JP2014175296A - 有機el装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光領域42内の有機EL素子15を封止する第1無機封止層16及び第2無機封止層18を有し、第2無機封止層18は、透光性を有し、かつ、屈折率が1.7以上2.1以下であり、非発光領域43内において、金属電極基板10上に第1無機封止層16と第2無機封止層18が積層した第1積層構造が位置しており、発光領域42において、金属電極基10板上に機能層11と透明導電層12と第2無機封止層18が積層した第2積層構造が位置している構成とする。
【選択図】図4
Description
また、有機EL素子は、一方又は双方が透光性を有する2つの電極を対向させ、この電極の間に有機化合物からなる発光層を積層したものである。有機EL装置は、電気的に励起された電子と正孔との再結合のエネルギーによって発光する。
有機EL装置は、自発光デバイスであり、発光層の材料を適宜選択することにより、種々の波長の光を発光させることができる。また、白熱灯や蛍光灯に比べて厚さが極めて薄く、且つ面状に発光するので、設置場所の制約が少ない。
また、有機EL装置は、支持基板側から有機EL素子で発生した光を取り出す、いわゆるボトムエミッションと称される有機EL装置と、支持基板と反対側から有機EL素子で発生した光を取り出す、いわゆるトップエミッションと称される有機EL装置がある。
トップエミッション型の有機EL装置は、ボトムエミッション型の有機EL装置に比べて、光の取出効率が高いという利点がある。
すなわち、有機EL装置のダークスポットの形成を防止するためには、有機EL素子への水等の進入を確実に防止することが必要となる。
特許文献1に記載の有機EL装置は、封止基板と封止膜との間全体に透明接着樹脂で充填させることによって、封止性を高めている。
また、有機EL装置は、上記したようにダークスポットの発生を抑制する観点から、封止性は高ければ高いほど好ましい。しかしながら、特許文献1に記載の有機EL装置は、トップエミッション型の有機EL装置であるため、透光性を有した封止膜しか使用できず、封止膜として使用できる材料が限られている。そのため、さらなる封止性の向上が困難であるという問題がある。
本発明者は、これらの領域の違いに注目した。すなわち、発光領域においては、光を取り出すために、発光層から光取出面にかけて透光性を有した部材を使用しなければならない。一方、非発光領域においては、光を取り出さないため、発光層から光取出面にかけて必ずしも透光性を有した部材を使用しなくてもよいという点に注目した。
そこで、本発明者は、これらの領域によって、異なる封止構造を備えることによって、更なる封止性の向上を試みた。
ここでいう「金属電極層」とは、金属板に対して厚みが薄い薄膜である。すなわち、少なくとも100μm未満の平均厚みを有したものであり、蒸着金属膜や電気めっきや無電解めっきで形成した金属膜が好ましく採用できる。
「絶縁基板」とは、薄膜ではなく、絶縁性を有した板状体であって、自然環境下で変形しないものである。
本発明の構成によれば、領域によって第1封止層と第2封止層を使い分けている。すなわち、光を取り出す領域である発光領域においては、透光性を有し、かつ、屈折率が1.7以上2.1以下の第2封止層によって、封止することで、光取出効率の低減を抑制しており、光を取り出さない領域である非発光領域においては、第1封止層及び第2封止層によって2重に封止することによって、封止性能を向上させている。それ故に、本発明の構成によれば、光取出効率を維持しつつ、信頼性の高い有機EL装置となる。
また、本発明の構成によれば、前記非発光領域において、当該本体部は、前記第1封止層上に接触し、かつ、その一部が第1封止層と第2封止層に挟まれているため、ノイズ等が入りにくく、高信頼性の有機EL装置が実現できる。
また、本発明の構成によれば、前記電極パッド部の一部には、第2封止層から露出した第2露出部が形成されており、前記第2露出部は、外部電源の他方の電極端子と電気的に接続可能であるため、外部電源から補助電極層を介して発光領域内の透明電極層に給電することが可能である。
このように、外部電源から発光領域内の金属電極と透明電極層との間に電圧を印加することが可能であるため、外部から容易に有機発光層に電流を流して有機発光層を発光させることが可能である。
さらに、本発明の構成によれば、電極パッド部及び補助パッド部が発光領域を取り囲むように配されているので、電極パッド部及び補助パッド部によって、発光領域に大部分が属する本体部に均等に電流を流すことができ、発光むらを抑制することができる
本実施形態の有機EL装置1は、回路基板3と反対側、すなわち、封止部材側から光を取り出すトップエミッション型の有機EL装置である。
また、有機ELユニット2と回路基板3は、図4のようにボンディングワイヤー19,20によって電気的に接続されている。このボンディングワイヤー19,20は、硬化性接着樹脂21によって、全部又はその大部分が埋没されている。
ユニット領域40は、図8のように、有機ELユニット2が駆動時(点灯時)に実際に発光する発光領域42と、発光しない非発光領域43を有している。
発光領域42は、図4のように有機EL素子15が無機封止層14の一部たる第1無機封止層16から露出した領域であって、かつ、金属電極基板10と機能層11と透明電極層12が重畳した領域である。すなわち、実際に有機ELユニット2から光を取り出せる領域である。
非発光領域43は、発光領域42内の有機EL素子15の金属電極基板10に給電可能な第1内側給電領域44と、発光領域42内の有機EL素子15の透明電極層12に給電可能な第2内側給電領域45を有している。
第1外側給電領域46は、発光領域42を基準として、第1内側給電領域44の外側に位置しており、第2外側給電領域47は、発光領域42を基準として、第2内側給電領域45の外側に位置している。
すなわち、有機EL装置1は、図8のように長さ方向lにおいて、片方側から第2外側給電領域47、第2内側給電領域45、発光領域42、第1内側給電領域44、第1外側給電領域46の順に並んでいる。
陥入部材5は、上方が開放した箱状体であって、中央に有機ELユニット2を収納可能な陥入部25を有している。
陥入部25は、底面部26と、底面部26の各辺から上方に向かって延びた周壁部27,28,29,30から形成されている。見方を変えると、陥入部25は、厚み方向に延びた有底穴であるとも言える。
底面部26は、金属電極基板10の主面と相似形状をしており、具体的には、多角形状をしている。本実施形態では、四角形状をしている。陥入部25の底面積は、金属電極基板10の主面の面積よりも大きい。
周壁部27,28,29,30の内側面は、陥入部25の内壁を形成している。
本実施形態では、給電部材8は、発光領域42内の透明電極層12と電気的に接続可能な正極端子を担い、給電部材9は、発光領域42内の金属電極基板10と電気的に接続可能な負極端子を担う。
また、給電部材8,9は、陥入部材5の長さ方向lにおいて、陥入部25を挟んで対向している。
金属基板及び金属電極層を構成する金属としては、特に限定されないが、例えば銀(Ag)やアルミニウム(Al)などの金属が挙げられる。
また、絶縁基板を構成するものしては、ソーダ石灰ガラスや無アルカリガラス製のガラス基板などが採用できる。
本実施形態の金属電極基板10は、図3のように、絶縁基板22上に金属電極層23が積層したものを採用している。勿論、機能層11側が金属電極層23である。
第1無機封止層16は、化学気相蒸着によって形成される層であり、具体的には、シランガスやアンモニアガス等を原料としてプラズマCVD法で成膜される層である。第1無機封止層16は、後述するように有機EL装置1の製造工程において、水分含量が少ない雰囲気下で、有機EL素子15の形成工程に連続して成膜できるため、空気や水蒸気に晒さずに成膜でき、使用直後の初期ダークスポットの発生を低減することができる。
第1無機封止層16の素材は、酸素、炭素、窒素の中から選ばれた1種類以上の元素と、ケイ素元素とからなるシリコン合金により形成されている。Si−O、Si−N、Si−H、N−H等の結合を含む窒化珪素や酸化珪素、及び両者の中間固溶体である酸窒化珪素であることが特に好ましい。
第2無機封止層18は、Si、Al、In、Sn、Zn、Zr及びTiからなる群から選ばれる1種以上の元素と、O及びNからなる群から選ばれる1種以上の元素からなる化合物を主成分とするものであり、かつ、化学気相成長法又は原子層堆積法によって形成されるものである。
第2無機封止層18の導電性の有無は、特に限定されないが、補助電極層17の電気伝導を補助する観点から導電性があることが好ましい。
第2無機封止層18の光取出側(金属電極基板10と反対側)の表面は、図7のように複数の凸部24が形成されており、凸部24の高さ(高低差)Dは50nm以上500nm以下となっている。また、凸部24,24間の平均距離W(平均ピッチ)は、凸部24の高さDの2倍以上となっている。
また、第2無機封止層18の表面の凸部24は、設計等によって形成してもよいが、本実施形態では、上記した製造法によって形成されるため、第2無機封止層18の表面は自形によって形成できる。
本体部50は、メッシュ状の部位であり、互いに交差(直交)した横導電部55と縦導電部56から形成されている。
横導電部55は、図3のように幅方向wに延びた長尺状の部位であり、幅方向wにおける透明電極層12の電気伝導を補助する部位である。
縦導電部56は、図3のように長さ方向lに延びた長尺状の部位であり、長さ方向lにおける透明電極層12の電気伝導を補助する部位である。
補助パッド部52,53は、長さ方向lに延びた箔状の部位であり、長さ方向lに並設した各横導電部55のそれぞれの端部を接続する部位である。
補助パッド部54は、幅方向wに延びた箔状の部位であり、幅方向wに並設した各縦導電部56のそれぞれの端部を接続する部位である。
第1電極パッド部51の両端部は、補助パッド部52,53と物理的に接続されている。すなわち、補助パッド部52,53は、幅方向wにおいて、本体部50を挟んで対向する関係となっており、互いに平行となっている。
補助パッド部52,53の一方端部は、第1電極パッド部51と物理的に接続されており、もう一方の端部近傍は、補助パッド部54と物理的に接続されている。すなわち、第1電極パッド部51及び補助パッド部54は、長さ方向lにおいて、本体部50を挟んで対向する関係となっており、互いに平行となっている。
このように、第1電極パッド部51及び補助パッド部52,53,54は本体部50を囲むように形成されている。
ボンディングワイヤー19,20の直径は、50μm以上200μm以下であることが好ましい。
ボンディングワイヤー19,20の直径が50μm未満になると、細すぎて、十分に電気を導電できない場合がある。200μmより大きくなると、太すぎて、陥入部材5と封止部材4の間の隙間が大きくなりすぎ、封止機能が低下するおそれがある。
なお、本実施形態では、硬化性接着樹脂21は、熱硬化性樹脂で形成されており、その中でも、エポキシ樹脂を採用している。
封止部材4の材質としては、透光性、絶縁性、及びガス非透過性を有していれば特に限定されるものではなく、例えば、ガラス基板等が採用できる。
間隔維持部材6は、絶縁性を有している。
また、補助電極層17の本体部50は、図5のように非発光領域43内で第1無機封止層16と第2無機封止層18に挟まれている。補助電極層17の補助パッド部52,53,54は、図5,図6のように非発光領域43に位置しており、非発光領域43内で第1無機封止層16と第2無機封止層18に挟まれている。補助電極層17の第1電極パッド部51は、図4,図5のように、非発光領域43に位置しており、第1無機封止層16と直接接触しているが、第1電極パッド部51の全部又は大部分が第2無機封止層18には被覆されていない。
ボンディングワイヤー19は、図4のように給電部材8と接触するように陥入部材5の上面(周壁部27の突出方向先端面)と封止部材4の下面によって挟持されており、その状態で硬化性接着樹脂21によって固定されている。すなわち、給電部材8、ボンディングワイヤー19、及び硬化性接着樹脂21のそれぞれの少なくとも一部が、陥入部材5及び封止部材4によって挟持されている。
ボンディングワイヤー20は、図4のように給電部材9と接触するように陥入部材5の上面(周壁部29の突出方向先端面)と封止部材4の下面によって挟持されており、その状態で硬化性接着樹脂21によって固定されている。すなわち、給電部材9、ボンディングワイヤー20、及び硬化性接着樹脂21のそれぞれの少なくとも一部が、陥入部材5及び封止部材4によって挟持されている。
有機EL装置1は、図示しない真空蒸着装置及びCVD装置によって成膜し、図示しないパターニング装置(本実施形態では、レーザースクライブ装置)を使用してパターニングを行い、製造される。
具体的には、真空蒸着装置によって、金属電極基板10に電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層などを順次積層し、機能層11を成膜し、その後、スパッタ装置又はCVD装置によって、図9のように、この基板(金属電極基板10に機能層11が積層した基板)に透明電極層12を成膜する。
このとき、金属電極基板10は、図3に示される機能層11が張り出した張出部35,36を形成している。言い換えると、この金属電極基板10の張出部35,36は、透明電極層12に覆われておらず、外部に露出している。
まず、有機ELユニット2の上面(光取出側面)の一部をマスクで覆い、CVD装置によって、図10のように第1無機封止層16を成膜する。
このとき、第1無機封止層16は、非発光領域43内の有機EL素子15を覆っているが、発光領域42内の有機EL素子15を覆っていない。すなわち、第1無機封止層16は、発光領域42内の有機EL素子15の周囲を囲むような開口37を形成しており、当該開口37から透明電極層12が露出している。
このとき、第1電極パッド部51及び補助パッド部52,53,54は、いずれも第1無機封止層16上に設けられている。本体部50は、開口37から露出した透明電極層12と、その周りを囲む第1無機封止層16に跨がって設けられている。また、本体部50の横導電部55及び縦導電部56の隙間から透明電極層12が露出している。
金属電極基板10の第2電極パッド部60は、補助電極層17から露出している。
このとき、補助電極層17の大部分が第2無機封止層18によって被覆されている。具体的には、補助電極層17のうち、第1電極パッド部51の一部が露出して露出部57を形成しており、その他の部位は、被覆されている。また、金属電極基板10の第2電極パッド部60は、第2無機封止層18から露出している。
以上が、無機封止層積層工程である。
このとき、陥入部25の底面部26に金属電極基板10が載置されており、面方向(縦方向及び横方向)において、金属電極基板10と、陥入部25の周壁部27,28,29,30のそれぞれの内側面の間に隙間が形成されている。
このとき、第1電極パッド部51と給電部材8は、ボンディングワイヤー19によって電気的に接続されており、第2電極パッド部60と給電部材9は、ボンディングワイヤー20によって電気的に接続されている。ボンディングワイヤー19,20は、各部材との接続点以外は、接触していない。
このとき、非発光領域43内の有機ELユニット2の大部分は、硬化性接着樹脂21が被覆している。ボンディングワイヤー19,20は、全体が埋没しており、各部材との接続点以外は、接触していない状態となっている。また、給電部材8,9も大部分が硬化性接着樹脂21によって被覆されており、ボンディングワイヤー19,20との接続点も被覆されている。
また、このときの所定の温度T1は、硬化性接着樹脂21が硬化する温度であり、摂氏60度以上摂氏100度以下となっている。
摂氏60度未満になると、十分に硬化性接着樹脂21内の水分が蒸発せず、内部に水分が残るおそれがある。また、硬化性接着樹脂21を硬化させるのに時間がかかり、製造効率が低下するおそれがある。摂氏100度より高くなると、温度が高すぎて、有機EL素子15に悪影響を及ぼすおそれがある。
封止部材4の端面は、幅方向及び長さ方向において、陥入部材5の端面と面一となっている。
なお、ここでの説明では、図17のように、給電部材8に外部電源の正極を取り付け、給電部材9に外部電源の負極を取り付けた場合について説明する。
このとき、図18のように、補助電極層17の本体部50内の電気伝導を補助パッド部52,53,54によって補助されており、本体部50全体が均一に同電位となっている。そのため、発光領域42内の透明電極層12に均等に電流が伝わる。
発光領域42内の透明電極層12に伝わった電流は、図17のように、発光領域42内で機能層11を通過し金属電極基板10まで至る。このとき、機能層11に電圧がかかり、機能層11内の発光層が発光する。このとき、上記したように電流が均等に拡散した状態で透明電極層12を通過しているため、機能層11内の発光層に均等に電圧が加わり、輝度むらなく発光する。
発光領域42内の金属電極基板10に至った電流は、発光領域42内の金属電極基板10から第1内側給電領域44内の第2電極パッド部60からボンディングワイヤー20を介して給電部材9に伝わり、外部電源に戻る。
有機EL装置100は、各有機ELユニット2の金属電極基板10を対向するように重ね合わせられており、各有機ELユニット2の駆動時における光取出方向が互いに逆方向を向いている。すなわち、下方向及び上方向の両方に光が取り出される。そのため、発光面積が2倍となり、発光量を増やすことができる。
回路基板101は、回路基板3と陥入部材の形状が異なる。具体的には、回路基板101の陥入部材102は、筒状をしている。
2 有機ELユニット
3,101 回路基板
4 封止部材
5,102 陥入部材
8 給電部材(正極端子)
9 給電部材(負極端子)
10 金属電極基板
11 機能層(有機発光層)
12 透明電極層
15 有機EL素子(積層体)
16 第1無機封止層(封止層,第1封止層)
17 補助電極層
18 第2無機封止層(封止層,第2封止層)
21 硬化性接着樹脂
22 絶縁基板
23 金属電極層
24 凸部
25 陥入部
27,28,29,30 周壁部(内側面)
42 発光領域
43 非発光領域
50 本体部
51 第1電極パッド部(電極パッド部)
52,53,54 補助パッド部
57 露出部(第2露出部)
60 第2電極パッド部(第1露出部)
Claims (10)
- 金属電極基板上に有機発光層と透明電極層が積層した積層体を備え、金属電極基板を平面視したときに、駆動時に発光する発光領域と、前記発光領域の周りを囲む非発光領域を有したトップエミッション型有機EL装置において、
前記金属電極基板は、金属板、金属板と金属電極層の積層構造、及び、絶縁基板と金属電極層の積層構造のいずれかによって形成されており、
前記発光領域内の積層体を封止する封止層を有し、
前記封止層は、第1封止層と、第2封止層から形成されており、
当該第2封止層は、透光性を有し、かつ、屈折率が1.7以上2.1以下であり、
前記非発光領域において、金属電極基板上に第1封止層と第2封止層が積層した第1積層構造が位置しており、
前記発光領域において、金属電極基板上に有機発光層と透明導電層と第2封止層が積層した第2積層構造が位置していることを特徴とする有機EL装置。 - 前記透明電極層よりも高い導電率を備えた補助電極層を有し、
当該補助電極層は、メッシュ状の本体部を有し、
当該本体部は、非発光領域と発光領域に跨がって設けられるものであり、
前記非発光領域において、当該本体部は、前記第1封止層上に接触し、かつ、その一部が第1封止層と第2封止層に挟まれており、
前記発光領域において、前記本体部は、前記透明電極層上に面状に広がりをもって接触し、かつ、その一部又は全部が透明電極層と第2封止層に挟まれていることを特徴とする請求項1に記載の有機EL装置。 - 非発光領域において、前記金属電極基板は、前記封止層から露出した第1露出部を有し、
当該第1露出部は、外部電源の一方の電極端子と電気的に接続可能であり、
前記補助電極層は、電極パッド部と、補助パッド部を有し、
電極パッド部及び補助パッド部は、金属電極基板を平面視したときに、発光領域を取り囲むように配されており、
前記電極パッド部の一部には、第2封止層から露出した第2露出部が形成されており、
前記第2露出部は、外部電源の他方の電極端子と電気的に接続可能であることを特徴とする請求項2に記載の有機EL装置。 - 前記第2封止層は、Si、Al、In、Sn、Zn、Zr及びTiからなる群から選ばれる1種以上の元素と、O及びNからなる群から選ばれる1種以上の元素からなる化合物を主成分とするものであり、かつ、化学気相成長法又は原子層堆積法によって形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の有機EL装置。
- 前記第2封止層の金属電極基板と反対側の面には、凹凸が形成されており、
当該凹凸の高低差は、50nm以上500nm以下であり、凹凸の平均ピッチは、当該高低差の2倍以上であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の有機EL装置。 - 前記凹凸は、自形であることを特徴とする請求項5に記載の有機EL装置。
- 前記第2封止層は、電気導電性を有していることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の有機EL装置。
- 前記積層体の積層方向投影面上に透光性及びガス非透過性を有した封止部材を有し、
金属電極基板と封止部材を接着する硬化性接着樹脂を有し、
当該硬化性接着樹脂は、前記金属電極基板の外周に沿って囲むように設けられており、
当該硬化性接着樹脂によって、発光領域内の積層体が封止されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の有機EL装置。 - 発光領域において、前記封止層と当該封止部材の間に空間が形成されていることを特徴とする請求項8に記載の有機EL装置。
- 陥入部を有した陥入部材を有し、
当該陥入部は、少なくとも内側面を有した穴であって、内部に金属電極基板が設置されており、
前記内側面と金属電極基板の端面との間には、前記硬化性接着樹脂が充填されていることを特徴とする請求項8又は9に記載の有機EL装置。
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