JP2014154471A - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、短絡不良が発生しても、それが容易に修復されうる有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子１は、基材２、第一電極３、有機発光層８を備える機能層５、及び第二電極６を備え、前記要素が前記の順番に積層している。前記機能層５が、熱分解性有機物を含有する。有機エレクトロルミネッセンス素子１は、前記第二電極６を覆う被覆層７を更に備える。前記第二電極６と前記被覆層７との間の密着性が、前記第二電極６と前記機能層５との間の密着性よりも高い。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。

近年、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機発光ダイオード）は、照明パネルなどに応用されている（特許文献１参照）。

有機エレクトロルミネッセンス素子に起こりうる重大な不良の一つに、短絡不良がある。短絡不良は、例えば有機エレクトロルミネッセンス素子に外力が加わることで電極間距離が縮まったり、有機エレクトロルミネッセンス素子内に異物が混入したりすることで、発生する。短絡不良が生じると、不良が生じた個所で集中的に通電が生じることで、有機エレクトロルミネッセンス素子全体での発光量が低減してしまう。また、有機エレクトロルミネッセンス素子がジュール熱によって部分的に過熱されることで、有機エレクトロルミネッセンス素子を構成する材料が劣化するおそれもある。

短絡不良を抑制する方法の一つとして、陽極、陰極、及び有機層を備える有機エレクトロルミネッセンス表示装置を製造する際に、陽極と陰極とが短絡した部分の近傍の有機層にレーザーを照射することが、提案されている。この場合、有機層の少なくとも一部が気化し、それにより発生した気体によって、短絡した陽極と陰極との間に空間が形成され、これにより短絡が解消される（特許文献１参照）。

しかし、この方法では、有機エレクトロルミネッセンス表示装置の製造時に、短絡の発生個所を特定し、更にこの個所にレーザを照射する工程を追加する必要があるため、製造工程が煩雑化してしまうという問題がある。

特開２０１１−１２４１５号公報

本発明は、上記の事由に鑑みてなされたものであり、短絡不良が発生しても、それが容易に修復されうる有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを課題とする。

第１の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、基材、第一電極、有機発光層を備える機能層、及び第二電極を備え、前記要素が前記の順番に積層している有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記機能層が、熱分解性有機物を含有し、
前記第二電極を覆う被覆層を更に備え、前記第二電極と前記被覆層との間の密着性が、前記第二電極と前記機能層との間の密着性よりも高いことを特徴とする。

第２の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子では、第１の態様において、前記熱分解性有機物の熱分解温度が、４５０℃以下である。

第３の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子では、第１又は第２の態様において、前記熱分解性有機物の熱分解温度が、２５０℃以下である。

第４の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子では、第１乃至第３のいずれか一の態様において、前記機能層が、前記熱分解性有機物を含有するガス発生層を備える。

第５の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子では、第４の態様において、前記ガス発生層が、前記第二電極と接している。

第６の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子では、第１乃至第５のいずれか一の態様において、前記被覆層が、熱可塑性を有する。

第７の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、第１乃至第６のいずれか一の態様において、前記被覆層と前記第二電極との間に介在してこれらの間の密着性を向上する接着層を更に備える
第８の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子では、第１乃至第７のいずれか一の態様において、前記第二電極が、前記被覆層よりも高い線膨張係数を有する。

本発明によれば、有機エレクトロルミネッセンス素子に短絡が生じても、それにより生じるジュール熱によって熱分解性有機物が気化してガスが生成し、このガスから構成される気泡が、第二電極を通過せずに第一電極と第二電極との間に閉じ込められやすくなる。このため、第一電極と第二電極との間隔が大きくなり、それにより短絡が容易に修復される。

本発明の一実施形態を示す概略の断面図である。 前記実施形態における、短絡が発生している様子を示す概略の断面図である。 前記実施形態における、短絡が修復されてた様子を示す概略の断面図である。 前記実施形態の一変形例を示す概略の断面図である。

本発明の一実施形態による有機エレクトロルミネッセンス素子１（有機発光ダイオード）の構造を、図１に概略的に示す。この有機エレクトロルミネッセンス素子１は、基材２、第一電極３、機能層５、及び第二電極６を備える。前記要素が前記の順番に積層している。機能層５は、有機発光層８を含んでいる。更に、機能層５は、熱分解性有機物を含有する。また、有機エレクトロルミネッセンス素子１は、第二電極６を覆う被覆層７を更に備える。第二電極６と被覆層７との間の密着性は、第二電極６と機能層５との間の密着性よりも高い。

このため、本実施形態では、有機エレクトロルミネッセンス素子１に短絡が生じても、短絡不良が容易に修復されうる。短絡不良は、次のようにして修復される（図２，３参照）。有機エレクトロルミネッセンス素子１が押圧されることで第一電極３と第二電極６との距離が部分的に縮まったり、有機エレクトロルミネッセンス素子１内に異物が侵入したりすることで、短絡が生じると、この短絡が生じた個所では通電量が増大する。図２に、有機エレクトロルミネッセンス素子１に短絡が生じている様子を概略的に示す。この通電量の増大に伴って、ジュール熱が増大し、それにより、短絡が生じた個所の温度が部分的に高くなる。そうすると、機能層５内の熱分解性有機物が熱分解することで、第一電極３と第二電極６との間でガスが発生する。この場合、第一電極３は基材２に積層しているため、ガスは第一電極３を突き抜けにくい。また、第二電極６が被覆層７に覆われ、しかも第二電極６と被覆層７との間の密着性が、第二電極６と機能層５との間の密着性よりも高いため、ガスは第二電極６も突き抜けにくい。このため、ガスが第一電極３と第二電極６との間に閉じ込められやすくなり、このガスによって形成される気泡１０によって、図３に示すように第一電極３と第二電極６との間の距離が拡大する。このようにして、短絡が発生した個所における第一電極３と第二電極６との間の距離が拡大することで、短絡が修復される。

尚、「第二電極６を覆う」ということには、第二電極６に直接接触することと、別の層を介して第二電極６に積層することの、両方の場合が含まれる。別の層としては、例えば後述する接着層９が、挙げられる。

第二電極６と被覆層７との間の密着性、並びに第二電極６と機能層５との間の密着性は、次のようにして評価される。第二電極６と被覆層７との間の密着性、並びに第二電極６と機能層５との間の密着性は、スクラッチ試験によって評価される。第二電極６の構成材料と同じ材料で形成された基材上に、被覆層７の構成材料と同じ材料で被膜が形成され、この基材と被膜との間のスクラッチ試験が実施されることで、第二電極６と被覆層７との間の密着性が、確認される。第二電極６と同じ材料で形成された基材上に、機能層５の構成材料と同じ材料で被膜が形成され、この基材と被膜との間のスクラッチ試験が実施されることで、第二電極６と機能層５との間の密着性も、確認される。二つのスクラッチ試験が同じ条件下で行われた場合、より剥離が生じにくい程、基材と被膜との間の密着性が高いと評価される。尚、剥離モデルによる解析によって密着性が評価されてもよい。

熱分解性有機物とは、加熱されることにより分解して気化しうる有機物である。本実施形態において、熱分解性有機物の熱分解温度が、４５０℃以下であることが好ましい。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子１で短絡が生じた場合に、熱分解性有機物が熱分解してガスが発生しやすくなり、このため、短絡が、より確実に修復される。

尚、熱分解性有機物の熱分解温度は、熱分解ＧＣ／ＭＳ法（熱分解ガスクロマトグラフ質量同時分析法）で測定される。この熱分解温度が、ＴＤＳ（昇温脱離ガス分析法）で測定されてもよい。

熱分解性有機物の熱分解温度が、特に２５０℃以下であることが好ましい。この場合、短絡が、更に確実に修復される。

熱分解性有機物は、機能層５内の、いかなる位置に存在していてもよい。例えば熱分解性有機物が、機能層５を構成する有機発光層、電子注入層、電子輸送層、正孔輸送層、及び正孔注入層のうち、少なくとも一つの層内に含まれていてもよい。本実施形態では、機能層５が、熱分解性有機物を含有するガス発生層４を備える。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子１で短絡が生じた場合に、ガス発生層４からガスが発生し、このガスから形成される気泡１０によって、短絡が修復される。

ガス発生層４は、機能層５内の、いかなる位置に存在していてもよい。本実施形態では、ガス発生層４が、第二電極６と接している。すなわち、ガス発生層４が、機能層５における、第二電極６側の最外層に存在している。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子１で短絡が生じた場合に、電流集中により短絡箇所が局所的にジュール熱が発生することで、ガス発生層４からのガスが発生が特に促進され、このガスで形成される気泡１０によって、短絡が、より確実に修復される。

被覆層７は、熱可塑性を有することが好ましい。この場合、短絡が生じた個所の温度がジュール熱によって部分的に高くなると、短絡が生じた個所の近傍では、被覆層７が、加熱されることで柔らかくなって変形しやすくなる。このため、第一電極３と第二電極６との間に閉じ込めらた気泡１０によって第一電極３と第二電極６との間の距離が拡大する際、第二電極６の変形に追随して、被覆層７も変形しやすくなる。このため、第二電極６の変形が阻害されにくくなり、これにより、短絡が、より確実に修復される。

本実施形態において、有機エレクトロルミネッセンス素子１が、被覆層７と第二電極６との間に介在してこれらの間の密着性を向上する接着層９を更に備えてもよい。本実施形態における有機エレクトロルミネッセンス素子１が接着層９を備える場合の、有機エレクトロルミネッセンス素子１の概略的な構成を、図４に示す。この場合、接着層９によって、被覆層７と第二電極６との間の密着性が向上し、このため、気泡１０が第二電極６を、より突き抜けにくくなる。このため、短絡が、より確実に修復される。

本実施形態において、第二電極６が、被覆層７よりも高い線膨張係数を有することも好ましい。この場合、第二電極６がジュール熱により加熱されると、熱膨張により第二電極６が変形するため、第二電極６が変形しやすくなる。このため、短絡が生じた場合、気泡１０に押圧された第二電極６が変形しやすくなることで、第一電極３と第二電極６との間の距離が、より拡大しやすくなる。このため、短絡が、より確実に修復される。

本実施形態の構成を、更に詳しく説明する。

基材２は、透光性を有することが好ましい。基材２は、無色であっても、着色されていてもよい。また基材２は、透明であっても半透明であってもよい。基材２の材質は、制限的ではないが、例えばソーダライムガラス、無アルカリガラスなどのガラス、並びにポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂などのプラスチックから、選択される。基材２の形状はフィルム状でも板状でもよい。

第一電極３は、陽極として機能する。第一電極３は、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、これらの混合物等の材料から形成されることが好ましい。第一電極３を形成するための材料は、例えば、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）等の金属酸化物から選択される。第一電極３は、真空蒸着法、スパッタリング法、塗布等の適宜の方法により形成されうる。第一電極３は、光透過性を有することが好ましく、特に第一電極３の光透過率が、７０％以上であることが好ましい。第一電極３の厚みは、例えば５００ｎｍ以下、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲で、設定される。尚、第一電極３が、陰極として機能してもよい。

本実施形態では、機能層５が、有機発光層８とガス発生層４とを備える。機能層５は、公知の有機エレクトロルミネッセンス素子１に適用されている適宜の層を、更に備えてもよい。例えば、機能層５は、ホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層及び電子注入層から選択される一種以上の層を更に備えてもよい。

有機発光層８は、機能層５中における発光が生じる層である。有機発光層８は、有機エレクトロルミネッセンス素子１用の材料として知られる公知の材料から形成されうる。有機発光層８を形成するための材料の具体例としては、制限的ではないが、アントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体、トリス（４−メチル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、トリス（５−フェニル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、トリ−（ｐ−ターフェニル−４−イル）アミン、１−アリール−２，５−ジ（２−チエニル）ピロール誘導体、ピラン、キナクリドン、ルブレン、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、ジスチリルアミン誘導体、各種の蛍光色素などが、挙げられる。二種以上の材料が組み合わされて用いられてもよい。また、蛍光発光を生じる材料のみならず、燐光発光等のスピン多重項発光を生じる材料、スピン多重項発光を生じる部位を分子内の一部に有する化合物などが用いられてもよい。有機発光層８は、蒸着法、転写法などの乾式プロセスによって形成されても、塗布法などの湿式プロセスによって形成されてもよい。

ホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層及び電子注入層は、公知の有機エレクトロルミネッセンス素子１に適用されている適宜の材料から、公知の方法により形成されうる。

ガス発生層４は、上述の通り、熱分解性有機物を含有する。熱分解性有機物の熱分解温度は、有機エレクトロルミネッセンス素子１に短絡が生じている場合の、有機エレクトルミネッセンス素子の動作時の、短絡個所におけるガス発生層４の温度以下であることが好ましい。更に、熱分解性有機物の熱分解温度は、有機エレクトロルミネッセンス素子１に短絡が生じていない場合の、有機エレクトルミネッセンス素子の正常動作時のガス発生層４の温度よりも高いことが好ましい。

熱分解性有機物の熱分解温度の具体的な範囲は、有機エレクトルミネッセンス素子を構成する材料、有機エレクトルミネッセンス素子の動作条件等に応じて適宜設定されるが、４５０℃以下であれば好ましく、２５０℃以下であれば更に好ましい。また、短絡が生じていない状態で熱分解性有機物が熱分解しないためには、熱分解温度は１００℃以上であることが好ましく、１５０℃以上であれば更に好ましい。

熱分解性有機物としては、例えば低分子系化合物材料であるアルミニウム錯体：Ａｌｑ３（昇華温度２０２℃）及びＴＰＤ：1,1'-bis(4-di-p-tolylamino-phenyl)cyclohexane（昇華温度２４０℃）が、挙げられる。

ガス発生層４は、適宜の方法により形成されうる。特に蒸着法が採用されると、ガス発生層４の緻密性が低くなることで、ガス発生層４が熱分解されやすくなる。更に、蒸着法が採用されると、ガス発生層４と、機能層５を構成するガス発生層４以外の層とを、連続的に形成することが容易となる。

ガス発生層４は、機能層５における通電を阻害しないことが好ましい。そのためには、本実施形態では、ガス発生層４が、電子伝導性を有することが好ましい。ガス発生層４に電子伝導性を与えるための方法としては、ガス発生層４を、低分子系化合物材料であるアルミニウム錯体：Ａｌｑ３、オキサジアゾール誘導体等から形成することが、挙げられる。

ガス発生層４の厚みは、特に制限されないが、ガス発生層４から発生するガスによって短絡が充分に抑制されるためには、１０ｎｍ〜１μｍの範囲であることが好ましい。ガス発生層４内の熱分解性有機物の割合は、３０〜１００質量％の範囲であることが、好ましい。

第二電極６は、陰極として機能する。第二電極６は、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物、これらの混合物などの材料から形成されることが好ましい。第二電極６を形成するための材料は、例えば、Ａｌ、Ａｇ、ＭｇＡｇ、並びにＡｌ／Ａｌ₂Ｏ₃混合物から選択される。第二電極６は、真空蒸着法、スパッタリング法等の適宜の方法により形成されうる。第二電極６の光透過率は１０％以下であることが好ましい。第二電極６の厚みは、例えば５００ｎｍ以下、好ましくは２０〜２００ｎｍの範囲で設定される。尚、第二電極６が、陽極として機能してもよい。

被覆層７は、上述の通り、第二電極６を覆う。更に、第二電極６と被覆層７との間の密着性は、第二電極６と機能層５との間の密着性よりも高い。

上述のとおり、被覆層７は、熱可塑性を有することが好ましい。第二電極６が、被覆層７よりも高い線膨張係数を有することも好ましい。これらの条件のうち、少なくとも一方が満たされることが好ましく、両方が満たされれば更に好ましい。

被覆層７は、例えばポリメチルメタクレート樹脂等のアクリル樹脂から形成される。この場合、熱可塑性を有し、第二電極６との密着性が高く、且つ第二電極６よりも線膨張係数の低い被覆層７が、容易に形成される。

例えば、本実施形態において、ガス発生層４がＡｌｑ３から形成され、第二電極６がＡｇから形成され、且つ被覆層７がポリメチルメタクレート樹脂から形成されている場合、第二電極６と被覆層７との間の密着性が、第二電極６と機能層５（ガス発生層４）との間の密着性よりも高くなり、且つ第二電極６が、被覆層７よりも高い線膨張係数を有するようになる。

被覆層７が形成されるためには、例えば塗布法が採用される。この場合、例えばアクリル樹脂と溶剤とを含有する樹脂液が用いられる。溶剤としては、トルエン、クロロホルム等が挙げられる。この樹脂液が、第二電極６上にスピンコート法等の適宜の手法により塗布され、更にこの樹脂液が乾燥されることで、被覆層７が、形成される。

また、特に、ガス発生層４が蒸着法により形成され、その上に第二電極６が蒸着法により形成され、更にその上に被覆層７が塗布法により形成されることが好ましい。この場合、ガス発生層４と第二電極６の間よりも、第二電極６と被覆層７との間の方が、より剥離が生じにくくなる。これにより、ガスが、第一電極３と第二電極６との間に、より閉じ込められやすくなり、このため、短絡が、より確実に修復される。

被覆層７の厚みは、１〜１０μｍの範囲であることが好ましい。この場合、気泡１０が形成されることで第二電極６が変形した場合の、第二電極６の破損が十分に抑制されうる。

有機エレクトロルミネッセンス素子１が、図４に示されるように接着層９を備える場合、接着層９は、被覆層７並びに第二電極６と親和性の高い適宜の材料から形成される。例えば第二電極６がＡｌ、Ａｇ等の金属から形成され、且つ被覆層７がポリメチルメタクレート樹脂等のアクリル樹脂から形成される場合、接着層９は、プライマーとして機能する合成樹脂から選択される一種以上の材料から形成されることが好ましい。接着層９は、例えば塗布法等の湿式法によって形成される。接着層９の厚みは、特に制限されないが、例えば１〜１００ｎｍの範囲である。

１ 有機エレクトロルミネッセンス素子
２ 基材
３ 第一電極
４ ガス発生層
５ 機能層
６ 第二電極
７ 被覆層
８ 有機発光層
９ 接着層

Claims (8)

1. 基材、第一電極、有機発光層を備える機能層、及び第二電極を備え、前記要素が前記の順番に積層している有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
   前記機能層が、熱分解性有機物を含有し、
   前記第二電極を覆う被覆層を更に備え、前記第二電極と前記被覆層との間の密着性が、前記第二電極と前記機能層との間の密着性よりも高いことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
2. 前記熱分解性有機物の熱分解温度が、４５０℃以下である請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
3. 前記熱分解性有機物の熱分解温度が、２５０℃以下である請求項１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
4. 前記機能層が、前記熱分解性有機物を含有するガス発生層を備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
5. 前記ガス発生層が、前記第二電極と接している請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
6. 前記被覆層が、熱可塑性を有する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
7. 前記被覆層と前記第二電極との間に介在してこれらの間の密着性を向上する接着層を更に備える請求項１乃至６のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
8. 前記第二電極が、前記被覆層よりも高い線膨張係数を有する請求項１乃至７のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

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