JP2012199233A - 発光素子および発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】短絡性の不良が顕在化しても電力が無駄に消費されない発光素子を提供することを課題の一とする。または、短絡性の不良が顕在化した発光素子により、無駄に電力が消費されない発光装置を提供することを課題の一とする。
【解決手段】発光素子に顕在化した短絡性の不良が発する熱に着眼した。そして、発光素子の一対の電極の少なくとも一方に、短絡性の不良が顕在化した際に該不良が発する熱により温度T2で溶融する可溶合金を用い、且つ該電極の他方の電極に対峙する面とは逆側の面に温度T1で溶融する有機組成物を含む層を有する構成とする。そして、該発光素子が破壊する温度T3に比べ、T2が低く、T2に比べT1を低くする構成に想到し、上記課題の解決に至った。
【選択図】図1

Description

本発明は、発光素子および発光装置に関する。特に、一対の電極の間に発光性の薄膜を設けた発光素子および該発光素子を用いた発光装置に関する。
一対の電極の間に膜状に広がる発光性の有機化合物を含む層(EL層ともいう)を設けた発光素子が知られている。このような発光素子は例えば有機EL素子と呼ばれ、一対の電極の間に電圧を印加すると、発光性の有機化合物から発光が得られる。また、有機EL素子を用いた発光デバイスとしては、アクティブマトリクス基板に適用した表示装置や、面状の照明装置などをその例に挙げることができる。
例えば、有機EL素子を用いた照明器具が特許文献1に開示されている。
特開2006−108651号公報
ところで、EL層の厚さは数十nmから数百nm程度と薄いため、一対の電極の間に異物が混入すると短絡性の不良が発生し易いという問題がある。なお、本明細書において短絡性の不良とは、一対の電極が、電圧を印加する前から短絡している場合だけでなく、電圧を印加した結果(例えば電流がEL層の厚さが局所的に薄い部分に集中して流れた結果)短絡していなかった一対の電極が短絡する場合も含むものとする。
有機EL素子の一対の電極が短絡すると、該有機EL素子は点灯しなくなるだけでなく、発熱により電力を無駄に消費してしまう。また、隣接して他の有機EL素子が設けられている場合は、短絡した有機EL素子が発する熱で隣接する他の有機EL素子が破壊されてしまう、または劣化してしまう場合がある。
特に、定電圧電源に接続された有機EL素子が短絡すると、該有機EL素子が点灯しなくなるだけでなく、発熱により火災が引き起こされてしまう場合もある。なぜなら、短絡により電気抵抗が小さくなった発光素子に、定電圧電源から多量の電流が供給されてしまうからである。
本発明は、このような技術的背景のもとでなされたものである。したがって、その目的は、短絡性の不良が顕在化しても電力が無駄に消費されない発光素子を提供することを目的の一とする。または、短絡性の不良が顕在化した発光素子により、無駄に電力が消費されない発光装置を提供することを目的の一とする。
上記目的を達成するために、本発明は、発光素子に顕在化した短絡性の不良が発する熱に着眼した。そして、発光素子の一対の電極の少なくとも一方に、短絡性の不良が顕在化した際に該不良が発する熱により温度T2で溶融する可溶合金を用い、且つ該電極の他方の電極に対峙する面とは逆側の面に温度T1で溶融する有機組成物を含む層を有する構成とする。そして、該発光素子が破壊する温度T3に比べ、T2が低く、T2に比べT1を低くする構成に想到し、上記課題の解決に至った。なお、本明細書において短絡性の不良が顕在化した状態とは、短絡性の不良が熱を発するようになった状態をいう。また、本明細書において溶融した状態とは、熱により流動性が発現した状態をいう。
すなわち、本発明の一態様は、可溶合金を含む電極と、可溶合金を含む電極の一方の面に対峙する可視光を透過する電極と、可溶合金を含む電極と可視光を透過する電極の間に発光性の有機化合物を含む層と、可溶合金を含む電極の他方の面に接する熱溶融性の有機組成物を含む層と、を有し、可溶合金の融点が、熱溶融性の有機組成物の融点より高く、且つ発光性の有機化合物を含む層が破壊する温度より低い発光素子である。
上記本発明の一態様の発光素子は、可溶合金を含む電極と、可視光を透過する電極との間に発光性の有機化合物を含む層を備え、該可溶合金を含む電極は熱溶融性の有機組成物を含む層と接している。加えて、該可溶合金の融点は該熱溶融性の有機組成物の融点より高く、且つ該発光性の有機化合物を含む層が破壊してしまう温度より低い構成を有する。
これにより、該発光素子に含まれる短絡性の不良が顕在化した際に発する熱が発光性の有機化合物を含む層を破壊してしまう前に、まず該熱溶融性の有機組成物を含む層が溶融され、次いで可溶合金を含む電極が溶融される。
可溶合金を含む電極は熱溶融性の有機組成物に比べて表面張力が大きいため、溶融されるとその表面積を収縮しようとする。また、熱溶融性の有機組成物は、既に溶融されて流動性を増しているため、該可溶合金を含む電極が形態を変化する際に必要とする空間を提供できる。
そして、溶融した可溶合金を含む電極が収縮しはじめ、ついには短絡性の不良による温度の上昇が激しい部位に穿孔が生じる。生じた穿孔は該短絡性の不良への電力の供給を遮断する効果を奏する。また、溶融した可溶合金を含む電極は、温度が高く流動し易い場所から温度が低く凝固した領域に向かって後退する。そして、可溶合金に生じた孔に溶融した熱溶融性の有機組成物を含む層が流れ込み、その孔を埋める。このようにして、短絡性の不良が解消され且つ熱溶融性の有機組成物が可溶合金を含む電極が後退した部位を埋める構成に至る。その結果、短絡性の不良が顕在化しても電力が無駄に消費されない発光素子を提供できる。または、短絡性の不良が顕在化した部位の発光性の有機化合物を含む層が、熱溶融性の有機組成物により保護された発光素子を提供できる。
また、本発明の一態様は、可溶合金を含む電極より熱溶融性の有機組成物を含む層が厚い、上記の発光素子である。
上記本発明の一態様の発光素子は、可溶合金を含む電極より熱溶融性の有機組成物を含む層が厚い構成を有する。これにより、溶融して流動性が増し、大きく変形できるようになった熱溶融性の有機組成物が、該可溶合金を含む電極が形態を変化するのに充分な空間を提供できる。または、可溶合金を含む電極の表面を途切れることなく覆うことができ、可溶合金の収縮を容易にする。そして、溶融した可溶合金を含む電極は、温度が高く流動し易い場所から温度が低く凝固した領域に向かって後退する。そして、可溶合金に生じた孔に溶融した熱溶融性の有機組成物を含む層が流れ込み、その孔を埋める。このようにして、短絡性の不良が解消され且つ熱溶融性の有機組成物が可溶合金を含む電極が後退した部位を埋める構成に至る。その結果、短絡性の不良が顕在化しても電力が無駄に消費されない発光素子を提供できる。または、短絡性の不良が顕在化した部位の発光性の有機化合物を含む層が、熱溶融性の有機組成物により保護された発光素子を提供できる。
また、本発明の一態様は、可溶合金の融点が200℃以下であり、熱溶融性の有機組成物の融点が100℃以上である、上記の発光素子である。
上記本発明の一態様の発光素子は、可溶合金の融点が200℃以下であり熱溶融性の有機組成物の融点が100℃以上である構成を有する。これにより、発光性の有機化合物を含む層に含まれる有機化合物に、そのガラス転移点温度を大幅に越える温度が加わり続ける状況を避け、発光性の有機化合物を含む層が破壊されてしまうのを防ぐ効果を奏する。且つ、熱溶融性の有機組成物が通常の使用環境において凝固した状態となり発光性の有機化合物を含む層を保護する効果を奏する。その結果、短絡性の不良が顕在化しても電力が無駄に消費されない発光素子を提供できる。または、短絡性の不良が顕在化した部位の発光性の有機化合物を含む層が、熱溶融性の有機組成物により保護された発光素子を提供できる。
また、本発明の一態様は、可溶合金は、ビスマス(Bi)、インジウム(In)、鉛(Pb)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)から選ばれた一を含み、融点が100℃より高く200℃以下である上記の発光素子である。
上記本発明の一態様の発光素子は、ビスマス(Bi)、インジウム(In)、鉛(Pb)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)から選ばれた一を含み、融点が100℃より高く200℃以下である可溶合金を含む電極を有する。これにより、顕在化した短絡性の不良が発する熱で発光性の有機化合物を含む層が破壊される前に、可溶合金を含む電極が溶融し、短絡性の不良が解消される。その結果、短絡性の不良が顕在化しても電力が無駄に消費されない発光素子を提供できる。
また、本発明の一態様は、熱溶融性の有機組成物は、ロジン、ワックス、及び熱溶融性の樹脂から選ばれた一を含む上記の発光素子である。
上記本発明の一態様の発光素子は、ロジン、パラフィンワックス、及びアクリル樹脂から選ばれた一を含む熱溶融性の有機組成物が可溶合金を含む電極に接して設けられた構成を有する。これにより、表面張力が低い上記有機組成物が可溶合金の表面を途切れることなく覆うことができるため、溶融した可溶合金の移動が容易になり、温度が高く流動し易い場所から温度が低く凝固した領域に向かって後退する。そして、可溶合金に生じた孔に溶融した熱溶融性の有機組成物を含む層が流れ込み、その孔を埋める。このようにして、短絡性の不良が解消され且つ熱溶融性の有機組成物が可溶合金を含む電極が後退した部位を埋める構成に至る。その結果、短絡性の不良が顕在化しても電力が無駄に消費されない発光素子を提供できる。または、短絡性の不良が顕在化した部位の発光性の有機化合物を含む層が、熱溶融性の有機組成物により保護された発光素子を提供できる。
また、本発明の一態様は、可溶合金を含む電極と発光性の有機化合物を含む層の間に電荷発生層が設けられた上記の発光素子である。
上記本発明の一態様の発光素子は、可溶合金を含む電極と前記発光性の有機化合物を含む層の間に電荷発生層が設けられた構成を有する。これにより、可溶合金の仕事関数が大きい場合であっても、駆動電圧の上昇が抑制され且つ短絡性の不良が顕在化しても電力が無駄に消費されない発光素子を提供できる。または、駆動電圧の上昇が抑制され且つ短絡性の不良が顕在化した部位の発光性の有機化合物を含む層が、熱溶融性の有機組成物により保護された発光素子を提供できる。
また、本発明の一態様は、上記の発光素子を用いた発光装置である。
上記本発明の一態様の発光装置は、上記の発光素子が適用された構成を有する。これにより、短絡性の不良が顕在化しても電力が無駄に消費されない発光装置を提供できる。
なお、本明細書において、EL層とは発光素子の一対の電極間に設けられた層を示すものとする。従って、電極間に挟まれた発光物質である有機化合物を含む発光層はEL層の一態様である。
なお、本明細書中において、発光装置とは画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源(照明装置含む)を指す。また、発光装置にコネクター、例えばFPC(Flexible printed circuit)もしくはTAB(Tape Automated Bonding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子が形成された基板にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
本発明の一態様によれば、短絡性の不良が顕在化しても電力が無駄に消費されない発光素子を提供できる。または、短絡性の不良が顕在化した発光素子により、無駄に電力が消費されない発光装置を提供できる。
実施の形態に係る発光素子の構成を説明する図。 実施の形態に係る発光素子を複数備える発光パネルを説明する図。 実施の形態に係る発光素子に顕在化した短絡性の不良箇所を説明する図。 実施の形態に係る発光素子の作製方法を説明する図。 実施の形態に係る発光素子の構成を説明する図。 実施の形態に係る発光素子の構成を説明する図。 実施の形態に係る発光装置の構成を説明する図。 実施の形態に係る発光装置の構成を説明する図。 実施の形態に係る電子装置説明する図。 実施の形態に係る照明装置を説明する図。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
(実施の形態1)
本実施の形態では、可溶合金を含む電極と可視光を透過する電極との間に発光性の有機化合物を含む層を備え、該可溶合金を含む電極は熱溶融性の有機組成物を含む層と接し、且つ該可溶合金の融点は該熱溶融性の有機組成物の融点より高く、また該発光性の有機化合物を含む層が破壊されてしまう温度より低い構成を備える発光素子について図1乃至図3を参照して説明する。
本発明の一態様の発光素子の断面の構成を図1(A)に示す。図1(A)に例示する発光素子150aは、基板100上に第1の電極101と、第1の電極101上に開口部を有する隔壁104と、第2の電極102と、第1の電極101と第2の電極102の間に発光性の有機化合物を含む層103と、第2の電極上に熱溶融性の有機組成物を含む層105と、を有する。
また、発光素子150aは、発光素子150aを囲うシール材158を用いて貼り合わされた封止材159と基板100の間に封止され、大気から隔離されている。また、発光素子150aの第1の電極101と電気的に接続する第1の端子151と、第2の電極102と電気的に接続する第2の端子152と、が設けられている。
<可溶合金を含む電極>
発光素子150aの第2の電極102は、可溶合金を含む。第2の電極102に用いることができる合金としては、導電性を有し、発光素子150aの他の構成の耐熱温度よりも融点が低い可溶合金を挙げることができる。また、その融点は発光素子を使用および保管する環境温度よりも高いことが望まれる。具体的には、100℃より高く200℃以下が好ましい。
なお、ここでいう耐熱温度とは、第2の電極102以外の構成(以下他の構成という)の機能が損なわれるまたは著しく低下する温度をいう。また、他の構成には例えば基板100、第1の電極101、隔壁104、発光性の有機化合物を含む層103の他、シール材158、封止材159などが含まれる。また、発光素子150aが用いられた発光装置においては、その発光装置を構成する他の構成も含めるものとする。すなわち、発光素子150aに顕在化した短絡性の不良が発する熱の影響を受けて、発光装置の機能を損なうまたは著しく低下する原因となる構成であって、第2の電極以外のものをいう。特に、発光性の有機化合物を含む層は、熱による影響を受け易い有機化合物を含み、またその厚さが薄いため、他の構成のなかでも比較的低い温度で破壊され易い。
<可溶合金>
本実施の形態で例示する発光素子に適用できる可溶合金の融点は、具体的には100℃より高く200℃以下であり、様々な材料を利用できる。代表的にはビスマス(Bi)、インジウム(In)、鉛(Pb)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)から選ばれた一を含む合金のうち、融点が100℃より高く200℃以下になるように調整されたものを用いることができる。なお、銀(Ag)、銅(Cu)または/およびアンチモン(Sb)等を改質剤として添加して用いることもできる。
例えば、融点110℃の可溶合金としては、Sn46重量%,In50重量%,Bi4重量%の組成のもの、融点126℃の可溶合金としては、Sn43重量%,In46.5重量%,Pb10.5重量%のもの、融点130℃の可溶合金としては、Sn48重量%,In34重量%,Pb18重量%のもの、融点135℃の可溶合金としては、Sn46.5重量%,Pb30重量%,Cd17重量%,In6.5重量%のもの、融点145℃の可溶合金としては、Sn50重量%,Pb32重量%,Cd18重量%のもの、融点147℃の可溶合金としては、Sn52重量%,Pb27重量%,In21重量%のもの,融点164℃の可溶合金としては、Sn47.5重量%,Pb40.5重量%,Bi12重量%の融点のもの、融点183℃の可溶合金としては、Sn63重量%,Pb37重量%のものなどが挙げられる。
なお、In、Sn及びAgからなる可溶合金は構成する元素の種類が少なく、且つ人体に対し比較的毒性が低いため好ましい。例えば、融点144℃の可溶合金をIn95重量%、Sn2重量%、Ag3重量%の組成で作製できる。
また、上記の材料からなる可溶合金を、別の材料を用いて形成した導電膜と積層して用いることができる。例えばAg、Al、Cuなど導電性の高い導電膜と積層することで、可溶合金を含む電極のシート抵抗を低減し、発光素子の発光領域に生じやすい輝度ムラを低減できる。また、可溶合金を含む電極の発光性の有機化合物を含む層に接する側に、キャリアの注入性を考慮して調整された仕事関数を有する導電膜を積層してもよい。具体的には第2の電極102を陽極として用いる場合は、仕事関数の絶対値が4.0eV以上の導電膜を設ける構成が特に好ましく、第2の電極102を陰極として用いる場合は、仕事関数の絶対値が4.0eV以下の導電膜を設ける構成が特に好ましい。
仕事関数を調整するために他の金属を添加して用いることができる。例えばLiに代表されるアルカリ金属やMgの他、Caに代表されるアルカリ土類金属を添加することにより、仕事関数の絶対値を小さくすることができる。
なお、可溶合金に他の導電膜を積層して本発明の一態様の発光素子の電極を構成する場合は、別の導電膜の厚さとしては数nmから十数nm程度が好ましい。別の導電膜が1nm以下であると積層する構成の効果が得られず、十数nmを越えると融点に達した可溶合金の流動を妨げてしまうからである。また、溶融した可溶合金とで新たな合金を形成し、流動するように、別の導電膜の組成を選択して構成してもよい。
また、グラフェン、ナノウイスカーなどを含む膜を可溶合金に積層して用いることもできる。
<熱溶融性の有機組成物を含む層>
発光素子150aは第2の電極102に接して熱溶融性の有機組成物を含む層105を有する。熱溶融性の有機組成物を含む層105に用いることができる材料としては、絶縁性を有し、第2の電極102に含まれる可溶合金の融点において、流動性を有する組成物を挙げることができる。また、その融点は発光素子150aを使用または保管する環境温度よりも高いことが望まれる。
なお、ここでいう流動性とは、熱溶融性の有機組成物が流れて移動する性質をいう。従って、熱溶融性の有機組成物全体が溶融して液状になるものであっても、固体状の粒子などが分散した液状になるものであっても、全体として流れて移動するものであればよい。
<熱溶融性の有機組成物>
本実施の形態で例示する発光素子に適用できる熱溶融性の有機組成物の融点は、具体的には100℃以上200℃より低く、様々な材料を利用できる。代表的にはロジン、ワックス及びアクリル樹脂から選ばれた一を含む有機組成物のうち、融点が100℃以上高く200℃より低くなるように調整されたものであれば用いることができる。なお、フラックス等を改質剤として添加して用いることもできる。
熱溶融性の有機組成物としては、様々な有機材料を用いることができる。具体的にはロジンとしては、水素添加ロジン、不均化ロジン、ロジンエステル、ロジン変性フェノール樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、ロジン変性キシレン樹脂などをその例に挙げることができる。また、ワックスとしては、キャンデリラワックス、モンタンワックス、セレシンワックスなどの天然ワックス、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスなどの石油系ワックス、酸化ワックス、エステルワックスなどの合成ワックス、高級脂肪酸などをその例に挙げることができる。また、熱溶融性の樹脂としては、ポリスチレン、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、スチレン−ブチルアクリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリプロピレンなどをその例に挙げることができる。
また、発光素子を使用または保管する環境温度において、熱溶融性の有機組成物が凝固した状態であると、発光素子に加わる力を分散することができ、保護膜として機能するため好ましい。
熱溶融性の有機組成物を含む層の厚さは可溶合金を含む電極の厚さより厚い。熱溶融性の有機組成物を含む層の厚さを厚くすることで、短絡性の不良が顕在化した際に発する熱で溶融した可溶合金を含む電極の表面を途切れることなく覆うことができ、可溶合金の表面が容易に収縮できるため好ましい。熱溶融性の有機組成物を含む層の厚さとしては、1μm以上5mm以下であり、10μm以上2mm以下が特に好ましい。熱溶融性の有機組成物を含む層の厚さが薄すぎると可溶合金を含む電極の移動を妨げてしまい、厚すぎると発光素子全体が重くなってしまう。
<顕在化した短絡性の不良を絶縁化する作用>
次に、本発明の一態様の発光素子に顕在化した短絡性の不良が絶縁化される作用ついて、図3を用いて説明する。なお、図3に示す発光素子は、変形例1として後に図1(B)を用いて説明する発光素子150bと同じ構成を備える。また、図3はその発光素子の発光領域近傍の断面を拡大して図示したものである。但し、第1の電極101と第2の電極102の間に導電性の異物199が挟まれている点、すなわち短絡性の不良が存在する点が図1(B)記載の発光素子150bと異なる(図3(A)参照)。
図3(A)に例示する発光素子は可視光を透過する基板100上に、可視光を透過する第1の電極101と、可溶合金を含む第2の電極102と、を備え、その間に発光性の有機化合物を含む層103を備える。また、該可溶合金を含む第2の電極102は熱溶融性の有機組成物を含む層105sと接している。加えて、該可溶合金の融点T2は該熱溶融性の有機組成物の融点T1より高く、且つ該発光性の有機化合物を含む層103が破壊してしまう温度T3より低い構成を有する。
当該発光素子の第1の電極101と第2の電極102の間に電力を供給すると、導電性の異物199に電流が集中する。そして、導電性の異物199に起因する短絡性の不良が発熱し、その熱がまず該熱溶融性の有機組成物を含む層105sを溶融する。導電性の異物199の近傍の熱溶融性の有機組成物を含む層105sが溶融し、溶融した有機組成物を含む層105mになる(図3(B)参照)。
次に、顕在化した短絡性の不良に電力が供給され続けることにより、導電性の異物199の近傍の温度がさらに上昇し、遂に第2の電極102に含まれる可溶合金の融点T2を越えると、可溶合金を含む第2の電極102が溶融する。
溶融した可溶合金を含む第2の電極102は、それに接する有機組成物を含む層に比べて表面張力が大きいため、その表面積を収縮しようとする。また、溶融した有機組成物を含む層105mは、すでに溶融されて流動性を増しているため、該可溶合金を含む電極が形態を変化する際に必要となる空間を提供できる状態となっている。
そして、溶融した可溶合金を含む電極がその表面張力により収縮しはじめ、短絡性の不良による温度の上昇が激しい部位に、ついには穿孔が生じる(図3(C))。溶融した可溶合金を含む電極は、溶融した有機組成物を含む層105mの一部とその場所が入れ替わりながら、温度が高く流動し易い場所から温度が低く凝固した領域に向かって後退する。なお、最も温度が激しく上昇する導電性の異物199近傍において穿孔が生じる結果、導電性の異物199への電力の供給が遮断される。
電力の供給が中断された結果、温度は下降に転じT2を下回ると可溶合金を含む第2の電極は凝固し、さらに温度がT1を下回ると、溶融した有機組成物を含む層105mは凝固し、熱溶融性の有機組成物を含む層105sになる。
このようにして、可溶合金を含む電極が後退した構成となる。その結果、短絡性の不良が顕在化した後において、電力が無駄に消費されない発光素子を提供できる。または、可溶合金を含む電極が後退した部位を熱溶融性の有機組成物が埋める構成となる。その結果、可溶合金が後退した部位に発光性の有機化合物を含む層103が露出した状態にはならず、発光性の有機化合物を含む層103が熱溶融性の有機組成物により保護された発光素子を提供できる。なぜなら、熱溶融性の組成物は発光性の有機化合物を含む層103への不純物の拡散を抑制し、また外部から有機化合物を含む層103に加わる応力を分散できるからである。
<他の構成>
なお、図1(A)に例示する発光素子150aは基板100側に設けられた第1の電極101から光を取り出す下面射出型(ボトムエミッション型ともいう)の発光素子である。従って、基板100及び第1の電極101は、発光性の有機化合物を含む層103が発する光を透過する材料を用いて構成する。
また、発光素子150aの発光領域は隔壁104に囲まれた領域となる。隔壁104は発光素子150aの第1の電極101と第2の電極102の間に設けられ、絶縁性とすることで発光領域の外側で互いが短絡するのを防止する。
また、発光素子150aの発光性の有機化合物を含む層103は、少なくとも発光性の有機化合物を含む発光層を1つ以上備え、そのほかにも、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層及び中間層などから選ばれた層を用いることができる。なお、発光性の有機化合物を含む層103の構成については、実施の形態3において詳細に説明することとし、本実施の形態では説明を省略する。
<透光性を有する基板>
本実施の形態で例示する発光素子に適用できる透光性を有する基板として、様々な材料を挙げる事ができる。代表的にはガラス基板の他、プラスチックなどの可撓性を有する合成樹脂からなる基板や膜も、大気に含まれる不純物が発光素子に拡散するのを防ぎ、且つ作製工程における処理温度に耐え得るものであれば、用いることができる。なお、ガスバリア性が水蒸気透過率として10−5g/m・day以下、好ましくは10−6g/m・day以下の材料を用いると、発光素子の信頼性を高めることができる。
例えば、青板ガラス、白板ガラス、鉛ガラス、強化ガラス、セラミックガラスなどのガラス板などから選択される材料を用いることができる。また、アルミノシリケート酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラス基板、石英基板、セラミック基板などから選択される材料を用いることができる。
例えば、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド系合成繊維、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリアリレート(PAR)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂などが挙げられる。特に、大気に含まれる不純物が発光素子に拡散するのを防ぐためのバリア膜が設けられている構成が好ましい。
また、上記の材料を貼り合わせた複合材料の他、ガラス繊維などと樹脂の複合材料なども用いることができる。
<透光性を有する導電膜>
本実施の形態で例示する発光素子に適用できる透光性を有する導電膜として、様々な材料を挙げる事ができる。代表的には酸化物半導体膜の他、導電性高分子膜なども作製工程における処理温度に耐え得るものであれば用いることができる。
例えば、酸化インジウム、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛(GZO)、アルミニウムを添加した酸化亜鉛(AZO)等を含む導電膜などから選択される材料を用いることができる。
例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体(PEDOTなど)、若しくはこれらの2種以上の共重合体等の導電性高分子(導電性ポリマーともいう)を含む導電性組成物膜などから選択される材料を用いることができる。
また、上記の材料の他、グラフェン、ナノウイスカーなどを成膜して用いることもできる。
<絶縁性の隔壁>
本実施の形態で例示する発光素子に適用できる絶縁性の隔壁として、様々な絶縁性材料を用いた隔壁を挙げることができる。代表的には、有機樹脂の他、無機絶縁材料を用いることができる。
例えば、ポリイミド、アクリル樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等などから選択される材料を用いることができる。また、感光性の樹脂材料を用いると、様々な形状の隔壁を形成できるため好ましい。
例えば、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化アルミニウム等などから選択される材料を用いることができる。
また、第1の電極と第2の電極を絶縁するように有機樹脂と無機材料を組み合わせて用いることもできる。
隔壁の形状として、様々な形状を適用できる。代表的には、隣接する発光素子との間で発光性の有機化合物を含む層または/および第2の電極を分離するために段切れを引き起こす形状、またはこれらの層を連続するために段切れを防ぐ形状を適用できる。
例えば、段切れを引き起こす形状としては、隔壁の脚部より台部が基板面方向にせり出す形状、具体的には逆テーパー状やひさし状の形状等を用いることができる。
例えば、段切れを防ぐ形状としては、端部のテーパー角が10度以上85度以下好ましくは60度以上80度以下とする形状を適用できる。
<封止材>
本実施の形態で例示する発光素子に適用できる封止構造として、様々な構造を挙げることができる。代表的には、発光素子を囲むシール材を用いて、発光素子を設けた基板と封止基板の間に該発光素子を封止する構造や、封止膜を用いて発光素子を覆う構造を例に挙げることができる。封止基板や封止膜としては、大気に含まれる不純物が発光素子に拡散するのを防ぎ、且つ発光素子に損傷を与えない処理温度で作製できるものであれば用いることができる。なお、ガスバリア性が水蒸気透過率として10−5g/m・day以下、好ましくは10−6g/m・day以下の材料を用いると、信頼性が高い発光素子を提供できる。
例えば、封止基板としては、発光素子を支持する基板に用いることができる基板などから選択される材料の他、ガラス基板、金属基板、またはプラスチックなどの可撓性を有する合成樹脂も用いることができる。
例えば、封止膜としては、窒化珪素、酸化窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)などから選択される無機絶縁膜を用いることができる。
また、上記から選択される材料を貼り合わせまたは積層した複合材料なども用いることができる。
<変形例1>
本発明の一態様の発光素子の別の態様を、図1(B)を用いて説明する。発光素子150bは図1(A)に示す発光素子150aと封止構造が異なる。具体的には、膜状の封止材159bが熱溶融性の有機組成物を含む層105を介して、可溶合金を含む第2の電極102b上に設けられている。
膜状の封止材159bと可溶合金を含む第2の電極102bの間に熱溶融性の有機組成物を含む層105を設ける構成とすることで、短絡性の不良が顕在化した際に溶融した可溶合金を含む第2の電極102bが収縮し易くなる。対して、膜状の封止材159bを第2の電極102bに接して設けると、溶融した可溶合金を含む第2の電極102bの収縮が封止材159bに阻まれてしまう。それ故、熱溶融性の有機組成物を含む層105をそれらの間に設ける構成とすることで、可溶合金を含む電極が形態を変化する際に必要となる空間を提供できる。
<変形例2>
本発明の一態様の発光素子の別の態様を、図1(C)を用いて説明する。発光素子150cは図1(A)に示す発光素子150aと発光の射出方向が異なる。具体的には、第2の電極102cが透光性を有する導電膜を用いて形成され、封止材159cも透光性を有している。また、それに伴い第1の電極101cが可溶合金を含み、第1の電極101cと基板100cの間に熱溶融性の有機組成物を含む層105cが設けられた構成となっている。
基板100cと可溶合金を含む第1の電極101cの間に熱溶融性の有機組成物を含む層105cを設ける構成とすることで、短絡性の不良が顕在化した際に溶融した可溶合金を含む第1の電極101cが収縮し易くなる。対して、基板100cを第1の電極101cに接して設けると、溶融した可溶合金を含む第1の電極101cの収縮が基板100cに阻まれてしまう。それ故、熱溶融性の有機組成物を含む層105cをその間に設ける構成とすることで、可溶合金を含む電極が形態を変化する際に必要となる空間を提供できる。
<変形例3>
本発明の一態様の発光素子が複数設けられた発光パネルも本発明の一態様に含まれる。本発明の一態様の発光パネルの態様を、図2を用いて説明する。図2(A)は発光パネルの上面図であり、図2(B)は、図2(A)に示す切断線A−Bにおける断面図である。
発光パネル250は5行3列に配置された複数の発光素子を含む。発光パネル250は3列に配置された第1の電極群201と、4行に配置された第2の電極群202を備える。第1の端子群251は第1の電極群201のそれぞれに設けられた取り出し端子を含み、第2の端子群252は第2の電極群202のそれぞれに設けられた取り出し端子を含んでいる。また、第1の電極群201と第2の電極群202が交差して重なる部分のそれぞれに設けられた隔壁204の開口部と接して、発光性の有機化合物を含む層203が設けられている。
本実施の形態で例示する発光パネルは所謂パッシブ型の発光パネルである。第1の端子群251から一の端子を選び、第2の端子群252から一の端子を選んで、発光素子の発光開始電圧以上の電圧を順方向に印加して、両者が交差する部分の発光素子を選択的に点灯できる。パッシブ型の発光パネルは、画像信号に応じて交差する部分の発光素子を点灯して画像を表示できる。
短絡性の不良が生じて素子全体が発光しなくなると、発光パネルにおいて点欠となり、画像を正常に表示できなくなってしまう。しかし、本発明の一態様の発光素子は発光素子内に生じた短絡性の不良箇所のみが絶縁化されるため、短絡性の不良が生じても発光素子の不良箇所以外で発光しなくなることがない。また、顕在化した不良箇所が発する熱が、隣接する他の発光素子を破壊してしまうこともない。
また、本実施の形態で例示する発光パネルは同時に複数の発光素子を点灯することができる。このとき、発光素子は並列接続されているということができる。
並列接続された発光素子の一に短絡性の不良が顕在化すると、当該顕在化した不良に電流が集中し、他の発光素子に電流が流れにくくなる。その結果、電力が無駄に消費されてしまうだけでなく、発光パネル全体の明るさが低下してしまう。しかし、本発明の一態様の発光素子は発光素子内に生じた短絡性の不良箇所のみが絶縁化されるため、短絡性の不良が生じても電力が無駄に消費されず、発光パネル全体の明るさが低下することがない。また、顕在化した不良箇所が発する熱が、隣接する他の発光素子を破壊してしまうこともない。
上記本発明の一態様の発光素子は、可溶合金を含む電極と、可視光を透過する電極との間に発光性の有機化合物を含む層を備え、該可溶合金を含む電極は熱溶融性の有機組成物を含む層と接している。加えて、該可溶合金の融点は該熱溶融性の有機組成物の融点より高く、且つ該発光性の有機化合物を含む層が破壊してしまう温度より低い構成を有する。
これにより、該発光素子に含まれる短絡性の不良が顕在化した際に発する熱が発光性の有機化合物を含む層を破壊してしまう前に、まず該熱溶融性の有機組成物を含む層が溶融され、次いで可溶合金を含む電極が溶融される。
そして、溶融した可溶合金を含む電極が収縮しはじめ、ついには短絡性の不良による温度の上昇が激しい部位に穿孔を生じ、該短絡性の不良への電力の供給が遮断される。また、溶融した可溶合金を含む電極は、温度が高く流動し易い場所から温度が低く凝固した領域に向かって後退する。そして、可溶合金に生じた孔に溶融した熱溶融性の有機組成物を含む層が流れ込み、その孔を埋める。このようにして、短絡性の不良が解消され且つ熱溶融性の有機組成物が可溶合金を含む電極が後退した部位を埋める構成に至る。
その結果、本発明の一態様によれば、短絡性の不良が顕在化しても電力が無駄に消費されない発光素子を提供できる。または、短絡性の不良が顕在化して隣接して設けられた他の発光素子の信頼性が損なわれることがない発光パネルを提供できる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、可溶合金を含む電極と可視光を透過する電極との間に発光性の有機化合物を含む層を備え、該可溶合金を含む電極は熱溶融性の有機組成物を含む層と接し、且つ該可溶合金の融点は該熱溶融性の有機組成物の融点より高く、また該発光性の有機化合物を含む層が破壊してしまう温度より低い構成を備える発光素子の作製方法について図4を参照して説明する。
本発明の一態様の発光素子の作製方法を図4に示す。図4に例示する発光素子の作製方法は、実施の形態1で例示した発光素子150bの作製方法の一例である。
<第1の電極の作製方法>
透光性を有する基板上に透光性を有する導電膜を形成する。透光性を有する基板及び透光性を有する導電膜としては、実施の形態1で例示した様々な材料を用いることができる。透光性を有する導電膜の成膜方法としては、その材料に適した方法を選択して用いれば良く、例えばスパッタリング法やコーティング法を用いることができる。
次いで、透光性を有する導電膜の不要な部分を除去する。不要な部分を除去する方法としては、例えばレジストマスクを用いて、選択的にエッチングにより除去する方法が適用できる。なお、選択的に導電膜を成膜する方法を用いれば、様々な形状の導電膜を、フォトレジスト等を用いることなく形成でき、便利である。選択的に導電膜を成膜する方法としては、例えばマスクスパッタ法、印刷法またはインクジェット法などが挙げられる。
本実施の形態では透光性を有する無アルカリガラス基板を基板100として用い、透光性を有する導電膜としてインジウム錫酸化物(ITO)膜をその上に形成する。基板100の厚さは0.7mm、導電膜は例えばスパッタリング法を用いて110nmの厚さで成膜する。また、フォトレジストを用いて第1の電極101、第1の端子151及び第2の端子152を形成する。
<隔壁の作製方法>
次いで、第1の電極101上に開口部を有する隔壁104を形成する。隔壁104としては、実施の形態1で例示した様々な材料を用いることができる。隔壁104の作製方法としては、その材料に適した方法を選択して用いればよく、例えばコーティング法やスパッタリング法により連続した膜を成膜し、フォトレジストを用いて、選択的にエッチングにより除去して開口部を形成する方法が適用できる。なお、感光性の材料を用いて隔壁を形成するとフォトマスクを用いた開口部の形成が容易であるだけでなく、ポジ型またはネガ型の選択および露光条件の調整により、開口部の端部の形状やテーパー角を調整できるため好ましい。
本実施の形態ではポジ型のポリイミドを用いて端部のテーパー角が60度以上80度以下となるように形成する。
<発光性の有機化合物を含む層の作製方法>
次いで、隔壁104の開口部を介して、第1の電極101を覆って発光性の有機化合物を含む層103を形成する。発光性の有機化合物を含む層103の構成については、実施の形態3において詳細に説明することとし、本実施の形態では説明を省略する。発光性の有機化合物を含む層103の作製方法としては、その材料に適した方法を選択して用いればよく、例えば真空蒸着法などの乾式法や、コーティング法、印刷法およびインクジェット法などの湿式法が適用できる。なお、発光性の有機化合物を含む層を形成する前に、前処理として第1の電極101と隔壁104が形成された基板100を真空中で加熱処理し、不純物を除去しておくことが望ましい。基板に吸着した水分等の不純物が発光素子の信頼性を損ねるためである。
<可溶合金を含む電極の作製方法>
次いで、発光性の有機化合物を含む層103上であって、少なくとも隔壁104の開口部と重なる位置に、第2の電極102として可溶合金を含む電極を形成する。可溶合金を含む層の作製方法としては、その材料に適した方法を選択して用いればよく、例えば真空蒸着法を用いることができる。
なお、可溶合金を含む電極は共蒸着法を用いて形成するのが好ましい。可溶合金の融点はその組成に依存するため、共蒸着法を用いるとその組成の調整が容易である。
また、可溶合金を含む電極に組成が異なる領域を設ける場合は、材料を変えて逐次蒸着すればよい。例えば、キャリア注入性の良い材料を発光性の有機化合物を含む層103に接する側に蒸着した後に、可溶合金を蒸着してもよいし、可溶合金の内部、または一方の面若しくは両方の面に接して電気抵抗が低い層を設けても良い。
本実施の形態では、インジウム(In)用の蒸着源と、スズ(Sn)用の蒸着源と、銀(Ag)用の蒸着源と、を用いて、In:Sn:Agの重量比が95:2:3になるように共蒸着することにより、可溶合金を含む第2の電極102を形成できる(図4(A)参照)。
<熱溶融性の有機組成物を含む層の作製方法>
次いで、可溶合金を含む第2の電極102上に熱溶融性の有機組成物を含む層105を形成する。熱溶融性の有機組成物を含む層105の作製方法としては、その材料に適した方法を選択して用いればよく、例えば、貼り合わせ法、コーティング法、真空蒸着法等を用いることができる。特に、熱溶融性の有機組成物は加熱により流動性を発現するため、加熱した熱溶融性の有機組成物をインクジェット法や、スプレー法を用いて可溶合金を含む電極上に吹き付けて成膜できる。可溶合金を含む電極より表面張力が小さい熱溶融性の有機組成物は、可溶合金を含む電極の表面を途切れることなく覆うことができる。
なお、貼り合わせ法とは、例えば熱溶融性の有機組成物を含む層が成膜された工程紙を、該熱溶融性の有機組成物を含む層が接するように可溶合金を含む層に貼り合わせ、可溶合金を含む層上に熱溶融性の有機組成物を含む層を積層する方法である。貼り合わせ法を用いると、発光素子を作製する工程と、熱溶融性の有機組成物を膜状に形成する工程を分けて、それぞれの工程を最適化できるため便利である。
また、貼り合わせた後に発光素子を加熱し、熱溶融性の有機組成物を含む層のみ溶融し、該熱溶融性の有機組成物を含む層と可溶合金を含む層の密着性を高めても良い。密着性を高めることで、顕在化した短絡性の欠陥が発する熱が熱溶融性の有機組成物を含む層に伝わり易くなり、溶融が速やかに進行する。
なお、該工程紙は貼り合わせた後に取り除いても良いし、そのまま発光素子と共に封止してもよい。発光素子と共に封止することで、発光素子の保護材として機能する。
本実施の形態では、厚さ100μmのパラフィンワックスを成膜したポリエステル製の工程紙を用い、成膜されたパラフィンワックスが可溶合金を含む第2の電極102に接するように貼り合わせる。次いで、工程紙を剥離して、パラフィンワックスからなる熱溶融性の有機組成物を含む層105を形成する(図4(B)参照)。
<封止材の作製方法>
次いで、熱溶融性の有機組成物を含む層105上に封止材159bを形成する。封止材159bとしては実施の形態1で例示した様々な材料を用いることができる。封止材159bの作製方法としては、その材料に適した方法を選択して用いればよく、例えば、スパッタ法、CVD法、コーティング法、貼り合わせ法等を用いることができる。
本実施の形態では、封止材159bとして、イオンプレーティング法を用いて形成した厚さ100nmの窒化酸化珪素膜を封止領域の内側に備える厚さ50nmのポリエチレンナフタレート(PEN)フィルムを用いる。なお、封止領域は発光素子を囲むように設けられ、シール材との接着性が高められている。シール材としては例えば、エポキシ樹脂系の接着剤を用いることができる。
上記本発明の一態様の発光素子の作製方法によれば、可溶合金を含む電極と、可視光を透過する電極との間に発光性の有機化合物を含む層を備え、該可溶合金を含む電極は熱溶融性の有機組成物を含む層と接している。加えて、該可溶合金の融点は該熱溶融性の有機組成物の融点より高く、且つ該発光性の有機化合物を含む層が破壊してしまう温度より低い構成を有する発光素子を提供できる。
これにより、該発光素子に含まれる短絡性の不良が顕在化した際に発する熱が発光性の有機化合物を含む層を破壊してしまう前に、まず該熱溶融性の有機組成物を含む層が溶融され、次いで可溶合金を含む電極が溶融される。
そして、溶融した可溶合金を含む電極が収縮しはじめ、ついには短絡性の不良による温度の上昇が激しい部位に穿孔を生じ、該短絡性の不良への電力の供給が中断される。また、溶融した可溶合金を含む電極は、温度が高く流動し易い場所から温度が低く凝固した領域に向かって後退する。そして、可溶合金に生じた孔に溶融した熱溶融性の有機組成物を含む層が流れ込み、その孔を埋める。このようにして、短絡性の不良が解消され且つ熱溶融性の有機組成物が可溶合金を含む電極が後退した部位を埋める構成に至る。
その結果、本発明の一態様によれば、短絡性の不良が顕在化しても電力が無駄に消費されない発光素子を提供できる。または、短絡性の不良が顕在化して隣接して設けられた他の発光素子の信頼性が損なわれることがない発光パネルを提供できる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、可溶合金を含む電極と可視光を透過する電極との間に発光性の有機化合物を含む層を備え、該可溶合金を含む電極は熱溶融性の有機組成物を含む層と接し、且つ該可溶合金の融点は該熱溶融性の有機組成物の融点より高く、また該発光性の有機化合物を含む層が破壊してしまう温度より低い構成を備える発光素子に用いることができる発光性の有機化合物を含む層103の構成の一例について図5及び図6を参照して説明する。
本実施の形態で例示する発光素子は、第1の電極、第2の電極及び第1の電極と第2の電極の間に発光性の有機化合物を含む層(以下EL層という)を備える。第1の電極または第2の電極のいずれか一方は陽極、他方が陰極として機能する。EL層は第1の電極と第2の電極の間に設けられ、該EL層の構成は第1の電極と第2の電極の材質に合わせて適宜選択すればよい。また、第1の電極と第2の電極の少なくとも一方は可溶合金を含み、他方は可視光を透過する。以下に発光素子の構成の一例を例示するが、発光素子の構成がこれに限定されないことはいうまでもない。
<発光素子の構成例1.>
発光素子の構成の一例を図5(A)に示す。図5(A)に示す発光素子は、陽極1101と陰極1102の間にEL層1103が挟まれている。
陽極1101と陰極1102の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加すると、EL層1103に陽極1101の側からホールが注入され、陰極1102の側から電子が注入される。注入された電子とホールはEL層1103において再結合し、EL層1103に含まれる発光物質が発光する。
EL層1103は、少なくとも発光物質を含む発光層を備えていればよく、発光層以外の層と積層された構造であっても良い。発光層以外の層としては、例えばホール注入性の高い物質、ホール輸送性の高い物質、ホール輸送性に乏しい(ブロッキングする)物質、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、並びにバイポーラ性(電子及びホールの輸送性の高い)の物質等を含む層が挙げられる。
EL層1103の具体的な構成の一例を図5(B)に示す。図5(B)に示すEL層1103は、ホール注入層1113、ホール輸送層1114、発光層1115、電子輸送層1116、並びに電子注入層1117が陽極1101側からこの順に積層されている。
<発光素子の構成例2.>
発光素子の構成の他の一例を図5(C)に示す。図5(C)に例示する発光素子は、陽極1101と陰極1102の間にEL層1103が挟まれている。さらに、陰極1102とEL層1103との間には中間層1104が設けられている。なお、当該発光素子の構成例2のEL層1103には、上述の発光素子の構成例1と同様の構成が適用可能であり、詳細については、発光素子の構成例1の記載を参酌できる。
中間層1104は少なくとも電荷発生領域を含んで形成されていればよく、電荷発生領域以外の層と積層された構成であってもよい。例えば、第1の電荷発生領域1104c、電子リレー層1104b、及び電子注入バッファー1104aが陰極1102側から順次積層された構造を適用することができる。
中間層1104における電子とホールの挙動について説明する。陽極1101と陰極1102の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加すると、第1の電荷発生領域1104cにおいて、ホールと電子が発生し、ホールは陰極1102へ移動し、電子は電子リレー層1104bへ移動する。電子リレー層1104bは電子輸送性が高く、第1の電荷発生領域1104cで生じた電子を電子注入バッファー1104aに速やかに受け渡す。電子注入バッファー1104aはEL層1103に電子を注入する障壁を緩和し、EL層1103への電子注入効率を高める。従って、第1の電荷発生領域1104cで発生した電子は、電子リレー層1104bと電子注入バッファー1104aを経て、EL層1103のLUMO準位に注入される。
また、電子リレー層1104bは、第1の電荷発生領域1104cを構成する物質と電子注入バッファー1104aを構成する物質が界面で反応し、互いの機能が損なわれてしまう等の相互作用を防ぐことができる。
発光素子の構成例2の陰極に用いることができる材料の選択の幅は、構成例1の陰極に用いることができる材料の選択の幅に比べて、広い。なぜなら、構成例2の陰極は中間層が発生する正孔を受け取ればよく、仕事関数が比較的大きな材料を適用できるからである。
本発明の一態様においては、融点から組成が決定される可溶合金を一方の電極に用いる。しかし、当該電極の仕事関数は必ずしも発光素子の構成に適した範囲にあるとは限らない。例えば、可溶合金を陰極として用いる場合、その仕事関数の絶対値は4.0eVより小さい方が好ましいが、構成する金属の多くが大きな仕事関数を有するため、可溶合金の仕事関数の絶対値は4.0eVより大きくなる場合がある。具体的には、可溶合金に用いることができる金属の一例を、その仕事関数と共に以下に例示する。ビスマス(Bi)4.34eV、インジウム(In)4.09eV、鉛(Pb)4.25eV、スズ(Sn)4.42eV、亜鉛(Zn)3.63eV、銀(Ag)4.52−4.74eV、銅(Cu)4.53−5.10eV、アンチモン(Sb)4.55−4.7eV。
しかし、構成例2の陰極は中間層が発生する正孔を受け取ればよいため、このように仕事関数の絶対値が4.0eV以上の金属を含む可溶合金を陰極に用いることができる。
<発光素子の構成例3.>
発光素子の構成の他の一例を図6(A)に示す。図6(A)に例示する発光素子は、陽極1101と陰極1102の間にEL層が2つ設けられている。さらに、EL層1103aと、EL層1103bとの間には中間層1104が設けられている。
なお、陽極と陰極の間に設けるEL層は2つに限定されない。図6(B)に例示する発光素子は、EL層1103が複数積層された構造、所謂、積層型素子の構成を備える。但し、例えば陽極と陰極の間にn(nは2以上の自然数)層のEL層1103を設ける場合には、m(mは自然数、1以上(n−1)以下)番目のEL層と、(m+1)番目のEL層との間に、それぞれ中間層1104を設ける構成とする。
また、当該発光素子の構成例3のEL層1103a及び1103bには、上述の発光素子の構成例1と同様の構成を適用することが可能であり、また当該発光素子の構成例3の中間層1104には、上述の発光素子の構成例2と同様の構成が適用可能である。よって、詳細については、発光素子の構成例1、または発光素子の構成例2の記載を参酌できる。
EL層の間に設けられた中間層1104における電子とホールの挙動について説明する。陽極1101と陰極1102の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加すると、中間層1104においてホールと電子が発生し、ホールは陰極1102側に設けられたEL層へ移動し、電子は陽極側に設けられたEL層へ移動する。陰極側に設けられたEL層に注入されたホールは、陰極側から注入された電子と再結合し、当該EL層に含まれる発光物質が発光する。また、陽極側に設けられたEL層に注入された電子は、陽極側から注入されたホールと再結合し、当該EL層に含まれる発光物質が発光する。よって、中間層1104において発生したホールと電子は、それぞれ異なるEL層において発光に至る。
なお、EL層同士を接して設けることで、両者の間に中間層と同じ構成が形成される場合は、EL層同士を接して設けることができる。具体的には、EL層の一方の面に電荷発生領域が形成されていると、当該電荷発生領域は中間層の第1の電荷発生領域として機能するため、EL層同士を接して設けることができる。
発光素子の構成例1乃至構成例3は、互いに組み合わせて用いることができる。例えば、発光素子の構成例3の陰極とEL層の間に中間層を設けることもできる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、可溶合金を含む電極と可視光を透過する電極との間に発光性の有機化合物を含む層を備え、該可溶合金を含む電極は熱溶融性の有機組成物を含む層と接し、且つ該可溶合金の融点は該熱溶融性の有機組成物の融点より高く、また該発光性の有機化合物を含む層が破壊してしまう温度より低い構成を備える発光素子を用いた発光装置について図7及び図8を用いて説明する。
<アクティブマトリクス型の発光装置>
アクティブマトリクス型の発光装置に適用した場合の構成を図7に示す。なお、図7(A)は、発光装置の上面図、図7(B)は図7(A)をA−B及びC−Dで切断した断面図である。
アクティブマトリクス型の発光装置1400は、駆動回路部(ソース側駆動回路)1401、画素部1402、駆動回路部(ゲート側駆動回路)1403、封止基板1404、シール材1405を備える(図7(A)参照)。なお、シール材1405で囲まれた内側は、空間になっている。
発光装置1400は外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリントサーキット)1409を介して、ビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではFPCしか図示されていないが、FPCにはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにFPC又はPWBが取り付けられた状態をも含むものとする。
次に、発光装置1400の構成について図7(B)に示す断面図を用いて説明する。発光装置1400は、素子基板1410上に図示されたソース側駆動回路1401を含む駆動回路部及び、図示された画素を含む画素部1402を備える。また、ソース側駆動回路1401及びゲート側駆動回路1403に入力される信号を伝送するための引き回し配線1408を備える。
なお、本実施の形態ではソース側駆動回路1401がnチャネル型TFT1423とpチャネル型TFT1424とを組み合わせたCMOS回路を含む構成について例示するが、駆動回路はこの構成に限定されず、種々のCMOS回路、PMOS回路又はNMOS回路で構成しても良い。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を基板上ではなく外部に形成することもできる。
また、画素部1402はスイッチング用TFT1411と、電流制御用TFT1412とそのドレインに電気的に接続された第1の電極1413とを含む複数の画素により形成される。なお、隔壁1414が第1の電極1413の端部を覆って形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。
また、隔壁1414の上端部又は下端部には、曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、隔壁1414の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、隔壁1414の上端部のみに曲率半径(0.2μm〜3μm)を有する曲面を持たせることが好ましい。また、隔壁1414として、光の照射によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光の照射によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
発光装置1400は、第1の電極1413上に第2の電極1417を有し、第1の電極1413と第2の電極1417の間に発光層1416を備える。また、第2の電極1417に接して熱溶融性の有機組成物を含む層1415が設けられ、発光素子1418を構成している。発光素子1418の構成としては、例えば実施の形態1で例示した構成を適用できる。
本実施の形態で例示する発光装置1400は、素子基板1410、封止基板1404、及びシール材1405で囲まれた空間1407に発光素子1418を封止する構造になっている。なお、空間1407には、充填材が充填されており、不活性気体(窒素やアルゴン等)が充填される場合の他、シール材1405で充填される場合もある。また、乾燥剤など不純物の吸着材を設けても良い。
シール材1405及び封止基板1404は、大気中の不純物(例えば水分や酸素)をできるだけ透過しない材料であることが望ましい。封止基板1404に用いる材料としては、ガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、ポリエステル又はアクリル等からなるプラスチック基板をその例に挙げることができ、シール材1405には代表的にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。
上述した本発明の一態様のアクティブマトリクス型の発光装置は、可溶合金を含む電極と可視光を透過する電極との間に発光性の有機化合物を含む層を備え、該可溶合金を含む電極は熱溶融性の有機組成物を含む層と接し、且つ該可溶合金の融点は該熱溶融性の有機組成物の融点より高く、また該発光性の有機化合物を含む層が破壊してしまう温度より低い構成を備える発光素子が適用された構成を有する。これにより、短絡性の不良が顕在化しても電力が無駄に消費されない発光装置を提供できる。
<パッシブマトリクス型の発光装置>
次に、パッシブマトリクス型の発光装置に適用した場合の構成を図8に示す。なお、図8(A)は、発光装置を示す斜視図、図8(B)は図8(A)をX−Yで切断した断面図である。
パッシブマトリクス型の発光装置1500は、基板1501上に第1の電極1502を備える。また、絶縁層1505が第1の電極1502の端部を覆って設けられており、隔壁層1506が絶縁層1505上に設けられている。
発光装置1500は、第1の電極1502上に第2の電極1503を有し、第1の電極1502と第2の電極1503の間に発光層1504を備える。また、第2の電極1503に接して熱溶融性の有機組成物を含む層1507が設けられ、発光素子を構成している。発光素子の構成としては、例えば実施の形態1で例示した構成を適用できる。なお、本実施の形態で例示する熱溶融性の有機組成物を含む層1507は、加熱して流動性を持たせた熱溶融性の有機組成物を、インクジェット法を用いて第2の電極1503上に吹き付けて成膜した。第2の電極1503より表面張力が小さい熱溶融性の有機組成物は、第2の電極1503の表面を途切れることなく覆うことができる。
隔壁層1506の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなるような傾斜を有する。つまり、隔壁層1506の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺(絶縁層1505の面方向と同様の方向を向き、絶縁層1505と接する辺)の方が上辺(絶縁層1505の面方向と同様の方向を向き、絶縁層1505と接しない辺)よりも短い。このように、隔壁層1506を設けることで、クロストーク等に起因した発光素子の不良を防ぐことができる。
上述した本発明の一態様のパッシブマトリクス型の発光装置は、可溶合金を含む電極と可視光を透過する電極との間に発光性の有機化合物を含む層を備え、該可溶合金を含む電極は熱溶融性の有機組成物を含む層と接し、且つ該可溶合金の融点は該熱溶融性の有機組成物の融点より高く、また該発光性の有機化合物を含む層が破壊してしまう温度より低い構成を備える発光素子が適用された構成を有する。これにより、短絡性の不良が顕在化しても電力が無駄に消費されない発光装置を提供できる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子を搭載した発光装置の一例について、図9を用いて説明する。具体的には照明に用いる発光装置(電子機器)について説明する。
発光装置を適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装置(テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図9に示す。
図9(A)は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置7100は、筐体7101に表示部7103が組み込まれている。表示部7103により、映像を表示することが可能であり、発光装置を表示部7103に用いることができる。また、ここでは、スタンド7105により筐体7101を支持した構成を示している。
テレビジョン装置7100の操作は、筐体7101が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機7110により行うことができる。リモコン操作機7110が備える操作キー7109により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部7103に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機7110に、当該リモコン操作機7110から出力する情報を表示する表示部7107を設ける構成としてもよい。
なお、テレビジョン装置7100は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)又は双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
図9(B)はコンピュータであり、本体7201、筐体7202、表示部7203、キーボード7204、外部接続ポート7205、ポインティングデバイス7206等を含む。なお、コンピュータは、発光装置をその表示部7203に用いることにより作製される。
図9(C)は携帯型遊技機であり、筐体7301と筐体7302の2つの筐体で構成されており、連結部7303により、開閉可能に連結されている。筐体7301には表示部7304が組み込まれ、筐体7302には表示部7305が組み込まれている。また、図9(C)に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部7306、記録媒体挿入部7307、LEDランプ7308、入力手段(操作キー7309、接続端子7310、センサ7311(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン7312)等を備えている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも表示部7304および表示部7305の両方、又は一方に発光装置を用いていればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。図9(C)に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図9(C)に示す携帯型遊技機が有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
図9(D)は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機7400は、筐体7401に組み込まれた表示部7402の他、操作ボタン7403、外部接続ポート7404、スピーカ7405、マイク7406などを備えている。なお、携帯電話機7400は、発光装置を表示部7402に用いることにより作製される。
図9(D)に示す携帯電話機7400は、表示部7402を指などで触れることで、情報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いはメールを作成するなどの操作は、表示部7402を指などで触れることにより行うことができる。
表示部7402の画面は主として3つのモードがある。第1は、画像の表示を主とする表示モードであり、第2は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第3は表示モードと入力モードの2つのモードが混合した表示+入力モードである。
例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部7402を文字の入力を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合、表示部7402の画面のほとんどにキーボード又は番号ボタンを表示させることが好ましい。
また、携帯電話機7400内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、携帯電話機7400の向き(縦か横か)を判断して、表示部7402の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
また、画面モードの切り替えは、表示部7402を触れること、又は筐体7401の操作ボタン7403の操作により行われる。また、表示部7402に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
また、入力モードにおいて、表示部7402の光センサで検出される信号を検知し、表示部7402のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。
表示部7402は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部7402に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライト又は近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
図9(E)は、照明装置の一例を示している。照明装置7500は、筐体7501に光源として本発明の一態様の発光装置7503a〜7503dが組み込まれている。照明装置7500は、天井や壁等に取り付けることが可能である。
また、本発明の一態様の発光装置は、発光素子が薄膜状であるため、曲面を有する基体に貼り付けることで、曲面を有する発光装置とすることができる。また、その発光装置を、曲面を有する筐体に配置することで、曲面を有する電子機器または照明装置を実現することができる。
上述した本発明の一態様の発光装置は、可溶合金を含む電極と可視光を透過する電極との間に発光性の有機化合物を含む層を備え、該可溶合金を含む電極は熱溶融性の有機組成物を含む層と接し、且つ該可溶合金の融点は該熱溶融性の有機組成物の融点より高く、また該発光性の有機化合物を含む層が破壊してしまう温度より低い構成を備える発光素子が適用された構成を有する。これにより、短絡性の不良が顕在化しても電力が無駄に消費されない発光装置を提供できる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子を搭載した発光装置の一例について、図10を用いて説明する。具体的には照明に用いる発光装置(照明装置または照明器具)について説明する。
本発明の一態様では、発光部が曲面を有する照明装置を実現することもできる。
本発明の一態様は、自動車の照明にも適用することができ、例えば、ダッシュボードや、天井等に照明を容易に設置することもできる。
図10(A)では、本発明の一態様を適用した、室内の天井に設ける照明装置901、壁面に設ける照明装置904及び卓上照明器具903を示す。発光装置は大面積化も可能であるため、大面積の照明装置として用いることができる。
図10(B)に別の照明装置の例を示す。図10(B)に示す卓上照明装置は、照明部9501、支柱9503、支持台9505等を含む。照明部9501は、本発明の一態様の発光デバイスを含む。このように、本発明の一態様では、曲面を有する照明装置を実現することができる。
上述した本発明の一態様の発光装置は、可溶合金を含む電極と可視光を透過する電極との間に発光性の有機化合物を含む層を備え、該可溶合金を含む電極は熱溶融性の有機組成物を含む層と接し、且つ該可溶合金の融点は該熱溶融性の有機組成物の融点より高く、また該発光性の有機化合物を含む層が破壊してしまう温度より低い構成を備える発光素子が適用された構成を有する。これにより、短絡性の不良が顕在化しても電力が無駄に消費されない発光装置を提供できる。
本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
100 基板
100c 基板
101 電極
101c 電極
102 電極
102b 電極
102c 電極
103 発光性の有機化合物を含む層
104 隔壁
105 熱溶融性の有機組成物を含む層
105c 熱溶融性の有機組成物を含む層
105m 溶融した有機組成物を含む層
105s 熱溶融性の有機組成物を含む層
150a 発光素子
150b 発光素子
150c 発光素子
151 端子
152 端子
158 シール材
159 封止材
159b 封止材
159c 封止材
199 異物
201 電極群
202 電極群
203 発光性の有機化合物を含む層
204 隔壁
250 発光パネル
251 端子群
252 端子群
901 照明装置
903 卓上照明器具
904 照明装置
1101 陽極
1102 陰極
1103 EL層
1103a EL層
1103b EL層
1104 中間層
1104a 電子注入バッファー
1104b 電子リレー層
1104c 電荷発生領域
1113 ホール注入層
1114 ホール輸送層
1115 発光層
1116 電子輸送層
1117 電子注入層
1400 発光装置
1401 ソース側駆動回路
1402 画素部
1403 ゲート側駆動回路
1404 封止基板
1405 シール材
1407 空間
1408 配線
1409 FPC(フレキシブルプリントサーキット)
1410 素子基板
1411 スイッチング用TFT
1412 電流制御用TFT
1413 電極
1414 隔壁
1415 熱溶融性の有機組成物を含む層
1416 発光層
1417 電極
1418 発光素子
1423 nチャネル型TFT
1424 pチャネル型TFT
1500 発光装置
1501 基板
1502 電極
1503 電極
1504 発光層
1505 絶縁層
1506 隔壁層
1507 熱溶融性の有機組成物を含む層
7100 テレビジョン装置
7101 筐体
7103 表示部
7105 スタンド
7107 表示部
7109 操作キー
7110 リモコン操作機
7201 本体
7202 筐体
7203 表示部
7204 キーボード
7205 外部接続ポート
7206 ポインティングデバイス
7301 筐体
7302 筐体
7303 連結部
7304 表示部
7305 表示部
7306 スピーカ部
7307 記録媒体挿入部
7308 LEDランプ
7309 操作キー
7310 接続端子
7311 センサ
7312 マイクロフォン
7400 携帯電話機
7401 筐体
7402 表示部
7403 操作ボタン
7404 外部接続ポート
7405 スピーカ
7406 マイク
7500 照明装置
7501 筐体
7503a〜d 発光装置
9501 照明部
9503 支柱
9505 支持台

Claims (7)

  1. 可溶合金を含む電極と、
    前記可溶合金を含む電極の一方の面に対峙する可視光を透過する電極と、
    前記可溶合金を含む電極と前記可視光を透過する電極の間に発光性の有機化合物を含む層と、
    前記可溶合金を含む電極の他方の面に接する熱溶融性の有機組成物を含む層と、を有し、
    前記可溶合金の融点が、前記熱溶融性の有機組成物の融点より高く、且つ前記発光性の有機化合物を含む層が破壊する温度より低い発光素子。
  2. 前記可溶合金を含む電極より前記熱溶融性の有機組成物を含む層が厚い、請求項1記載の発光素子。
  3. 前記可溶合金の融点が200℃以下であり、
    前記熱溶融性の有機組成物の融点が100℃以上である、請求項1または請求項2記載の発光素子。
  4. 前記可溶合金は、ビスマス(Bi)、インジウム(In)、鉛(Pb)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)から選ばれた一を含み、融点が100℃より高く200℃以下である請求項1乃至請求項3のいずれか一に記載の発光素子。
  5. 前記熱溶融性の有機組成物は、ロジン、ワックス及び熱溶融性の樹脂から選ばれた一を含む請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載の発光素子。
  6. 前記可溶合金を含む電極と前記発光性の有機化合物を含む層の間に電荷発生層が設けられた請求項1乃至請求項5のいずれか一に記載の発光素子。
  7. 請求項1乃至請求項6のいずれか一に記載の発光素子を用いた発光装置。
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