JPH08321380A - 有機電界発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定性が高く、フルカラー表示が可能である
有機ＥＬ素子を提供する。 【構成】 陽極、有機化合物からなる発光層を含む有機
層及び陰極を積層してなる有機ＥＬ素子であって、発光
色と同じ色相を有するカラーフィルターを光放射面に設
置する。 【効果】 上記素子の製造工程の簡易化、該素子は平面
光源等用の発行素子として有用。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、平面光源や平面ディス
プレイに使用される有機薄膜電界発光素子（以下有機Ｅ
Ｌ素子）とその製造法に関する。さらに詳しくは単層も
しくは多層の有機化合物の薄膜に電界を印加して光を発
光する素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機ＥＬ素子はアプライド・フィジック
ス・レターズ、５１巻、９１３頁（１９８７年）にタン
らが発表して以来、低電圧駆動が可能で、しかも高輝度
であることから小型軽量自発光素子としての応用を目的
とした研究が盛んに行われるようになった。有機ＥＬ素
子は発光物質が有機化合物であり、１０Ｖ以下の電圧
で、１，０００Ｃｄ／ｍ² 以上の輝度の画発光が可能
で、しかも発光物質を選択する事により青色から赤色ま
で任意の発光が可能な、全固体素子であることが特徴で
ある。この特徴を生かして３原色を組み合わせれば、昇
圧回路を必要としない小型軽量のフルカラー自発光型表
示素子として実用化される可能性がある。しかし、この
有機ＥＬ素子の未解決の最大の問題点は寿命が短く、信
頼性に乏しいことである。この短寿命の要因としては 電極の酸化（陰電極） 材料の変質 有機薄膜の均一性 結晶化に伴う膜欠陥の発生 などが通常あげられている。しかし、上記の要因以外で
今まであまり問題となっていないが、劣化を促進する大
きい要因として有機ＥＬ素子を構成する材料の光疲労が
ある。有機ＥＬ素子の発光原理は電極を通じて注入され
た正孔と電子の再結合により発生するエネルギーを光に
変換するのであるが、このような機能を持つ材料は蛍光
物質として知られているものである。従って、材料によ
って決まるある特定の波長の光が照射されると、その材
料は励起され蛍光を発する。長時間光にさらされると、
光による励起と光放射の課程が繰り返されるため材料に
光疲労が起こり、時間の経過と共にその蛍光強度が減少
し、最終的には蛍光を発しなくなる。

【０００３】有機ＥＬ素子を構成する透明電極の支持基
板としては通常アルカリガラスが用いられている。その
透過する光の波長はガラスの種類により異なるが概略３
５０ｎｍ以上である。従って、分子が効率よく励起され
る吸収波長が３５０ｎｍ以下の物質で有機ＥＬ素子を構
成すれば、分子を励起する光がガラスに吸収され素子内
部の材料まで到達しないので、不必要な分子の励起を抑
制できるので、素子の光疲労を和らげる事となり、素子
の寿命は大幅に改善される。一方、表示素子あるいは照
明素子として有機ＥＬ素子を使用する場合には可視域の
光（概略４００〜７００ｎｍ）を発光しなければならな
い。このときに可視域の光を全て発光する必要はなく、
赤（６００ｎｍ以上）・緑（５５０ｎｍ付近）・青（４
５０ｎｍ付近）の３原色を発光すれば、調光する事によ
りフルカラー表示が可能となる。従って従来の構成では
３５０ｎｍ以下の波長の光を吸収し、上記３原色の光を
得ることが出来れば、有機ＥＬ素子構成材料の光疲労を
軽減することが出来、非常に有効である。吸収波長と発
光波長の光のエネルギー差がその材料の励起−発光に伴
うエネルギー損失である。この損失エネルギーの大部分
が熱となり、素子の温度を上昇させる主要原因である。
素子の温度が上昇すると有機ＥＬ素子構成材料の結晶化
が進行し、素子の熱破壊の要因となる。すなわち、材料
の吸収波長と発光波長の差は、できるだけ小さい方が好
ましい。従って赤色発光のために３５０ｎｍ以下の光で
励起されるような材料では、エネルギー損失が大きくな
り実用的でない。これを防ぐためにはこのカットする波
長を長くすれば良いことになり、特開平０４−３３４８
９５に開示されている紫外線カットフィルターを前面に
設置することが提案されている。しかし、図２に示すよ
うに赤色発光の場合には、吸収波長は５００ｎｍになる
ので、４００ｎｍ以下の波長の光を吸収するフィルター
では、赤色発光の材料の光疲労改善には役立たない。４
００ｎｍ以上の光をカットするとフィルターが着色し、
表示色に影響を与えると共に有機ＥＬ素子が発光した光
も吸収してしまい、素子外部に照射されなくなり、素子
の効率低下をもたらす。

【０００４】有機蛍光体には種々のエネルギーレベルを
持つ励起状態があり、励起状態から定常状態に遷移する
ときのエネルギー差に応じた光を出すので、一般的には
その発光スペクトルはブロードに成りやすい。発光波長
がブロードであることは単色発光素子の場合には問題と
ならないが、多色特にフルカラー表示を目指す場合に
は、発光スペクトルの裾が色純度を悪くするので好まし
いことではない。この欠点を回避するための手段とし
て、モレキュラー クリスタル アンドリキッド クリ
スタル、２２７巻、２７７頁（１９９３年）や特開平０
６−３２５８７０に開示されている有機ＥＬ素子を白色
光光源として使用し、液晶ディスプレイで実用化されて
いるように前面に３原色のカラーフィルターを設置し
て、カラー表示をする事が認められている。液晶ディス
プレイの場合には液晶素子は単に白色光の光量調整のた
めに使用するので、白色光源は一定光量の光を出してい
ればよい。しかし有機ＥＬ素子では、フルカラーを表示
するためには、表示色に応じて白色光量を変える必要が
ある。光量の調整には画素にかかる電圧を調整して行う
が、白色光を構成する蛍光体の電圧−輝度特性は材料に
より異なるので、調光するために印加電圧を調整すると
発光色の色味が微妙に変化する。従って、微妙な色味が
問題となるフルカラー表示素子の光源には不適である。
また劣化の時間変化が発光材料により異なることによ
り、初期には目的の色が出せても、時間が経過すると色
ずれを生じてしまう欠点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】有機ＥＬ素子のマトリ
ックス状に配置した各画素の発光色に対応するカラーフ
ィルターを光放出面側に設置する事により、有機ＥＬ素
子材料の光疲労を緩和して長寿命化をはかり、しかも希
望する色純度の発光色を得ることを見出し、この知見に
基づいて本発明を完成した。以上の記述から明らかなよ
うに、本発明の目的は上記の問題点を解決して、長寿命
でしかもフルカラー表示の可能な自発光平面ディスプレ
イを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記の構成を
有する。 （１）少なくとも一方が透明な一対の電極間に有機薄膜
が挟持された有機ＥＬ素子において透明電極側にカラー
フィルターを設置したことを特徴とする有機ＥＬ素子。 （２）少なくとも一方が透明な一対のＸＹマトリクス型
電極間に、有機薄膜が挟持された有機薄膜ＥＬ素子にお
いて、透明電極側の画素部分にカラーフィルターを設置
したことを特徴とする有機ＥＬ素子。 （３）前記（１）項もしくは（２）項のカラーフィルタ
ーが赤色、緑色及び青色であることを特徴とする有機Ｅ
Ｌ素子。 （４）前記（１）項もしくは（２）項のカラーフィルタ
ーが赤色及び緑色であることを特徴とする有機ＥＬ素
子。 （５）前記（１）項もしくは（２）項のカラーフィルタ
ーの各画素の周辺部にブラックマトリクスを配したこと
を特徴とする有機ＥＬ素子。

【０００７】

【発明の具体的説明】図１にカラーフィルターの相対透
過率と波長の関係を示す。Ｒは赤色、Ｇは緑色及びＢは
青色のフィルターの一例である。赤色フィルターは６０
０ｎｍ以上の波長の光は透過するが、それ以下の波長の
光は透過しない。緑色フィルターは５００ｎｍ付近の光
は透過するが、４００ｎｍ以下、６００ｎｍ以上の光は
透過しない。青色フィルターは４５０ｎｍ付近の光は透
過するが３５０ｎｍ以下、５５０ｎｍ以上の光は透過し
ない。図２は赤色発光の場合の一例で、［化１］で示さ
れる構造を持つＤＣＭの蛍光強度の測定結果である。

【０００８】

【化１】

【０００９】励起光のピークは４８０ｎｍ付近にあり、
この励起光を吸収して６００ｎｍ付近の光を発する。図
１に示した赤色フィルターＲの結果と組み合わせると、
吸収波長である４８０ｎｍ付近の波長の外光はフィルタ
ーが吸収し、ＤＣＭまで光が届かないので、外光による
励起は防ぐことが出来、光疲労の原因を取り除くことが
出来る。しかも６００ｎｍ以上の光は透過するのでＤＣ
Ｍによる赤色光は透過するので赤色発光素子となる。同
様に図２は緑色の場合の例で［化２］で示されるＡｌｑ
の蛍光強度の測定結果である。

【００１０】

【化２】

【００１１】赤色の場合と同様にカラーフィルターによ
りＡｌｑを励起する光は吸収し、発光する光は透過する
ので緑色発光素子として使用できる。

【００１２】

【化３】

【００１３】青色の例として［化３］で示されるＯＭＳ
Ｂの測定結果を示したものである。前２者と全く同様に
機能し青色発光が可能である。このように発光画素に応
じてカラーフィルターを設置すれば、余分な外光は吸収
し発光材料の光励起を押さえることが出来、しかも発光
材料からの光は透過し、外部に放出される。以上のこと
からフルカラー表示に必要な３原色の発光色を得ること
が出来る。また蛍光物質の不要な励起が押さえられるこ
とから実施例に示すように、光暴露試験でその効果を知
ることが出来る。

【００１４】図２〜図４からもわかるように有機化合物
の発光色は裾をひいているのでフルカラーを発現しよう
とすると色純度に問題が残る。本発明のようにカラーフ
ィルターを併用することにより、現在実用化されている
液晶ディスプレイと同等の画像品質のディスプレイを得
ることができる。

【００１５】本発明の一実施様態を模式的に図５に示
す。ガラス基板などの透明基板（１）上に所定のパター
ンのブラックマトリクス（２）を配置する。このブラッ
クマトリクスは隣り合った色が互いに同化しないように
（色純度の向上のため）設置するもので、パターニング
が容易で遮光出来るものであれば何でもよい。通常は黒
色の顔料型カラーフィルターやクロム膜（好ましくは低
反射クロム膜が望ましい）が用いられる。ブラックマト
リクスは色純度向上のために設置するもので、必須要件
ではない。その上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の
カラーフィルター（３）を形成する。

【００１６】カラーフィルターはたとえば液晶パネル用
カラーフィルター作製技術（（株）トリケップス、１９
９１年）に記載されているような方式で作成できる。実
例を挙げれば光硬化性樹脂に顔料を分散した顔料型、染
色により着色させた染色型や電着法により作成される。
青のカラーフィルターは透明基板の内側又は外側に退色
防止のために、紫外線カットフィルターを設置する場合
には必ずしも設置する必要はない。

【００１７】次いで、段差をなくすためにオーバーコー
ト膜を塗布する。オーバーコート膜には通常アクリル
系、エポキシ系やイミド系などの樹脂が使用される。そ
の上に透明電極であるＩＴＯ薄膜を蒸着またはスパッタ
リングその他の方法で形成し、フォトリソグラフィ法に
よりパターニングを行い、所定のストライプ状パターン
を形成する。その上にカラーフィルターに対応する色を
発光する発光層を積層する。この発光層はテレビジョン
学会誌、４４巻、５７８頁（１９９０年）に記載の積層
型および特開平０４−２１２２８６や特願平０６−７９
９１４に記載の混合型などで構成される。

【００１８】ここで積層型とは有機ＥＬ素子を構成する
材料をその機能により分類し、正孔注入輸送材料、発光
材料および電子注入輸送材料を積層したもので、正孔を
注入輸送すると共に発光する材料で構成するかもしくは
電子注入輸送と発光能を有する化合物で構成し、２層構
造としてもよい。さらに正孔輸送層及び電子輸送層を複
数の層としてその効率を向上する様にしても良い事はい
うまでもない。混合型とは正孔注入輸送材料・発光材料
・電子注入輸送材料を混合して一層とするものを指す。

【００１９】３原色を所望の位置にパターニングする方
法としては、特開平０３−２６９９９５、特開平０６−
１３１８４や特開平０５−２５８８５９に記載されてい
る様な方法を用いれば良く、その方法・手段は問わな
い。次いで仕事関数の小さい金属又は金属混合物を蒸着
などの方法で陰極を形成する。このようにして作製した
素子を保護ケースに入れたり、樹脂で被覆するなどの方
法により寿命に悪影響を与える因子を除く。

【００２０】

【実施例】

実施例１ 発光材料として［化１］で示されるＤＣＭ１重量部とポ
リカーボネト１重量部を１，２−ジクロルエタン１００
重量部に溶解した後、常法に従ってスピンナーにより、
洗浄ガラス基板上に塗布し、８０℃で１時間乾燥した。
室内の蛍光灯下で、６００ｎｍ以上の波長を透過する赤
色フィルターを設置し、光照射を行った。１００分経過
の発光強度の変化は小さかった。

【００２１】実施例２ 発光材料として［化２］で示されるＡｌｑを用いた以外
は実施例１で示したようにしてガラス基板上に薄膜を塗
布・乾燥後、透過光のピーク波長が５３５ｎｍであるカ
ラーフィルターを設置し、その発光強度の時間変化を測
定したが１００分経過後もほとんど変化しなかった。

【００２２】実施例３ 発光材料として［化３］で示されるＯＭＳＢを用いた以
外は実施例１と同様にして薄膜をガラス基板上に塗布・
乾燥後、透過光のピーク波長が４６０ｎｍであるカラー
フィルターを設置し、同様の測定を行ったがその変化は
小さかった。

【００２３】比較例１〜３ 実施例１〜３で作成した有機薄膜をカラーフィルターを
通さず直接蛍光灯にさらした。１００分経過するとその
発光強度は著しく変化した。これらの結果をまとめて図
６に示す。カラーフィルターの効果が歴然としているこ
とがわかる。

【００２４】実施例４ マトリックス型素子の場合の実施例を次に示す。有機Ｅ
Ｌ素子部分の作成は特開平０６−７９９１４に準拠し
た。図７にその模式図を示す。よく洗浄したガラス基板
（１）を真空蒸着槽内にセットし、ガラス基板と蒸着源
の間にシャドウマスクを置き、クロム蒸着を行い、スト
ライプ状ブラックマトリックス（２）を形成する。クロ
ム蒸着を行ったガラス基板を蒸着槽より取り出し、赤色
フィルターを設置するために富士ハントエレクトロニク
ステクノロジー（株）社製ＣＲ−２０００をスピンナー
塗布する。窒素雰囲気中でプリベークを行い、窒素気流
中で露光を行う。次いで現像、水洗を行った後、ポスト
ベークを行う。このようにして赤色フィルター（３
（Ｒ））を完成する。緑色のフィルター（３（Ｇ））を
得るために、ＣＧ−２０００をスピンナー塗布して、同
様の操作を繰り返す。最後のＣＢ−２０００をスピンナ
ーコートして、青色フィルター（３（Ｂ））を作り、３
原色のフィルターを完成する。オーバーコート層（４）
をつけるために、日本合成ゴム（株）社製オプトマーＳ
Ｓ−１２１１をスピンナーコートした後、ベークする。
この基板を真空槽内に入れ、ＩＴＯ透明電極をつける。
真空槽内から基板を取り出し、常法に従いフォトリソグ
ラフィー法により、ストライプ状の透明電極（５）を作
成する。フォトリソグラフィー法により高さの異なる２
種の支柱（１０（ａ），１０（ｂ））を透明電極に沿っ
て配置する。この基板を真空槽内に持ち込み、まず正孔
注入輸送材料として、銅フタロシアニンを方向ａから蒸
着し、全面に薄膜（１１）をつける。次いで、方向ｂか
ら実施例３で用いたＯＭＳＢを蒸着し、薄膜（１２）を
形成する。方向ｃから実施例２で用いたＡｌｑを蒸着
し、緑色の発光層（１３）次いで実施例１で用いたＤＣ
Ｍを方向ａから蒸着し赤色発光層（１４）を形成する。
以上の操作を行うことにより３原色の発光色を持つＥＬ
発光層が形成された。最後に方向ｄからマグネシウム／
銀を共蒸着し陰極とした。この様にして作成した有機Ｅ
Ｌ素子を窒素気流中にいれ、１０Ｖの電圧を印加した。
１００時間を経過してもきれいな発光を示した。

【００２５】比較例４ 実施例４とカラーフィルターの作成行程のみを除いて、
同様な有機ＥＬ素子を作成し、同じく窒素気流中で１０
Ｖの電圧を印加したところ、３時間で発光にムラを生じ
た。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の有機薄膜Ｅ
Ｌ素子は平面光源やディスプレイ用発光素子としてきわ
めて有用であり、その製造方法は本発明は有機薄膜ＥＬ
素子を長寿命化することができ、しかもフルカラー表示
が可能となり、その工業的価値は高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】３原色のカラーフィルターの透過率と波長の関
係を示す図である。

【図２】［化１］の励起及び発光スペクトルである。

【図３】［化２］の励起及び発光スペクトルである。

【図４】［化３］の励起及び発光スペクトルである。

【図５】有機ＥＬ素子の模式図である。

【図６】カラーフィルターの設置の有無による蛍光強度
の時間変化を比較したものである。

【図７】実施例４の有機ＥＬ素子の断面図である。

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ ブラックマトリックス ３ カラーフィルター ４ オーバーコート膜 ５ 透明電極（陽極） ６ 発光層 ７ 金属電極（陰極） ８ 保護樹脂 ９ 紫外線カットフィルター １０ 支柱 １１ 正孔注入輸送層 １２ 発光層（Ｂ） １３ 発光層（Ｇ） １４ 発光層（Ｒ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一方が透明な一対の電極間に
   有機薄膜が挟持された有機電界発光素子において透明電
   極側にカラーフィルターを設置したことを特徴とする有
   機電界発光素子。
2. 【請求項２】 少なくとも一方が透明な一対のＸＹマト
   リクス型電極間に、有機薄膜が挟持された有機薄膜電界
   発光素子において、透明電極側の画素部分にカラーフィ
   ルターを設置したことを特徴とする有機電界発光素子。
3. 【請求項３】 請求項１もしくは請求項２のカラーフィ
   ルターが赤色、緑色及び青色であることを特徴とする有
   機電界発光素子。
4. 【請求項４】 請求項１もしくは請求項２のカラーフィ
   ルターが赤色及び緑色であることを特徴とする有機薄膜
   電界発光素子。
5. 【請求項５】 請求項１もしくは請求項２のカラーフィ
   ルターの各画素の周辺部にブラックマトリクスを配した
   ことを特徴とする有機電界発光素子。