JP2005353501A - 有機エレクトロルミネッセンス素子及び照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】プラスチック基板を透過してくる水分や酸素等による、発光層等の有機化合物薄膜の劣化を抑制する。
【解決手段】プラスチック材料からなる基板２上に陰極３、少なくとも発光層を含む有機化合物薄膜４、及び陽極５をこの順に積層して形成されるとともに、平面から見て陰極３の内側に有機化合物薄膜４が位置するように陰極３と有機化合物薄膜４とが配置される。有機エレクトロルミネッセンス素子部６は、保護膜７によって覆われる。陽極５の一部が有機エレクトロルミネッセンス素子部６の発光領域外へ引き出され、引き出された陽極５の一部と陰極３の外周端部近傍とを絶縁する絶縁層８が配置される。保護膜７上に接着層を介して放熱板が固定されるとともに、保護膜が、有機エレクトロルミネッセンス素子部を被覆する平坦化層と、接着層を硬化する際の有機エレクトロルミネッセンス素子部への悪影響を遮断するシールド層とをこの順に有する。
【選択図】 図２
【解決手段】プラスチック材料からなる基板２上に陰極３、少なくとも発光層を含む有機化合物薄膜４、及び陽極５をこの順に積層して形成されるとともに、平面から見て陰極３の内側に有機化合物薄膜４が位置するように陰極３と有機化合物薄膜４とが配置される。有機エレクトロルミネッセンス素子部６は、保護膜７によって覆われる。陽極５の一部が有機エレクトロルミネッセンス素子部６の発光領域外へ引き出され、引き出された陽極５の一部と陰極３の外周端部近傍とを絶縁する絶縁層８が配置される。保護膜７上に接着層を介して放熱板が固定されるとともに、保護膜が、有機エレクトロルミネッセンス素子部を被覆する平坦化層と、接着層を硬化する際の有機エレクトロルミネッセンス素子部への悪影響を遮断するシールド層とをこの順に有する。
【選択図】 図２
Description
本発明は、プラスチック材料からなる基板を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子に関し、特に、基板側のバリア性を高めた有機エレクトロルミネッセンス素子に関し、さらには有機エレクトロルミネッセンス素子を有する照明装置に関する。
有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと称する。）素子は、自発光型の面状光源であり、薄くて軽く、また広視野角であるため、照明装置やディスプレイ等、幅広い分野への応用が期待されている。一般的な有機ＥＬ素子は、例えば透明基板上に陽極として透明電極と発光層を含む有機化合物薄膜と陰極とをこの順に積層してなる素子部を有し、発光層に電流を流すことにより発生した光を基板の裏面側から取り出す構成とされている。
有機ＥＬ素子の基板としては、従来からガラス基板が広く採用されているが、近年ではプラスチック材料からなるプラスチック基板の利用が注目されている。基板材料をガラスからプラスチックに変更することにより、有機ＥＬ素子のフレキシブル化が可能となり、また、プラスチック基板では、量産時の品質管理において常に問題視されているガラス屑の発生がなく、衝撃に対する素子の耐久性を向上させるという利点もある。
ところで、有機ＥＬ素子を構成する有機化合物薄膜は、一般に水分や酸素等に対して極めて不安定な有機材料から構成されるため、有機ＥＬ素子の周囲から素子内部に侵入してくる水分や酸素等の影響を受けて容易に劣化するという欠点がある。
一般的なプラスチック基板は、ガラス基板に比べてガスバリア性に劣るため、前述のような構成の有機ＥＬ素子においてプラスチック基板を用いると、水分や酸素等の望ましくないガスがプラスチック基板を透過して素子内部に侵入し、有機化合物薄膜を容易に劣化させてしまう。したがって、プラスチック基板を用いた有機ＥＬ素子は、長期にわたって安定な発光特性を維持することが極めて困難であり、実用化の妨げになっている。
この対策として、例えば基板と陽極との間に陽極バリア層を追加した有機ＥＬ素子や、基板上に形成した陽極そのものがバリア層としての機能を兼ねる陽極バリア層である有機ＥＬ素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、有機ＥＬ素子の積層構造として、基板上に陰極、有機化合物薄膜、陽極がこの順に形成されている有機ＥＬ素子が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００４−１３４１５１号公報
国際公開０１／６３９７５号パンフレット
しかしながら、特許文献１記載の基板と陽極との間に陽極バリア層を追加した構造の有機ＥＬ素子では、陽極バリア層を形成するために通常の有機ＥＬ素子の製造工程より余分な工程が必要となるため、有機ＥＬ素子の製造コストが上昇する等の問題がある。
また、特許文献１においては、基板上に形成した陽極そのものがバリア層としての機能を兼ね、この陽極バリア層により基板側から侵入した水が遮断されるとの記載があるが、単に陽極材料にバリア性や光透過性の良い材料を選択しただけであり、バリア性を高める目的で素子構造に工夫を施すことに関する記載は見当たらない。
さらに、特許文献２では、基板上に陰極、有機化合物薄膜、陽極をこの順に重ねる構造が記載されているが、基板の上面から光を取り出すことを主な目的としており、有機化合物薄膜の劣化については全く考慮されていない。当然、バリア性を高める目的で陰極とその上の有機化合物薄膜との位置関係を最適化することについての記載はない。例えば陰極、有機化合物薄膜及び陽極を単純に積層した構造の場合、基板を透過してくる水分や酸素等が陰極の周囲から容易に回り込んで有機化合物薄膜に到達するので、陰極で水分や酸素等を遮断する効果はほとんど得られず、したがって有機化合物薄膜が容易に劣化すると考えられる。
また、特許文献１においては、基板上に形成した陽極そのものがバリア層としての機能を兼ね、この陽極バリア層により基板側から侵入した水が遮断されるとの記載があるが、単に陽極材料にバリア性や光透過性の良い材料を選択しただけであり、バリア性を高める目的で素子構造に工夫を施すことに関する記載は見当たらない。
さらに、特許文献２では、基板上に陰極、有機化合物薄膜、陽極をこの順に重ねる構造が記載されているが、基板の上面から光を取り出すことを主な目的としており、有機化合物薄膜の劣化については全く考慮されていない。当然、バリア性を高める目的で陰極とその上の有機化合物薄膜との位置関係を最適化することについての記載はない。例えば陰極、有機化合物薄膜及び陽極を単純に積層した構造の場合、基板を透過してくる水分や酸素等が陰極の周囲から容易に回り込んで有機化合物薄膜に到達するので、陰極で水分や酸素等を遮断する効果はほとんど得られず、したがって有機化合物薄膜が容易に劣化すると考えられる。
そこで本発明はこのような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、プラスチック基板を透過してくる水分や酸素等による、発光層等の有機化合物薄膜の劣化を抑制することが可能な有機エレクトロルミネッセンス素子及びこれを有する照明装置を提供することを目的とする。
前述の課題を解決するために、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、プラスチック材料からなる基板上に有機エレクトロルミネッセンス素子部が形成されている有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記有機エレクトロルミネッセンス素子部が前記基板側から陰極、少なくとも発光層を含む有機化合物薄膜、及び陽極をこの順に積層して形成されるとともに、平面から見て前記陰極の内側に前記有機化合物薄膜が位置するように前記陰極と前記有機化合物薄膜とが配置されることを特徴とする。また、本発明に係る照明装置は、前記有機エレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする。
以上のような有機エレクトロルミネッセンス素子は、プラスチック基板側から陰極、発光層を含む有機化合物薄膜及び陽極の順に積層するとともに、平面から見て陰極の内側に有機化合物薄膜を配置している。有機エレクトロルミネッセンス素子の陰極には、通常、金属や合金等といった材料が用いられるので、プラスチック基板と有機化合物薄膜との間に陰極をこのような特定の位置関係で配置することにより、プラスチック基板を透過してくる水分や酸素等は陰極で遮断される。したがって、陰極上に形成された有機化合物薄膜へ水分や酸素等が到達することが抑えられ、有機化合物薄膜の劣化が抑制される。
本発明は、主に照明装置等に用いられる有機エレクトロルミネッセンス素子を想定しており、陰極をべたに形成することが可能であり、例えば基板のほぼ全面を被覆するように陰極を形成することも可能である。陰極を例えばべた電極とすることで、陰極は、基板から透過してくるガスを遮断するバリア層としての機能を発現する。これに対して特許文献１及び特許文献２記載の発明は、主に表示装置に用いられる有機エレクトロルミネッセンス素子を想定している。有機エレクトロルミネッセンス素子を表示装置に適用する場合、基板上に多数の微小な素子部を配置するために、陰極は例えば幅細のストライプ状にパターニングしなければならない。したがって、特許文献１及び特許文献２の発明では、陰極が有機化合物薄膜に対するバリア層としては機能せず、有機化合物薄膜の劣化を抑えることはできない。
また、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記有機エレクトロルミネッセンス素子部が保護膜によって覆われていることが好ましい。有機エレクトロルミネッセンス素子部を保護膜で封止することで、外部の水分や酸素等の侵入を抑えるとともに、有機エレクトロルミネッセンス素子部での発熱が保護膜を介して速やかに放熱板に伝えられ、効率の良い放熱が行なわれる。
また、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記保護膜上に接着層を介して放熱板が固定されていることが好ましい。保護膜上に放熱板を取り付けることで、基板の上面側からの水分や酸素等の侵入をより確実に抑えるとともに、より効率的に放熱が行なわれる。
さらに、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記保護膜が、前記有機エレクトロルミネッセンス素子部を被覆する平坦化層と、前記接着層を硬化する際の前記有機エレクトロルミネッセンス素子部への悪影響を遮断するシールド層とをこの順に有することが好ましい。単に放熱板を保護膜に接着しただけの構造では放熱板を接着する際に有機エレクトロルミネッセンス素子部に悪影響を及ぼすおそれがあるが、有機エレクトロルミネッセンス素子部と接着層との間にこのようなシールド層を配置することで、接着層の硬化時に発生するガス等がシールド層で遮断され、有機エレクトロルミネッセンス素子部へのガスの到達が防止される。したがって、有機エレクトロルミネッセンス素子に悪影響を及ぼすことなく、放熱板が接着される。
例えば、接着層が熱硬化接着層である場合には、前記シールド層は前記熱硬化接着層の硬化時に発生するガスを遮断する。シールド層が熱硬化接着層の硬化時に発生するガスを遮断することで、シールド層下の有機エレクトロルミネッセンス素子部のガスによる劣化が確実に抑制される。
ところで、本発明者らの検討の結果、有機エレクトロルミネッセンス素子部上に直接シールド層を成膜した場合、放熱板を接着する際の悪影響を完全には遮断できないことがわかった。そこで、有機エレクトロルミネッセンス素子部の表面を平坦化層で被覆して有機エレクトロルミネッセンス素子部表面の凹凸を平坦化した上にシールド層を設けることで、欠陥の少ない良好な膜質のシールド層が形成される。この結果、放熱板を接着する際の悪影響が確実にシールド層で遮断される。
本発明によれば、平面から見て陰極の内側に有機化合物薄膜を配置することでプラスチック基板上に形成された陰極がガスバリア膜としての機能を発揮するので、その上に形成された有機化合物薄膜にプラスチック基板から透過してくる水分や酸素等が到達することを抑制する。したがって、本発明によれば、プラスチック基板を用いつつ、水分や酸素等の侵入による有機化合物薄膜の劣化を抑制して長寿命を実現することが可能な有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。さらに、本発明によれば、前記有機エレクトロルミネッセンス素子を用いることで、長寿命を実現する照明装置を提供することができる。
以下、本発明を適用した有機エレクトロルミネッセンス（以下、単に有機ＥＬと称する。）素子及び照明装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明を適用した有機ＥＬ素子１の概略平面図であり、図２は、図１に示す有機ＥＬ素子１の概略断面図である。有機ＥＬ素子１は、プラスチック材料からなるプラスチック基板２上に陰極３、少なくとも発光層を含む有機化合物薄膜（以下、単に有機層と称する。）４及び陽極５をこの順に積層してなる素子部６が形成され、素子部６の表面が保護膜７によって覆われている。なお、図１においては、図示を簡単にするために保護膜７は省略してある。陽極５は、図示しない配線や電源等との接続をとるために、素子部６のの発光エリアの外側へ引き出されている。このような形状の陽極５と陰極３との電気的接触を防ぐために、陰極３の外周端部近傍と陽極５との間には、例えばＣａＦ2等からなる絶縁層８が配置される。この有機ＥＬ素子１においては、有機層４上に成膜される陽極５がＩＴＯ(インジウム錫酸化物)等の透明導電材料から構成されることで、有機層４中の発光層での発光を、矢印Ａに示すように、有機ＥＬ素子１の上面側から取り出すようにしている。本発明の有機ＥＬ素子は、例えば照明装置の光源として用いられる。
有機ＥＬ素子１においては、基板側のガスバリア性は陰極３により確保されているので、プラスチック基板２としては問わないが、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、平坦化膜やガスバリア膜、光学フィルタ膜等を積層した多機能プラスチックフィルム等がプラスチック基板２に用いられる。
プラスチック基板２上に形成される素子部６は、少なくとも陰極３、有機層４及び陽極５をこの順に積層することにより構成される。ここで、プラスチック基板２上に形成される陰極３は、有機層４へ効率よく正孔を注入する機能を有するとともに、プラスチック基板２を透過し、有機層４を劣化させる水分や酸素等のガスに対するガスバリア膜としての機能を有するものである。陰極３は、例えばＡｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｓｎ等の金属、ＭｇＩｎ2Ｏ4、Ａｇ−Ｍｇ等の合金等の水分や酸素等に対するガスバリア性を有する材料を用いることができる。陰極３は、これらの材料がスパッタや蒸着等により成膜されて形成される。また、陰極３は、通常の膜厚より厚くすること、多層とすること、合金を用いること等により、バリア性をさらに高めてもよい。また、ＳｎＯ2、ＡＺＯ（ＺｎＯ：Ａｌ）、ＦＴＯ（ＳｎＯ2：Ｆ）等の金属酸化物系透明電極を例えば６０００Å程度の厚膜に形成することにより、バリア性を高めることができ、陰極３とすることもできるが、この場合、バリア層などを有しバリア性を高めたプラスチック基板等を用いる方が好ましい。ＳｎＯ2、ＡＺＯ、ＦＴＯ等の透明導電材料を用いた場合、陰極３は透明となるので、有機ＥＬ素子の両主面から発光を取り出すことができ、透明な面状の有機ＥＬ素子を構成することができる。
陰極３と有機層４との位置関係を工夫することで、プラスチック基板２を透過してくる水分や酸素等に対するバリア性が効果的に発揮される。本発明では、平面から見て陰極３の内側に有機層４が位置するように陰極３と有機層４とを配置することにより、プラスチック基板２を透過してくる水分や酸素等が陰極３の周囲から有機層４へ到達するようなことが確実に抑えられ、水分や酸素等が陰極３において確実に遮断される。よって、プラスチック基板２を透過してくる水分や酸素等の有機層４への到達が抑えられ、有機層４の劣化を抑制でき、これまでにない長寿命を実現することができる。
また、本発明は、例えば照明装置用途を想定した大面積の陰極を有する有機ＥＬ素子に適用したときに特に有効である。照明装置としての用途を想定した場合には、表示装置用途とは異なり、陰極３をべたに形成することが可能であり、例えば陰極３をプラスチック基板２のほぼ全面を被覆するように形成することも可能である。このように、陰極３をべた電極とすることで、プラスチック基板２から透過してくる水分や酸素等を遮断するバリア層としての機能が確実に発現される。具体的には、１００ｍｍ2（例えば１０ｍｍ×１０ｍｍ角）以上の陰極３を持つ有機ＥＬ素子に本発明を適用したとき、本発明の効果を顕著に得ることができる。なお、陰極３の面積とは、１つの連続した膜の面積のことであって、例えばストライプ状の陰極等、不連続な複数の膜を合計した面積のことではない。
また、照明装置用途を想定した大面積（例えば１００ｍｍ2以上）の陰極３を有する有機ＥＬ素子１においては、小面積の場合に比べて、発熱量の増大や蓄熱による有機ＥＬ層の劣化の問題が顕著になるので、保護膜７による封止構造等の放熱対策が極めて有効である。
陰極３上に重ねられる有機層４は、陰極３よりも小さい面積にて形成され、平面から見て陰極３の内側に位置するように配置される。有機層４は、例えば陰極３側から、電子注入層、発光層及び正孔注入層等が順次積層されたものである。また、有機層４は、発光層と正孔注入層との間に正孔輸送層が存在する構成や、発光層と電子注入層との間に電子輸送層が存在する構成でもよい。さらに、有機層４としては前述の構造に限定されず、種々の構造をとることが可能である。
有機層４上に重ねられる陽極５は、例えばＩＴＯ（Ｉｎ2Ｏ3：Ｓｎ）等の光透過性を有する導電材料が例えばスパッタ等により成膜されて構成される。また、ＳｎＯ2、ＡＺＯ（ＺｎＯ：Ａｌ）、ＦＴＯ（ＳｎＯ2：Ｆ）等の光透過性を有する導電材料も、有機層の材料を適当に選択すること等により、陽極材料として使用できる。図１及び図２に示すように、陽極５の一部は、電源や配線等と接続するために発光領域外に延在されている。
保護膜７は、素子部６を被覆して封止するものである。保護膜７で素子部６を被覆することにより、外部の水分や酸素等を遮断し、有機層４の劣化を抑制することができる。また、素子部６の表面に保護膜７を密着形成することにより、熱伝導性の低い気体が介在しないので、保護膜７を介して素子部６から発生した熱を速やかに放熱させることができる。
以上のような有機ＥＬ素子１においては、プラスチック基板２上に陰極３が形成され、平面から見て陰極３の内側に有機層４を配置することで、プラスチック基板２を透過してくる水分や酸素等が有機層４へ到達することが抑えられる。このため、プラスチック基板２を使用していても有機層４の劣化が抑制され、有機ＥＬ素子１の長寿命化を図ることができる。
ところで、本発明の有機ＥＬ素子は、前述のような図１及び図２に示す構造に限らず、図３に示すように、保護膜７上に接着層９を介して放熱板１０が固定されている構造の有機ＥＬ素子２１でもよい。図３に示す有機ＥＬ素子２１においては、保護膜７は、素子部６を被覆するように成膜された平坦化層１１と、平坦化層１１上に積層されたシールド層１２とから構成される。なお、図３に示す有機ＥＬ素子２１の説明においては、図１及び図２に示す有機ＥＬ素子１と同じ部材については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
素子部６を覆う平坦化層１１は、その上に形成されるシールド層１２の膜質を良好にしてシールド層１２のバリア性を高める観点から、素子部６の表面の段差や凹凸、ピンホール等を均一に被覆する平滑性が要求される。それとともに、平坦化層１１には、素子部６を水分や酸素等から保護するためのガスバリア性、及び素子部６から発生した熱を速やかに放熱板１０へ伝えるために高い熱伝導性を有することが好ましい。これらの観点から、キシリレン系高分子化合物、ポリイミド系高分子化合物、アクリル系高分子化合物、エポキシ系高分子化合物、ポリ尿素系高分子化合物等の有機絶縁材料を、プラズマＣＶＤ等のＣＶＤ法や抵抗加熱蒸着法のＰＶＤ法等の気相法（ドライプロセス）により成膜して平坦化層１１を形成することが好ましい。例えば塗布等のウェットプロセスにより平坦化層を形成する方法もあるが、この場合、平坦化層を形成する材料を溶かすために使用される溶媒、及びその溶媒に含まれる水分等が素子部６に悪影響を及ぼすおそれがある。
平坦化層１１上には、シールド層１２が積層される。シールド層１２は、接着層９の硬化時に素子部６の受ける悪影響を遮断する機能を有する層である。例えば、接着層９が熱硬化接着層である場合には、シールド層１２は熱硬化接着層の硬化時に発生するアウトガスを遮断するようにする。シールド層１２が熱硬化接着層の硬化時に発生するアウトガスを遮断することで、シールド層１２下の有機層４のアウトガスによる劣化が確実に抑制される。接着層９が熱硬化性樹脂を硬化してなる熱硬化性接着層である場合、シールド層１２としては、例えば酸化亜鉛、酸化スズ等の金属酸化物類及びＩＴＯ（Ｉｎ2Ｏ3：Ｓｎ）、ＡＺＯ（ＺｎＯ：Ａｌ）、ＦＴＯ（ＳｎＯ2：Ｆ）等の金属−金属酸化物の合金類、硫酸バリウム等の金属硫酸化物類、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウム等の金属フッ化物類、窒化アルミニウム等の金属窒化物類、二酸化けい素等のけい素酸化物類、窒化けい素等のけい素窒化物類を用いることができ、中でもバリア性に優れ、接着層９の硬化時のアウトガスを防ぐ効果が高く、可視光の透過性が高いことから、窒化アルミニウム等の金属窒化物類、二酸化けい素等のけい素酸化物類、窒化けい素等のけい素窒化物類を用いることが好ましい。
接着層９は、熱硬化性樹脂等の樹脂材料、具体的には、アクリル系高分子化合物、エポキシ系高分子化合物等を用いることができる。接着層９には、高い熱伝導性を有するフィラー、ガス吸着性を有するフィラー、吸湿性を有するフィラー等のフィラーが分散されてもよい。接着層９にフィラーを含有させることで、フィラーの種類に応じて、有機ＥＬ素子２１の放熱性、水分や酸素等に対するバリア性等をさらに高めることができる。
放熱板１０は、素子部６上に密着形成された膜の表面に固定されることにより、素子部６から発生した熱を速やかに放熱させるために設けられるものである。また、放熱板１０は、例えば接着層９を介してシールド層１２表面を全体を被覆するように固定されることで、有機ＥＬ素子２１のガスバリア性を補強する封止材としての機能も兼ねるものである。厚み方向のガスバリア性を確保するためには、放熱板１０の面積は素子部６の面積より大とされることが好ましい。また、本発明の有機ＥＬ素子２１が陽極５側から有機層４の発光を取り出す構造であることを考慮すると、放熱板１０は光透過性を有することが好ましく、例えばガラス板、プラスチック板等が用いられる。なお、放熱板１０は板状でなくてもよく、例えば、光透過性とともにガスバリア性を有するプラスチックシート等を用いることができる。また、放熱板１０は、シート状に限らず、任意の形状をとることができる。
ところで、素子部６の厚み方向のガスバリア性は放熱板１０により確保されているが、酸素や水素等の有機ＥＬ素子２１内への侵入を確実に防ぐ観点からは、素子部６の基板面に平行な方向のガスバリア性を高めることも重要である。そこで、平面から見て素子部６が放熱板１０より内側に位置するとともに、放熱板１０の外周端部と素子部６の外周端部との基板面に平行な方向での距離、又は接着層９の外周端部と素子部６の外周端部との基板面に平行な方向での距離のうち、短いほうの一方が１ｍｍ以上であることが好ましい。例えば図３においては、放熱板１０及び接着層９の外周端部と素子部６（陰極３）の外周端部との距離Ｂが１ｍｍ以上であることが好ましい。素子部６の基板面に平行な方向に接着層９等が前記のように充分に存在することで水分や酸素等が有機層４まで到達し難くなり、有機層４等の素子部６の劣化がより確実に抑制される。また、素子部６の劣化をさらに確実に抑制するためには、放熱板１０の外周端部と素子部６の外周端部との基板面に平行な方向での距離、又は接着層９の外周端部と素子部６の外周端部との基板面に平行な方向での距離のうち、短いほうの一方が２ｍｍ以上であることが好ましい。
なお、有機ＥＬ素子２１においては、各層の外周端部は、平面から見て、外側から放熱板１０、絶縁層８、陰極３、シールド層１２、平坦化層１１、有機層４、陽極５の順に位置している（陽極５の引出し部を除く）。有機ＥＬ素子２１においては、陰極３の外周端部より１ｍｍ以上内側にシールド層１２の外周端部が位置し、また、放熱板１０の外周端部と陰極３の外周端部との間に、絶縁層８の外周端部が位置する。
このような有機ＥＬ素子２１は、例えば、次のように作製される。最初に、プラスチック基板２上に例えば面積が１００ｍｍ2以上の大面積の陰極３を成膜する。次に、陰極３の外周端部近傍に、例えばシャドウマスクを用いた蒸着法等により所定幅の絶縁層８を成膜する。次に、陰極３の内側に有機層４を成膜し、さらに有機層４上に陽極５を成膜する。続いて、気相法等により有機絶縁材料を成膜して有機層４及び陽極５の表面を覆い、平坦化層１１を形成する。次に、平坦化層１１を覆うようにシールド層１２を成膜する。次に、シールド層１２等全体を覆うように接着層９を構成する樹脂材料を塗布する。次に、放熱板１０を接着層９を構成する樹脂材料の上に密着させる。その状態で適当な方法により硬化を行って接着層９とし、放熱板１０を接着層９上に固定する。これにより、図３に示す有機ＥＬ素子２１が得られる。なお、絶縁層８は、前記のように陰極成膜工程と有機層成膜工程との間の工程で形成する場合に限らず、有機層成膜工程と陽極成膜工程との間の工程で形成してもよい。
不安定な有機材料からなる有機層４を成膜した後に例えばＩＴＯからなる陽極を成膜する場合、ＩＴＯの成膜条件に制約を受けるため、有機層の成膜前にＩＴＯを成膜する場合と比較すると、低抵抗率の良質なＩＴＯ膜を成膜することは困難である。このため、有機ＥＬ素子を駆動する際の発熱量が大きくなり、この発熱に起因する有機ＥＬ素子の劣化が顕著となるという問題がある。これに対して、本実施形態に示す有機ＥＬ素子２１では、素子部６を覆う保護膜７上に接着層９を介して放熱板１０を固定することで、素子部６での発熱を効率よく放熱し、有機ＥＬ素子２１の放熱性をさらに高めることができる。したがって、発熱による有機ＥＬ素子の劣化を抑制できる。具体的には、図３に示す有機ＥＬ素子２１では、従来の封止缶を用いた封止構造に比べて数倍高い放熱性が得られるため、先に述べたような発熱の影響による有機層４の劣化を確実に抑制し、有機ＥＬ素子２１の長寿命化を実現できる。
また、有機ＥＬ素子２１では、素子部６を覆う保護膜７上に接着層９を介して放熱板１０を固定することで、有機ＥＬ素子２１の素子部６の上部のガスバリア性を高めることができ、この点も長寿命化に貢献する。また、従来の有機ＥＬ素子のように高価な封止缶が不要となり、コスト抑制も可能である。
また、有機ＥＬ素子２１には、水分や酸素等を遮断するガスバリア性及び放熱性を両立する目的で放熱板１０が取り付けられるが、この放熱板１０を接着する際の悪影響を遮断するために、保護膜７を平坦化層７とシールド層８との積層構造にしている。放熱板１０を接着する際の悪影響を遮断するシールド層８を設けることで、有機ＥＬ素子２１の放熱性及び水分や酸素等に対するガスバリア性を確保しつつ、放熱板１０を接着する際の有機層４等の素子部６の劣化を抑制することができる。また、シールド層８下に平坦化層７を設けることで、シールド層８の膜質を良好なものとし、シールド層８の持つ効果が最大限に発揮される。以上のように、素子部６を膜封止するとともに放熱板１０を取り付ける構造の有機ＥＬ素子２１においては、機能分離された各層の構成を最適化することにより、膜封止と放熱性とが両立され、さらには、放熱板１０を固定する際の悪影響から素子部６が保護され、有機層４を含む素子部６の劣化を抑えることができる。
さらにまた、封止缶で有機ＥＬ素子を封止する場合には、強度を確保する観点から、有機ＥＬ素子の大型化に伴って封止缶の厚みを増加させる必要があるため、有機ＥＬ素子そのものの厚みも増大してしまう。これに対して本発明の有機ＥＬ素子２１においては、複数の膜及び放熱板１０を素子部６に密着させて封止しているので、有機ＥＬ素子２１の薄型化の効果も期待できる。また、平坦化層７及びシールド層８は通常の薄膜プロセスで形成できるため、多数の素子部６を一括して封止することができ、放熱板１０を接着するプロセスも極めて簡単である。したがって、従来の封止缶で封止した構造の有機ＥＬ素子に比べて、作業性や生産性に優れ、安価な製造コストにて有機ＥＬ素子の製造が可能である。
ところで、本発明の有機ＥＬ素子は、図４に示すように、素子部６の外周に、プラスチック基板２と放熱板１０との間隔を規制するスペーサ層１３を有する構造の有機ＥＬ素子３１でもよい。なお、図４に示す有機ＥＬ素子３１の説明においては、図１〜図３に示す有機ＥＬ素子と同じ部材については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
放熱板１０の表面に力が加わると、放熱板１０が素子部６に接触して素子部６に損傷を与えるおそれがあるが、この有機ＥＬ素子３１においては、プラスチック基板２と放熱板１０との間にスペーサ層１３を設けることで、プラスチック基板２と放熱板１０との間隔を一定に保ち、素子部６の損傷を軽減できる。スペーサ層１３の高さは例えば５０μｍ以下であることが好ましい。スペーサ層１３は、例えば接着層９の樹脂と同じ樹脂により構成される。また、スペーサ層１３には、微小な球状のガラススペーサ等が含有されていてもよい。
スペーサ層１３は、例えば次のように形成される。最初に、シールド層８を覆うように接着層９を構成する樹脂材料を塗布した後、この樹脂材料の外側を囲むように、プラスチック基板２上にスペーサ層１３を構成する樹脂材料を線状に塗布する。次に、接着層９を構成する樹脂材料及びスペーサ層１３を構成する樹脂材料の上に放熱板１０を密着させ、その状態で適当な方法により硬化を行って接着層９及びスペーサ層１３とする。
以下、本発明を適用した具体的な実施例について、実験結果に基づいて説明する。この実験に用いた有機ＥＬ素子は、次のように作製した。先ず、洗浄したプラスチック基板（ＰＥＳ製、厚み０．３ｍｍ）上に、陰極としてＡｌ（厚み３μｍ）を抵抗加熱法にて蒸着後、絶縁層としてＣａＦ2を抵抗加熱法にて蒸着した。次に、ＬｉＦ（厚み１０Å）、Ａｌｑ（厚み５００Å）、α−ＮＰＤ（厚み２００Å）、ＣｕＰｃ（厚み２００Å）の順に抵抗加熱法にて蒸着して有機層とし、さらに陽極としてＩＴＯ（厚み２０００Å）をスパッタ法にて成膜した。次に、平坦化層としてポリモノクロロパラキシリレン（厚み２μｍ）を熱ＣＶＤ法にて成膜し、シールド層としてＳｉＯ2（厚み３０００Å）をスパッタ法にて成膜し、保護膜とした。次に、保護膜上に熱硬化型アクリル系樹脂を塗布後、放熱板としてガラス板（厚み０．７ｍｍ）を貼り付け、硬化（硬化条件：９０℃、１時間）させることにより、有機ＥＬ素子を作製した。なお、絶縁層は、蒸着時にシャドウマスクを用いて、陰極（Ａｌ）−陽極間を絶縁させつつ、Ａｌと電子注入材料（ＬｉＦ）が接するように蒸着して形成した。
この有機ＥＬ素子は、発光領域を略四角形状とし、発光領域のうち半分の領域においては、陰極の外周端部と有機層の外周端部とを平面から見て一致させるように陰極及び有機層を配置し、残りの半分の領域においては、平面から見て陰極の内側に有機層が位置するように陰極及び有機層を配置している。
以上のように作製した有機ＥＬ素子に電流を流し、作製直後の初期の発光状態を観察した（図５）。また、作製した有機ＥＬ素子を温度６０℃、相対湿度９０％ＲＨの条件で、恒温恒湿槽に２時間保管した（加速試験）後に発光させた発光状態を観察した（図６）。なお、図５及び図６中、左側が陰極の外周端部と有機層の外周端部とを平面から見て一致させるように配置した領域に対応し、図中右側が陰極の内側に有機層の外周端部が位置するように配置した領域に対応している。
図５から明らかなように、陰極の外周端部と有機層の外周端部とを平面から見て一致させた領域（左側）においては、基板側からのバリア性が悪いため、加速試験を行なう前の時点ですでに多数のダークスポットが発生している。さらに、図６から明らかなように、陰極の外周端部と有機層の外周端部とを平面から見て一致させた領域（左側）においては、加速試験後にダークエリアが大幅に拡大した。
図５及び図６中左側の領域のように、陰極の外周端部と有機層の外周端部とを一致させるか、又は有機層の外周端部が陰極の外周端部よりも外側に位置する場合、プラスチック基板を透過してくるガスの侵入経路は、プラスチック基板、有機層、有機層内の発光層（発光エリア）の順となる。この場合、プラスチック基板側のバリア性は極めて低くなり、有機層の外周端部より材料劣化が進行し、発光エリアが外周端部から消光する。この結果、図６に示すように、ダークエリアが拡大してしまう。
これに対し、陰極の内側に有機層が配置された領域（右側）においては、ダークスポットの発生数は陰極の外周端部と有機層の外周端部とを一致させた領域（左側）に比して少なかった。また、加速試験後も、陰極の外周端部と有機層の外周端部とを一致させた領域（左側）のようなダークエリアの拡大は観察されず、加速試験前の状態（図５）がほぼ維持された。
図５及び図６中右側の領域のように、陰極の内側に有機層を配置した場合、プラスチック基板を透過してくる酸素や水分等のガスの侵入経路は、プラスチック基板、陰極−プラスチック基板界面を迂回、接着層、絶縁層、シールド層、平坦化層、有機層、有機層内の発光層（発光エリア）の順となり、極めて多数の層を通過する必要がある。また、有機層の周囲には、例えば数ミリ程度とされた各層が存在するので、基板面に平行な方向のバリア性も高い。以上のように、陰極の内側に有機層を配置することで、陰極と有機層の外周端部を一致させるか、又は有機層の外周端部が陰極の外周端部よりも外側に位置する場合よりも、プラスチック基板側のバリア性を著しく高め、初期発光特性及び寿命の両方を改善することが可能となった。
１ 有機ＥＬ素子、２ プラスチック基板、３ 陰極、４ 有機層、５ 陽極、６ 素子部、７ 保護膜、８ 絶縁層、９ 接着層、１０ 放熱板、１１ 平坦化層、１２ シールド層、１３ スペーサ層
Claims (12)
- プラスチック材料からなる基板上に有機エレクトロルミネッセンス素子部が形成されている有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記有機エレクトロルミネッセンス素子部が前記基板側から陰極、少なくとも発光層を含む有機化合物薄膜、及び陽極をこの順に積層して形成されるとともに、平面から見て前記陰極の内側に前記有機化合物薄膜が位置するように前記陰極と前記有機化合物薄膜とが配置され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。 - 前記陰極の面積が１００ｍｍ2以上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。
- 前記陽極の一部が前記有機エレクトロルミネッセンス素子部の発光領域外へ引き出され、引き出された陽極の一部と前記陰極の外周端部近傍とを絶縁する絶縁層が配置され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。
- 前記有機エレクトロルミネッセンス素子部が保護膜によって覆われてい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。
- 前記保護膜上に接着層を介して放熱板が固定されていることを特徴とする請求項４記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記保護膜が、前記有機エレクトロルミネッセンス素子部を被覆する平坦化層と、前記接着層を硬化する際の前記有機エレクトロルミネッセンス素子部への悪影響を遮断するシールド層とをこの順に有することを特徴とする請求項５記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記接着層が熱硬化接着層であり、前記シールド層は前記熱硬化接着層の硬化時に発生するガスを遮断することを特徴とする請求項６記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記平坦化層に含まれる有機絶縁材料が、キシリレン系高分子化合物、ポリイミド系高分子化合物、アクリル系高分子化合物、エポキシ系高分子化合物、ポリ尿素系高分子化合物から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項６記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記接着層がフィラーを含有することを特徴とする請求項５記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 平面から見て前記放熱板より内側に前記有機エレクトロルミネッセンス素子部が位置するとともに、前記放熱板の外周端部と前記有機エレクトロルミネッセンス素子部の外周端部との基板面に平行な方向での距離、又は接着層の外周端部と前記有機エレクトロルミネッセンス素子部の外周端部との基板面に平行な方向での距離のいずれか短い方が１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記有機エレクトロルミネッセンス素子部の外周端部と前記放熱板の外周端部との間に配置され、前記基板と前記放熱板との間隔を規制するスペーサ層を有することを特徴とする請求項５記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 請求項１〜請求項１１のいずれか１項記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする照明装置。
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