JP2009224399A - 有機ｅｌデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】製造歩留まりが良く長寿命な照明用有機ＥＬデバイスの提供
【解決手段】基板と、基板上の少なくとも１つの直列接続有機ＥＬ素子群とを有する有機ＥＬデバイスであって、直列接続有機ＥＬ素子群は、第１電極、有機ＥＬ層、および第２電極をこの順に有する複数の有機ＥＬ素子から構成され、複数の有機ＥＬ素子は有機ＥＬ層を共有し、各有機ＥＬ素子を構成する第２電極は、隣接する有機ＥＬ素子を構成する第１電極と、有機ＥＬ層に設けられた１つまたは複数の貫通孔の部分で電気的に接続され、それによって複数の有機ＥＬ素子は直列接続されていることを特徴とする有機ＥＬデバイス。
【選択図】図４

Description

本発明は、有機ＥＬデバイスの構造、特に、照明用光源として用いられる有機ＥＬデバイスの構造に関する。

近年、地球の温暖化問題に対して関心が高まっている。炭酸ガスの排出量を減らし、温暖化を低減するために、様々の省エネが模索されている。その中でも、照明器具のエネルギー利用の高効率化が、１つの重要なポイントとされている。現在、広く使われている白熱ランプおよび蛍光灯は発光効率の点から飽和状態となり、さらに発光効率のよい照明器具の研究開発が盛んに行われている。中でも、有機ＥＬ素子に関しては、将来技術として発光効率１００〜２００ｌｍ／Ｗ、寿命６０，０００時間が期待されており、白熱ランプの１５ｌｍ／Ｗ、１，０００〜２，０００時間、および蛍光灯の５０〜１００ｌｍ／Ｗ、１０，０００時間に対して、地球環境に優しい照明になり得ると考えられている。今後の研究開発の課題は、上述の性能を実現していくとともに、その製造コストを削減することである。

図１は、次世代の照明として期待されて開発が進められている発光ダイオード(light emitting diode：ＬＥＤ）を用いた光源を示す図である（非特許文献１参照）。図１の光源は、反対面上にヒートシンク２４０を設けたセラミック基板２１０上の金属パターン２２０に、複数のＬＥＤ２３０をフリップチップ実装して、その上に蛍光樹脂層２５０を設けたものであり、白色光を放射する。複数のＬＥＤの高密度配置により発光強度ムラを減らしているが、高密度配置には限界がある。また、複数のＬＥＤを実装していく必要があるので、組み立てコストが上昇し、および大面積の面発光光源の製造が困難であるという問題点を有している。

上記の問題点に関して、有機ＥＬ素子を用いる場合には、複数の有機ＥＬ素子を同一基板上に容易に作成できるという利点がある。したがって、前述したＬＥＤを用いる場合と比べて、素子を実装するコストを削減することができ、より低コストな面発光光源器具が実現可能であると考えられている。しかしながら、大面積の面発光光源を作製する場合、短絡欠陥が発生しやすい。短絡欠陥が存在すると電流が欠陥部に集中して発光が著しく劣化する。

この問題を回避するために、複数の有機ＥＬ素子を直列に接続した大面積の面発光光源が提案されている（特許文献１参照）。図２に示されるように、直列接続構造とすることにより、一部の有機ＥＬ素子に短絡欠陥が生じても他の有機ＥＬ素子へ電流を流すことが可能であるため、光源全体としての発光の劣化を抑制することができる。

簡単な回路構成で所望の光量を得ると共に、有機ＥＬ素子の長寿命化を可能にする手段として、複数の有機ＥＬ素子を直列に接続した構成が提案されている（特許文献２）。しかしながら、有機ＥＬデバイスとして実現する方法は具体的に示されていない。

また、有機ＥＬ素子を複数直列に接続することにより、有機ＥＬ素子１個当たりの駆動電圧を分圧し、高電圧時の発光効率を向上させるとともに有機ＥＬ素子の寿命特性を向上させる可能性が示されているが、有機ＥＬデバイス形成についての具体的な開示はない（特許文献３参照）。

以上のように、現在のところ、所望の光量および長寿命を共に実現しうる照明光源としての有機ＥＬデバイスは具体的に開示されていない。

特開２００４−２３４８６８号公報 特開２００７−１２２９８３号公報 特開２００５−１５８４８３号公報 緒方ほか、９８．高光束・コンパクトな白色ＬＥＤ光源、平成１９年度照明学会第４０回全国大会講演論文集（平成１９年８月２３、２４日）、ｐ１８３

有機ＥＬ素子を用いて所望の光量および長寿命を共に実現しうる照明光源を高効率および低コストに作製するためには、有機ＥＬ素子、電源および制御回路を含めた全体構成を考える必要がある。有機ＥＬ素子は、通常５〜１０Ｖ程度で発光する低電圧素子である。低電圧で駆動する有機ＥＬ素子を高効率で発光させる構成として、直列的に接続された有機ＥＬ素子群を採用することで、現状のＬＥＤを並べたものに比較して、有機ＥＬデバイスの発光の均一性は抜群に優れたものが得られる。

一方、直列接続有機ＥＬ素子群の形成にあたり、メタルマスクを用いたパターニングを行うと、パターンのエッジ部がシャープに形成されず、端部で膜厚が薄いところができる可能性がある。このことが、電界の集中などによる寿命低下、および製造歩留まり低下の要因となりうる。

したがって、直列接続有機ＥＬ素子群を歩留まり良く製造し、および、製品の寿命を最大限に延ばすためには、有機ＥＬ層のパターニングが均一に行われることが重要である。また、有機ＥＬ層のパターニングが均一に行われた有機ＥＬデバイスを低コストで製造することが重要である。

上記課題を解決するため、本発明は、基板と、基板上の少なくとも１つの直列接続有機ＥＬ素子群とを有する有機ＥＬデバイスであって、
直列接続有機ＥＬ素子群は、基板側から、独立した複数の電極パターンとして配置された第１電極、第１電極を覆うように配置された有機ＥＬ層、および独立した複数の電極パターンとして配置された第２電極をこの順に有する複数の有機ＥＬ素子から構成され、
複数の有機ＥＬ素子は有機ＥＬ層を共有し、
有機ＥＬ層は、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を有し、
各有機ＥＬ素子を構成する第２電極は、隣接する有機ＥＬ素子を構成する第１電極と、１つまたは複数の貫通孔の部分で電気的に接続され、それによって複数の有機ＥＬ素子は直列接続され、
第１電極および第２電極の少なくとも一方は透明電極である
ことを特徴とする有機ＥＬデバイスを提供する。

本発明の有機ＥＬデバイスは、少なくとも１つの色変換層をさらに含むことができる。少なくとも１つの色変換層は、基板と第１電極との間；基板の直列接続有機ＥＬ素子群とは反対側の面上；および第２電極の上面からなる群から選択される少なくとも１つに配置されていることができる。

本発明の有機ＥＬデバイスは、複数の直列接続有機ＥＬ素子群を含むことができる。

基板が透明基板であり、第１電極が透明電極であることができる。また、基板と第１電極との間に、パッシベーション層をさらに含んでもよい。第１電極および第２電極の両方が透明電極であってもよい。

第２電極上にパッシベーション層をさらに含むことができる。

直列接続有機ＥＬ素子群を含む有機ＥＬデバイスにおいて、有機ＥＬ層を基板上に一体的に形成し、有機ＥＬ層を貫通する貫通孔を設け、貫通孔の部分で第１および第２電極を電気的に接続することで、歩留まりおよび信頼性が向上した有機ＥＬデバイスを提供しうる。

以下、図を参照して、本発明について詳細に説明する。

図３に、本発明の直列接続有機ＥＬ素子群を含む有機ＥＬデバイスの基本的構成を示す。本発明の有機ＥＬデバイスは、基板１０と、前記基板１０上の少なくとも１つの直列接続有機ＥＬ素子群とを有する。直列接続有機ＥＬ素子群は、基板１０側から、独立した複数の電極パターンとして配置された第１電極２０、第１電極２０を覆うように配置された有機ＥＬ層３０、および独立した複数の電極パターンとして配置された第２電極４０をこの順に有する複数の有機ＥＬ素子から構成される。複数の有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ層３０を共有する。有機ＥＬ層３０は、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔３０ｈを有し、各有機ＥＬ素子を構成する第２電極４０は、隣接する有機ＥＬ素子を構成する第１電極２０と、１つまたは複数の貫通孔３０ｈの部分で電気的に接続される（直列接続有機ＥＬ素子群の末尾に位置し外部回路（トランジスタなど）に接続される第２電極４０を除く）。それによって、複数の有機ＥＬ素子は直列接続されている。第１電極２０および第２電極４０の少なくとも一方は透明電極である。

第１電極２０と第２電極４０に挟持された有機ＥＬ層３０の領域の幅ｘは、各有機ＥＬ素子の有効発光領域を示す。有効発光領域の幅ｘを、発光領域間の距離ｙに比較して十分に大きくすることによって、面内均一性の高い発光を得ることができる。

本発明において、第１電極２０は、有機ＥＬ層３０に全面的に覆われている。第１電極２０に関して、有機ＥＬ層３０を挟んで、これに対向する第２電極４０と、隣接する第１電極２０とが存在する。これらの第２電極４０と隣接する第１電極２０とは、貫通孔３０ｈの部分で電気的に接続されているため、等電位である。したがって、第１電極２０からの正孔（または電子）は、有機ＥＬ層３０を通過して、第２電極４０および隣接する第１電極２０の双方（あるいはどちらか一方）に向けて注入される可能性がある。隣接する第１電極２０に向けて正孔（または電子）が注入される場合は、有機ＥＬ層３０で正孔および電子が結合することがなく、発光が生じないため、望ましくない。したがって、正孔（または電子）が第１電極２０から第２電極４０に向けて選択的に注入されるために、隣接する第１電極２０間の距離ｄは重要なファクターとなる。意図せぬ電流経路を防止するために、第１電極２０間の距離ｄは、有機ＥＬ層３０の膜厚ｔと比べて十分に大きい必要がある。距離ｄの膜厚ｔに対する比（ｄ／ｔ）は、１０以上であることが好ましい。

図３には、パッシベーション層７０が記載されている。パッシベーション層は、本発明において任意選択的な層である。しかしながら、パッシベーション層７０は、有機ＥＬ層３０の水分および酸素による劣化を防止するために、設けることが望ましい層である。

図４に本発明の有機ＥＬデバイスの１つの実施形態を示す。本実施形態の有機ＥＬデバイスは、基板１０、色変換層５０、パッシベーション層６０、第１電極２０、有機ＥＬ層３０、第２電極４０、パッシベーション層７０をこの順に含む。本実施形態において、基板１０は透明基板であり、第１電極２０および第２電極４０は、それぞれ透明電極および反射電極である。

本実施形態において、独立した複数の電極パターンとして配置された第１電極２０は、有機ＥＬ層３０によって全体的に覆われて、有機ＥＬ層３０を挟んで対向する第２電極４０との間の短絡および隣接する第１電極２０との間の短絡が防止されている。有機ＥＬ層３０には、厚さ方向に貫通し、および第１電極２０の一端にその開口部が位置する貫通孔３０ｈが設けられている。第２電極４０は、独立した複数の電極パターンとして、有機ＥＬ層３０に設けられた貫通孔３０ｈを覆うように有機ＥＬ層３０上に配置されている。第２電極４０の一端は、有機ＥＬ層３０に設けられた貫通孔３０ｈの部分で、隣接する有機ＥＬ素子を構成する第１電極２０の一端と電気的に接続している。独立した複数の電極パターンとして配置された第２電極４０は、パッシベーション層７０によって全体的に覆われている。

このような構成をとることによって、第１電極２０、有機ＥＬ層３０および第２電極４０からなる複数の有機ＥＬ素子が直列に接続されて、本発明の直列接続有機ＥＬ素子群が形成される。本実施形態において、複数の直列接続有機ＥＬ素子群を形成してもよい。

パッシベーション層６０および７０は、前述の通り、任意選択的な層であるが、本実施形態においては、色変換層５０に含まれる不純物または水分、酸素などが有機ＥＬ層３０に影響を及ぼさないために設けることが望ましい。

図５に、本発明の有機ＥＬデバイスの別の実施形態を示す。本実施形態の有機ＥＬデバイスは、基板１０の一方の面上に、透明第１電極２０、有機ＥＬ層３０、透明第２電極４０、パッシベーション層７０および色変換層５２をこの順に含み、他方の面上に、第２色変換層５４を含む。本実施形態において、基板１０は透明基板である。このような構成をとることにより、基板１０の両側から光を取り出す光源が得られる。色変換層５２および第２色変換層５４に異なる成分を使用することにより、両面から異なった光を取り出すことができる。

図６に、本発明の有機ＥＬデバイスの別の実施形態を示す。図６（ａ）は、基板１０上に配置された複数の直列接続有機ＥＬ素子群の概略図を示す。図中、９１から９ｍはそれぞれ、本発明の１つの直列接続有機ＥＬ素子群を示す。直列接続有機ＥＬ素子群の末尾にトランジスタが接続され、これによって有機ＥＬ素子に流す電流が制御される（不図示）。電流の制御は、トランジスタに併設された電流センサのデータに基づいて、各有機ＥＬ素子の平均電流が同じとなるように、制御用ＬＳＩを用いて行われる（不図示）。複数の直列接続有機ＥＬ素子群は、母線（バス）によって、電気的に並列に接続されている（不図示）。こうすることにより、事前の特性試験のデータを考慮して、各列の電流値を適正化することができ、色度合いの調整を適切に行うことができる。また、直列接続有機ＥＬ素子群の中に短絡した有機ＥＬ素子が混入している場合でも、トランジスタのゲート電圧を調整することによって、他の直列接続有機ＥＬ素子群の列と同じとなるように電流を制御することが可能である。

図６（ｂ）は、ＶＩｂの領域の拡大図である。直列接続有機ＥＬ素子群は、基板１０上に、基板１０側から第１電極２０、有機ＥＬ層３０および第２電極４０をこの順に有する複数の有機ＥＬ素子を平面状に配置して構成される。有機ＥＬデバイスの発光の面内均一性を実現するためには、直列接続有機ＥＬ素子群を構成する各有機ＥＬ素子の有効発光領域の面積を同一とすることが望ましい。本実施形態において、直列接続有機ＥＬ素子群を構成する有機ＥＬ素子は、直線状ではなく曲線状に配列されている。こうすることにより、２つの利点が見出される。１つは、光源のパターンをある程度自由に設計できると言う点である。他の１つは、各有機ＥＬ素子の間隔をランダムなパターンで設計することにより、配置の癖が見えにくくなるという点である。使う場所、雰囲気にふさわしい空間、光源条件を作り出す上で、大きな自由度を与えることになると思われる。なお、図６（ｂ）においては、簡潔化のために、第１電極２０、有機ＥＬ層３０、第２電極４０のみを示し、色変換層５０他の層の表示を省略した。本実施形態において、図４および５に示すように、色変換層５０他の層を設けることは理解できるであろう。

以下、本発明の有機ＥＬデバイスの各層について説明する。

基板１０
本発明の有機ＥＬデバイスの基板１０としては、当該技術において知られている、表面が平滑である様々な基板を用いることができる。たとえば、ガラス基板などの透明基板を用いることができる。透明基板は、光透過性に優れ（４００〜７００ｎｍの波長域において８０％以上の透過率を有する）、透明電極、有機ＥＬ層、反射電極等の積層される層の形成に用いられる条件（溶媒、温度等）に耐え、寸法安定性に優れていることが好ましい。透明基板の例としては、ガラス基板の他、ポリオレフィン、アクリル樹脂（ポリメチルメタクリレートを含む）、ポリエステル樹脂（ポリエチレンテレフタレートを含む）、ポリカーボネート樹脂、あるいはポリイミド樹脂などの各種プラスチックで形成された剛直性樹脂基板もしくは可撓性フィルム等が挙げられる。

有機ＥＬ素子
本発明の有機ＥＬデバイスの「有機ＥＬ素子」は、基板１０側から少なくとも第１電極２０、有機ＥＬ層３０、および第２電極４０をこの順に有するように構成され、基板１０の上面に平面的に配置される。１つの有機ＥＬ素子の第２電極４０は、有機ＥＬ層３０に設けられた貫通孔３０ｈを通して、隣接する有機ＥＬ素子の第１電極２０と、それぞれの一端で電気的に接続されている。複数の有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ層３０を共有し、直列接続有機ＥＬ素子群を構成する。

（第１電極２０）
本発明の有機ＥＬ素子の第１電極２０は、陽極または陰極のいずれかとして機能する電極である。第１電極２０は、透明電極または反射電極のいずれであってもよい。

（第２電極４０）
本発明の有機ＥＬ素子の第２電極４０は、陽極または陰極のいずれかとして機能する電極である。第２電極４０は、反射電極または透明電極であることができる。ただし、第１電極２０および第２電極４０が同時に反射電極であることはなく、いずれか一方は透明電極である。

（（透明電極））
透明電極は、波長４００〜８００ｎｍの光に対して好ましくは５０％以上、より好ましくは８５％以上の透過率を有することが好ましい。透明電極を形成するための材料は、ＩＴＯ（Ｉｎ−Ｓｎ酸化物）、ＩＺＯ（Ｉｎ−Ｚｎ酸化物）、Ａｌ−Ｓｎ酸化物（ＡＴＯ）、ＮＥＳＡ膜、Ｓｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｚｎ−Ａｌ酸化物、Ｚｎ−Ｇａ酸化物、および、これらの酸化物に対してＦ、Ｓｂなどのドーパントを添加した導電性透明金属酸化物を含む。透明電極は、通常５０ｎｍ以上、好ましくは５０ｎｍ〜１μｍ、より好ましくは１００〜３００ｎｍの範囲内の厚さを有することが望ましい。通常、透明電極は、導電性透明金属酸化物をスパッタ法を用いて堆積させることによって形成される。ここで、矩形状またはその他の所望の形状の部分電極からなる透明電極を形成する場合には、所望の形状を与えるマスクを用いる堆積法で形成してもよいし、あるいは有機ＥＬ層形成前であれば全面堆積の後にフォトリソグラフィ法を用いてパターニングしてもよい。

（（反射電極））
反射電極を形成するための材料として、高反射率の金属、アモルファス合金、または微結晶性合金を用いることが好ましい。高反射率の金属は、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｒなどを含む。高反射率のアモルファス合金は、ＮｉＰ、ＮｉＢ、ＣｒＰおよびＣｒＢなどを含む。高反射率の微結晶性合金は、ＮｉＡｌなどを含む。反射電極は、通常５０ｎｍ以上、好ましくは５０ｎｍ〜１μｍ、より好ましくは１００〜３００ｎｍの範囲内の厚さを有することが望ましい。反射電極を陰極として用いる場合には、前述の高反射率の金属、アモルファス合金または微結晶性合金に対して、仕事関数が小さい材料であるリチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属を添加して合金化し、電子注入効率を向上させることができる。反射電極を陽極として用いる場合には、反射電極と有機ＥＬ層３０との界面に、前述の導電性透明金属酸化物の層を設けて、有機ＥＬ層３０に対する正孔注入の効率を向上させてもよい。反射電極は、それを形成する材料に依存して、蒸着法（抵抗加熱蒸着法または電子ビーム加熱蒸着法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法などの当該技術において知られている任意の方法を用いて形成することができる。ここで、矩形状またはその他の所望の形状の部分電極からなる反射電極を形成する場合には、所望の形状を与えるマスクを用いる堆積法で形成してもよいし、あるいは有機ＥＬ層形成前であれば全面堆積の後にフォトリソグラフィ法を用いてパターニングしてもよい。

（有機ＥＬ層３０）
本発明の有機ＥＬ素子の有機ＥＬ層３０は、第１電極２０および第２電極４０から注入されるキャリアを再結合させて、所望の波長分布を有する光を発するための層である。有機ＥＬ層３０によって、隣接する有機ＥＬ素子の第１電極２０間、および第１電極２０と第２電極４０との間の短絡を防止することができる。本発明の有機ＥＬ層３０は、第１電極２０上に一体的に形成することができ、および、厚さ方向に貫通し、第１電極２０の一端の上面に開口部が位置する貫通孔３０ｈを有することを特徴とする。

本発明の有機ＥＬ層３０は、有機発光層を少なくとも含み、必要に応じて正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層および／または電子注入層を含む。

有機ＥＬ層３０には、具体的には、下記のような層構成からなるものを採用することができる。陽極および陰極は、第１電極２０または第２電極４０のいずれかである。有機ＥＬ層３０に含まれる各層は、それぞれにおいて所望される特性を実現するのに充分な膜厚を有して形成される。これら各層は、蒸着法などの当該技術において知られている任意の方法を用いて形成することができる。
(1)陽極／有機発光層／陰極
(2)陽極／正孔注入層／有機発光層／陰極
(3)陽極／有機発光層／電子注入層／陰極
(4)陽極／正孔注入層／有機発光層／電子注入層／陰極
(5)陽極／正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子注入層／陰極
(6)陽極／正孔注入層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極
(7)陽極／正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極

有機ＥＬ層３０は、任意の公知の材料を用いて形成することができる。有機発光層の材料としては、青色から青緑色の発光を得るためには、たとえばベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、ポルフィリン系化合物、縮合芳香環化合物、環集合化合物、金属錯体（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム錯体（Ａｌｑ₃）のようなアルミニウム錯体など）、金属キレート化オキソニウム化合物、スチリルベンゼン系化合物（４，４’−ビス（ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）など）、芳香族ジメチリディン系化合物などが好ましく使用される。あるいはまた、ホスト化合物にドーパントを添加することによって、青色成分および緑色成分を含む所望の波長域の光を発する有機発光層を形成してもよい。また、必要に応じて、有機発光層の発光色は白色であっても良い。その場合は公知の赤ドーパントを追加して使用される。

（貫通孔３０ｈ）
有機ＥＬ層３０に設けられた貫通孔３０ｈによって、第２電極４０を第１電極２０と電気的に接続することができる。貫通孔３０ｈは、第１電極２０上に設けられた有機ＥＬ層３０を厚さ方向に貫通し、第１電極２０の上面に達するように設定される。貫通孔３０ｈの形状、大きさ、数（範囲）、位置は、実用しうる有機ＥＬデバイスを得るために重要な変動要因である。貫通孔３０ｈは、円形その他の任意の形状をとることができる。貫通孔３０ｈが円形である場合は、製造のバラツキを考えると、好ましい孔径は１０μｍより大きい範囲である。貫通孔３０ｈの好ましい数は、第１および第２電極２０、４０の大きさおよび貫通孔３０ｈの形状、大きさ等に依存する。電極あたり１個であっても実用上問題がないが、製造のバラツキおよび電流のバランスを考えると複数個であることが好ましい。また、貫通孔３０ｈは、第１電極２０の端面から０．１ｍｍから０．２ｍｍの範囲に孔の端がくるように配置されていることが好ましい。たとえば、第１電極２０のパターン形状を２０ｍｍ角の正方形とした場合に、第１電極２０の端面から０．６ｍｍの位置に中心を有する孔径１ｍｍの貫通孔を１ｍｍ間隔で１０個形成することができる。

貫通孔３０ｈは、たとえば、エキシマ、ＹＡＧなどのレーザー装置を用いたレーザー照射により形成することができる。図６は、本発明に用いることのできるレーザー加工装置の例を示す概略図である。レーザー処理中の導入ガスは、不活性のガスであれば特段の問題がなく、アルゴン、ヘリウム、窒素などを使用することができる。また、真空状態でもレーザー処理が可能であるが、その場合は、減圧／窒素ガス置換（窒素パージ）を数回行うことが好ましい。

パッシベーション層６０、７０
パッシベーション層は、可視域における透明性が高く（４００〜７００ｎｍの範囲で透過率５０％以上）、１００℃以上のＴｇを有し、表面硬度が鉛筆硬度で２Ｈ以上である層である。第１電極２０または第２電極４０のいずれかに接触する位置に設けられる場合、パッシベーション層は絶縁性であることが要求される。パッシベーション層の材料は、たとえば、イミド変性シリコ−ン樹脂、無機金属化合物（ＴｉＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂等）をアクリル、ポリイミド、シリコ−ン樹脂等中に分散したもの、紫外線硬化型樹脂としてエポキシ変性アクリレ−ト樹脂、アクリレ−トモノマ−／オリゴマ−／ポリマ−の反応性ビニル基を有した樹脂、レジスト樹脂、ゾル−ゲル法にて形成される無機化合物、フッ素系樹脂等を含む。前述の材料を用いるパッシベーション層の形成法には、たとえば、湿式法（スピンコ−ト法、ロ−ルコ−ト法、キャスト法等）およびゾル−ゲル法等の慣用の手法を用いることができる。また、パッシベーション層として、ガスおよび有機溶剤に対するバリア性を有し、可視域における透明性が高く（４００〜７００ｎｍの範囲で透過率５０％以上）、該パッシベーション層に、好ましくは２Ｈ以上の膜硬度を付与する無機材料を用いてもよい。たとえば、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＮｘＯｙ、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＴａＯｘ、ＺｎＯｘ等の無機酸化物、無機窒化物等が使用できる。これら無機酸化物または無機窒化物を用いるパッシベーション層の形成方法としては、たとえば、スパッタ法、ＣＶＤ法、真空蒸着法等の慣用の手法を用いることができる。上述のパッシベーション層は単層でも、あるいは複数の層が積層されたものでもよい。

色変換層５０、５２、５４
本発明の色変換層は、少なくとも１種の蛍光材料を含む。本発明において好適に用いることができる蛍光材料は、Ａｌｑ₃（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体）などのアルミキレート系色素、３−（２−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン６）、３−（２−ベンゾイミダゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン７）、クマリン１３５などのクマリン系色素、ソルベントイエロー４３、ソルベントイエロー４４のようなナフタルイミド系色素などの低分子有機蛍光色素を含む。また、蛍光材料として、ポリフェニレン系、ポリアリーレン系、ポリフルオレン系に代表される各種高分子発光材料を用いてもよい。別法として、前述の蛍光材料に第２蛍光材料を加えた２種の蛍光材料の混合物を用いて色変換層を形成してもよい。この構成においては、前述の蛍光材料が色変換層への入射光、好ましくは有機ＥＬ素子の発する青色〜青緑色の光を吸収し、吸収したエネルギーを第２蛍光材料に移動させ、第２蛍光材料が所望の波長の光を放射する。本発明において第２蛍光材料として好適に用いることができる蛍光材料は、ジエチルキナクリドン（ＤＥＱ）などのキナクリドン誘導体；４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ−１、下記式（Ｉ））、ＤＣＭ−２（下記式（ＩＩ））、およびＤＣＪＴＢ（下記式（ＩＩＩ））などのシアニン色素；ローダミンＢ、ローダミン６Ｇなどのキサンテン系色素；ピリジン１などのピリジン系色素；４，４−ジフルオロ−１，３，５，７−テトラフェニル−４−ボラ−３ａ，４ａ−ジアザ−ｓ−インダセン（下記式（ＩＶ））；ルモゲンＦレッド；ナイルレッド（下記式（Ｖ））などの低分子有機蛍光色素を含む。あるいはまた、各種低分子発光材料、各種高分子ＥＬ発光材料も適用できる。

第２蛍光材料を用いる場合、第２蛍光材料が濃度消光を起こさないことが重要である。なぜなら、第２蛍光材料が所望の光を放射する材料であり、その濃度消光は色変換の効率の低下をもたらすからである。本発明の色変換層における第２蛍光材料の濃度の上限は、用いる材料に依存して変化し得る。一般的には、本発明の色変換層における第２蛍光材料の好ましい濃度は、色変換層の総構成分子数を基準として、１０モル％以下、好ましくは０．０１〜１０モル％、より好ましくは０．１〜５モル％の範囲内である。このような範囲内の濃度で第２蛍光材料を用いることによって、濃度消光を防止すると同時に、十分な変換光強度を得ることが可能となる。第２蛍光材料を添加する構成は、入射光の吸収ピーク波長と色変換の発光ピーク波長との差を大きくすることができるため、青色から赤色への変換時など波長シフト幅が大きい場合に有効である。さらに、機能が分離されたことによって、蛍光材料の選択肢を広げることが可能となる。

本発明の色変換層は、当該技術において知られている任意の方法を用いて形成することができる。たとえば、蒸着法、インクジェット法などを用いることができる。蒸着法を用いる場合、前述の蛍光材料の共蒸着によって色変換層を形成することができる。インクジェット法を用いる場合、最初に、前述の蛍光材料を適切な溶剤に溶解させて色変換層形成用インクを形成する。色変換層形成用インクは、その粘度などを調整するための添加剤を含んでもよい。適切なインクジェット装置（サーマルインクジェット方式およびピエゾインクジェット方式を含む）を用いて電色変換層形成用インクを付着させることによって、色変換層を形成することができる。

本発明の色変換層は、前記基板と前記第１電極との間；前記基板の前記直列接続有機ＥＬ素子群とは反対側の面上；および前記第２電極の上面からなる群から選択される少なくとも１つに配置されることができる。

本発明の色変換層は、単層であっても、あるいは複数の層が積層されたものでもよい。

（実施例１）
以下の工程に従い、本発明の有機ＥＬデバイスを作製した（図４参照）。
（ａ） 基板１０として、透明基板（１７３７ガラス、コーニング社製）を準備した。
（ｂ） 基板１０上に、蒸着法にて色変換層５０を形成した。詳細には、第１蛍光材料：クマリン６と第２蛍光材料：ＤＣＭ−２との混合物（モル比はクマリン６：ＤＣＭ−２＝４８：２）を用いて、膜厚０．５μｍの赤色変換層５０Ｒを形成した。
（ｃ） 工程（ｂ）で得られた色変換層５０上に、窒化シリコン（ＳｉＮ)を厚さ１００ｎｍに積層して、パッシベーション層６０とした。積層には、プラズマＣＶＤ法を用いた（原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ₄）、アンモニア（ＮＨ₃）および窒素（Ｎ₂）を使用）。このとき、基板温度を１００℃以下に保った。

（ｄ） 工程（ｃ）で得られたパッシベーション層６０上に、スパッタ法で厚さ２００ｎｍのＩＺＯ（Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、出光興産株式会社製）を全面蒸着した。次いで、フォトリソグラフィ法を用いて、該ＩＺＯから所定のパターン状の透明第１電極２０を形成した。ここで、所定のパターンとは、２０個の２０ｍｍ角の正方形を１００μｍの間隔で直線的に配置したものである。

（ｅ） 透明第１電極２０が有機ＥＬ層３０によって覆われて、第１電極２０と後に設ける第２電極４０との間の短絡、および隣接する第１電極２０同士の間の短絡を防止するように、蒸着法を用いて透明第１電極２０以下の層を全面的に覆い、多層構造を有する有機ＥＬ層３０を形成した。有機ＥＬ層３０は、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）からなる膜厚１００ｎｍの正孔注入層、α−ＮＰＤからなる膜厚２０ｎｍの正孔輸送層、ＤＰＶＢｉおよびルブレン（体積比で、ＤＰＶＢｉ：ルブレン＝９５：５）からなる膜厚２０ｎｍの有機発光層、Ａｌｑ₃からなる膜厚２０ｎｍの電子輸送層、およびＬｉＦからなる膜厚０．５ｎｍの電子注入層から構成された。

（ｆ） 工程（ｅ）の後、有機ＥＬ層３０まで設けられた基板１０を、ＱスイッチＹＡＧレーザー装置１１０内に導入し、真空度を１０Ｔｏｒｒ（約１．３Ｐａ）以下にし、その後、水分および酸素を含まない窒素ガスを大気圧まで導入した。シールドリング１１２でシールドされた石英窓１１１を通して、基板１０に焦点を結ぶように制御された光学系から、ＹＡＧレーザー光１１３を照射して、第１電極２０の上面に達する貫通孔３０ｈを形成した（図７参照）。レーザー光１１３の波長は５３２ｎｍ（２倍波）、中心周波数は４０ｋＨｚ、平均出力は２Ｗを用いた。第１電極２０の一端の端面から孔の端までの距離が０．１ｍｍになるように孔の中心を設定し、貫通孔３０ｈを配設した。貫通孔３０ｈの孔径を０．０１ｍｍから１ｍｍまで変動させ、および各電極の一端に配設される貫通孔３０ｈの数を１個から１０個まで変動させ、貫通孔３０ｈの数が複数個の場合には、隣接する貫通孔３０ｈの中心から中心までの間隔を貫通孔３０ｈの数に応じて２ｍｍから１０ｍｍに設定した。

（ｇ） 工程（ｆ）の後、大気にさらすことなく、所定のパターンの開口部を有するメタルマスクを用いた蒸着法を用いて、有機ＥＬ層３０以下の層を覆う複数の独立した電極パターンとしてＡｌを積層して、厚さ２００ｎｍの反射第２電極４０とした。このとき、有機ＥＬ層３０に形成された貫通孔に第２電極４０の材料が充填され、これにより、第２電極と第１電極とが電気的に接続されるように設定した。

（ｈ） 反射第２電極４０以下の層を全面的に覆うように、窒化シリコン（ＳｉＮ）を厚さ１００ｎｍに積層して、パッシベーション層７０とした。積層には、プラズマＣＶＤ法を用いた（原料ガスとして、モノシラン（ＳｉＨ₄）、アンモニア（ＮＨ₃）、及び窒素（Ｎ₂）を使用）。このとき、基板温度を１００℃以下に保った。

以上の工程により、透明第１電極２０、有機ＥＬ層３０および反射第２電極４０からなる有機ＥＬ素子が２０直列に接続される直列接続有機ＥＬ素子群を含む、本発明の有機ＥＬデバイスが得られた。

（実施例２）
以下の工程に従い、本発明の有機ＥＬデバイスを作製した（図５参照）。
（ａ） 基板１０として、透明基板（１７３７ガラス、コーニング社製）を準備した。
（ｂ） 基板１０の一方の面上に、所定のパターンの開口部を有するメタルマスクを用いたスパッタ法でＩＺＯ（Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、出光興産株式会社製）を積層して、所定のパターンを有する膜厚２００ｎｍの透明第１電極２０を形成した。ここで、所定のパターンとは、２０個の２０ｍｍ角の正方形を１００μｍの間隔で直線的に配置したものである。

（ｃ） 透明第１電極２０が有機ＥＬ層３０によって覆われて、第１電極２０と後に設ける第２電極４０との間の短絡、および隣接する第１電極２０同士の間の短絡を防止するように、蒸着法を用いて透明第１電極２０以下の層を全面的に覆い、多層構造を有する有機ＥＬ層３０を形成した。有機ＥＬ層３０は、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）からなる膜厚１００ｎｍの正孔注入層、α−ＮＰＤからなる膜厚２０ｎｍの正孔輸送層、４，４−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（以下、ＤＰＶＢｉという）およびルブレン（体積比で、ＤＰＶＢｉ：ルブレン＝９５：５）からなる膜厚２０ｎｍの有機発光層、Ａｌｑ₃からなる膜厚２０ｎｍの電子輸送層、およびＬｉＦからなる膜厚０．５ｎｍの電子注入層から構成された。

（ｄ） 工程（ｃ）の後、有機ＥＬ層３０まで設けられた基板１０を、ＱスイッチＹＡＧレーザー装置１１０内に導入し、真空度を１０Ｔｏｒｒ（約１．３Ｐａ）以下にし、その後、水分および酸素を含まない窒素ガスを大気圧まで導入した。シールドリング１１２でシールドされた石英窓１１１を通して、基板１０に焦点を結ぶように制御された光学系から、ＹＡＧレーザー光１１３を照射して、第１電極２０の上面に達する貫通孔３０ｈを形成した（図７参照）。レーザー光１１３の波長は５３２ｎｍ（２倍波）、中心周波数は４０ｋＨｚ、平均出力は２Ｗを用いた。第１電極２０の一端の端面から孔の端までの距離が０．１ｍｍになるように孔の中心を設定し、貫通孔３０ｈを配設した。実施例１の場合と同様に、貫通孔３０ｈの孔径を０．０１ｍｍから１ｍｍまで変動させ、および各電極の一端に配設される貫通孔３０ｈの数を１個から１０個まで変動させ、貫通孔３０ｈの数が複数個の場合には、隣接する貫通孔３０ｈの中心から中心までの間隔を貫通孔３０ｈの数に応じて２ｍｍから１０ｍｍに設定した（第１表参照）。

（ｅ） 工程（ｄ）の後、大気にさらすことなく、得られた有機ＥＬ層３０上に、所定のパターンの開口部を有するメタルマスクを用いたスパッタ法でＩＺＯ（Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、出光興産株式会社製）を積層して、所定のパターンを有する膜厚２００ｎｍの透明第２電極４０を形成した。このとき、有機ＥＬ層３０に形成された貫通孔３０ｈに第２電極４０の材料が充填され、これにより、第２電極と第１電極とが電気的に接続されるように設定した。

（ｆ） 透明第２電極４０以下の層を全面的に覆うように、窒化シリコン（ＳｉＮ）を厚さ１００ｎｍに積層して、パッシベーション層７０とした。積層には、プラズマＣＶＤ法を用いた（原料ガスとして、モノシラン（ＳｉＨ₄）、アンモニア（ＮＨ₃）、及び窒素（Ｎ₂）を使用）。このとき、基板温度を１００℃以下に保った。

（ｇ） 工程（ｆ）で得られたパッシベーション層７０上に、蒸着法にて色変換層５２を形成した。詳細には、第１蛍光材料：クマリン６と第２蛍光材料：ＤＣＭ−２との混合物（モル比はクマリン６：ＤＣＭ−２＝４８：２）を用いて、赤色変換層５２Ｒを形成した。赤色変換層５２Ｒの膜厚を、０．５μｍとした。

（ｈ） 基板１０の他方の面上に、蒸着法にて第２色変換層５４を形成した。詳細には、第１蛍光材料：クマリン６と第２蛍光材料：ＤＥＱとの混合物（モル比はクマリン６：ＤＥＱ＝４８：２）を用いて、緑色変換層５４Ｇを形成した。緑色変換層５４Ｇの膜厚を、０．５μｍとした。

以上の工程により、透明第１電極２０、有機ＥＬ層３０および透明第２電極４０からなる有機ＥＬ素子が２０直列に接続される直列接続有機ＥＬ素子群を含む、本発明の有機ＥＬデバイスが得られた。

（実施例３）
工程（ｄ）において、所定のパターンを、２０個の２０ｍｍ角の正方形を１００μｍの間隔で曲線的に配置した以外は実施例１と同様にして、本発明の有機ＥＬデバイスを作製した（図６参照）。

（比較例４）
以下の工程に従い、比較例の有機ＥＬデバイスを作製した（図２参照）。
（ａ） 基板１０として、透明基板（１７３７ガラス、コーニング社製）を準備した。
（ｂ） 基板１０上に、スパッタ法で厚さ２００ｎｍのＩＺＯ（Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、出光興産株式会社製）を全面蒸着した。次いで、フォトリソグラフィ法を用いて、該ＩＺＯから所定のパターン状の透明第１電極２０を形成した。ここで、所定のパターンとは、２０個の２０ｍｍ角の正方形を１００μｍの間隔で直線的に配置したものである。

（ｃ） 透明第１電極２０の一端が有機ＥＬ層３０によって覆われて、第１電極２０と後に設ける第２電極４０との間の短絡を防止するように、所定のパターンの開口部を有するメタルマスクを用いた蒸着法を用いて透明第１電極２０をパターン状に覆い、多層構造を有する有機ＥＬ層３０を形成した。有機ＥＬ層３０は、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）からなる膜厚１００ｎｍの正孔注入層、α−ＮＰＤからなる膜厚２０ｎｍの正孔輸送層、ＤＰＶＢｉおよびルブレン（体積比で、ＤＰＶＢｉ：ルブレン＝９５：５）からなる膜厚２０ｎｍの有機発光層、Ａｌｑ₃からなる膜厚２０ｎｍの電子輸送層、およびＬｉＦからなる膜厚０．５ｎｍの電子注入層から構成された。

（ｄ） 所定のパターンの開口部を有するメタルマスクを用いた蒸着法を用いて、有機ＥＬ層３０以下の層をパターン状に覆うように、Ａｌを積層して、厚さ２００ｎｍの反射第２電極４０とした。このとき、複数の有機ＥＬ素子の反射第２電極４０を、有機ＥＬ層３０上から隣接する有機ＥＬ素子の透明第１電極２０の上まで連続して形成した。

（ｅ） 反射第２電極４０以下の層を全面的に覆うように、窒化シリコン（ＳｉＮ）を厚さ１００ｎｍに積層して、パッシベーション層７０（不図示）とした。積層には、プラズマＣＶＤ法を用いた（原料ガスとして、モノシラン（ＳｉＨ₄）、アンモニア（ＮＨ₃）、及び窒素（Ｎ₂）を使用）。このとき、基板温度を１００℃以下に保った。

以上の工程により、透明第１電極２０、有機ＥＬ層３０および反射第２電極４０からなる有機ＥＬ素子が２０直列に接続される直列接続有機ＥＬ素子群を含む、比較例の有機ＥＬデバイスが得られた。

（評価項目）
実施例および比較例の有機ＥＬデバイスについて、直列接続有機ＥＬ素子群の製造歩留まり（％）を、電源−電圧特性（リーク不良の評価）および発光特性を測定することにより、総合的に評価した。発光特性は、大塚電子株式会社のマルチチャネルフォトデテクター（ＭＣＰＤ−３０００）および株式会社トプコンの輝度計（ＢＭ−９）で測定した。実施例および比較例４について製造歩留まりを比較した。

（評価結果）
評価結果を、以下の第２表および第３表に示す。

実施例１および２の本発明の有機ＥＬデバイスの直列接続有機ＥＬ素子群について、貫通孔３０ｈの孔径および個数等に依存することなく、いずれも製造歩留まり９０％以上の値を得た。実施例３に関しては、実施例１と同様の結果が得られた。一方、比較例４の本発明ではない有機ＥＬデバイスの直列接続有機ＥＬ素子群については、製造歩留まりは６０％程度であった。本発明により、有機ＥＬデバイスの直列接続有機ＥＬ素子群の製造歩留まりが従来例と比べて３０％程度改善する効果が見出された。本発明により直列接続有機ＥＬ素子群の製造歩留まりが向上し、その結果として、有機ＥＬデバイスの製造歩留まりが、同様に、従来例と比べて３０％程度改善する効果が見出された。

なお、貫通孔３０ｈの孔径（ｍｍ）と、貫通孔３０ｈによる第１電極２０および第２電極４０の電気的接続部（貫通部）の抵抗（Ω）との関係を、図８に示す。第２電極４０の材料にＩＺＯを用いた場合、すなわち第２電極４０を透明電極とした場合においても、貫通孔３０ｈの孔径０．０１ｍｍ、第１電極２０の端面から貫通孔３０ｈの中心までの距離０．１０５ｍｍ、隣接する貫通孔３０ｈの中心間の間隔２ｍｍ、および各電極の一端における貫通孔３０ｈの個数１０個の条件で、電気的接続部（貫通部）の抵抗は０．１Ω以下であり、ＩＺＯのシート抵抗値がおよそ１０Ω／□であるのに比較して十分小さい値となった。したがって、本発明の直列接続有機ＥＬ素子群を含む有機ＥＬデバイスは、何ら問題なく実用できることが見出された。

従来の発光ダイオードを用いた光源を示す図である。 従来の直列接続有機ＥＬ素子群を含む有機ＥＬデバイスを示す図である。 本発明の直列接続有機ＥＬ素子群を含む有機ＥＬデバイスを示す図である。 （ａ）および（ｂ）は本発明の有機ＥＬデバイスおよび直列接続有機ＥＬ素子群の１つの実施形態を示す図である。 本発明の有機ＥＬデバイスの別の実施形態を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は本発明の有機ＥＬデバイスおよび直列接続有機ＥＬ素子群の別の実施形態を示す図である。 レーザー加工装置の例を示す図である。 本発明の電気的接続部の抵抗と孔径との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 基板
２０ 第１電極
３０ 有機ＥＬ層
３０ｈ 貫通孔
４０ 第２電極
５０、５２、５４ 色変換層
６０、７０ パッシベーション層
９１〜９ｍ 直列接続有機ＥＬ素子群
１１０ 装置
１１１ 石英窓
１１２ シールドリング
１１３ レーザー光
２１０ セラミック基板
２２０ 金属パターン
２３０ ＬＥＤ
２４０ ヒートシンク
２５０ 蛍光樹脂層
ｘ 有効発光領域の幅
ｙ 発光領域間の距離
ｄ 隣接する第１電極２０間の距離
ｔ 有機ＥＬ層３０の厚さ

Claims (8)

1. 基板と、前記基板上の少なくとも１つの直列接続有機ＥＬ素子群とを有する有機ＥＬデバイスであって、
   前記直列接続有機ＥＬ素子群は、前記基板側から、独立した複数の電極パターンとして配置された第１電極、前記第１電極を覆うように配置された有機ＥＬ層、および独立した複数の電極パターンとして配置された第２電極をこの順に有する複数の有機ＥＬ素子から構成され、
   前記複数の有機ＥＬ素子は前記有機ＥＬ層を共有し、
   前記有機ＥＬ層は、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を有し、
   各有機ＥＬ素子を構成する前記第２電極は、隣接する有機ＥＬ素子を構成する前記第１電極と、１つまたは複数の前記貫通孔の部分で電気的に接続され、それによって前記複数の有機ＥＬ素子は直列接続され、
   前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方は透明電極である
   ことを特徴とする有機ＥＬデバイス。
2. 少なくとも１つの色変換層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬデバイス。
3. 前記少なくとも１つの色変換層が、前記基板と前記第１電極との間；前記基板の前記直列接続有機ＥＬ素子群とは反対側の面上；および前記第２電極の上面からなる群から選択される少なくとも１つに配置されていることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬデバイス。
4. 複数の直列接続有機ＥＬ素子群を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の有機ＥＬデバイス。
5. 前記基板が透明基板であり、第１電極が透明電極であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の有機ＥＬデバイス。
6. 前記基板と前記第１電極との間に、パッシベーション層をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬデバイス。
7. 前記第１電極および前記第２電極の両方が透明電極であることを特徴とする請求項５または６に記載の有機ＥＬデバイス。
8. 前記第２電極上にパッシベーション層をさらに含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の有機ＥＬデバイス。

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