報、同３９−２７５７７号公報、特開昭５５−１４４２５０号公報、同５６−１１９１３２号公報、同５６−２２４３７号公報、西独特許第１，１１０，５１８号明細書等参照）、アミノ置換カルコン誘導体（米国特許第３，５２６，５０１号明細書等参照）、オキサゾール誘導体（米国特許第３，２５７，２０３号明細書等に開示のもの）、スチリルアントラセン誘導体（特開昭５６−４６２３４号公報等参照）、フルオレノン誘導体（特開昭５４−１１０８３７号公報等参照）、ヒドラゾン誘導体（米国特許第３，７１７，４６２号明細書、特開昭５４−５９１４３号公報、同５５−５２０６３号公報、同５５−５２０６４号公報、同５５−４６７６０号公報、同５５−８５４９５号公報、同５７−１１３５０号公報、同５７−１４８７４９号公報、特開平２−３１１５９１号公報等参照）、スチルベン誘導体（特開昭６１−２１０３６３号公報、同第６１−２２８４５１号公報、同６１−１４６４２号公報、同６１−７２２５５号公報、同６２−４７６４６号公報、同６２−３６６７４号公報、同６２−１０６５２号公報、同６２−３０２５５号公報、同６０−９３４５５号公報、同６０−９４４６２号公報、同６０−１７４７４９号公報、同６０−１７５０５２号公報等参照）、シラザン誘導体（米国特許第４，９５０，９５０号明細書）、ポリシラン系（特開平２−２０４９９６号公報）、アニリン系共重合体（特開平２−２８２２６３号公報）、特開平１−２１１３９９号公報に開示されている導電性高分子オリゴマー（特にチオフェンオリゴマー）等が挙げられる。
【００４２】
陽電極側から発光を取り出す場合には、可視光の透過率も求められる。可視領域の４００〜７００ｎｍの波長に対して５０％以上、特に８０％以上の透過率、さらに９０％以上の透過率が好ましい。陽電極の逆側から発光を取り出す場合には、大きな制限はないが、一部の発光は取り出し側とは反対の電極から反射して取り出されるため、可視領域の４００〜７００ｎｍの波長に対して５０％以上、特に８０％以上の透過率、さらに９０％以上の透過率が好ましい。
【００４３】
正孔輸送層の膜厚は特に制限されるものではなく形成方法によっても異なるが、通常０．５〜５００ｎｍ程度、特に１０〜３００ｎｍ程度とする事が好ましい。また、正孔輸送層の膜厚は発光層の発光領域設計の重要なパラメータであり、正孔輸送層の正孔移動度と電子輸送層の電子移動度によって異なり、それぞれの素子構造によって設計することが好ましい。
【００４４】
正孔輸送層の形成方法としては、材料によって異なるが既存の製膜方法を利用できる。具体的には真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等による形成が好ましい。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００４５】
電子阻止層について説明する。電子阻止層は、発光層まで輸送された電子を発光層内部に閉じ込めるための層である。この層を追加する事により、電子の閉じ込め効果が高められ、発光能力を高めることができる。また、正孔輸送機能も同時に求められるため、正孔輸送層が同時に電子阻止層を兼ねる場合もある。
【００４６】
電子阻止層に使用される材料としては、電子の閉じ込め効果のために発光層に比べて電子親和力が大きいことが求められる。発光層との層構成によって使用する材料は異なるが、正孔輸送性が求められるため、正孔輸送層と同様の材料を使用することができる。例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また導電性高分子オリゴマー等が挙げられる。
【００４７】
電子阻止層の膜厚は特に制限されるものではなく形成方法によっても異なるが、通常０．５〜１００ｎｍ程度、特に１０〜５０ｎｍ程度とする事が好ましい。
【００４８】
電子阻止層の形成方法としては、材料によって異なるが既存の製膜方法を利用できる。具体的には真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等による形成が好ましい。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００４９】
発光層について説明する。発光層は、電子と正孔の再結合により励起子を生成させ、光を発生する機能を有する層である。発光層は、発光層に対する電子と正孔の注入機能、発光層内の発光領域までの電子と正孔の輸送機能を併せ持つ。このことから発光層は電子、正孔それぞれの注入、輸送層の機能の一部を有する場合がある。また、発光層は発光層材料（ホスト材料）に、1種もしくは複数の発光能力の高いドーピング材料を添加する場合がある。
【００５０】
発光層に使用される材料としては、発光機能を有する化合物を使用し、発光の方式の違いから蛍光性化合物、燐光性化合物に分けられ，既存の発光材料を任意で使用する事ができる。
【００５１】
蛍光性化合物としては、例えば、電子輸送性発光材料として、Ａｌｑ、Ａｌｍｑ、ＢｅＢｑ２、ＢＡｌｑ、ＺｎＰＢＯ、ＺｎＰＢＴ等挙げられる。正孔輸送性発光材料としてＡＰＤ、ＢＳＢ等が挙げられる。ドーピング材料としてクマリン誘導体、ＤＣＭ、キナクリドン、ルブレン、ペリレン等が挙げられる。他にポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリフェニレン等が挙げられる。
【００５２】
燐光性化合物としては、イリジウム錯体、白金錯体、オスミウム錯体、ユーロピウム錯体等が挙げられる。特に、発光強度、発光効率の点からイリジウム錯体が好ましい。具体的にはＩｒ（ｐｐｙ）３、ＦＩｒｐｉｃ、Ｂｔｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｔｈｐｙ）３、Ｉｒ（ｔ５ｍ−ｔｈｐｙ）３、Ｉｒ（ｔ−５ＣＦ３−ｐｙ）３、Ｉｒ（ｔ−５ｔ−ｐｙ）３、Ｉｒ（ｍｔ−５ｍｔ−ｐｙ）３、Ｉｒ（ｂｔｐｙ）３、Ｉｒ（ｔｆｌｐｙ）３、Ｉｒ（ｐｉｑ）３、Ｉｒ（ｔｉｑ）３、Ｉｒ（ｆｌｉｑ）３、等が挙げられる。
【００５３】
発光層の膜厚は、十分に発光領域を確保できる膜厚であれば、特に制限されるものではない。素子構造、材料、形成方法によっても異なるが、通常は２０〜２００ｎｍ程度、特に５０〜１００ｎｍとする事が好ましい。ただし、発光層の電荷移動度が低い場合、発光領域の厚さに対して膜厚が厚すぎると駆動電圧の増加に繋がる場合がある。
【００５４】
発光層の形成方法としては、材料によって異なるが既存の製膜方法を利用できる。具体的には真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等による形成が好ましい。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００５５】
正孔阻止層について説明する。正孔阻止層は、発光層まで輸送された正孔を発光層内部に閉じ込めるための層である。この層を追加する事により、正孔の閉じ込め効果が高められ、発光能力を高めることができる。また、電子輸送機能も同時に求められるため、電子輸送層が同時に正孔阻止層を兼ねる場合もある。
【００５６】
正孔阻止層に使用される材料としては、正孔の閉じ込め効果のために発光層に比べてイオン化ポテンシャルが大きいことを求められる。発光層との層構成によって使用する材料は異なるが、特開平１１−２０４２５８号公報、特開２００８−１０８７１２公報等の材料が使用できる。また、電子輸送性が求められるため、発光層との層構成によって、任意の電子輸送層と同様の材料を使用することができる。
【００５７】
正孔阻止層の膜厚は特に制限されるものではなく形成方法によっても異なるが、通常０．５〜１００ｎｍ程度、特に１０〜５０ｎｍ程度とする事が好ましい。
【００５８】
正孔阻止層の形成方法としては、材料によって異なるが既存の製膜方法を利用できる。具体的には真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等による形成が好ましい。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００５９】
電子輸送層について説明する。電子輸送層は、有機膜に注入された電子を発光層まで輸送するための層である。電子の輸送能力としては、電子移動度で表され、例えば１０4〜１０6Ｖ／ｃｍの電界印加時に、少なくとも１×１０−４ｃｍ／（Ｖ・ｓ）であることが好ましい。電子移動度が低すぎると、電子輸送層が電気的障害となり、有機ＥＬ素子の駆動電圧の上昇につながる。
【００６０】
電子輸送層に使用される材料としては、陰電極や電子注入層から比べ、電子親和力の値が大きい物質が好ましい。例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）等の８−キノリノールもしくはその誘導体を配位子とする有機金属錯体などのキノリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体等を用いる事ができる。
【００６１】
電子輸送層の膜厚は特に制限されるものではなく形成方法によっても異なるが、通常０．５〜５００ｎｍ程度、特に１０〜３００ｎｍ程度とする事が好ましい。また、電子輸送層の膜厚は発光層の発光領域設計の重要なパラメータであり、正孔輸送層の正孔移動度と電子輸送層の電子移動度によって異なり、それぞれの素子構造によって設計することが好ましい。
【００６２】
電子輸送層の形成方法としては、材料によって異なるが既存の製膜方法を利用できる。具体的には真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等による形成が好ましい。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００６３】
電子注入層について説明する。陰電極から有機膜に電子を注入する能力を高めるための層である。この層を追加する事により、陰電極から電子を注入する電気的障壁が小さくなる。このことから、陰電極と有機層間の電気的障壁による駆動電圧の上昇を抑制する。
【００６４】
電子注入層に使用される材料としては、有機層とのエネルギー差を小さくできる低仕事関数の物質が好ましく、例えば、Ｋ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｂａ，Ａｌ，Ａｇ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｚｒ等の金属元素が挙げられる。ただ、これらの金属元素単体では反応性が高く不安定であるため、これらの金属元素を含む合金系を用いることが好ましい。合金系の例としては、ＭｇＡｇ，ＡｌＣａ，ＡｌＬｉ等が上げられる。また、アルカリ金属、アルカリ土類金属の酸化物やフッ化物等の無機化合物も好ましい。無機化合物の例としては、ＬｉＯ２、ＬｉＯ，ＮａＯ，ＣａＯ，ＢａＯ、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＬｉＣｌ等が上げられる。
【００６５】
電子注入層の膜厚は、電子注入を十分に行える一定以上の厚さを有する必要がある。０．５ｎｍ以上、特に１ｎｍ以上とする事が好ましい。また、膜厚の上限は特に制限されないが、通常１〜５００ｎｍ程度とすればよい。
【００６６】
電子注入層の形成方法としては、材料によって異なるが既存の製膜方法を利用できる。具体的には真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等による形成が好ましい。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００６７】
陰電極について説明する。陰電極は、直流駆動する有機ＥＬ素子に陰極を接続する電極である。そのため、一定以上の導電性が求められる。また、反応性の高い電子注入層の保護する機能も兼ねる場合がある。
【００６８】
陰電極に使用される材料としては、陽電極の逆側から発光を取り出す場合には、透明である必要がないため、あらゆる導電性の高い材料が使用可能である。具体的には、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔ等の金属単体やそれら金属の合金、ＩＴＯ，ＩＺＯ等の透明電極等が挙げられる。
【００６９】
陰電極の膜厚は、電子注入効率を十分に行うために一定以下の抵抗率が望ましく、また、電子注入層の保護機能を付加することが望ましいため、一定以上の厚さを有することが好ましい。好ましくは５０ｎｍ以上、特に１００〜１０００ｎｍの範囲が好ましい。陰電極が薄すぎると、抵抗率の上昇、保護能力の低下、電極の強度等が問題となる。一方、陰電極が厚すぎると、陰電極の応力の影響が大きくなり、有機層と密着性が問題となる。
【００７０】
陰電極の形成方法としては、材料によって異なるが既存の製膜方法を利用できる。具体的には真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等による形成が挙げられる。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００７１】
封止層について説明する。封止層は、水分や酸素に弱い有機ＥＬ素子の保護のために設けられる保護部である。そのため、一定以上の水分や酸素の不透過性が求められる。具体的には水分、酸素の透過率については、水分透過率は０．０１ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下が好ましく、より好ましくは１×１０−3ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下であり、さらに、１×１０−5ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下であることが好ましい。酸素透過率は０．０１ｃｃ／ｃｍ２・ｄａｙ以下、特に０．００１ｃｃ／ｃｍ２・ｄａｙが好ましい。封止層の形成には、板材を接着剤で張りつける場合、電極に直接製膜する場合、あるいはその両方を行う場合があり、使用する材料、形成方法が異なる。
また、板材を接着剤で張りつけた場合内部の空間に、封止ガスが混入される場合がある。
【００７２】
封止層に使用される材料としては、板材を用いる場合、ガラス、石英、Ａｌ等の各金属材、ポリマー板等を用いることができる。特に水分や酸素の不透過性の高いガラスが好ましい。ガラス材としては、アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、鉛アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、シリカガラス等が挙げられる。また、単体では水分や酸素の透過性が高い板材に表面処理を施し、不透過性を高めた複合材を用いることも好ましい。また、封止層内部に乾燥材を挿入する場合などのために、板材に凹加工を施す場合がある。また、陰電極に直接製膜する場合、ＳｉＯｘ等の無機材料、ポリテトラフルオロエチレン、塩素を含むフッ化炭素重合体等を用いることが好ましい。また、内部空間に混入される封止ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２等の不活性ガスが好ましい。
【００７３】
封止層の厚さは、水分や酸素の不透過性性能を十分に有する厚みが必要である。水分透過率は０．０１ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下、特に１×１０−3ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下、さらに、１×１０−5ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下、酸素透過率は０．０１ｃｃ／ｃｍ２・ｄａｙ以下、特に０．００１ｃｃ／ｃｍ２・ｄａｙ以下の条件を満たすように、膜厚設計される。使用する材料の水分、酸素の透過率にもよるが、好ましくは０．１ｍm以上、特に０．３〜５ｍmの範囲が好ましい。また、混入される封止ガスの水分、酸素含有量は１００ｐｐｍ以下が好ましく、さらに１０ｐｐｍ以下、特に１ｐｐｍ以下が好ましい。
【００７４】
封止層は、板材を用いる場合は接着剤を用いて封止板を接着、密封することで形成することが好ましい。また、電極に直接製膜する場合、真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等が好ましい。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００７５】
接着剤について説明する。接着剤は、封止層と有機ＥＬ素子を含む支持基板の接着のために使用する。そのため、安定した接着強度性能が重要となる。また、封止層内部に乾燥剤を入れる場合や、有機層を傷つけるのを防ぐために、封止層の高さ調整のためのスペーサを混入する場合がある。さらに、接着剤は封止の性能に影響し、素子劣化や寿命低下に繋がるために、水分透過率は０．０１ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下が好ましく、より好ましくは１×１０−3ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下であり、さらに、１×１０−5ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下であることが好ましい。酸素透過率は０．０１ｃｃ／ｃｍ２・ｄａｙ以下、特に０．００１ｃｃ／ｃｍ２・ｄａｙが好ましい。
【００７６】
接着剤に使用される材料としては、使用される封止層の材質と、支持基板の材質もしくは有機層と安定した接着強度を有していればよく、特に限定されない。具体的には、ウレタン樹脂系接着剤、エチレン-酢酸ビニル樹脂接着剤、塩化ビニル樹脂溶剤系接着剤、シリコーン系接着剤、ポリイミド系接着剤等が挙げられる。また、機密性が高く、外部からの水分、酸素の流入、封止ガスの流出がないもしくは少ない物が好ましい。具体的には、エポキシ系化合物樹脂、オキセタニル系化合物樹脂等の光硬化性接着剤を用いることが好ましい。
【００７７】
スペーサに使用される材料としては、樹脂ビーズ、シリカビーズ、ガラスビーズ、ガラスファイバー等が挙げられる。スペーサは、通常は粒径のある程度揃った粒状物であるが、スペーサの機能に支障がなければ、形状は特に制限されず、様々な形状であってよい。
【００７８】
スペーサは、予め接着剤に混入されていても、接着時に混入してもよい。接着剤中のスペーサの含有量は、０．０１〜３０質量％程度が好ましく、さらに０．１〜５質量％が好ましい。また、スペーサの大きさは円の直径換算で、１〜２０μｍ、特に５〜１０μｍが好ましい。
【００７９】
乾燥剤について説明する。乾燥材は、封止層による封止空間内の水分、酸素を吸着し有機ＥＬ素子の不良を防ぐ機能を持つ。水分、酸素は封止層、接着剤を通り、外部からの少量混入する。混入される封止ガスの水分、酸素含有量は１００ｐｐｍ以下が好ましく、さらに１０ｐｐｍ以下、特に１ｐｐｍ以下が好ましいため、乾燥剤を挿入して封止環境を保つことが好ましい。
【００８０】
乾燥剤に使用される材料としては、水を吸収する水分吸収機能を有する材料として、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アクリル酸重合体、アクリルアミド樹脂、アセタール樹脂、ウレタン樹脂、及びセルロース樹脂等の樹脂系を挙げることができる。また、無機化合物としては、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム等アルカリ土類金属酸化物、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム等の硫酸塩、水素化カルシウム、水素化ストロンチウム等のアルカリ土類金属水素化物塩、カルシウム、バリウム等のアルカリ土類金属等の水分反応性無機化合物、シリカゲル、アルミナ、各種ゼオライト等の水分吸着型乾燥剤が使用できる。
酸素吸収機能を有する材料としては、具体的にはポリスチレン、ポリブテン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンエチルアクリレート共重合体、エチレンアクリル酸共重合体、エチレンアクリル酸メチル共重合体、アクリルゴム、ポリメチルペンテン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンゴム、エチレン１−ブテンゴム、ブチルゴム、水添スチレンブタジエンゴム等が挙げられる。これらの乾燥剤材料は単独で使用することも可能であるが、複数の材料の混合による乾燥剤も可能である。
【００８１】
乾燥剤は、シート材を用いる場合は接着剤を用いて封止板に接着することで形成することが好ましい。また、電極、封止層に直接製膜する場合、真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等が好ましい。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００８２】
凹凸構造を作製する方法について説明する。
【００８３】
一般的に、物体の表面に微細な構造を作製する技術として、フォトリソグラフィ−、電子線露光、Ｘ線露光、ナノインプリントリソグラフィー等のパターニング技術及び各種のエッチング技術の手法が知られている。また、上記以外の方法では、アルミニウムの陽極酸化法や分子自己組織構造を利用した、ボトムアップ手法による微細構造の製造方法が知られている。アルミニウム等の陽極酸化法において、あらかじめ被陽極酸化層の表面に規則的な凹構造を形成することで、該凹構造を開始点として孔構造を形成することが可能である。
【００８４】
有機ＥＬの場合は金属、有機物とそれぞれ異なる性質をもつ部材で構成されているため、それぞれの部材で構造を作製する方法が異なる。有機ＥＬ素子の各層の形成方法は、先の記述通りであり、これらの形成方法、パターニング技術、エッチング技術を複合し任意の形状を形成する事が可能である。
【００８５】
支持基板側の電極層の製造方法は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等を使用できる。蒸着やスパッタ法により電極を作製する場合は、例えば、一度電極を形成したあとにマスクをしてもう一度形成することで構造を持たせることが可能である。どちらの方法についてもそれぞれの方法での制御方法、パターン形状で構造の制御が可能である。
【００８６】
注入層、輸送層、阻止層、発光層等の有機層は有機層を製膜する際に凹凸構造を作製することが出来る。凹凸構造を例えば、蒸着法の場合、一度蒸着したあとにマスクをしてもう一度蒸着、もしくは除去すればよい。マスキングは既存のマスク技術を用いれば良い。また、塗布法を用いる場合は、例えば、平面状に塗布した後、インクジェット法によるドット形成を行う等が挙げられる。
【実施例】
【００８７】
次に実施例及び比較例に基づき、本実施の形態を更に具体的に説明する。尚、本実施の形態は、以下の実施例の記載に限定されるものではない。
【００８８】
（実施例１）
ガラス基板上にインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）透明電極が２００ｎｍ堆積したものを一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて１０ｍｍ幅のストライプにパターニングして陽電極を形成した。
【００８９】
次に陽電極に凹凸構造を形成する為に一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いてマス目状に円すい状のドットで凹みを形成した。円の直径は１００ｎｍ、円中心間３００ｎｍ、深さ８０ｎｍとした。この凹凸構造により陽電極の表面積は約１．３倍に増加した。
【００９０】
次に純水による超音波洗浄、イソプロピルアルコールによる超音波洗浄、窒素ブローによる乾燥、紫外線オゾン洗浄を順に行った。
【００９１】
次に、有機層と陰電極層を製膜するために真空蒸着装置内に基板を固定した。
有機層は正孔注入層として４，４’，４”−トリス（−N−（３−メチルフェニル）−N−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（以下、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、正孔輸送層として次N，N’−ジフェニル−，N’−ｍ−トリル−４’−ジアミノ−１，１’−ビフェニル（以下TPD）、発光層としてトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（以下、Ａｌｑ３）を製膜した。各層の製膜条件は、真空蒸着装置内部を１×１０−４Pa以下まで減圧し、各層とも０．１ｎｍ／ｓｅｃにて製膜を行った。各層の膜厚はｍ−ＭＴＤＡＴＡを２０ｎｍ、ＴＰＤを３０ｎｍ、そしてＡｌｑ３を４０ｎｍで凸凹構造に追随するように皮膜形成を行った。
【００９２】
引き続き、電子注入層としてマグネシウムと銀の合金（以下、Ｍｇ：Ａｇ）、陰電極として銀（以下、Ａｇ）を製膜した。電子注入層と陰電極は陽電極と直交するように幅１０ｍｍのストライプ状にシャドウマスクを用いて形成した。各層の製膜条件は、真空蒸着装置内部を１×１０−４Ｐａ以下まで減圧し、Ｍｇ：Ａｇはマグネシウムを１．０ｎｍ／ｓｅｃ、銀を０．１ｎｍ／ｓｅｃの蒸着速度で製膜を行い、マグネシウムと銀の比が１０：１の混合比になるように製膜を行った。Ａｇは０．１ｎｍ／ｓｅｃの蒸着速度にて製膜を行った。各層の膜厚はＭｇ：Ａｇを１０ｎｍ、そしてＡｇを１００ｎｍになるように製膜を行った。電子注入層と陰電極層においても下部の有機層と同様に凸凹構造を追随するように作製した。
【００９３】
最後に窒素置換したボックス内部で乾燥剤を充填したガラスキャップを紫外線硬化樹脂にて張り合わせて有機EL素子を作製した。
【００９４】
（実施例2）
ガラス基板上にＩＴＯ透明電極を３００ｎｍ堆積したものを一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて１０ｍｍ幅のストライプにパターニングして陽電極を形成した。
【００９５】
次に陽電極に凹凸構造を形成する為に一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いてマス目状に円すい状のドットで凹みを形成した。円の直径は１００ｎｍ、円すい中心間３００ｎｍ、深さ１５０ｎｍとした。この凹凸構造により陽電極の表面積は約１．７倍に増加した。
それ以外は、上記実施例1と同様に有機ＥＬ素子を作製した。
【００９６】
（実施例3）
ガラス基板上に凸凹構造を形成する為に、シャドウマスクとスパッタリング技術を用いて酸化シリコンの四角すい状ドットを形成した。形成した円柱の直径は５０ｎｍ、円中心間３００ｎｍ、高さ５０ｎｍとした。
次にスパッタリング技術により陽電極としてＩＴＯを５０ｎｍの厚さで凸凹構造を追随する形で作製した。凸凹構造により陽電極の表面積は約１．９倍に増加した。
それ以外は、上記実施例１と同様に有機ＥＬ素子を作製した。
【００９７】
（実施例4）
ガラス基板上にＩＴＯ透明電極を３００ｎｍ堆積したものを一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて１０ｍｍ幅のストライプにパターニングして陽電極を形成した。
次に陽電極に凹凸構造を形成する為に一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて、平面的にはストライプ状で、凹凸形状を波状にした凹みを形成した。谷間２００ｎｍ、深さ２００ｎｍとした。この凹凸構造により陽電極の表面積は約１．６倍に増加した。
それ以外は、上記実施例１と同様に有機EL素子を作製した。
【００９８】
（実施例5）
ガラス基板上に凸凹構造を形成する為に、シャドウマスクとスパッタリング技術を用いて酸化シリコンをストライプ状に、幅５０ｎｍ、高さ１００ｎｍ、間隔２００ｎｍで形成した。
次にスパッタリング技術により陽電極としてＩＴＯを５０ｎｍの厚さで凸凹構造を追随する形で作製した。凸凹構造により陽電極の表面積は約１．６倍に増加した。
それ以外は、上記実施例1と同様に有機EL素子を作製した。
【００９９】
（実施例6）
陽電極に凹凸構造を形成する為に一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いてマス目状に四角すい状のドットで凹みを形成した。四角の１辺は１００ｎｍ、四角すい中心間１２５ｎｍ、深さ１５０ｎｍとした。この凹凸構造により陽電極の表面積は約２．３倍に増加した。
それ以外は、上記実施例1と同様に有機EL素子を作製した。
【０１００】
（実施例７）
陽電極に凹凸構造を形成する為に一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いてマス目状に四角すい状のドットで凹みを形成した。四角の１辺は１００ｎｍ、四角すい中心間１２５ｎｍ、深さ１８０ｎｍとした。この凹凸構造により陽電極の表面積は約２．８倍に増加した。
それ以外は、上記実施例1と同様に有機EL素子を作製した。
【０１０１】
（比較例1）
凹凸構造を作製しなかった事以外は、上記実施例1と同様に有機EL素子を作製した。
【０１０２】
以上のようにして作製した有機EL素子の発光特性と駆動寿命試験結果を表１にまとめた。
【表１】
表１から明らかなように、本発明の凹凸構造を有する有機EL素子は発光輝度や寿命特性に優れている事がわかる。また、表面積の増加に比例して発光輝度の増加が見られる。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明の有機ＥＬ素子は、最低一層に凹凸構造を形成することにより、その上に形成される層が下層の表面構造を追随し、凹凸構造を有する発光層を形成することで、従来の有機ＥＬ素子では実現し得なかった高輝度領域での長寿命素子が実現可能である。よって、高輝度領域での長時間駆動する必要性のある照明用途などでも使用可能である。また、比較的低輝度領域で使用される表示ディスプレイ等を応用例とした場合でも、従来の素子では不可能と思われていた長寿命化も実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の一実施形態である陽電極に凹凸構造を有する素子構造の各構成の層との関係を示した概略断面図である。
【図２】本発明それぞれの実施形態について、素子構造の各構成の層との関係を示した概略断面図である。
【図３】凹凸構造の形態について、各種の例を示した概略断面図である。
【図４】凹凸構造の形態について、各種の例を示した概略平面図である。
【図５】有機ＥＬ素子の構成体について示した概略断面図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１ 支持基板
２ 陽電極
３ 有機層
４ 陰電極
３０１ 発光層
３０２ 支持基板側電極層と発光層間の有機層
５０１ 支持基板
５０２ 陽電極
５０３ 正孔注入層
５０４ 正孔輸送層
５０５ 電子阻止層
５０６ 発光層
５０７ 正孔阻止層
５０８ 電子輸送層
５０９ 電子注入層
５１０ 陰電極
５１１ 封止層
５１２ 接着剤
５１３ 乾燥材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示素子や光源に利用される有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と略記する場合がある。）に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は近年、表示素子や光源用途として注目されている。しかし、従来の有機ＥＬ素子は寿命、発光強度に課題を残している。既存の有機ＥＬ素子は輝度と寿命がトレードオフの関係であり、高輝度と長寿命を両立させることは困難とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
有機ＥＬ素子は寿命に課題を持ち、特に高輝度時の寿命が課題である。本発明の目的は、従来では困難であった高輝度化と長寿命化を実現する素子構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
有機ＥＬ素子の高輝度化と長寿命化に関する課題を解決するために、我々は凹凸構造を有する発光層を形成することにより、発光領域を増やすことを課題の解決手段とする。これにより、既存の有機ＥＬ素子に比べて、面方向に対する発光領域の密度を上げることが可能となり、高輝度発光時の寿命を改善する事が出来る。すなわち、本発明の有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ素子内部の層に、凹凸構造を形成することにより、発光層の表面積を増加させる。これにより、基本単位面積に対しての発光特性は同じであるが、３次元的に発光領域を展開し、励起子の再結合が起こる堆積を増やすことが可能である。これにより、発光強度を増加させた場合でにおいても、寿命を犠牲にすることのない有機ＥＬ素子を実現させることが可能である
【発明の効果】
【０００５】
本発明について、発光層に凹凸構造を形成することにより、発光強度が増加することに関して説明する。
【０００６】
有機ＥＬ素子は、発光層を含む有機層を、陰電極と陽電極とで挟んだサンドイッチ構造であり、発光層内で電子および正孔を再結合させることにより励起子を生成させ、励起子が失活する際の光の放出（蛍光もしくは燐光）を取り出し発光する有機半導体デバイスである。理論上は、対面する陽極電極、陰極電極の面全体から、均等に電子、正孔が注入されることにより発光する。そのため、発光強度を増加させるためには、より多くの電子と正孔を注入する必要がある。しかし、電子と正孔の注入量が増加すると、発光層への負荷が大きくなり、発光寿命が短くなる。この課題改善のため、発光素子を積層することにより発光層数を増やしたマルチフォトン方式が開発されている。しかし、マルチフォトン方式は層を重ねて作製していく事から、積層数に比例して工程数が増加するという欠点がある。
【特許文献１】特開２００３−４５６７６号公報
【０００７】
本発明では、凹凸構造を有する発光層により発光領域の体積を増やすため、層数に関しては基本構造から増やす必要がない。そのためマルチフォトン方式とは異なり、従来素子と比べ凹凸構造を形成するプロセスを付加することのみで、作製することが出来る。このため、製造プロセスを大きく変えることなく、作製することができるという利点がある。かつ、基本体積に対して本発明による体積増加の割合が増すほどプロセスにおける優位性が高くなる。
【０００８】
本発明は、発光層に凹凸構造を形成し、電子、正孔を注入する表面積が増加することから、電荷注入量が増加し、その結果発光層での発光量を増やすことが出来る。表面積が増えたことにより、電流密度は変化していないが電荷注入量を増やす事が出来る。これにより、凹凸構造のない平面上の面積が同じで同じ電界を印加した場合の有機ＥＬ素子から比べると、見かけ上の電荷密度を増加させることが出来る。この増加分が発光強度増加につながっている。実際のところは、単位面積辺りの電流密度は変化していないために、寿命等を犠牲にすることなく発光強度を高めることが出来る。
【０００９】
発光強度の増加は、理論的に凹凸構造による表面積の増加分による発光層の発光領域の増加で決定される。そのため、理論的には、凹凸構造の集積度を高めるほど、高輝度を得る事が出来る。また、プロセス的な工程数は凹凸構造の形成プロセスの付加のみであり、簡便に行うことが出来る。
【００１０】
本発明は、有機ＥＬ素子を縦もしくは斜めに３次元的に集積を行った有機ＥＬ素子として考えられる。発光層が縦もしくは斜めに配置されたとしても、本来発光は全方位に発光しているため、光の取り出しは影響を受けにくく、問題はない。よって、注入量が増加した分だけ発光量を増加させることが出来る。また、場合によっては凹凸構造を付加することにより光の経路が変化する場合がある。その場合は、凹凸構造の光学設計により、光取り出し効率の向上についても期待できる。
【００１１】
本発明は、凹凸構造を有する発光層を形成することにより、発光領域を増加させることが目的である。具体的には、発光層に直接凹凸構造を形成する、もしくは支持基板、電極層、電荷注入層（正孔注入層、電子注入層の両方の総称を電荷注入層と表記する。）、電荷輸送層（正孔輸送層、電子輸送層の両方の総称を電荷輸送層と表記する。）、電荷阻止層（正孔阻止層、電子阻止層の両方の総称を電荷阻止層と表記する。）に凹凸構造を形成することで、結果的に発光層に凹凸構造を形成する。これらの層はすべて１層もしくは１層以上の層により形成されている。
【００１２】
また、有機ＥＬ素子は発光層に均一な電界を印加しなければ、不良の原因となる。有機ＥＬ素子は、有機膜内部の電荷注入層、電荷輸送層にて、電荷注入や電荷輸送の役割を担っている場合がある。そのため、発光層を挟み込む電荷輸送層、電荷注入層の電荷移動度や膜厚は、発光層に均一な電界を印加するように設計を行う必要がある。また、発光層に直接凹凸構造を形成する場合は、凹凸構造による電界差が無視できるように、発光層を設計する必要がある。
【００１３】
有機ＥＬ素子の基本構造は、支持基板／（電極）／有機層／（電極）であり、有機層内部の機能として発光機能、電子輸送機能、電子注入機能、電子阻止機能、正孔輸送機能、正孔注入機能、正孔阻止機能に分けられる。これらの機能は１層のみもしくは１層以上の層構成において必要機能を各層に付加して構成される。また、陽電極と陰電極間の層構成において、金属単体、金属合金や金属化合物等の無機化合物を含む1層もしくは複数層を有する場合もあり、すべての機能層が有機物とは特に限定されない。
【００１４】
有機ＥＬ素子の有機層構成例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
１．（陽電極）／発光層／（陰電極）
２．（陽電極）／正孔輸送層／発光層／（陰電極）
３．（陽電極）／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／（陰電極）
４．（陽電極）／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／（陰電極）
５．（陽電極）／正孔注入層／正孔輸送層／電子阻止層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／電子注入層／（陰電極）
６．（陽電極）／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／（陰電極）
７．（陽電極）／正孔注入層／正孔輸送層／電子阻止層／発光層／（陰電極）
８．（陽電極）／発光層／電子輸送層／（陰電極）
９．（陽電極）／発光層／電子輸送層／電子注入層／（陰電極）
１０．（陽電極）／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／電子注入層／（陰電極）
１１．（陽電極）／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／（陰電極）
１２．（陽電極）／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／（陰電極）
などが挙げられる。すべての構造について陽電極側、陰電極側のどちらかに支持基板が存在する。このとき支持基板は有機層構成によって、陽電極側、陰電極側に関する制限はない。また、これらのどのような有機層構成であっても、凹凸構造を有する発光層を形成することに制限はない。
【００１５】
凹凸構造を有する発光層を形成するための凹凸構造の形成について、支持基板、電極層、電荷注入層、電荷輸送層、電荷阻止層に凹凸構造を追加すること、もしくは発光層に直接凹凸構造を形成することについて、具体例をそれぞれ説明する。
【００１６】
図２（ａ）に示すように、支持基板に凹凸構造を形成する場合は、その上部に形成される電極層、発光層を含む最低１層の有機層、電極層がそれぞれ凹凸構造に追随して形成される。有機層に関しては、発光層以外に電荷注入層、電荷輸送層、電荷阻止層等を含む場合があるが、有機層構成には特に限定されず、一部の層が無くても構わない。
【００１７】
図２（ｂ）に示すように、支持基板側の電極層に凹凸構造を形成する場合は、その上部に形成される発光層を含む最低１層の有機層、上部電極層がそれぞれ凹凸構造に追随して形成される。電極層は一方が陽電極、もう一方が陰電極であり、凹凸構造を有する支持基板側の電極層は、いずれの場合でもよい。上部の有機層に関しては、発光層以外に電荷注入層、電荷輸送層、電荷阻止層等を含む場合があるが、有機層構成には特に限定されず、一部の層が無くても構わない。
【００１８】
図２（ｃ）に示すように、支持基板側の電極層と発光層間の有機層に凹凸構造を形成する場合は、その上部に形成される発光層を含む最低１層の有機層、上部電極層がそれぞれ凹凸構造に追随して形成される。凹凸構造を有する層としては、電荷注入層、電荷輸送層、電荷阻止層の最低一層であり、支持基板側の電極層の極性によって電子注入層、電子輸送層、正孔阻止層もしくは正孔注入層、正孔輸送層、電子阻止層に分けられ、いずれの場合でもよい。また、有機層に関しては、発光層以外に電荷注入層、電荷輸送層、電荷阻止層等を含む場合があるが、有機層構成には特に限定されず、一部の層が無くても構わない。
【００１９】
図２（ｄ）に示すように、発光層に直接凹凸構造を形成する場合は、その上部に形成される有機層、電極層がそれぞれ凹凸構造に追随して形成される。ただし、上部の有機層については一方の電荷注入層、電荷輸送層、電荷阻止層等を含む場合があるが、有機層構成には特に限定されない。電極は一方が陽電極、もう一方が陰電極であり、そのいずれでも構わない。また、発光層に直接凹凸構造を形成する場合は、今までの構造と異なり発光層の一面のみに凹凸構造を有する形状となる。そのため、発光層の膜厚を一定にする事で発光層に均一な電界を印加する設計は不可能であるが、発光層が膜厚による電界差を無視できる電荷移動度を有していれば、発光層にほぼ均一な電界を印加する設計をすることが可能である。
【００２０】
次に、発光領域を増やすための凹凸構造の形状について説明する。
【００２１】
平坦な膜に対して凹凸構造を有する膜を形成するための凹凸構造の形状に関しては、図３の（ａ−１）〜（ａ−４）に示すように突起物を形成する場合、図３の（ｂ−１）〜（ｂ−４）に示すように凹みを形成する場合、図３の（ｃ−１）〜（ｃ−４）に示すようにその両方が複合した場合それぞれのいずれでもよい。
【００２２】
実際に利用できる凹凸構造は、例えば、四角状、台形状、三角状、円柱状、縞状、半球状、四角すい状等が上げられる。また、提示した構造は一例であって、構造の形状を制限させるものではない。また、構造体の大きさとしては、素子を作製するにあたり問題がない範囲であれば、特に制限は無い。
【００２３】
また、凹凸構造は、図4に示すように凹凸構造を有する膜に対して平面的に広がりを持つことが可能である。表面積が増えさえすれば、その平面的広がりの形状、パターンに制限はない。例えば、ドット状、縞状、同心円状、それらの組み合わせ等が使用できる。提示した構造は一例であって、構造の形状を制限させるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
有機ＥＬ素子は、発光層を含む有機層を、陰電極と陽電極とで挟んだ構成を有し、有機層内で電子および正孔を再結合させることにより励起子を生成させ、励起子が失活する際の光の放出（蛍光もしくは燐光）を利用する発光素子である。有機ＥＬ素子の特徴としては、１０Ｖ以下の低電圧で１００〜１０００００ cd/m2 程度の高輝度の面発光が可能であり、また発光材料の種類を選択することにより青色から赤色までもしくは白色等の混合色の発光が可能である。有機ＥＬ素子は土台となる支持基板上に薄膜を順次形成することで作製される。
【００２５】
有機ＥＬ素子では、所定の有機分子成分からなる複数の膜を上下に積層して成る有機層を形成し、その上下両側に各々電極層を形成する。両電極を通じて所定の電圧又は電流を印加して電子と正孔を発光層に注入し、電子と正孔が再結合する際に発光する。また、この発光を外部に導いて発光、表示機能を果たさせるために、上下に備えた電極の内、少なくとも一方の電極は透明もしくは半透明である構造を持つことにより、発光を取り出す。
【００２６】
有機ＥＬ素子を構成する有機ＥＬ構成体について説明する。有機ＥＬ素子は発光を陽極、陰極側のいずれからあるいは両方から取り出すため、それぞれの方式の場合で使用材料、作製方法が異なる。発光を支持基板／陽極側からのみ取り出す場合を中心に説明するが、本発明は、それぞれの発光の取り出し方式で利用可能である。
【００２７】
有機ＥＬ素子の断面例を図５に示す。ただし、この断面図は有機ＥＬ素子の構造を限定するものではない。有機ＥＬ素子を構成する有機ＥＬ構成体は、支持基板、陽電極、正孔注入層、正孔輸送層、電子阻止層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層、電子注入層、陰電極、封止層、接着剤、除湿材に分類できる。ただし、素子構造、作製方法等により、一部の構成体を持たない場合がありえる。
【００２８】
支持基板について説明する。支持基板は、非常に薄い薄膜の積層で形成される有機ＥＬ素子を支持するものである。そのため、一定以上の強度が求められる。また、水分、酸素に弱い有機ＥＬ素子のために一定以上の水分や酸素の不透過性を持つことが好ましい。また、支持基板側から発光を取り出す場合には、光の透過率も求められる。光の透過率が低いと発光効率の低下につながるためである。
【００２９】
支持基板に使用される材料としては、支持基板側から発光を取り出す場合には、透明ないし半透明材料である必要がある。可視領域の４００〜７００ｎｍの波長に対して５０％以上、特に８０％以上の透過率、さらに９０％以上の透過率が好ましい。例えば、ガラス、石英、ポリカーボネート、アクリル、ポレエチレン等のポリマー板等が好ましい。支持基板の逆側から発光を取り出す場合には、不透明であっても良く、ガラス等以外にも、金属基板、Ａｌ等の金属基板に絶縁処理を施したものやアルミナ等のセラミックス等を用いることができる。また、有機ＥＬ素子の保護のために、水分、酸素の透過率については、水分透過率は０．０１ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下が好ましく、より好ましくは１×１０−3ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下であり、さらに、１×１０−5ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下であることが好ましい。酸素透過率は０．０１ｃｃ／ｃｍ２・ｄａｙ以下、特に０．００１ｃｃ／ｃｍ２・ｄａｙが好ましい。
【００３０】
陽電極について説明する。陽電極は、直流駆動する有機ＥＬ素子に陽極を接続する電極である。そのため、一定以上の導電性が求められる。また、陽電極側から発光を取り出す場合には、光の透過性が必要となる。
【００３１】
陽電極に使用される材料としては、支持基板側から発光を取り出す場合には、透明もしくは半透明な電極が好ましい。具体的には、透明電極としてＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３や金属薄膜としてＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ，Ｃｕ等が考えられるが、特にＩＴＯ、ＩＺＯが好ましい。また、これらの材料は単独で用いる事もできるが、これら材料同士の合金やその他の元素を添加した材料も用いることができる。陽電極の逆側から発光を取り出す場合には、透明である必要がないため、あらゆる導電性の高い材料が使用可能である。また、陽電極の導電性を高めるためにＣｒ、Ａｇ、Ｃｕ等の補助電極を有する場合があり、その場合でも問題はない。
【００３２】
陽電極側から発光を取り出す場合には、可視光の透過率も求められる。可視領域の４００〜７００ｎｍの波長に対して５０％以上、特に８０％以上の透過率、さらに９０％以上の透過率が好ましい。陽電極の逆側から発光を取り出す場合には、大きな制限はないが、一部の発光は取り出し側とは反対の電極から反射して取り出されるため、可視領域の光反射率８０％以上、特に９０％以上の反射率が好ましい。可視領域の光吸収率についても２０％以下、特に１０％以下が好ましい。
【００３３】
陽電極の膜厚は、陽電極は導電性の観点から、一定以上の厚みがあることが好ましい。陽電極シート抵抗値は２００Ω／□以下が好ましく、特に５０Ω／□以下、さらに５Ω／□以下が好ましい。具体的な膜厚は材料の導電性によって異なるが、ＩＴＯに関して言えば、５０ｎｍ〜１０００ｎｍ、特に１５０〜５００ｎｍが好ましい。また、膜厚が厚すぎる場合、光の透過性が悪化し、発光効率が低下する場合がある。
【００３４】
陽電極の形成方法としては、材料によって異なるが既存の製膜方法を利用できる。具体的には真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等による形成が好ましい。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００３５】
正孔注入層について説明する。正孔注入層は、陽電極から有機膜に正孔を注入する能力を高めるための層である。この層を追加する事により、陽電極から正孔を注入する電気的障壁が小さくなる。このことから、陽電極と有機層間の電気的障壁による駆動電圧の上昇を抑制する。また、正孔注入層から発光を取り出す場合には、光の透過性が必要となる。
【００３６】
正孔注入層に使用される材料としては、正孔注入のしやすさの点から、陽電極とのイオン化ポテンシャルの差が小さいの物質が好ましい。正孔注入層の材料としては正孔輸送層と同様の材料を使用することができるが、ポルフィリン化合物（特開昭６３−２９５６９６５号公報等参照）、芳香族第３級アミン化合物及びスチリルアミン化合物（米国特許第４，１２７，４１２号明細書、特開昭５３−２７０３３号公報、同５４−５８４４５号公報、同５４−１４９６３４号公報、同５４−６４２９９号公報、同５５−７９４５０号公報、同５５−１４４２５０号公報、同５６−１１９１３２号公報、同６１−２９５５５８号公報、同６１−９８３５３号公報、同６３−２９５６９５号公報等参照）、特に芳香族第三級アミン化合物を用いることが好ましい。
また、米国特許第５，０６１，５６９号に記載されている２個の縮合芳香族環を分子内に有する、例えば、４，４’−ビス（Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（以下ＮＰＤと略記する）や、特開平４−３０８６８８号公報に記載されているトリフェニルアミンユニットが３つスターバースト型に連結された４，４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（以下ＭＴＤＡＴＡと略記する）等を挙げることができる。
また、芳香族ジメチリディン系化合物の他、ｐ型Ｓｉ、ｐ型ＳｉＣ等の無機化合物も正孔注入層の材料として使用することができる。
【００３７】
陽電極側から発光を取り出す場合には、可視光の透過率も求められる。可視領域の４００〜７００ｎｍの波長に対して５０％以上、特に８０％以上の透過率、さらに９０％以上の透過率が好ましい。陽電極の逆側から発光を取り出す場合には、大きな制限はないが、一部の発光は取り出し側とは反対の電極から反射して取り出されるため、可視領域の４００〜７００ｎｍの波長に対して５０％以上、特に８０％以上の透過率、さらに９０％以上の透過率が好ましい。
【００３８】
正孔注入層の膜厚は、正孔注入を十分に行える一定以上の厚さを有する必要がある。また、膜厚の上限は特に制限されないが、あまりに厚いと光透過率の低下、膜内応力の影響等の問題が生じる。通常０．５〜５００ｎｍ程度、特に１０〜３００ｎｍ程度とする事が好ましい。
【００３９】
正孔注入層の形成方法としては、材料によって異なるが既存の製膜方法を利用できる。具体的には真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等による形成が好ましい。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００４０】
正孔輸送層について説明する。正孔輸送層は、有機膜に注入された正孔を発光層まで輸送するための層である。正孔の輸送能力としては、正孔移動度で表され、例えば１０4〜１０6Ｖ／ｃｍの電界印加時に、少なくとも１×１０−３ｃｍ／（Ｖ・ｓ）であることが好ましい。正孔移動度が低すぎると、正孔輸送層が電気的障害となり、有機ＥＬ素子の駆動電圧の上昇につながる。また、正孔輸送層の膜厚を薄くしなければならなくなるため、素子不良等に繋がる場合もある。
【００４１】
正孔輸送層に使用される材料としては、陽電極（ＩＴＯ等）や正孔注入層から比べ、イオン化ポテンシャルの小さいの物質が好ましい。具体例としては、トリアゾール誘導体（米国特許３，１１２，１９７号明細書等参照）、オキサジアゾール誘導体（米国特許３，１８９，４４７号明細書等参照）、イミダゾール誘導体（特公昭３７−１６０９６号公報等参照）、ポリアリールアルカン誘導体（米国特許３，６１５，４０２号明細書、同第３，８２０，９８９号明細書、同第３，５４２，５４４号明細書、特公昭４５−５５５号公報、同５１−１０９８３号公報、特開昭５１−９３２２４号公報、同５５−１７１０５号公報、同５６−４１４８号公報、同５５−１０８６６７号公報、同５５−１５６９５３号公報、同
５６−３６６５６号公報等参照）、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体（米国特許第３，１８０，７２９号明細書、同第４，２７８，７４６号明細書、特開昭５５−８８０６４号公報、同５５−８８０６５号公報、同４９−１０５５３７号公報、同５５−５１０８６号公報、同５６−８００５１号公報、同５６−８８１４１号公報、同５７−４５５４５号公報、同５４−１１２６３７号公報、同５５−７４５４６号公報等参照）、フェニレンジアミン誘導体（米国特許第３，６１５，４０４号明細書、特公昭５１−１０１０５号公報、同４６−３７１２号公報、同４７−２５３３６号公報、特開昭５４−５３４３５号公報、同５４−１１０５３６号公報、同５４−１１９９２５号公報等参照）、アリールアミン誘導体（米国特許第３，５６７，４５０号明細書、同第３，１８０，７０３号明細書、同第３，２４０，５９７号明細書、同第３，６５８，５２０号明細書、同第４，２３２，１０３号明細書、同第４，１７５，９６１号明細書、同第４，０１２，３７６号明細書、特公昭４９−３５７０２号公報、同３９−２７５７７号公報、特開昭５５−１４４２５０号公報、同５６−１１９１３２号公報、同５６−２２４３７号公報、西独特許第１，１１０，５１８号明細書等参照）、アミノ置換カルコン誘導体（米国特許第３，５２６，５０１号明細書等参照）、オキサゾール誘導体（米国特許第３，２５７，２０３号明細書等に開示のもの）、スチリルアントラセン誘導体（特開昭５６−４６２３４号公報等参照）、フルオレノン誘導体（特開昭５４−１１０８３７号公報等参照）、ヒドラゾン誘導体（米国特許第３，７１７，４６２号明細書、特開昭５４−５９１４３号公報、同５５−５２０６３号公報、同５５−５２０６４号公報、同５５−４６７６０号公報、同５５−８５４９５号公報、同５７−１１３５０号公報、同５７−１４８７４９号公報、特開平２−３１１５９１号公報等参照）、スチルベン誘導体（特開昭６１−２１０３６３号公報、同第６１−２２８４５１号公報、同６１−１４６４２号公報、同６１−７２２５５号公報、同６２−４７６４６号公報、同６２−３６６７４号公報、同６２−１０６５２号公報、同６２−３０２５５号公報、同６０−９３４５５号公報、同６０−９４４６２号公報、同６０−１７４７４９号公報、同６０−１７５０５２号公報等参照）、シラザン誘導体（米国特許第４，９５０，９５０号明細書）、ポリシラン系（特開平２−２０４９９６号公報）、アニリン系共重合体（特開平２−２８２２６３号公報）、特開平１−２１１３９９号公報に開示されている導電性高分子オリゴマー（特にチオフェンオリゴマー）等が挙げられる。
【００４２】
陽電極側から発光を取り出す場合には、可視光の透過率も求められる。可視領域の４００〜７００ｎｍの波長に対して５０％以上、特に８０％以上の透過率、さらに９０％以上の透過率が好ましい。陽電極の逆側から発光を取り出す場合には、大きな制限はないが、一部の発光は取り出し側とは反対の電極から反射して取り出されるため、可視領域の４００〜７００ｎｍの波長に対して５０％以上、特に８０％以上の透過率、さらに９０％以上の透過率が好ましい。
【００４３】
正孔輸送層の膜厚は特に制限されるものではなく形成方法によっても異なるが、通常０．５〜５００ｎｍ程度、特に１０〜３００ｎｍ程度とする事が好ましい。また、正孔輸送層の膜厚は発光層の発光領域設計の重要なパラメータであり、正孔輸送層の正孔移動度と電子輸送層の電子移動度によって異なり、それぞれの素子構造によって設計することが好ましい。
【００４４】
正孔輸送層の形成方法としては、材料によって異なるが既存の製膜方法を利用できる。具体的には真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等による形成が好ましい。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００４５】
電子阻止層について説明する。電子阻止層は、発光層まで輸送された電子を発光層内部に閉じ込めるための層である。この層を追加する事により、電子の閉じ込め効果が高められ、発光能力を高めることができる。また、正孔輸送機能も同時に求められるため、正孔輸送層が同時に電子阻止層を兼ねる場合もある。
【００４６】
電子阻止層に使用される材料としては、電子の閉じ込め効果のために発光層に比べて電子親和力が大きいことが求められる。発光層との層構成によって使用する材料は異なるが、正孔輸送性が求められるため、正孔輸送層と同様の材料を使用することができる。例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また導電性高分子オリゴマー等が挙げられる。
【００４７】
電子阻止層の膜厚は特に制限されるものではなく形成方法によっても異なるが、通常０．５〜１００ｎｍ程度、特に１０〜５０ｎｍ程度とする事が好ましい。
【００４８】
電子阻止層の形成方法としては、材料によって異なるが既存の製膜方法を利用できる。具体的には真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等による形成が好ましい。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００４９】
発光層について説明する。発光層は、電子と正孔の再結合により励起子を生成させ、光を発生する機能を有する層である。発光層は、発光層に対する電子と正孔の注入機能、発光層内の発光領域までの電子と正孔の輸送機能を併せ持つ。このことから発光層は電子、正孔それぞれの注入、輸送層の機能の一部を有する場合がある。また、発光層は発光層材料（ホスト材料）に、1種もしくは複数の発光能力の高いドーピング材料を添加する場合がある。
【００５０】
発光層に使用される材料としては、発光機能を有する化合物を使用し、発光の方式の違いから蛍光性化合物、燐光性化合物に分けられ，既存の発光材料を任意で使用する事ができる。
【００５１】
蛍光性化合物としては、例えば、電子輸送性発光材料として、Ａｌｑ、Ａｌｍｑ、ＢｅＢｑ２、ＢＡｌｑ、ＺｎＰＢＯ、ＺｎＰＢＴ等挙げられる。正孔輸送性発光材料としてＡＰＤ、ＢＳＢ等が挙げられる。ドーピング材料としてクマリン誘導体、ＤＣＭ、キナクリドン、ルブレン、ペリレン等が挙げられる。他にポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリフェニレン等が挙げられる。
【００５２】
燐光性化合物としては、イリジウム錯体、白金錯体、オスミウム錯体、ユーロピウム錯体等が挙げられる。特に、発光強度、発光効率の点からイリジウム錯体が好ましい。具体的にはＩｒ（ｐｐｙ）３、ＦＩｒｐｉｃ、Ｂｔｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｔｈｐｙ）３、Ｉｒ（ｔ５ｍ−ｔｈｐｙ）３、Ｉｒ（ｔ−５ＣＦ３−ｐｙ）３、Ｉｒ（ｔ−５ｔ−ｐｙ）３、Ｉｒ（ｍｔ−５ｍｔ−ｐｙ）３、Ｉｒ（ｂｔｐｙ）３、Ｉｒ（ｔｆｌｐｙ）３、Ｉｒ（ｐｉｑ）３、Ｉｒ（ｔｉｑ）３、Ｉｒ（ｆｌｉｑ）３、等が挙げられる。
【００５３】
発光層の膜厚は、十分に発光領域を確保できる膜厚であれば、特に制限されるものではない。素子構造、材料、形成方法によっても異なるが、通常は２０〜２００ｎｍ程度、特に５０〜１００ｎｍとする事が好ましい。ただし、発光層の電荷移動度が低い場合、発光領域の厚さに対して膜厚が厚すぎると駆動電圧の増加に繋がる場合がある。
【００５４】
発光層の形成方法としては、材料によって異なるが既存の製膜方法を利用できる。具体的には真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等による形成が好ましい。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００５５】
正孔阻止層について説明する。正孔阻止層は、発光層まで輸送された正孔を発光層内部に閉じ込めるための層である。この層を追加する事により、正孔の閉じ込め効果が高められ、発光能力を高めることができる。また、電子輸送機能も同時に求められるため、電子輸送層が同時に正孔阻止層を兼ねる場合もある。
【００５６】
正孔阻止層に使用される材料としては、正孔の閉じ込め効果のために発光層に比べてイオン化ポテンシャルが大きいことを求められる。発光層との層構成によって使用する材料は異なるが、特開平１１−２０４２５８号公報、特開２００８−１０８７１２公報等の材料が使用できる。また、電子輸送性が求められるため、発光層との層構成によって、任意の電子輸送層と同様の材料を使用することができる。
【００５７】
正孔阻止層の膜厚は特に制限されるものではなく形成方法によっても異なるが、通常０．５〜１００ｎｍ程度、特に１０〜５０ｎｍ程度とする事が好ましい。
【００５８】
正孔阻止層の形成方法としては、材料によって異なるが既存の製膜方法を利用できる。具体的には真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等による形成が好ましい。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００５９】
電子輸送層について説明する。電子輸送層は、有機膜に注入された電子を発光層まで輸送するための層である。電子の輸送能力としては、電子移動度で表され、例えば１０4〜１０6Ｖ／ｃｍの電界印加時に、少なくとも１×１０−４ｃｍ／（Ｖ・ｓ）であることが好ましい。電子移動度が低すぎると、電子輸送層が電気的障害となり、有機ＥＬ素子の駆動電圧の上昇につながる。
【００６０】
電子輸送層に使用される材料としては、陰電極や電子注入層から比べ、電子親和力の値が大きい物質が好ましい。例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）等の８−キノリノールもしくはその誘導体を配位子とする有機金属錯体などのキノリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体等を用いる事ができる。
【００６１】
電子輸送層の膜厚は特に制限されるものではなく形成方法によっても異なるが、通常０．５〜５００ｎｍ程度、特に１０〜３００ｎｍ程度とする事が好ましい。また、電子輸送層の膜厚は発光層の発光領域設計の重要なパラメータであり、正孔輸送層の正孔移動度と電子輸送層の電子移動度によって異なり、それぞれの素子構造によって設計することが好ましい。
【００６２】
電子輸送層の形成方法としては、材料によって異なるが既存の製膜方法を利用できる。具体的には真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等による形成が好ましい。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００６３】
電子注入層について説明する。陰電極から有機膜に電子を注入する能力を高めるための層である。この層を追加する事により、陰電極から電子を注入する電気的障壁が小さくなる。このことから、陰電極と有機層間の電気的障壁による駆動電圧の上昇を抑制する。
【００６４】
電子注入層に使用される材料としては、有機層とのエネルギー差を小さくできる低仕事関数の物質が好ましく、例えば、Ｋ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｂａ，Ａｌ，Ａｇ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｚｒ等の金属元素が挙げられる。ただ、これらの金属元素単体では反応性が高く不安定であるため、これらの金属元素を含む合金系を用いることが好ましい。合金系の例としては、ＭｇＡｇ，ＡｌＣａ，ＡｌＬｉ等が上げられる。また、アルカリ金属、アルカリ土類金属の酸化物やフッ化物等の無機化合物も好ましい。無機化合物の例としては、ＬｉＯ２、ＬｉＯ，ＮａＯ，ＣａＯ，ＢａＯ、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＬｉＣｌ等が上げられる。
【００６５】
電子注入層の膜厚は、電子注入を十分に行える一定以上の厚さを有する必要がある。０．５ｎｍ以上、特に１ｎｍ以上とする事が好ましい。また、膜厚の上限は特に制限されないが、通常１〜５００ｎｍ程度とすればよい。
【００６６】
電子注入層の形成方法としては、材料によって異なるが既存の製膜方法を利用できる。具体的には真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等による形成が好ましい。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００６７】
陰電極について説明する。陰電極は、直流駆動する有機ＥＬ素子に陰極を接続する電極である。そのため、一定以上の導電性が求められる。また、反応性の高い電子注入層の保護する機能も兼ねる場合がある。
【００６８】
陰電極に使用される材料としては、陽電極の逆側から発光を取り出す場合には、透明である必要がないため、あらゆる導電性の高い材料が使用可能である。具体的には、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔ等の金属単体やそれら金属の合金、ＩＴＯ，ＩＺＯ等の透明電極等が挙げられる。
【００６９】
陰電極の膜厚は、電子注入効率を十分に行うために一定以下の抵抗率が望ましく、また、電子注入層の保護機能を付加することが望ましいため、一定以上の厚さを有することが好ましい。好ましくは５０ｎｍ以上、特に１００〜１０００ｎｍの範囲が好ましい。陰電極が薄すぎると、抵抗率の上昇、保護能力の低下、電極の強度等が問題となる。一方、陰電極が厚すぎると、陰電極の応力の影響が大きくなり、有機層と密着性が問題となる。
【００７０】
陰電極の形成方法としては、材料によって異なるが既存の製膜方法を利用できる。具体的には真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等による形成が挙げられる。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００７１】
封止層について説明する。封止層は、水分や酸素に弱い有機ＥＬ素子の保護のために設けられる保護部である。そのため、一定以上の水分や酸素の不透過性が求められる。具体的には水分、酸素の透過率については、水分透過率は０．０１ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下が好ましく、より好ましくは１×１０−3ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下であり、さらに、１×１０−5ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下であることが好ましい。酸素透過率は０．０１ｃｃ／ｃｍ２・ｄａｙ以下、特に０．００１ｃｃ／ｃｍ２・ｄａｙが好ましい。封止層の形成には、板材を接着剤で張りつける場合、電極に直接製膜する場合、あるいはその両方を行う場合があり、使用する材料、形成方法が異なる。
また、板材を接着剤で張りつけた場合内部の空間に、封止ガスが混入される場合がある。
【００７２】
封止層に使用される材料としては、板材を用いる場合、ガラス、石英、Ａｌ等の各金属材、ポリマー板等を用いることができる。特に水分や酸素の不透過性の高いガラスが好ましい。ガラス材としては、アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、鉛アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、シリカガラス等が挙げられる。また、単体では水分や酸素の透過性が高い板材に表面処理を施し、不透過性を高めた複合材を用いることも好ましい。また、封止層内部に乾燥材を挿入する場合などのために、板材に凹加工を施す場合がある。また、陰電極に直接製膜する場合、ＳｉＯｘ等の無機材料、ポリテトラフルオロエチレン、塩素を含むフッ化炭素重合体等を用いることが好ましい。また、内部空間に混入される封止ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２等の不活性ガスが好ましい。
【００７３】
封止層の厚さは、水分や酸素の不透過性性能を十分に有する厚みが必要である。水分透過率は０．０１ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下、特に１×１０−3ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下、さらに、１×１０−5ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下、酸素透過率は０．０１ｃｃ／ｃｍ２・ｄａｙ以下、特に０．００１ｃｃ／ｃｍ２・ｄａｙ以下の条件を満たすように、膜厚設計される。使用する材料の水分、酸素の透過率にもよるが、好ましくは０．１ｍm以上、特に０．３〜５ｍmの範囲が好ましい。また、混入される封止ガスの水分、酸素含有量は１００ｐｐｍ以下が好ましく、さらに１０ｐｐｍ以下、特に１ｐｐｍ以下が好ましい。
【００７４】
封止層は、板材を用いる場合は接着剤を用いて封止板を接着、密封することで形成することが好ましい。また、電極に直接製膜する場合、真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等が好ましい。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００７５】
接着剤について説明する。接着剤は、封止層と有機ＥＬ素子を含む支持基板の接着のために使用する。そのため、安定した接着強度性能が重要となる。また、封止層内部に乾燥剤を入れる場合や、有機層を傷つけるのを防ぐために、封止層の高さ調整のためのスペーサを混入する場合がある。さらに、接着剤は封止の性能に影響し、素子劣化や寿命低下に繋がるために、水分透過率は０．０１ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下が好ましく、より好ましくは１×１０−3ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下であり、さらに、１×１０−5ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下であることが好ましい。酸素透過率は０．０１ｃｃ／ｃｍ２・ｄａｙ以下、特に０．００１ｃｃ／ｃｍ２・ｄａｙが好ましい。
【００７６】
接着剤に使用される材料としては、使用される封止層の材質と、支持基板の材質もしくは有機層と安定した接着強度を有していればよく、特に限定されない。具体的には、ウレタン樹脂系接着剤、エチレン-酢酸ビニル樹脂接着剤、塩化ビニル樹脂溶剤系接着剤、シリコーン系接着剤、ポリイミド系接着剤等が挙げられる。また、機密性が高く、外部からの水分、酸素の流入、封止ガスの流出がないもしくは少ない物が好ましい。具体的には、エポキシ系化合物樹脂、オキセタニル系化合物樹脂等の光硬化性接着剤を用いることが好ましい。
【００７７】
スペーサに使用される材料としては、樹脂ビーズ、シリカビーズ、ガラスビーズ、ガラスファイバー等が挙げられる。スペーサは、通常は粒径のある程度揃った粒状物であるが、スペーサの機能に支障がなければ、形状は特に制限されず、様々な形状であってよい。
【００７８】
スペーサは、予め接着剤に混入されていても、接着時に混入してもよい。接着剤中のスペーサの含有量は、０．０１〜３０質量％程度が好ましく、さらに０．１〜５質量％が好ましい。また、スペーサの大きさは円の直径換算で、１〜２０μｍ、特に５〜１０μｍが好ましい。
【００７９】
乾燥剤について説明する。乾燥材は、封止層による封止空間内の水分、酸素を吸着し有機ＥＬ素子の不良を防ぐ機能を持つ。水分、酸素は封止層、接着剤を通り、外部からの少量混入する。混入される封止ガスの水分、酸素含有量は１００ｐｐｍ以下が好ましく、さらに１０ｐｐｍ以下、特に１ｐｐｍ以下が好ましいため、乾燥剤を挿入して封止環境を保つことが好ましい。
【００８０】
乾燥剤に使用される材料としては、水を吸収する水分吸収機能を有する材料として、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アクリル酸重合体、アクリルアミド樹脂、アセタール樹脂、ウレタン樹脂、及びセルロース樹脂等の樹脂系を挙げることができる。また、無機化合物としては、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム等アルカリ土類金属酸化物、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム等の硫酸塩、水素化カルシウム、水素化ストロンチウム等のアルカリ土類金属水素化物塩、カルシウム、バリウム等のアルカリ土類金属等の水分反応性無機化合物、シリカゲル、アルミナ、各種ゼオライト等の水分吸着型乾燥剤が使用できる。
酸素吸収機能を有する材料としては、具体的にはポリスチレン、ポリブテン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンエチルアクリレート共重合体、エチレンアクリル酸共重合体、エチレンアクリル酸メチル共重合体、アクリルゴム、ポリメチルペンテン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンゴム、エチレン１−ブテンゴム、ブチルゴム、水添スチレンブタジエンゴム等が挙げられる。これらの乾燥剤材料は単独で使用することも可能であるが、複数の材料の混合による乾燥剤も可能である。
【００８１】
乾燥剤は、シート材を用いる場合は接着剤を用いて封止板に接着することで形成することが好ましい。また、電極、封止層に直接製膜する場合、真空蒸着法、各種スパッタ法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法等が好ましい。また、スピンコーティング法、インクジェット法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、他印刷法等の各種塗布法を用いることも好ましい。
【００８２】
凹凸構造を作製する方法について説明する。
【００８３】
一般的に、物体の表面に微細な構造を作製する技術として、フォトリソグラフィ−、電子線露光、Ｘ線露光、ナノインプリントリソグラフィー等のパターニング技術及び各種のエッチング技術の手法が知られている。また、上記以外の方法では、アルミニウムの陽極酸化法や分子自己組織構造を利用した、ボトムアップ手法による微細構造の製造方法が知られている。アルミニウム等の陽極酸化法において、あらかじめ被陽極酸化層の表面に規則的な凹構造を形成することで、該凹構造を開始点として孔構造を形成することが可能である。
【００８４】
有機ＥＬの場合は金属、有機物とそれぞれ異なる性質をもつ部材で構成されているため、それぞれの部材で構造を作製する方法が異なる。有機ＥＬ素子の各層の形成方法は、先の記述通りであり、これらの形成方法、パターニング技術、エッチング技術を複合し任意の形状を形成する事が可能である。
【００８５】
支持基板側の電極層の製造方法は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等を使用できる。蒸着やスパッタ法により電極を作製する場合は、例えば、一度電極を形成したあとにマスクをしてもう一度形成することで構造を持たせることが可能である。どちらの方法についてもそれぞれの方法での制御方法、パターン形状で構造の制御が可能である。
【００８６】
注入層、輸送層、阻止層、発光層等の有機層は有機層を製膜する際に凹凸構造を作製することが出来る。凹凸構造を例えば、蒸着法の場合、一度蒸着したあとにマスクをしてもう一度蒸着、もしくは除去すればよい。マスキングは既存のマスク技術を用いれば良い。また、塗布法を用いる場合は、例えば、平面状に塗布した後、インクジェット法によるドット形成を行う等が挙げられる。
【実施例】
【００８７】
次に実施例及び比較例に基づき、本実施の形態を更に具体的に説明する。尚、本実施の形態は、以下の実施例の記載に限定されるものではない。
【００８８】
（実施例１）
ガラス基板上にインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）透明電極が２００ｎｍ堆積したものを一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて１０ｍｍ幅のストライプにパターニングして陽電極を形成した。
【００８９】
次に陽電極に凹凸構造を形成する為に一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いてマス目状に円すい状のドットで凹みを形成した。円の直径は１００ｎｍ、円中心間３００ｎｍ、深さ８０ｎｍとした。この凹凸構造により陽電極の表面積は約１．３倍に増加した。
【００９０】
次に純水による超音波洗浄、イソプロピルアルコールによる超音波洗浄、窒素ブローによる乾燥、紫外線オゾン洗浄を順に行った。
【００９１】
次に、有機層と陰電極層を製膜するために真空蒸着装置内に基板を固定した。
有機層は正孔注入層として４，４’，４”−トリス（−N−（３−メチルフェニル）−N−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（以下、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、正孔輸送層として次N，N’−ジフェニル−，N’−ｍ−トリル−４’−ジアミノ−１，１’−ビフェニル（以下TPD）、発光層としてトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（以下、Ａｌｑ３）を製膜した。各層の製膜条件は、真空蒸着装置内部を１×１０−４Pa以下まで減圧し、各層とも０．１ｎｍ／ｓｅｃにて製膜を行った。各層の膜厚はｍ−ＭＴＤＡＴＡを２０ｎｍ、ＴＰＤを３０ｎｍ、そしてＡｌｑ３を４０ｎｍで凸凹構造に追随するように皮膜形成を行った。
【００９２】
引き続き、電子注入層としてマグネシウムと銀の合金（以下、Ｍｇ：Ａｇ）、陰電極として銀（以下、Ａｇ）を製膜した。電子注入層と陰電極は陽電極と直交するように幅１０ｍｍのストライプ状にシャドウマスクを用いて形成した。各層の製膜条件は、真空蒸着装置内部を１×１０−４Ｐａ以下まで減圧し、Ｍｇ：Ａｇはマグネシウムを１．０ｎｍ／ｓｅｃ、銀を０．１ｎｍ／ｓｅｃの蒸着速度で製膜を行い、マグネシウムと銀の比が１０：１の混合比になるように製膜を行った。Ａｇは０．１ｎｍ／ｓｅｃの蒸着速度にて製膜を行った。各層の膜厚はＭｇ：Ａｇを１０ｎｍ、そしてＡｇを１００ｎｍになるように製膜を行った。電子注入層と陰電極層においても下部の有機層と同様に凸凹構造を追随するように作製した。
【００９３】
最後に窒素置換したボックス内部で乾燥剤を充填したガラスキャップを紫外線硬化樹脂にて張り合わせて有機EL素子を作製した。
【００９４】
（実施例2）
ガラス基板上にＩＴＯ透明電極を３００ｎｍ堆積したものを一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて１０ｍｍ幅のストライプにパターニングして陽電極を形成した。
【００９５】
次に陽電極に凹凸構造を形成する為に一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いてマス目状に円すい状のドットで凹みを形成した。円の直径は１００ｎｍ、円すい中心間３００ｎｍ、深さ１５０ｎｍとした。この凹凸構造により陽電極の表面積は約１．７倍に増加した。
それ以外は、上記実施例1と同様に有機ＥＬ素子を作製した。
【００９６】
（実施例3）
ガラス基板上に凸凹構造を形成する為に、シャドウマスクとスパッタリング技術を用いて酸化シリコンの四角すい状ドットを形成した。形成した円柱の直径は５０ｎｍ、円中心間３００ｎｍ、高さ５０ｎｍとした。
次にスパッタリング技術により陽電極としてＩＴＯを５０ｎｍの厚さで凸凹構造を追随する形で作製した。凸凹構造により陽電極の表面積は約１．９倍に増加した。
それ以外は、上記実施例１と同様に有機ＥＬ素子を作製した。
【００９７】
（実施例4）
ガラス基板上にＩＴＯ透明電極を３００ｎｍ堆積したものを一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて１０ｍｍ幅のストライプにパターニングして陽電極を形成した。
次に陽電極に凹凸構造を形成する為に一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて、平面的にはストライプ状で、凹凸形状を波状にした凹みを形成した。谷間２００ｎｍ、深さ２００ｎｍとした。この凹凸構造により陽電極の表面積は約１．６倍に増加した。
それ以外は、上記実施例１と同様に有機EL素子を作製した。
【００９８】
（実施例5）
ガラス基板上に凸凹構造を形成する為に、シャドウマスクとスパッタリング技術を用いて酸化シリコンをストライプ状に、幅５０ｎｍ、高さ１００ｎｍ、間隔２００ｎｍで形成した。
次にスパッタリング技術により陽電極としてＩＴＯを５０ｎｍの厚さで凸凹構造を追随する形で作製した。凸凹構造により陽電極の表面積は約１．６倍に増加した。
それ以外は、上記実施例1と同様に有機EL素子を作製した。
【００９９】
（実施例6）
陽電極に凹凸構造を形成する為に一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いてマス目状に四角すい状のドットで凹みを形成した。四角の１辺は１００ｎｍ、四角すい中心間１２５ｎｍ、深さ１５０ｎｍとした。この凹凸構造により陽電極の表面積は約２．３倍に増加した。
それ以外は、上記実施例1と同様に有機EL素子を作製した。
【０１００】
（実施例７）
陽電極に凹凸構造を形成する為に一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いてマス目状に四角すい状のドットで凹みを形成した。四角の１辺は１００ｎｍ、四角すい中心間１２５ｎｍ、深さ１８０ｎｍとした。この凹凸構造により陽電極の表面積は約２．８倍に増加した。
それ以外は、上記実施例1と同様に有機EL素子を作製した。
【０１０１】
（比較例1）
凹凸構造を作製しなかった事以外は、上記実施例1と同様に有機EL素子を作製した。
【０１０２】
以上のようにして作製した有機EL素子の発光特性と駆動寿命試験結果を表１にまとめた。
【表１】
表１から明らかなように、本発明の凹凸構造を有する有機EL素子は発光輝度や寿命特性に優れている事がわかる。また、表面積の増加に比例して発光輝度の増加が見られる。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明の有機ＥＬ素子は、最低一層に凹凸構造を形成することにより、その上に形成される層が下層の表面構造を追随し、凹凸構造を有する発光層を形成することで、従来の有機ＥＬ素子では実現し得なかった高輝度領域での長寿命素子が実現可能である。よって、高輝度領域での長時間駆動する必要性のある照明用途などでも使用可能である。また、比較的低輝度領域で使用される表示ディスプレイ等を応用例とした場合でも、従来の素子では不可能と思われていた長寿命化も実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の一実施形態である陽電極に凹凸構造を有する素子構造の各構成の層との関係を示した概略断面図である。
【図２】本発明それぞれの実施形態について、素子構造の各構成の層との関係を示した概略断面図である。
【図３】凹凸構造の形態について、各種の例を示した概略断面図である。
【図４】凹凸構造の形態について、各種の例を示した概略平面図である。
【図５】有機ＥＬ素子の構成体について示した概略断面図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１ 支持基板
２ 陽電極
３ 有機層
４ 陰電極
３０１ 発光層
３０２ 支持基板側電極層と発光層間の有機層
５０１ 支持基板
５０２ 陽電極
５０３ 正孔注入層
５０４ 正孔輸送層
５０５ 電子阻止層
５０６ 発光層
５０７ 正孔阻止層
５０８ 電子輸送層
５０９ 電子注入層
５１０ 陰電極
５１１ 封止層
５１２ 接着剤
５１３ 乾燥材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が透明または半透明である一対の陽電極および陰電極からなる電極間に少なくとも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、発光領域を増やすことを目的に凹凸構造が付加された発光層を有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。
【請求項２】
請求項目１記載の素子において、最低一層に凹凸構造を形成することにより、その上に形成される層が下層の表面構造を追随し、凹凸構造を有する発光層が形成された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】
請求項目１，２記載の素子において、発光領域を増やす事を目的としたあらゆる種類の凹凸を有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
【請求項４】
請求項目３記載の素子において、任意の層の表面積を増やすために平坦な状態から突起物を形成する事により、凹凸構造を形成した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５】
請求項目３記載の素子において、任意の層の表面積を増やすために平坦な状態から凹みを形成する事により、凹凸構造を形成した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６】
請求項目３記載の素子において、平坦な状態から請求項目８、９を組み合わせることで、任意の層の表面積を増やすために凹凸構造を形成した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７】
請求項目１，２記載の素子において、任意の層の表面積を増やす事を目的としたあらゆる種類の凹凸を最低１層に平面状に有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
【請求項８】
請求項目１，２記載の素子において、支持基板と発光層の間に形成された層における移動度とその膜厚、同様に支持基板側の電極に対峙する電極と発光層の間に形成された層における移動度とその膜厚を制御する事で、凹凸構造を形成した発光層において、面方向に対する法線軸方向に均一な電界が印加されるよう設計した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９】
請求項目２記載の素子において、支持基板に凹凸構造を形成することにより、発光層に凹凸構造を形成した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１０】
請求項目２記載の素子において、電極に凹凸構造を形成することにより、発光層に凹凸構造を形成した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１１】
請求項目２記載の素子において、有機層に凹凸構造を形成することにより、発光層に凹凸構造を形成した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１２】
請求項目２記載の素子において、凹凸構造を持つ構造層を追加することにより、発光層に凹凸構造を形成した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１】
少なくとも一方が透明または半透明である一対の陽電極および陰電極からなる電極間に少なくとも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、発光領域を増やすことを目的に凹凸構造が付加された発光層を有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。
【請求項２】
請求項目１記載の素子において、最低一層に凹凸構造を形成することにより、その上に形成される層が下層の表面構造を追随し、凹凸構造を有する発光層が形成された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】
請求項目１，２記載の素子において、発光領域を増やす事を目的としたあらゆる種類の凹凸を有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
【請求項４】
請求項目３記載の素子において、任意の層の表面積を増やすために平坦な状態から突起物を形成する事により、凹凸構造を形成した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５】
請求項目３記載の素子において、任意の層の表面積を増やすために平坦な状態から凹みを形成する事により、凹凸構造を形成した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６】
請求項目３記載の素子において、平坦な状態から請求項目８、９を組み合わせることで、任意の層の表面積を増やすために凹凸構造を形成した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７】
請求項目１，２記載の素子において、任意の層の表面積を増やす事を目的としたあらゆる種類の凹凸を最低１層に平面状に有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
【請求項８】
請求項目１，２記載の素子において、支持基板と発光層の間に形成された層における移動度とその膜厚、同様に支持基板側の電極に対峙する電極と発光層の間に形成された層における移動度とその膜厚を制御する事で、凹凸構造を形成した発光層において、面方向に対する法線軸方向に均一な電界が印加されるよう設計した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９】
請求項目２記載の素子において、支持基板に凹凸構造を形成することにより、発光層に凹凸構造を形成した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１０】
請求項目２記載の素子において、電極に凹凸構造を形成することにより、発光層に凹凸構造を形成した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１１】
請求項目２記載の素子において、有機層に凹凸構造を形成することにより、発光層に凹凸構造を形成した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１２】
請求項目２記載の素子において、凹凸構造を持つ構造層を追加することにより、発光層に凹凸構造を形成したことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−９７８８３（Ｐ２０１０−９７８８３Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６９２２２（Ｐ２００８−２６９２２２）
【出願日】平成２０年１０月１７日（２００８．１０．１７）
【出願人】（７０８００４６１４）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１７日（２００８．１０．１７）
【出願人】（７０８００４６１４）
【Ｆターム（参考）】
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