JP2009187774A

JP2009187774A - 有機エレクトロルミネセンス素子

Info

Publication number: JP2009187774A
Application number: JP2008026101A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Shimoji; 規之下地; Yoshiaki Oku; 良彰奥; Masaru Okuyama; 優奥山
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2008-02-06
Filing date: 2008-02-06
Publication date: 2009-08-20

Abstract

【課題】曲面化及び大面積化が可能な発光面を有する有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】基板１０と、列方向に配列された複数の透明電極２１〜２ｎ、及び複数の透明電極２１〜２ｎそれぞれの外縁部と重なって行方向に延伸する複数の補助電極３１〜３ｎを有して基板１０上に配置された第１電極層２０と、第１電極層２０上に配置された有機層４０と、有機層４０上に配置され、列方向に延伸する第２電極層５０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、透明電極層を有する有機エレクトロルミネセンス素子に関する。

近年、有機物中に注入された電子と正孔の再結合を利用して発光する有機エレクトロルミネセンス素子（以下において、「有機ＥＬ素子」という。）が、照明や表示装置等に使用されてきている。通常、有機ＥＬ素子は、ガラス基板やプラスティック基板等の透明基板上に、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等からなる透明電極層、有機層、金属電極層を積層して形成される。そして、透明電極層と金属電極層間に電圧を印加して有機層に電流を流すことにより、有機層で光を発生させる。

プラスティック基板等のフレキシブル基板を使用する場合には、有機ＥＬ素子を曲げることが可能である（例えば、特許文献１参照。）。このため、発光面を曲面とする照明や表示装置等を実現できる。
特開２００４−４７３８１号公報

しかしながら、透明電極層として採用されるＩＴＯ等は結晶性の金属酸化物であり、フレキシブル基板を曲げる際に透明電極層の割れが生じやすい。特に、結晶性の強い膜の場合は割れの発生が顕著である。ＩＴＯ等は金属と比較して電気抵抗が高く、低抵抗化のためにはＩＴＯ膜形成時のアニール温度を上げて結晶性を強くする必要がある。このため、透明電極層の断線が生じやすく、大面積の有機ＥＬ素子の実現が困難であるという問題があった。

上記問題点を鑑み、本発明は、曲面化及び大面積化が可能な発光面を有する有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、（イ）基板と、（ロ）列方向に配列された複数の透明電極、及び複数の透明電極それぞれの外縁部と重なって行方向に延伸する複数の補助電極を有し、基板上に配置された第１電極層と、（ハ）第１電極層上に配置された有機層と、（ニ）有機層上に配置され、列方向に延伸する第２電極層とを備える有機エレクトロルミネセンス素子が提供される。

本発明によれば、曲面化及び大面積化が可能な発光面を有する有機ＥＬ素子を提供できる。

次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

又、以下に示す第１及び第２の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子は、図１に上面図、図２に断面図を示すように、基板１０と、列方向に配列された複数の透明電極２１〜２ｎ及び複数の透明電極２１〜２ｎそれぞれの外縁部と重なって行方向に延伸する複数の補助電極３１〜３ｎを有して基板１０上に配置された第１電極層２０と、第１電極層２０上に配置された有機層４０と、有機層４０上に配置され、行方向と直交する列方向に延伸する第２電極層５０とを備える（ｎ：２以上の整数）。図２は図１のＩ−Ｉ方向に沿った断面図である。

図１では図示を省略したが、基板１０と有機層４０との間に絶縁膜６０が配置される。図２に示すように、絶縁膜６０は、第１電極層２０上、及び主面１１の第１電極層２０が配置された残余の領域上に配置される。そして、絶縁膜６０の開口部６１〜６ｎにおいて有機層４０と透明電極２１〜２ｎとが接する。

そして、第１電極層２０、有機層４０及び第２電極層５０が積層された発光領域で発光が生じる。つまり、開口部６１〜６ｎを形成した領域が、図１に示した有機ＥＬ素子の発光領域になる。第１電極層２０を透明アノード電極とし、第２電極層５０を金属カソード電極として有機層４０に電界を印加することで、有機層４０で光が発生する。具体的には、第１電極層２０から有機層４０に正孔が供給され、第２電極層５０から有機層４０に電子が供給される。そして、正孔と電子の再結合により発生した光が有機層４０から放出され、透明電極２１〜２ｎ及び透明基板である基板１０を透過して、主面１１に対向する基板１０の裏面（以下において「発光面」という。）１２から有機ＥＬ素子の外部に出力光Ｌが出力される。

図１に示した有機ＥＬ素子は、発光領域の大きな照明装置等に適用可能である。透明電極２１〜２ｎのサイズは、例えば列方向及び行方向の長さが５ｃｍ程度である。透明電極２１〜２ｎの間隔は５０μｍ程度であり、透明電極２１〜２ｎ及び補助電極３１〜３ｎは５ｃｍ程度のピッチで配置される。また、絶縁膜６０の開口部６１〜６ｎは、透明電極２１〜２ｎの外縁から５０μｍ程度内側に形成される。

基板１０には、例えばプラスティック基板等のフレキシブル基板が採用可能である。具体的には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基板、ポリカーボネート（ＰＣ）基板、ポリエチレン（ＰＥ）基板等の曲げることが可能な透明基板を基板１０に採用できる。

透明電極２１〜２ｎには、ＩＴＯ膜、酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜、アルミニウム（Ａｌ）ドープの酸化チタン（ＴｉＯ₂）膜、酸化スズ（ＳｎＯ₂）膜等が採用可能である。また、補助電極３１〜３ｎには、金（Ａｕ）膜、Ａｌ膜、モリブデン（Ｍｏ）膜、クロム（Ｃｒ）膜、銀（Ａｇ）膜等が採用可能である。特に、展性と延性に優れたＡｕ膜を補助電極３１〜３ｎに採用することが好ましい。

有機層４０は、有機化合物等からなる正孔輸送層や電子輸送層等が積層された構造である。例えば、正孔輸送層にジフェニルナフチルジアミン（ＮＰＤ）膜等が採用可能であり、電子輸送層にキノリノールアルミ錯体（Ａｌｑ₃）膜等が採用可能である。なお、有機層４０が、正孔輸送層と電子輸送層の間に配置された発光層を備える構造であってもよい。また、正孔注入層として、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）層を透明電極２１〜２ｎと正孔輸送層間に配置してもよい。

第２電極層５０には、アルミニウム（Ａｌ）膜、マグネシウム（Ｍｇ）−Ａｇ合金膜等が採用可能である。

一般に、ＩＴＯ等からなる透明電極２１〜２ｎの電気抵抗は大きい。そのため、補助電極３１〜３ｎがない場合は、透明電極２１〜２ｎにおける電圧降下により、透明電極２１〜２ｎに電圧を印加する電極端子（図示略）に近い領域と遠い領域との間で電位差が生じ得る。その結果、透明電極２１〜２ｎにおける電圧降下量の分布に対応して、有機層４０に生じる電界強度の分布が発生する。電界強度が小さいほど有機層４０で発生する光の輝度が低下する。このため、透明電極２１〜２ｎにおける電圧降下量のばらつきに起因して、有機層４０で生じる光の輝度にばらつきが生じるという問題が生じる。

しかし、図１に示した有機ＥＬ素子では、電気抵抗の小さい金属膜からなる補助電極３１〜３ｎに正電位を印加して、補助電極３１〜３ｎから透明電極２１〜２ｎに正孔が供給される。このため、第１電極層２０での電圧降下に起因する光の輝度分布ばらつきが生じない。なお、図１、図２に示すように、透明電極２１〜２ｎの外縁部でのみ補助電極３１〜３ｎは透明電極２１〜２ｎに重なる。そのため、補助電極３１〜３ｎが形成された非発光領域を小さくできる。

図３に、図１に示した有機ＥＬ素子を曲げた状態での列方向に沿った断面の概念図を示す。既に述べたように、透明電極２１〜２ｎとして採用されるＩＴＯ等は結晶性の強い膜であり、基板１０を曲げる際に通常は割れが生じやすい。しかし、図１に示した有機ＥＬ素子は、透明電極２１〜２ｎが分離し、端部が自由端になっている。このため、図３に示すように、基板１０を曲げた状態において透明電極２１〜２ｎにかかる応力を、透明電極２１〜２ｎの外部に逃がすことができる。

図４に、透明電極２００を分離せずに配置した有機ＥＬ素子の比較例について、断面の概念図を示す。図４に示した比較例では、透明電極２００の結晶粒界等の弱い部分（例えば、図４のＡ１〜Ａ３。）に基板１０を曲げたときの応力が集中し、透明電極２００にひびや割れが生じる。

また、図１に示した有機ＥＬ素子は補助電極３１〜３ｎから透明電極２１〜２ｎに正孔が供給されるため、透明電極２１〜２ｎのシート抵抗を１００〜１０００Ω／スクエア程度にできる。補助電極３１〜３ｎが配置されない場合は、透明電極２１〜２ｎでの電圧降下量を抑制するため、通常、透明電極２００に使用するＩＴＯ膜のシート抵抗を１０Ω／スクエア程度にする必要がある。シート抵抗を低くするためにはＩＴＯ膜を２００〜３００℃程度の高温で形成する必要があるが、この場合はＩＴＯ膜の結晶性が強くなる。その結果、曲げ応力によって透明電極２００が更に割れやすいという問題があった。

一方、図１に示した透明電極２１〜２ｎは、シート抵抗が大きくてもよいため、１００℃程度の低温で形成可能である。そのため、透明電極２１〜２ｎに明確な結晶粒界が存在しない。また、透明電極２１〜２ｎの間隔は５０μｍ程度に設定されるため、透明電極２１〜２ｎに結晶粒界が存在したとしても、透明電極２１〜２ｎ間を跨ぐような大きな結晶が成長することはない。

次に、図１に示した有機ＥＬ素子の製造方法を説明する。なお、以下に述べる有機ＥＬ素子の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。

（イ）例えばＰＥＴ基板等のフレキシブル基板である基板１０の主面１１上に、蒸着法等により、膜厚１００ｎｍ程度のＡｕ膜を形成する。このＡｕ膜をフォトリソグラフィ技術を用いたリフトオフ法或いはエッチング法等によりパターニングして、補助電極３１〜３ｎを形成する。発光領域とする領域上に補助電極３１〜３ｎが形成されないように、Ａｕ膜をパターニングする。

（ロ）次に、１００℃でのスパッタ法等により、ＩＴＯ膜を膜厚１５０ｎｍ程度で形成する。その後、所望のパターンになるように、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング法等によりＩＴＯ膜をパターニングして、透明電極２１〜２ｎを形成する。これにより、第１電極層２０が形成される。

（ハ）基板１０及び第１電極層２０の全面に、絶縁膜６０用のフォトレジスト膜を膜厚１μｍ程度に形成する。そして、フォトリソグラフィ技術を用いて絶縁膜６０をパターニングし、透明電極２１〜２ｎの表面の一部が露出するまで絶縁膜６０をエッチング除去して開口部６１〜６ｎを形成する。

（ニ）開口部６１〜６ｎを埋め込むように、有機層４０を絶縁膜６０上に形成する。有機層４０は、例えば膜厚５０ｎｍのＣｕＰｃ層、膜厚５０ｎｍのＮＰＤ層、膜厚３０ｎｍのＡｌｑ₃膜の積層体等が採用可能である。

（ホ）次に、有機層４０上に膜厚１００ｎｍ程度のＡｌ膜を形成する。フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング法等により、所望のパターンにＡｌ膜をパターニングして、第２電極層５０を形成する。以上により、図１に示した有機ＥＬ素子が完成する。

なお、透明電極２１〜２ｎのパターニングには、エッチング法やリフトオフ法、或いはシャドーマスクを使用したパターニングが採用可能である。また、絶縁膜６０には、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜やアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）膜等も採用可能である。

上記に説明した製造方法のように、１００℃程度でのスパッタ法等の低温形成によってＩＴＯ膜を形成することにより、明確な結晶粒界が存在しない、結晶の小さな透明電極２１〜２ｎを形成できる。このため、曲げ応力による透明電極２１〜２ｎでの断線の発生を抑制できる。

以上に説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子では、結晶の小さな透明電極２１〜２ｎが分割して配置され、第１電極層２０での電圧降下量の増大を抑制するために補助電極３１〜３ｎが透明電極２１〜２ｎに沿って配置される。そのため、曲げ応力による透明電極２１〜２ｎの断線の発生が抑制され、かつ第１電極層２０での電圧降下に起因する出力光Ｌの発光面１２での輝度ばらつきが抑制される。その結果、曲面化及び大面積化が可能な発光面１２を有する、照明装置等に適用可能な有機ＥＬ素子が提供される。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る有機ＥＬ素子は、図５に示すように、透明電極２１〜２ｎのそれぞれが行方向に配列された複数の透明電極ユニット２１１〜２ｎｍからなり、第２電極層５０が透明電極２１〜２ｎと直交する行方向に配列された複数のストライプ状電極５１〜５ｍからなることが、図１に示した有機ＥＬ素子と異なる点である（ｍ：２以上の整数）。

ストライプ状電極５１〜５ｍのそれぞれは、透明電極２１〜２ｎ毎に１つの透明電極ユニット２１１〜２ｎｍと交差する。このため、図５に示すように、ストライプ状電極５１〜５ｍと透明電極２１〜２ｎとが交差する領域はマトリクス状に存在する。例えば、透明電極２１は透明電極ユニット２１１〜２１ｍを有し、透明電極ユニット２１１〜２１ｍはそれぞれストライプ状電極５１〜５ｍと交差する。

また、透明電極ユニット２１１〜２ｎｍとストライプ状電極５１〜５ｍとが重なる領域に絶縁膜６０の開口部６１１〜６ｎｍが形成される。この開口部６１１〜６ｎｍが配置される領域が発光領域になる。つまり、図５に示した有機ＥＬ素子では、基板１０上に発光領域がｎ行×ｍ列のマトリクス状に配置される。その他の構成については、図１に示す第１の実施の形態と同様である。

図６は図５のＩＩ−ＩＩ方向に沿った断面図である。また、図５のＩＩＩ−ＩＩＩ方向に沿った断面図を図７に示す。補助電極３１〜３ｎは、透明電極ユニット２１１〜２ｎｍそれぞれの外縁部と重なって行方向に延伸する。例えば、図５に示すように、補助電極３１は、透明電極２１に含まれる透明電極ユニット２１１〜２１ｍの外縁部と重なって行方向に延伸する。そして、透明電極ユニット２１１〜２１ｍは補助電極３１から正孔を供給される。

補助電極３１〜３ｎから正孔が供給される透明電極ユニット２１１〜２ｎｍはシート抵抗が大きくてもよいため、１００℃程度の低温で形成可能である。そのため、透明電極ユニット２１１〜２ｎｍに明確な結晶粒界が存在せず、仮に透明電極ユニット２１１〜２ｎｍに結晶粒界が存在したとしても、透明電極ユニット２１１〜２ｎｍ間を跨ぐような大きな結晶が成長することはない。

列方向に延伸するストライプ状電極５１〜５ｍのサイズは、例えば、行方向の幅は４８０μｍ程度、ストライプ状電極５１〜５ｍのピッチは５００μｍ程度に設定される。この場合、ストライプ状電極５１〜５ｍ間の間隔は２０μｍ程度である。

また、透明電極ユニット２１１〜２ｎｍのサイズは、例えば列方向及び行方向の幅がそれぞれ４５０ｍμ程度に設定される。そして、第１電極層２０の電気抵抗を低減するための補助電極３１〜３ｎの幅は５μｍ程度である。補助電極３１〜３ｎは５００μｍ程度のピッチで配置される。また、絶縁膜６０の開口部６１１〜６ｎｍは、透明電極ユニット２１１〜２ｎｍの外縁から５０μｍ程度内側に形成される。

図５では、透明電極ユニット２１１〜２ｎｍ毎に形成される絶縁膜６０の開口部６１１〜６ｎｍが正方形の場合を例示したが、開口部６１１〜６ｎｍが長方形等の他の形状であってもよいことは勿論である。また、透明電極ユニット２１１〜２ｎｍが単色の光を発光する有機材料のみを含むのではなく、赤、青、緑の３色の光をそれぞれ発光する３つの有機材料を並べた構成であってもよい。絶縁膜６０の各開口部６１１〜６ｎｍに３色の光を発生する有機材料を配列することにより、１つの透明電極ユニット２１１〜２ｎｍを１つの画素とするカラー表示可能なマトリクス型有機ＥＬディスプレイを実現できる。

以上に説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る有機ＥＬ素子では、結晶の小さな透明電極ユニット２１１〜２ｎｍが分割してマトリクス状に配置され、第１電極層２０での電圧降下量の増大を抑制するために補助電極３１〜３ｎが配置される。そのため、基板１０が曲げられた場合に生じる曲げ応力による透明電極ユニット２１１〜２ｎｍの断線の発生が抑制され、かつ第１電極層２０での電圧降下に起因する出力光Ｌの発光面１２での輝度ばらつきが抑制される。その結果、曲面化及び大面積化が可能な発光面１２を有する有機ＥＬ素子が提供される。他は、第１の実施の形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。

上記のように、本発明は第１及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の構成を示す模式的な上面図である。図１のＩ−Ｉ方向に沿った模式的な断面図である。本発明の第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子を曲げた状態の模式的な断面図である。比較例の有機ＥＬ素子を曲げた状態の模式的な断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の構成を示す模式的な上面図である。図５のＩＩ−ＩＩ方向に沿った模式的な断面図である。図５のＩＩＩ−ＩＩＩ方向に沿った模式的な断面図である。

符号の説明

１０…基板
１１…主面
１２…発光面
２０…第１電極層
２１〜２ｎ…透明電極
３１〜３ｎ…補助電極
４０…有機層
５０…第２電極層
５１〜５ｍ…ストライプ状電極
６０…絶縁膜
６１〜６ｎ…開口部
２００…透明電極
２１１〜２ｎｍ…透明電極ユニット
６１１〜６ｎｍ…開口部

Claims

基板と、
列方向に配列された複数の透明電極、及び前記複数の透明電極それぞれの外縁部と重なって行方向に延伸する複数の補助電極を有し、前記基板上に配置された第１電極層と、
前記第１電極層上に配置された有機層と、
前記有機層上に配置され、列方向に延伸する第２電極層と
を備えることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子。
前記複数の透明電極のそれぞれが行方向に配列された複数の透明電極ユニットからなり、前記第２電極層が行方向に配列された複数のストライプ状電極からな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センス素子。
前記基板がフレキシブル基板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
前記透明電極が酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、アルミニウムドープの酸化チタン、及び酸化スズのいずれかからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
前記補助電極が金膜であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。