JP2020198172A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高温保存による発光不良を低減する。【解決手段】発光装置は、基板１００、第１層２００、第１電極１１０、有機層１２０及び第２電極１３０を備えている。第１層２００は、基板１００上に位置している。第１電極１１０は、第１層２００上に位置している。有機層１２０は、第１電極１１０上に位置している。有機層１２０は、発光層（ＥＭＬ）を有している。第２電極１３０は、有機層１２０上に位置している。第１層２００は、第１有機化合物及び第１金属化合物を含んでいる。第１層２００における第１金属化合物の濃度は、第１有機化合物及び第１金属化合物の合計体積に対して５体積％以上２５体積％以下となっている。【選択図】図１
Description
本発明は、発光装置に関する。
近年、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子を備える発光装置が開発されている。有機ＥＬ素子は、第１電極、有機層及び第２電極を有している。有機層は、第１電極及び第２電極の間の電圧によって有機ＥＬにより発光する発光層を含んでいる。
特許文献１には、有機ＥＬ素子を備える発光装置の一例について記載されている。この発光装置は、基板、金属導電層及び金属密着層を備えている。金属密着層は、基板と金属導電層の間に位置している。金属密着層は、金属酸化物を含むことがある。金属密着層によって、基板と金属導電層の密着性を向上させることができる。
特許文献１に記載されているように、密着性の向上のため、金属密着層が用いられることがある。本発明者は、金属密着層の金属化合物の濃度に応じて、高温保存によって発光不良が生じ得ることを新規に見出した。
本発明が解決しようとする課題としては、高温保存による発光不良を低減することが一例として挙げられる。
請求項１に記載の発明は、
基板と、
前記基板上に位置する第１層と、
前記第１層上に位置する第１電極と、
前記第１電極上に位置し、発光層を有する有機層と、
前記有機層上に位置する第２電極と、
を備え、
前記第１層は、第１有機化合物と、第１金属化合物と、を含み、
前記第１層における前記第１金属化合物の濃度は、前記第１有機化合物及び前記第１金属化合物の合計体積に対して５体積％以上２５体積％以下である、発光装置である。
基板と、
前記基板上に位置する第１層と、
前記第１層上に位置する第１電極と、
前記第１電極上に位置し、発光層を有する有機層と、
前記有機層上に位置する第２電極と、
を備え、
前記第１層は、第１有機化合物と、第１金属化合物と、を含み、
前記第１層における前記第１金属化合物の濃度は、前記第１有機化合物及び前記第１金属化合物の合計体積に対して５体積％以上２５体積％以下である、発光装置である。
本明細書において「ＡがＢ上に位置する」という表現は、例えば、ＡとＢの間に他の要素（例えば、層）が位置せずにＡがＢ上に直接位置することを意味してもよいし、又はＡとＢの間に他の要素（例えば、層）が部分的又は全面的に位置することを意味してもよい。さらに、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」及び「後ろ」等の向きを示す表現は、基本的に図面の向きと合わせて用いるものであって、例えば本明細書に記載された発明品の使用する向きに限定して解釈されるものではない。
本明細書において「Ａ及びＢが重なる」という表現は、特に断らない限り、ある方向からの投影像において、Ａの少なくとも一部がＢの少なくとも一部と同じ場所にあることを意味する。このとき複数の要素同士は直接接していてもよいし、又は離間していてもよい。
本明細書において「Ａの外側」という表現は、特に断らない限り、Ａの縁を境にＡが位置しない側の部分のことを意味する。
本明細書中における陽極とは、発光材料を含む層（例えば有機層）に正孔を注入する電極のことを示し、陰極とは、発光材料を含む層に電子を注入する電極のことを示す。また、「陽極」及び「陰極」という表現は、「正孔注入電極」及び「電子注入電極」又は「正極」及び「負極」等の他の文言を意味することもある。
本明細書において「Ａの端」という表現は、一方向から見たときのＡとその他の要素との境界を意味し、「Ａの端部」という表現は、当該境界を含むＡの一部の領域を意味し、「Ａの端点」という表現は、当該境界のある一点を意味する。
本明細書における「発光装置」とは、ディスプレイや照明等の発光素子を有するデバイスを含む。また、発光素子と直接的、間接的又は電気的に接続された配線、ＩＣ（集積回路）又は筐体等も「発光装置」に含む場合もある。
本明細書において「接続」とは、複数の要素が直接的又は間接的を問わずに接続している状態を表す。例えば、複数の要素の間に接着剤又は接合部材が介して接続している場合も単に「複数の要素は接続している」と表現することがある。また、複数の要素の間に、電流、電圧又は電位を供給可能又は伝送可能な部材が存在しており、「複数の要素が電気的に接続している」場合も単に「複数の要素は接続している」と表現することがある。
本明細書において、特に断りがない限り「第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）」等の表現は要素を区別するためのものであり、その表現により該当要素の本質、順番、順序又は個数等が限定されるものではない。
本明細書において、各部材及び各要素は単数であってもよいし、又は複数であってもよい。ただし、文脈上、「単数」又は「複数」が明確になっている場合はこれに限らない。
本明細書において、「ＡがＢを含む」という表現は、特に断らない限り、ＡがＢのみによって構成されていることに限定されず、ＡがＢ以外の要素によって構成され得ることを意味する。
本明細書において「断面」とは、特に断らない限り、発光装置を画素や発光材料等が積層した方向に切断したときに現れる面を意味する。
本明細書において「有さない」、「含まない」、「位置しない」等の表現は、ある要素が完全に排除されていることを意味してもよいし、又はある要素が技術的な効果を有さない程度に存在していることを意味してもよい。
本明細書において、「〜後に」、「〜に続いて」、「〜次に」、「〜前に」等の時間的前後関係を説明する表現は、相対的な時間関係を表しているものであり、時間的前後関係が用いられた各要素が必ずしも連続しているとは限らない。各要素が連続していることを表現する場合、「直ちに」又は「直接」等の表現を用いることがある。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
図１は、実施形態に係る発光装置の断面模式図である。
図１を用いて、発光装置の概要を説明する。発光装置は、基板１００、第１層２００、第１電極１１０、有機層１２０及び第２電極１３０を備えている。第１層２００は、基板１００上に位置している。第１電極１１０は、第１層２００上に位置している。有機層１２０は、第１電極１１０上に位置している。有機層１２０は、発光層（ＥＭＬ）を有している。第２電極１３０は、有機層１２０上に位置している。第１層２００は、第１有機化合物及び第１金属化合物を含んでいる。第１層２００における第１金属化合物の濃度は、第１有機化合物及び第１金属化合物の合計体積に対して５体積％以上２５体積％以下となっている。
本実施形態によれば、高温保存による発光不良を低減することができる。具体的には、本実施形態においては、第１層２００における第１金属化合物の濃度は、第１有機化合物及び第１金属化合物の合計体積に対して５体積％以上２５体積％以下となっている。図２を用いて詳細を後述するように、この濃度範囲においては、高温保存による発光不良が低減されることを本発明者は新規に見出した。
図１を用いて、発光装置の詳細を説明する。
基板１００は、第１面１０２及び第２面１０４を有している。第１層２００、第１電極１１０、有機層１２０及び第２電極１３０は、基板１００の第１面１０２側に位置している。第２面１０４は、第１面１０２の反対側にある。
基板１００は、第１層２００、第１電極１１０、有機層１２０及び第２電極１３０を形成するための支持体として機能することができる。基板１００は、透光性及び可撓性を有していてもよい。基板１００は、単層であってもよいし、又は複数層であってもよい。一例において、基板１００は、樹脂基板であり、有機材料（例えば、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）又はポリイミド）を含んでいてもよい。基板１００が樹脂基板である場合、基板１００の第１面１０２及び第２面１０４の少なくとも一方は、無機バリア層（例えば、ＳｉＮ又はＳｉＯＮ）を有していてもよい。他の例において、基板１００は、ガラス基板であってもよい。
第１層２００は、基板１００と第１電極１１０の密着性を向上させるための層として機能している。第１層２００は、第１有機化合物及び第１金属化合物を含んでいる。
第１層２００に含まれる第１有機化合物は、例えば、複素環式化合物である。複素環式化合物は、例えば、ヘテロ原子として窒素原子を含む化学構造を有する化合物であることが好ましい。複素環式化合物は、例えば、３，３’−ビカルバゾール、２，４，６−トリ（４−ピリジル）−１，３，５−トリアジン及び４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリンからなる群から選択される少なくとも一である。
第１層２００に含まれる第１金属化合物は、例えば、金属酸化物である。金属酸化物は、例えば、モリブデン酸化物であることが好ましい。モリブデン酸化物は、例えば、三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）及び二酸化モリブデン（ＭｏＯ２）のうちの少なくとも一であり、好ましくは、三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）である。
第１層２００における第１金属化合物の濃度は、第１有機化合物及び第１金属化合物の合計体積に対して上記範囲内にある。
第１電極１１０は、陽極として機能することができる。一例において、第１電極１１０は、銀原子を含んでいる。具体的には、第１電極１１０は、例えば、銀又は銀合金を含んでいる。この例において、第１電極１１０の厚さは、例えば、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下にしてもよい。第１電極１１０の厚さが上記下限以上である場合、第１電極１１０の電気抵抗を低くすることができ、第１電極１１０の厚さが上記上限以下である場合、第１電極１１０の透過率を高くすることができる。銀又は銀合金は、第１層２００に相当する層が基板１００と第１電極１１０の間に存在しないとき、凝集しやすい。本実施形態においては、銀又は銀合金の凝集を第１層２００によって低減することができる。
他の例において、第１電極１１０は、銀又は銀合金以外の金属又は合金を含んでいてもよい。さらに他の例において、第１電極１１０は、酸化物半導体を含んでいてもよい。酸化物半導体は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＷＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ（Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）又はＩＧＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）である。
有機層１２０は、発光層（ＥＭＬ）を含んでおり、正孔注入層（ＨＩＬ）、正孔輸送層（ＨＴＬ）、電子輸送層（ＥＴＬ）及び電子注入層（ＥＩＬ）のうちの少なくとも一を適宜さらに含んでいてもよい。有機層１２０においては、正孔が第１電極１１０からＥＭＬに注入され、電子が第２電極１３０からＥＭＬに注入され、ＥＭＬにおける正孔及び電子の再結合によって光が発せられる。
第２電極１３０は、陰極として機能することができる。一例において、第２電極１３０は、金属又は合金を含んでいてもよい。金属又は合金は、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＩｎからなる群の中から選択される少なくとも１つの金属又はこの群から選択される金属の合金である。
第１電極１１０、有機層１２０及び第２電極１３０は、第１層２００から順に並んで、有機ＥＬ素子１４０を形成している。有機ＥＬ素子１４０においては、第１電極１１０、有機層１２０及び第２電極１３０が互いに重なっている。
発光装置は、ボトムエミッションであってもよいし、又はトップエミッションであってもよい。発光装置がボトムエミッションである場合、有機層１２０から発せられた光は、第１電極１１０、第１層２００及び基板１００を透過して（つまり、発光装置がボトムエミッションである場合、基板１００、第１層２００及び第１電極１１０は、透光性を有している。）、基板１００の第２面１０４から光を発する。発光装置がトップエミッションである場合、有機層１２０から発せられた光は、第２電極１３０を透過して（つまり、発光装置がトップエミッションである場合、第２電極１３０は、透光性を有している。）、基板１００の第２面１０４の反対側から光を発する。
次に、図１に示した発光装置の製造方法の一例を説明する。
まず、基板１００の第１面１０２上に第１層２００を形成する。第１層２００は、例えば、第１有機化合物及び第１金属化合物の共蒸着によって形成される。この例において、第１有機化合物の原料の体積及び第１金属化合物の原料の体積に応じて、第１層２００における第１金属化合物の濃度を調節することができる。
次いで、第１層２００上に第１電極１１０を形成する。第１電極１１０は、例えば、蒸着、スパッタ又は塗布によって形成される。
次いで、第１電極１１０上に有機層１２０を形成する。有機層１２０は、例えば、蒸着によって形成される。その他の例として、有機層１２０は、例えば、塗布（例えば、インクジェット）によって形成されてもよい。
次いで、有機層１２０上に第２電極１３０を形成する。第２電極１３０は、例えば、蒸着によって形成される。
このようにして、発光装置が製造される。
図２は、第１層２００におけるＭｏＯ３濃度と第１電極１１０の表面のＰ−Ｖ（Ｐｅａｋ ｔｏ Ｖａｌｌｅｙ）値の関係を示すグラフである。
図２に示す結果は、以下のようにして得た。
まず、基板１００の第１面１０２上に第１層２００を形成した。基板１００は、ガラス基板とした。第１層２００は、第１有機化合物及び第１金属化合物の共蒸着によって形成した。第１有機化合物は、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリンとした。第１金属化合物は、三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）とした。第１有機化合物の原料の体積及び第１金属化合物の原料の体積に応じて、第１層２００における第１金属化合物の濃度を調節した。第１層２００の厚さは、１５ｎｍとした。
次いで、第１層２００上に第１電極１１０を形成した。第１電極１１０は、銀を蒸着させて形成した。第１電極１１０の厚さは、１５ｎｍとした。
次いで、第１電極１１０の表面のＰ−Ｖ値を測定した。Ｐ−Ｖ値は、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）によって測定した。
図２に示すように、Ｐ−Ｖ値は、ＭｏＯ３濃度５及び２５体積％において、ＭｏＯ３濃度０、３０、４０及び５０体積％においてよりも、高くなっている。この理由は、次のように推定される。ＭｏＯ３濃度５体積％以上２５体積％以下においては、第１金属化合物（ＭｏＯ３）が第１有機化合物の配向を部分的に乱す。このため、ＭｏＯ３濃度５及び２５体積％におけるＰ−Ｖ値は、ＭｏＯ３濃度０体積％におけるＰ−Ｖ値よりも高くなる。ＭｏＯ３濃度３０体積％以上においては、第１金属化合物（ＭｏＯ３）が相互に強固に結合し、Ｐ−Ｖ値が低下する。このため、ＭｏＯ３濃度５及び２５体積％におけるＰ−Ｖ値は、ＭｏＯ３濃度３０、４０及び５０体積％におけるＰ−Ｖ値よりも高くなる。
ＭｏＯ３濃度０、５及び４０体積％における発光領域の発光不良（例えば、ダークスポット又はシュリンク）を観察した。この結果は、以下のようにして得た。
まず、上述した方法と同様にして形成された第１電極１１０上に、赤色光を発するＥＭＬを含む有機層１２０を形成した。有機層１２０は、蒸着によって形成した。
次いで、有機層１２０上に第２電極１３０を形成した。第２電極１３０は、アルミニウムを蒸着させて形成した。
次いで、基板１００の第１面１０２上の有機ＥＬ素子１４０を封止した。
次いで、発光装置を約１１０℃の環境下に２０００時間置いた。その後、発光装置を室温下に置いて、発光装置の発光領域を光学顕微鏡によって発光領域のほぼ直上から観察し、発光領域の発光不良（例えば、ダークスポット又はシュリンク）を観察した。
ＭｏＯ３濃度５体積％における発光領域の発光不良は、ＭｏＯ３濃度０及び４０体積％のそれぞれにおける発光領域の発光不良よりも少なかった。この理由は、次のように推定される。ＭｏＯ３濃度０体積％においては、第１層２００は第１有機化合物のみによって形成されており、発光装置の耐熱性が低い。発光装置のこの低耐熱性に起因して、高温保存によって第１電極１１０が凝集する。ＭｏＯ３を混合することにより第１層２００の耐熱性が上がるため、ＭｏＯ３濃度５体積％における発光領域の発光不良は、ＭｏＯ３濃度０体積％における発光領域の発光不良よりも少なくなる。ＭｏＯ３濃度４０体積％においては、互いに結合した第１金属化合物によって、水分又は酸素が侵入し得る経路が形成される。このため、ＭｏＯ３濃度５体積％における発光領域の発光不良は、ＭｏＯ３濃度４０体積％における発光領域の発光不良よりも少なくなる。
上記検討より、第１層２００における第１金属化合物の濃度は、第１有機化合物及び第１金属化合物の合計体積に対して５体積％以上２５体積％以下であることが好ましいといえる。
（実施例１）
図３は、実施例１に係る発光装置を説明するための断面図である。実施例１に係る発光装置は、以下の点を除いて、実施形態に係る発光装置と同様である。図３は、説明のため、図１に示した構成のうち、基板１００、第１層２００及び第１電極１１０のみを示している。
図３は、実施例１に係る発光装置を説明するための断面図である。実施例１に係る発光装置は、以下の点を除いて、実施形態に係る発光装置と同様である。図３は、説明のため、図１に示した構成のうち、基板１００、第１層２００及び第１電極１１０のみを示している。
一断面（例えば、図３に示す断面）において、第１電極１１０は、端部１１２及び端部１１４を有している。第１電極１１０の端部１１２及び端部１１４は、それぞれ、第１層２００の端部２１２及び端部２１４よりも外側に位置している。この場合、第１層２００の基板１００からの露出部分を小さくすることができる。したがって、第１層２００を経由しての水分又は酸素の侵入を低減することができる。
図３に示す例においては、第１層２００の側面２００ａ及び側面２００ｂは、基板１００の第１面１０２に対して斜めに傾いている。他の例において、第１層２００の側面２００ａ及び側面２００ｂは、基板１００の第１面１０２に対して垂直になっていてもよい。
（実施例２）
図４は、実施例２に係る発光装置を説明するための断面図である。実施例２に係る発光装置は、以下の点を除いて、実施例１に係る発光装置と同様である。図４は、説明のため、図１に示した構成のうち、基板１００、第１層２００及び第１電極１１０のみを示している。
図４は、実施例２に係る発光装置を説明するための断面図である。実施例２に係る発光装置は、以下の点を除いて、実施例１に係る発光装置と同様である。図４は、説明のため、図１に示した構成のうち、基板１００、第１層２００及び第１電極１１０のみを示している。
一断面（例えば、図４に示す断面）において、第１層２００の側面２００ａ及び側面２００ｂは、基板１００から第１電極１１０に向けて離れるにつれて第１層２００の内側に向けて傾いている。第１電極１１０の端部１１２及び端部１１４は、それぞれ、第１層２００の側面２００ａ及び側面２００ｂ上に位置している。この場合、第１層２００の基板１００からの露出部分を小さくすることができる。さらに、第１電極１１０の下面全体を第１層２００に接触させることができ、第１電極１１０の剥離又は凝集を低減することができる。
第１層２００の側面２００ａ及び側面２００ｂの傾きは、例えば、エッチング（例えば、ウェットエッチング又はドライエッチング）によって形成可能である。その他の例として、第１層２００を形成する材料を基板１００上に蒸着させる際に基板１００を回転又は揺動させることで、第１層２００の側面２００ａ及び側面２００ｂの傾きを形成することができる。
以上、図面を参照して実施形態及び実施例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
１００ 基板
１０２ 第１面
１０４ 第２面
１１０ 第１電極
１１２ 端部
１１４ 端部
１２０ 有機層
１３０ 第２電極
１４０ 有機ＥＬ素子
２００ 第１層
２００ａ 側面
２００ｂ 側面
２１２ 端部
２１４ 端部
１０２ 第１面
１０４ 第２面
１１０ 第１電極
１１２ 端部
１１４ 端部
１２０ 有機層
１３０ 第２電極
１４０ 有機ＥＬ素子
２００ 第１層
２００ａ 側面
２００ｂ 側面
２１２ 端部
２１４ 端部
Claims (9)
- 基板と、
前記基板上に位置する第１層と、
前記第１層上に位置する第１電極と、
前記第１電極上に位置し、発光層を有する有機層と、
前記有機層上に位置する第２電極と、
を備え、
前記第１層は、第１有機化合物と、第１金属化合物と、を含み、
前記第１層における前記第１金属化合物の濃度は、前記第１有機化合物及び前記第１金属化合物の合計体積に対して５体積％以上２５体積％以下である、発光装置。 - 請求項１に記載の発光装置において、
一断面において、前記第１層は、前記基板から前記第１電極に向けて離れるにつれて前記第１層の内側に向けて傾く側面を有する、発光装置。 - 請求項２に記載の発光装置において、
前記一断面において、前記第１電極は、前記第１層の前記側面上に位置する端部を有する、発光装置。 - 請求項１又は２に記載の発光装置において、
一断面において、前記第１電極は、前記第１層の端部よりも外側に位置する端部を有する、発光装置。 - 請求項１から４までのいずれか一項に記載の発光装置において、
前記第１金属化合物は、金属酸化物である、発光装置。 - 請求項１から５までのいずれか一項に記載の発光装置において、
前記第１金属化合物は、モリブデン酸化物である、発光装置。 - 請求項１から６までのいずれか一項に記載の発光装置において、
前記第１有機化合物は、複素環式化合物である、発光装置。 - 請求項７に記載の発光装置において、
前記複素環式化合物は、ヘテロ原子として窒素原子を含む化学構造を有する化合物である、発光装置。 - 請求項１から８までのいずれか一項に記載の発光装置において、
前記第１電極は、銀原子を含む、発光装置。
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-
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