JP2023060678A - Organic electroluminescent element including metal grid transparent conductive electrode - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、本発明は、電気的ショートやリーク電流を抑制し、さらに輝度の向上を可能とするメタルグリッド透明電極を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an organic electroluminescence device using a metal grid transparent electrode that suppresses electrical shorts and leak currents, and enables improvement in brightness.
近年、有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、「有機EL素子」ともいう。)は、薄型テレビやスマートフォン、照明等に応用され始めている。有機EL素子は、対向する2つの電極の間に少なくとも有機発光層を含む有機機能層が配置された構成を備える。有機発光層で発光した光は電極を透過して外部に取り出されるため、電極のうち少なくとも一方は透明電極(Transparent Cunductive Electrode:以下、「TCE」ともいう。)とも呼ばれ、有機EL素子の必須の構成技術となっている。有機EL素子の更なる用途拡大に向けて大面積化、軽量化、フレキシブル化が要求されており、低抵抗でフレキシブルな透明電極が求められている。 In recent years, organic electroluminescence elements (hereinafter also referred to as “organic EL elements”) have begun to be applied to flat-panel televisions, smartphones, lighting, and the like. An organic EL element has a structure in which an organic functional layer including at least an organic light-emitting layer is arranged between two electrodes facing each other. Since light emitted from the organic light-emitting layer is transmitted through the electrodes and taken out to the outside, at least one of the electrodes is also called a transparent electrode (transparent ductive electrode: hereinafter also referred to as “TCE”), which is essential for the organic EL element. It is a configuration technology of In order to further expand the use of organic EL elements, there is a demand for large area, light weight, and flexible, low-resistance and flexible transparent electrodes.
従来、透明電極としては、透明基板上に真空蒸着法やスパッタリング法により形成される酸化インジウムスズ(Indium Tin Oxide:以下、「ITO」ともいう。)から成る膜を用いた透明電極が広く使用されてきた。 Conventionally, as a transparent electrode, a transparent electrode using a film made of indium tin oxide (hereinafter also referred to as "ITO") formed on a transparent substrate by a vacuum deposition method or a sputtering method has been widely used. It's here.
しかしながら、ITOはそれ自体が透明性の高い材料である一方で電気伝導度が低い。このため低抵抗化を実現するにはITOの厚膜化が必要であり、それに伴い透過率が低下するという問題がある。また厚膜化により曲げや撓み、屈曲等の変形によりクラックがより発生しやすくなる。このためITOを透明電極に用いた有機EL素子では、大面積化やフレキシブル化が困難であった。 However, while ITO itself is a highly transparent material, it has low electrical conductivity. Therefore, in order to realize low resistance, it is necessary to increase the thickness of the ITO film. In addition, the thicker film makes cracks more likely to occur due to deformation such as bending, deflection, and bending. For this reason, it has been difficult to increase the area and flexibility of an organic EL element using ITO as a transparent electrode.
そこでITOに代わる透明電極の研究開発が精力的に行われており、透明基材上に微細な金属細線から成る導電性パターンを備える透明電極(以下、「メタルグリッド透明電極」又は「Metal grid TCE」ともいう。)が注目されている。メタルグリッド透明電極は、金属細線が高い延性を示すため酸化物であるITOよりもフレキシブル性が高い。さらに金属細線の電気伝導度がITOよりも高いため、同じ透過率で比較した際にメタルグリッド透明電極はITOを用いた透明電極よりも低いシート抵抗が得られる。さらに、メタルグリッド透明電極は金属細線の線幅や膜厚、導電性パターンのギャップを調整することで透過率やシート抵抗などの特性を任意に変更できる利点を有する。加えて、金属細線自体は不透明であるものの、金属細線の線幅を3μm以下に調整することで人の目に対して不可視化でき、メタルグリッド透明電極の透明性を一層向上することができる。 Therefore, research and development of a transparent electrode to replace ITO has been vigorously carried out, and a transparent electrode (hereinafter referred to as "metal grid transparent electrode" or "metal grid TCE") having a conductive pattern composed of fine metal wires on a transparent substrate has been developed. ) is attracting attention. The metal grid transparent electrode has higher flexibility than ITO, which is an oxide, because the fine metal wires exhibit high ductility. Furthermore, since the electrical conductivity of the metal fine wires is higher than that of ITO, the metal grid transparent electrode can obtain a lower sheet resistance than the transparent electrode using ITO when compared at the same transmittance. Furthermore, the metal grid transparent electrode has the advantage that characteristics such as transmittance and sheet resistance can be arbitrarily changed by adjusting the line width and film thickness of the metal thin wires and the gap of the conductive pattern. In addition, although the fine metal wire itself is opaque, it can be made invisible to the human eye by adjusting the line width of the fine metal wire to 3 μm or less, and the transparency of the metal grid transparent electrode can be further improved.
従来、微細な金属細線から成るメタルグリッド透明電極は、真空蒸着法によって金属蒸着膜をフォトリソグラフィー技術によってパターニングする方法により製造されてきた。その結果、高いコストと低い生産性が問題であった。 Conventionally, a metal grid transparent electrode composed of fine metal thin wires has been manufactured by a method of patterning a metal deposited film by a vacuum deposition method using a photolithographic technique. As a result, high cost and low productivity were problems.
このような背景から近年、線幅が3μm以下さらにはサブミクロンといった極微細な金属細線を透明基材上に形成可能な高解像度印刷技術が開発されている。このような付加方式の高解像度印刷技術は、容易にロール・トゥ・ロール化できるため、工業的に高い生産性を実現でき、環境負荷も低減できる。 Against this background, in recent years, high-resolution printing techniques have been developed that are capable of forming extremely fine metal wires with a line width of 3 μm or less, or even submicrons, on transparent substrates. Such additive-type high-resolution printing technology can be easily rolled-to-roll, so that it can achieve industrially high productivity and reduce the environmental load.
しかし、有機EL素子にメタルグリッド透明電極を用いた場合には、通常の有機機能層は、無機半導体材料と比較してキャリア移動度が小さいことから100nm~200nmの薄膜であるため、有機機能層で凸状の金属細線を被覆することが困難となる。そのため、金属細線と対向する陰極との間で接触による電気的なショートや、両電極間の距離が短くなることによるリーク電流の増加が発生しやすくなる。 However, when a metal grid transparent electrode is used in an organic EL element, a normal organic functional layer is a thin film of 100 nm to 200 nm because carrier mobility is smaller than that of an inorganic semiconductor material. It becomes difficult to cover the convex metal fine wire. Therefore, an electrical short due to contact between the fine metal wire and the opposing cathode, and an increase in leak current due to a shortened distance between both electrodes are likely to occur.
この問題に対し、ITOやZnOをはじめとする透明導電性無機化合物を導電性パターン上に積層し、金属細線を被覆することで導電性パターンの凹凸を平滑化する構造が提案されている(例えば、特許文献1参照)。金属細線から成る導電性パターン上に透明導電性無機化合物を積層した構造では十分なフレキシブル性を期待できない。 In order to solve this problem, a structure has been proposed in which a transparent conductive inorganic compound such as ITO or ZnO is laminated on a conductive pattern and coated with a thin metal wire to smooth the unevenness of the conductive pattern (for example, , see Patent Document 1). Sufficient flexibility cannot be expected from a structure in which a transparent conductive inorganic compound is laminated on a conductive pattern made of fine metal wires.
また、同様にpoly(3,4-ethylenedioxythiophene): polystyrene sulfonate (以下、「PEDOT:PSS」ともいう。)をはじめとする導電性ポリマーを透明導電性またはホール注入層として導電性パターン上に積層し、金属細線を被覆することで導電性パターンの凹凸を平滑化する構造が提案されている(例えば、特許文献1、2、非特許文献1、2参照)。非特許文献1及び2には、真空蒸着法とフォトリソグラフィー技術によって製造された線幅3μm以下の凸状の銀又は銅の金属細線を備えるメタルグリッド透明電極を使用した有機EL素子が開示されている。これらの非特許文献においても、PEDOT:PSSから成るホール注入層によって導電性パターンの凹凸を平滑化し、リーク電流の小さい有機EL素子を実現している。一般的な導電性ポリマーから成る層は、例えば、PEDOT:PSSを水系溶媒に分散させた塗布液を調製し、この塗布液を導電性パターン上に印刷又は塗工し、乾燥することで形成される。PEDOT:PSSの水系塗布液は、導電性成分であるPEDOTを水系溶媒中で安定分散させるために含有しているPSSのスルホ基によって強酸性を示す。
Similarly, a conductive polymer such as poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonate (hereinafter also referred to as "PEDOT:PSS") is laminated on the conductive pattern as a transparent conductive or hole injection layer. , a structure has been proposed in which unevenness of a conductive pattern is smoothed by coating with a thin metal wire (see, for example,
また、特許文献1には、金属ナノ粒子を含有するインクを用いて印刷した金属細線と基材との間にTiO2やZnOなどの金属酸化物から成る金属密着層を設けることで金属細線と基材との密着性を向上し、PEDOT:PSSなどの透明導電層で金属細線を覆うまでの間の製造プロセスや使用時における金属細線の剥離が抑制されることが開示されている。
In addition, in
しかしながら、本発明者らの検討によると耐酸性の低い酸化銅などの一部の金属酸化物を含む金属細線において、PEDOT:PSSの強酸性水系塗布液を印刷又は塗工する際に、金属細線がダメージを受ける、金属細線が透明基材から剥離するといった問題が発生することが分かった。例えば、酸化銅の一形態である酸化第二銅がPSSなどの有機スルホン酸を含む水溶液に溶解する機構は次の反応式で説明できる。
そのため、耐酸性の低い金属酸化物を含む金属細線を備えるメタルグリッド透明電極を有機EL素子に実装することが困難であることがわかった。 Therefore, it has been found that it is difficult to mount a metal grid transparent electrode provided with metal thin wires containing a metal oxide with low acid resistance in an organic EL device.
また、印刷法で形成した金属細線は金属ナノ粒子から発するナノ構造体同士が接触及び/又は接合した形態であるため、この比抵抗が真空蒸着法を利用した金属単体から成る金属細線に対して、例えば10倍~20倍程度高くなる傾向にある。そのためシート抵抗の低抵抗化のためには、凸状の金属細線の膜厚(すなわち凸部の高さ)を従来よりも大きい範囲に調整する必要がある。これにより印刷法で形成したメタルグリッド透明電極を有機EL素子に組み込むことは、電気的なショートやリーク電流の増加という観点でさらに困難になる。 In addition, since the metal thin wire formed by the printing method has a form in which the nanostructures generated from the metal nanoparticles are in contact and / or joined together, this specific resistance is higher than that of the metal thin wire made of a single metal using the vacuum deposition method. , for example, tends to be about 10 to 20 times higher. Therefore, in order to reduce the sheet resistance, it is necessary to adjust the film thickness of the convex thin metal wire (that is, the height of the convex portion) to a larger range than before. As a result, it becomes more difficult to incorporate a metal grid transparent electrode formed by a printing method into an organic EL element from the viewpoint of an electrical short circuit and an increase in leakage current.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、耐酸性の低い金属酸化物等の酸化物を含み、さらに従来の平均的な膜厚よりも大きい膜厚を有する凸状の金属細線等の金属配線から成るメタルグリッド透明電極を実装した有機EL素子において上述した剥離等の問題の抑制を可能とする有機EL素子、並びにさらに輝度の向上を可能とする有機EL素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and includes a convex thin metal wire or the like containing an oxide such as a metal oxide having low acid resistance and having a thickness larger than the conventional average thickness. It is an object of the present invention to provide an organic EL element in which a metal grid transparent electrode made of metal wiring is mounted, which can suppress the above-mentioned problems such as peeling, and an organic EL element which can further improve the luminance. and
本発明者らは、上記問題点を解決するために鋭意検討した。その結果、有機機能層に低分子型有機材料から成るドープホール注入層とホール輸送層を有し、メタルグリッド透明電極の導電性パターン上にドープホール注入層を配置し、さらにドープホール注入層とホール輸送層を厚膜化して有機機能層の総膜厚を金属細線の膜厚よりも大きくすることで、上記課題を解決し得ることを見出して、本発明を完成するに至った。 The present inventors have made extensive studies to solve the above problems. As a result, the organic functional layer has a doped hole injection layer and a hole transport layer made of a low-molecular-weight organic material, the doped hole injection layer is arranged on the conductive pattern of the metal grid transparent electrode, and the doped hole injection layer is further provided. The inventors have found that the above problems can be solved by increasing the thickness of the hole transport layer so that the total thickness of the organic functional layers is larger than the thickness of the fine metal wires, and have completed the present invention.
すなわち、本発明は、以下のとおりである。
〔1〕メタルグリッド透明電極と、前記メタルグリッド透明電極に対向する陰極と、前記メタルグリッド透明電極と前記陰極との間に設けられた有機機能層とを備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記メタルグリッド透明電極は、透明基材と、前記透明基材上に設けられた金属配線を有する導電性パターンとを備え、前記金属配線は、金属と前記金属の酸化物とを備え、前記有機機能層は、前記導電性パターン上に設けられ、低分子有機材料からなるドープホール注入層と、前記ドープホール注入層上に設けられ、低分子有機材料からなるホール輸送層とを備え、更にtTCEを前記金属配線の厚さとし、torg-TCEを前記有機機能層の膜厚とするとき、tTCEは50nm以上250nm以下であり、( torg-TCE - tTCE )は50nm以上750nm以下である。
〔2〕前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、WTCEを前記金属配線の線幅とし、GTCEを同じ方向に延伸する隣接する前記金属配線間のギャップとするとき、WTCEは0.25μm以上5.0μm以下でよい。
GTCEは50μm以下でよい。
(GTCE / WTCE)は1.0以上でよい。
That is, the present invention is as follows.
[1] An organic electroluminescence device comprising a metal grid transparent electrode, a cathode facing the metal grid transparent electrode, and an organic functional layer provided between the metal grid transparent electrode and the cathode, The metal grid transparent electrode comprises a transparent substrate and a conductive pattern having metal wiring provided on the transparent substrate, the metal wiring comprising a metal and an oxide of the metal, the organic function a layer provided on the conductive pattern and comprising a doped hole-injection layer made of a small molecule organic material; a layer provided on the doped hole-injection layer and made of a small molecule organic material; is the thickness of the metal wiring, and t org-TCE is the thickness of the organic functional layer, t TCE is 50 nm or more and 250 nm or less, and ( t org-TCE - t TCE ) is 50 nm or more and 750 nm or less. .
[2] In the organic electroluminescence element, WTCE is 0.25 μm or more, where W TCE is the line width of the metal wiring and G TCE is the gap between the adjacent metal wirings extending in the same direction. It may be 0 μm or less.
G TCE may be 50 μm or less.
(G TCE /W TCE ) may be 1.0 or more.
〔3〕前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、ATCEを前記導電性パターンの開口率とするとき、(GTCE * ATCE)は0.6μm・%以上30μm・%以下でよい。
〔4〕前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記導電性パターンの開口率ATCEは35%以上100%未満でよい。
〔5〕前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、tHILを前記ドープホール注入層の膜厚とするとき、tHILは30nm以上200nm以下でよい。
〔6〕前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、tHTLを前記ホール輸送層の膜厚とするとき、tHTLは30nm以上200nm以下でよい。
〔7〕前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、σHILを前記ドープホール注入層の電気伝導度とするとき、σHILは5×10-5 S/cm以上でよい。
〔8〕前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記ドープホール注入層のシート抵抗は6.5×109Ω/sq.以下でよい。
〔9〕前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記ドープホール注入層の可視光透過率は80%以上100%以下でよい。
〔10〕前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記ドープポール注入層のドーパント密度Npは3vol%以上18vol%以下でよい。
〔11〕前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記メタルグリッド透明電極と前記ドープホール注入層との間に配設された透明導電性無機化合物層を更に備えてよい。
〔12〕前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記透明導電性無機化合物層は酸化インジウムスズを含んでよい。
〔13〕前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記メタルグリッド透明電極は、前記透明基材上に設けられ前記導電性パターンと電気的に接続された第2導電性パターンを有する集電部を備えてよい。
[3] In the organic electroluminescence element, where ATCE is the aperture ratio of the conductive pattern, (G TCE * ATCE ) may be 0.6 μm·% or more and 30 μm·% or less.
[4] In the organic electroluminescent device, the conductive pattern may have an aperture ratio ATCE of 35% or more and less than 100%.
[5] In the organic electroluminescence device, t HIL may be 30 nm or more and 200 nm or less, where t HIL is the film thickness of the doped hole injection layer.
[6] In the organic electroluminescence element, t HTL may be 30 nm or more and 200 nm or less, where t HTL is the film thickness of the hole transport layer.
[7] In the organic electroluminescence device, σ HIL may be 5×10 −5 S/cm or more, where σ HIL is the electrical conductivity of the doped hole injection layer.
[8] In the organic electroluminescence device, the sheet resistance of the doped hole injection layer is 6.5×10 9 Ω/sq. The following is fine.
[9] In the organic electroluminescence device, the doped hole injection layer may have a visible light transmittance of 80% or more and 100% or less.
[10] In the organic electroluminescence device, the dopant density N p of the doped pole injection layer may be 3 vol % or more and 18 vol % or less.
[11] The organic electroluminescence device may further include a transparent conductive inorganic compound layer disposed between the metal grid transparent electrode and the doped hole injection layer.
[12] In the organic electroluminescence device, the transparent conductive inorganic compound layer may contain indium tin oxide.
[13] In the organic electroluminescence element, the metal grid transparent electrode may include a current collector having a second conductive pattern provided on the transparent substrate and electrically connected to the conductive pattern. .
またSBusを単位面積当たりの前記第2導電性パターンの占有面積率とするとき、SBusは50%以上100%未満でよい。
〔14〕前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記金属は銅であってよい。
〔15〕前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記導電性パターンの前記金属配線の延伸方向に直交する該金属配線断面のSTEM-EDX分析において、前記透明基材側の金属配線界面から0.10tTCE~0.90tTCEまでの厚さ領域における前記金属に対する前記金属の酸化物に含まれる酸素原子の原子%比O/M0.10~0.90を0.01以上1.00以下としてよい。
〔16〕前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記導電性パターンはメッシュパターンを備えてもよい。
〔17〕前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記導電性パターンは、有版印刷工程によって、前記透明基材の表面に前記金属を含むインクを、前記導電性パターンを形成するように印刷し、焼成工程によって、印刷された前記インクを焼成して金属成分焼結膜を形成するように前記金属を融着することにより形成してもよい。
〔18〕前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記ドープホール注入層は、2以上の低分子有機材料によって設けられてもよい。
〔19〕前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記ドープホール注入層は、ドーパント密度Npが3vol%以上18vol%以下となるように低分子型ホスト材料と低分子型ドーパントとの共蒸着によって設けられてもよい。
〔20〕前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記有機機能層を構成する各層は、それぞれ、低分子型有機材料で形成されてもよい。
〔21〕前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記透明基材上に配設された第2透明導電性無機化合物層を備え、前記メタルグリッド透明電極は、前記第2透明導電性無機化合物層上に設けられてもよい。
Further, when S Bus is the occupied area ratio of the second conductive pattern per unit area, S Bus may be 50% or more and less than 100%.
[14] In the organic electroluminescence device, the metal may be copper.
[15] In the organic electroluminescence element, in STEM-EDX analysis of the metal wiring cross section perpendicular to the extending direction of the metal wiring of the conductive pattern, 0.10 t TCE from the metal wiring interface on the transparent substrate side. The atomic % ratio O/M 0.10 to 0.90 of the oxygen atoms contained in the oxide of the metal to the metal in the thickness region up to 0.90t TCE may be 0.01 or more and 1.00 or less.
[16] In the organic electroluminescence element, the conductive pattern may comprise a mesh pattern.
[17] In the organic electroluminescence element, the conductive pattern is formed by printing the ink containing the metal on the surface of the transparent substrate by a plate printing process so as to form the conductive pattern, followed by a baking process. may be formed by fusing the metal such that the printed ink is fired to form a metal component sintered film.
[18] In the organic electroluminescence device, the doped hole injection layer may be made of two or more low-molecular-weight organic materials.
[19] In the organic electroluminescence device, the doped hole injection layer is provided by co-evaporation of a low-molecular-weight host material and a low-molecular-weight dopant so that the dopant density N p is 3 vol % or more and 18 vol % or less. good too.
[20] In the organic electroluminescence element, each layer constituting the organic functional layer may be made of a low-molecular-weight organic material.
[21] The organic electroluminescence device comprises a second transparent conductive inorganic compound layer provided on the transparent substrate, and the metal grid transparent electrode is provided on the second transparent conductive inorganic compound layer. may be
なお前記有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記金属配線は、前記透明基材の表面に接触して前記透明基材の表面から突出する凸状に設けられ、前記導電性パターン上に設けられる前記ホール注入層又は前記透明導電性無機化合物層は、少なくとも前記金属配線の上面及び前記透明基材の表面に接触して設けられてもよい。 In the organic electroluminescence element, the metal wiring is provided in a convex shape protruding from the surface of the transparent substrate in contact with the surface of the transparent substrate, and the hole injection layer provided on the conductive pattern. Alternatively, the transparent conductive inorganic compound layer may be provided in contact with at least the upper surface of the metal wiring and the surface of the transparent substrate.
本発明によれば、耐酸性の低い金属酸化物等の酸化物を含み、さらに従来の平均的な膜厚よりも大きい膜厚を有する凸状の金属細線等の金属配線から成るメタルグリッド透明電極を実装した有機EL素子において上述した剥離等の問題の抑制を可能とする有機EL素子、並びにさらに輝度を向上した有機EL素子を提供することができる。 According to the present invention, the metal grid transparent electrode is composed of metal wiring such as convex thin metal wires containing an oxide such as a metal oxide having low acid resistance and having a film thickness larger than the conventional average film thickness. It is possible to provide an organic EL element capable of suppressing the above-described problems such as peeling in the organic EL element mounted with the above, and an organic EL element with further improved luminance.
以下、本発明の実施の形態(以下、「本実施形態」という。)について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。本実施形態の各数値範囲における上限値及び下限値は任意に組み合わせて任意の数値範囲を構成することができる。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右などの位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
[有機EL素子]
Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as "the present embodiment") will be described in detail, but the present invention is not limited to this, and various modifications are possible without departing from the scope of the invention. is. The upper limit and lower limit of each numerical range in this embodiment can be combined arbitrarily to form any numerical range. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted. In addition, unless otherwise specified, positional relationships such as up, down, left, and right are based on the positional relationships shown in the drawings. Furthermore, the dimensional ratios of the drawings are not limited to the illustrated ratios.
[Organic EL element]
本実施形態の有機EL素子10は、メタルグリッド透明電極20と、メタルグリッド透明電極20に対向する陰極60と、メタルグリッド透明電極20と陰極60との間に設けられた有機機能層40とを備える。メタルグリッド透明電極20は、透明基材22と、透明基材22上に設けられた金属細線24(「金属配線」の一例)から構成される導電性パターン24Pから成る電極部とを有し、金属細線24は導電性を担う金属成分Mと金属成分Mの酸化物とを含む。有機機能層40は低分子型有機材料から成るドープホール注入層42とホール輸送層44を有し、ドープホール注入層42は導電性パターン24P上に配置される。金属細線24の膜厚tTCE(図2)が50nm以上250nm以下であり、金属細線24上の有機機能層40の膜厚をtorg-TCE(図2)としたとき、(torg-TCE-tTCE)、すなわち、有機機能層40の膜厚と金属細線24の膜厚の差が50nm以上750nm以下であることを特徴とする。
The
なお、本明細書における「透明基材22上に設けられた金属細線24」とは、透明基材22の表面に接触して透明基材22上に設けられた金属細線24からなる構成のみならず、透明基材22と金属細線24との間に設けられた他の層を介して、透明基材22の表面に接触することなく透明基材22上に設けられた金属細線24からなる構成を含む。例えば透明基材22と金属細線24との間に透明導電性無機化合物層を設けてもよい。同様に、ある物の上に他の物が設けられるとき、ある物と他の物とは、接触していない場合を含む。
It should be noted that the “metal
本実施形態の有機EL素子10は、メタルグリッド透明電極20の導電性パターン上に低分子型有機材料から成るドープホール注入層42とホール輸送層44を順に積層する。ドープホール注入層42とホール輸送層44に使用される低分子型有機材料は蒸着法により成膜することが可能である。そのため、例えば金属成分Mとして銅を選択し、銅と酸化銅を含む金属細線24を備えるメタルグリッド透明電極20を用いた場合においても、有機EL素子10の製造プロセス中に、金属細線24が酸性水溶液等に晒されることがなく、金属細線24へのダメージや透明基材22から金属細線24が剥離するといった問題を抑制することが可能となる。なお、本明細書における「低分子型有機材料」とは、有機EL素子10に係る本発明の属する技術分野において低分子型有機EL素子10と高分子型有機EL素子10とに大別されるもののうち、低分子型有機EL素子10に使用される有機材料のことを示す。また、低分子型有機材料は、「国際純正応用化学連合(IUPAC)高分子命名法委員会」が定義する高分子、ポリマー分子とは区別され、これに該当しない有機材料である。
The
さらに本実施形態の有機EL素子10は、ドープホール注入層42とホール輸送層44を従来の低分子型有機EL素子10に使用される膜厚よりも大きくすることで、有機機能層40の総膜厚を金属細線24の膜厚よりも大きく調整することを特徴とする。これによって金属細線24と対向する陰極60との間の距離を大きくして、電気的なショートがなく、リーク電流の小さい有機EL素子10を得ることができる。
Further, in the
本実施形態の金属細線24は透明基材22に対して凸状の構造となっている。本明細書における金属細線24の膜厚tTCE(図2)は、金属細線24の延伸方向に直交する断面における金属細線24の厚さ方向(透明基材22表面の法線方向)の長さに相当し、具体的には、透明基材22側の金属細線24界面から金属細線24表面までの厚さ(凸の高さ)をいう。金属細線24が透明基材22の表面に接触して透明基材22の表面上に設けられる場合、金属細線24の膜厚は、金属細線24の延伸方向に直交する断面において、透明基材22の表面と金属細線24の上端部表面との距離に相当する。金属細線24が透明基材22の表面に接触して設けられる透明導電性無機化合物層の表面に接触して透明導電性無機化合物層の表面上に設けられる場合、金属細線24の膜厚は、金属細線24の延伸方向に直交する断面において、透明導電性無機化合物層の表面と金属細線24の上端部表面との距離に相当する。
The
本実施形態において、tTCEは50nm以上250nm以下である。tTCEは、好ましくは60nm以上200nm以下、より好ましくは65nm以上180nm以下、さらにより好ましくは70nm以上165nm以下である。 In this embodiment, t TCE is 50 nm or more and 250 nm or less. tTCE is preferably 60 nm or more and 200 nm or less, more preferably 65 nm or more and 180 nm or less, and even more preferably 70 nm or more and 165 nm or less.
tTCEが50nm以上であることにより、メタルグリッド透明電極20を低抵抗化でき、有機EL素子10を大面積化できる傾向にある。また、金属細線24表面の酸化や腐食等による電気抵抗の増加を十分に抑制できる傾向にある。
When t TCE is 50 nm or more, the resistance of the metal grid
他方、tTCEが250nm以下であることにより、有機機能層40の厚膜化に伴う有機EL素子10の輝度やパワー効率の低下を引き起こさない有機機能層40の膜厚の調整範囲で、凸状の金属細線24を十分に被覆することができる。また、広い視野角において高い透明性が発現される傾向にある。
On the other hand, since t TCE is 250 nm or less, the thickness of the organic
tTCEは、メタルグリッド透明電極20又は有機EL素子10の断面を電子顕微鏡(SEM、TEM、STEM)、又は、メタルグリッド透明電極20の平面を共焦点レーザー顕微鏡等で観察することで測定できる。またtTCEは触針式薄膜段差計によるメタルグリッド透明電極20の膜厚プロファイル測定によっても確認できる。
t TCE can be measured by observing the cross section of the metal grid
本実施形態において、金属細線24上の有機機能層40の膜厚をtorg-TCEとしたとき、(torg-TCE-tTCE)、すなわち、有機機能層40の膜厚と金属細線24の膜厚の差は50nm以上750nm以下である。(torg-TCE-tTCE)は、好ましくは60nm以上500nm以下、より好ましくは70nm以上400nm以下、さらにより好ましくは80nm以上300nm以下である。
In this embodiment, when the thickness of the organic
(torg-TCE-tTCE)が50nm以上であることにより、有機機能層40で凸状の金属細線24を十分に被覆でき、さらに対向する陰極60との距離を十分に確保できるため、電気的なショートを抑制しリーク電流を十分に小さくできる。
When (t org-TCE −t TCE ) is 50 nm or more, the organic
他方、(torg-TCE-tTCE)が750nm以下であることにより、金属細線24の膜厚に対して有機機能層40の膜厚が過度に厚くすることなく、有機機能層40の厚膜化に伴う有機EL素子10の輝度やパワー効率の低下を抑えることができる。有機機能層40の厚膜化によって有機EL素子10の輝度やパワー効率の低下が発生する理由には次の2つが挙げられる。1つ目が、有機機能層40内の電流密度は空間電荷制限電流(SCLC:space charge limited current)の式に従い、印可電圧が一定の場合、有機機能層40の膜厚の3乗などのべき乗に反比例して減少することである。そして2つ目が、有機機能層40の厚膜化により有機機能層40を構成する各層の可視光透過率が低下し、外部へ光を取り出し難くなることである。そのため有機機能層40の膜厚を適切な範囲に調整することが好ましい。
On the other hand, since (t org-TCE −t TCE ) is 750 nm or less, the thickness of the organic
torg-TCEは、(torg-TCE-tTCE)を上述の範囲に調整できれば特に制限はないが、好ましくは100nm以上1000nm以下、より好ましくは120nm以上700nm以下、さらに好ましくは135nm以上550nm以下、特に好ましくは150nm以上500nm以下である。torg-TCEが100nm以上であることにより、低抵抗なメタルグリッド透明電極20を使った場合でも、有機機能層40で凸状の金属細線24を十分に被覆でき、さらに対向する陰極60との距離を十分に確保できるため、電気的なショートを抑制しリーク電流を十分に小さくできる傾向にある
t org-TCE is not particularly limited as long as (t org-TCE −t TCE ) can be adjusted within the above range, but is preferably 100 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 120 nm or more and 700 nm or less, and still more preferably 135 nm or more and 550 nm or less. , particularly preferably 150 nm or more and 500 nm or less. With a t org-TCE of 100 nm or more, even when a low-resistance metal grid
他方、torg-TCEが1000nm以下であることにより、有機機能層40の厚膜化に伴う有機EL素子10の輝度やパワー効率の低下を抑えることができる。
On the other hand, since the t org-TCE is 1000 nm or less, it is possible to suppress deterioration in luminance and power efficiency of the
torg-TCEは、有機機能層40を構成する各層の合計値から求めることができる。例えば、有機機能層40の各層を蒸着法で成膜する際に、蒸着レート(例えば、Å/sec:単位時間当たりの蒸着膜厚)と蒸着時間(sec)から求まる各層の膜厚の合計から求めることができる。また、有機EL素子10の断面の電子顕微鏡(SEM、TEM、STEM)観察から確認することができる。例えば、図10に示す有機EL素子10の断面SEM画像について、金属細線24と陰極60に該当する画像輝度が高い(明るい)箇所の間にある有機機能層40に該当する画像輝度が低い(暗い)箇所の膜厚を測定することでtorg-TCEを確認できる。また、有機EL素子10の断面の電子顕微鏡像の観察視野に対してEDX(エネルギー分散型X線分析)をおこない炭素原子CのK殻のEDX強度のマッピングを行い、金属細線24と陰極60との間の炭素原子CのEDX強度の大きい領域を有機機能層40として膜厚を測定することができる。なお図10に示されるように本実施形態に示される製造方法によれば、金属細線24上に設けられた有機機能層40は、透明基材22表面から第1高さを有し、隣接する金属細線24間の領域に透明基材22上に設けられた有機機能層40は、透明基材22表面から第1高さより低い第2高さを有する。
t org-TCE can be obtained from the total value of each layer constituting the organic
また、特許文献1及び2の実施例には、銀ナノ粒子を用いて印刷法で形成した線幅5.8μm~50μmの金属細線24に銀などを電解メッキした金属導電層上に、インクジェットによる湿式製膜法によってPSDOT:PSSから成る透明導電層を形成したメタルグリッド透明電極20が開示されている。これに対し本発明者らは、金属成分Mと金属成分Mの酸化物を含む金属細線24の線幅を、5μm以下、さらには不可視化のために3μm以下という微細な領域に調整している。このような微細な金属細線24に対してPEDOT:PSSから成る層を湿式製膜しようとすると、PEDOT:PSSの酸性水系塗布液による透明基材22界面付近の金属細線24の金属酸化物成分のアンダーエッチングが起こりやすくなり、透明基材22から金属細線24が剥離するという問題が顕在化したと推定する。
In addition, in the examples of
本実施形態の有機EL素子10は、陽極にメタルグリッド透明電極20を用いる。有機機能層40は、陽極と陰極60との間に設けられた、少なくともドープホール注入層42とホール輸送層44とを有する有機材料を主成分とする多層体である。有機機能層40や陰極60等については有機EL素子10に一般的に使われている従来公知の材料及び構成等を適用することができる。
The
有機EL素子10の素子構成として、例えば、次の各種の構成を挙げることができる。
(A)陽極/ドープホール注入層42/ホール輸送層44/有機発光層46/陰極60
(B)陽極/ドープホール注入層42/ホール輸送層44/有機発光層46/電子輸送層48/陰極60
(C)陽極/ドープホール注入層42/ホール輸送層44/有機発光層46/電子注入層50/陰極60
(D)陽極/ドープホール注入層42/ホール輸送層44/有機発光層46/電子輸送層48/電子注入層50/陰極60
Examples of the element configuration of the
(A) Anode/doped
(B) Anode/doped
(C) Anode/doped
(D) Anode/doped
なお、上記の(A)~(D)中に示す記号「/」は、記号「/」を挟む各層が隣接して積層されていることを示す。これは、以降の説明に関しても同様である。また、有機EL素子10は、2層以上の有機発光層46を有する構成としてもよい。
The symbol "/" shown in (A) to (D) above indicates that the layers sandwiching the symbol "/" are laminated adjacent to each other. This also applies to the subsequent description. Also, the
有機機能層40の膜厚であるtorg-TCEは、上記構成(A)の場合、ドープホール注入層42の膜厚と、ホール輸送層44の膜厚と、有機発光層46の膜厚の和に相当する。
t org-TCE , which is the thickness of the organic
上記構成(B)の場合、torg-TCEは、ドープホール注入層42の膜厚と、ホール輸送層44の膜厚と、有機発光層46の膜厚と、電子輸送層48の膜厚の和に相当する。
In the case of the above configuration (B), t org-TCE is the thickness of the doped
上記構成(C)の場合、torg-TCEは、ドープホール注入層42の膜厚と、ホール輸送層44の膜厚と、有機発光層46の膜厚の和に相当する。なお後述するように、電子注入層50は、通常、アルカリ金属等から構成されるため、その場合、有機機能層40に含まれない。
In the case of configuration (C) above, t org-TCE corresponds to the sum of the thickness of the doped
上記構成(D)の場合、torg-TCEは、ドープホール注入層42の膜厚と、ホール輸送層44の膜厚と、有機発光層46の膜厚と、電子輸送層48の膜厚の和に相当する。なお後述するように、電子注入層50は、通常、アルカリ金属等から構成されるため、その場合、有機機能層40に含まれない。
In the case of the above configuration (D), t org-TCE is the thickness of the doped
また、後述するように有機EL素子10は、透明導電性無機化合物層を備えてもよい。その場合、透明導電性無機化合物層は、有機機能層40に含まれないので、torg-TCEは、透明導電性無機化合物層の膜厚を含まない。
[メタルグリッド透明電極20]
Further, the
[Metal grid transparent electrode 20]
本実施形態のメタルグリッド透明電極20は、透明基材22と、透明基材22上に設けられた金属細線24から構成される導電性パターン24Pからなる電極部を有する。
〔透明基材22〕
The metal grid
[Transparent substrate 22]
本実施形態では透明基材22を用いる。ここで、「透明」とは、可視光透過率が、好ましくは80%以上であることをいい、より好ましくは90%以上であることをいい、さらに好ましくは95%以上であることをいう。ここで、可視光透過率は、JIS K 7361-1:1997に準拠して測定することができる。
A
透明基材22は、1種の材料からなるものであっても、2種以上の材料が積層されたものであってもよい。また、透明基材22が、2種以上の材料が積層された多層体である場合、透明基材22は、後述のコア層に挙げられる透明有機基材又は透明無機基材同士が積層されたものであっても、透明有機基材又は透明無機基材が組み合わされて積層されたものであってもよい。また、透明基材22は、単層または多層体のコア層の上に、バリア層や中間層等を適宜設けることができる。このような透明基材22の形態としては、コア層、コア層/バリア層、コア層/バリア層/中間層、コア層/中間層/バリア層等が挙げられる。バリア層と中間層を1つの層で兼ね備えることも可能である。
(コア層)
The
(core layer)
コア層を構成する材料は、特に制限されないが、基材の機械的強度の向上に寄与するものが好ましい。そのようなコア層の材料としては、特に限定されないが、例えば、石英ガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、鉛ガラス等の透明無機基材;アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ナイロン、芳香族ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド等の透明有機基材が挙げられる。このなかでも、ポリエチレンテレフタレートを用いることにより、メタルグリッド透明電極20を製造するための生産性(コスト削減効果)がより優れる。また、ポリイミドを用いることにより、メタルグリッド透明電極20の耐熱性がより優れる。ポリイミドを用いる場合は、可視光の光透過性が優れる、いわゆる透明ポリイミドを用いることとより好ましい。さらに、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、又は石英ガラス無アルカリガラス、を用いることにより、透明基材22と金属細線24との密着性がより向上する傾向にある。
Materials constituting the core layer are not particularly limited, but those that contribute to the improvement of the mechanical strength of the substrate are preferable. Materials for such a core layer are not particularly limited, but examples include transparent inorganic substrates such as quartz glass, alkali-free glass, borosilicate glass, soda-lime glass, and lead glass; acrylic acid esters, methacrylic acid esters, polyethylene. Transparent materials such as terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polycarbonate, polyarylate, polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, polystyrene, nylon, aromatic polyamide, polyetheretherketone, polysulfone, polyethersulfone, polyimide, and polyetherimide An organic base material is mentioned. Among these, the use of polyethylene terephthalate is more excellent in productivity (cost reduction effect) for manufacturing the metal grid
コア層の厚さは、好ましくは5μm以上2mm以下であり、より好ましくは10μm以上1.5mm以下である。
(中間層)
The thickness of the core layer is preferably 5 μm or more and 2 mm or less, more preferably 10 μm or more and 1.5 mm or less.
(middle layer)
中間層は透明基材22と金属細線24との密着性、またはコア層とバリア層との密着性の向上に寄与しうる。また、後述するメタルグリッド透明電極20の製造プロセスにおいて、プラズマ等の焼成手段でインク中の金属成分を焼結させて形成する際に、プラズマ等によって金属細線24で被覆されていない箇所のコア層やバリア層のエッチングを防ぐことができる。
The intermediate layer can contribute to improving the adhesion between the
中間層に含まれる成分としては、特に限定されないが、例えば、ケイ素化合物(例えば、(ポリ)シラン類、(ポリ)シラザン類、(ポリ)シルチアン類、(ポリ)シロキサン類、ケイ素、炭化ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素、塩化ケイ素、ケイ素酸塩、ゼオライト、シリサイド等)、アルミニウム化合物(例えば、酸化アルミニウム等)、マグネシウム化合物(例えばフッ化マグネシウム)等が挙げられる。この中でも、ケイ素化合物が好ましく、シロキサン類がより好ましい。ケイ素化合物としては、特に制限されないが、例えば、多官能性オルガノシランの縮合物、多官能性オルガノシラン又はそのオリゴマーとポリ酢酸ビニルとを加水分解反応させて得られた重縮合物などが挙げられる。多官能性オルガノシランとしては、特に制限されないが、例えば、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシランなどの2官能性オルガノシラン;メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシランなどの3官能性オルガノシラン;テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランなどの4官能性オルガノシランなどが挙げられる。 Components contained in the intermediate layer are not particularly limited. silicon oxide, silicon nitride, silicon chloride, silicate, zeolite, silicide, etc.), aluminum compounds (eg, aluminum oxide, etc.), magnesium compounds (eg, magnesium fluoride), and the like. Among these, silicon compounds are preferred, and siloxanes are more preferred. Examples of the silicon compound include, but are not limited to, condensates of polyfunctional organosilanes, polycondensates obtained by hydrolytically reacting polyfunctional organosilanes or oligomers thereof with polyvinyl acetate, and the like. . Examples of polyfunctional organosilanes include, but are not limited to, bifunctional organosilanes such as dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane; trifunctional organosilanes such as trimethoxysilane, methyltriethoxysilane and phenyltrimethoxysilane; and tetrafunctional organosilanes such as tetramethoxysilane and tetraethoxysilane.
中間層は、上記中間層に含まれる成分を含む組成物をコア層またはバリア層に塗布、乾燥する方法により製膜することができる。また、中間層は、PVD、CVDなどの気相成膜法によって成膜してもよい。中間層を形成するための組成物は、必要に応じて、分散剤、界面活性剤、結着剤等を含有してもよい。 The intermediate layer can be formed by applying a composition containing the components contained in the intermediate layer to the core layer or the barrier layer, followed by drying. Also, the intermediate layer may be formed by a vapor deposition method such as PVD or CVD. The composition for forming the intermediate layer may contain dispersants, surfactants, binders and the like, if necessary.
中間層の膜厚は、好ましくは0.01μm以上100μm以下であり、より好ましくは0.01μm以上10μm以下であり、さらに好ましくは0.01μm以上1μm以下である。中間層の膜厚が上記範囲内であることにより、上記密着性がより向上するほか、メタルグリッド透明電極20の透明性及び耐久性がより向上する傾向にある。
(バリア層)
The thickness of the intermediate layer is preferably 0.01 μm or more and 100 μm or less, more preferably 0.01 μm or more and 10 μm or less, and still more preferably 0.01 μm or more and 1 μm or less. When the film thickness of the intermediate layer is within the above range, the adhesion is further improved, and the transparency and durability of the metal grid
(barrier layer)
バリア層は水分や酸素に対して高い遮蔽性能を有する層であり、有機EL素子10内部への水分や酸素の侵入による有機EL素子10の特性低下を抑制に寄与する。バリア層のガスバリアー性としては、JIS K 7129-1992に準拠した方法で測定される水蒸気透過度(25±0.5℃、相対湿度(90±2)%)が、1×10-7g/(m2・24hr)~1×10-3g/(m2・24hr)の範囲であることが好ましく、1×10-7g/(m2・24hr)~1×10-4g/(m2・24hr)の範囲であることがより好ましく、1×10-7g/(m2・24hr)~1×10-6g/(m2・24hr)の範囲であることがさらに好ましい。水蒸気透過度が、この範囲であると、長時間使用下、有機EL素子に発生する非発光部であるダークスポットの発生を抑制でき、長時間使用下での有機EL素子の特性低下を抑制できる。更には、JIS K 7126-1987に準拠した方法で測定された酸素透過度が、1×10-6mL/m2・24h・atm~1×10-2mL/m2・24h・atmであることが好ましく、1×10-6mL/m2・24h・atm~1×10-3mL/m2・24h・atmであることがより好ましく、1×10-6mL/m2・24h・atm~1×10-4mL/m2・24h・atmであることがさらに好ましい。
The barrier layer is a layer having a high shielding performance against moisture and oxygen, and contributes to suppressing deterioration of the characteristics of the
バリア層は、有機EL素子10に一般的に使われている従来公知の組成、構造及びその形成方を適用することができる。バリア層は1層でもよく、また2層以上の積層構造であってもよい。積層構造である場合には、後述する無機化合物層、有機化合物層又は無機高分子層同士が積層されたものであっても、無機化合物層、有機化合物層又は無機高分子層が組み合わされて積層されたものであってもよい。この中でもバリア層の脆弱性を改良するために、無機化合物層と有機化合物層とを交互に複数回積層させた構造が好ましい。
For the barrier layer, a conventionally known composition, structure, and formation method that are generally used in the
バリア層の無機化合物層は、特に限定されないが、例えば、酸化ケイ素(SiOX(0<X≦2))、窒化ケイ素(SiNX(0<X≦4/3))、酸化窒化ケイ素(SiOXNY)、酸化アルミニウム(AlOX(0<X≦3/2))、窒化アルミニウム(AlN)などを用いることができる。無機化合物層の成膜方法としては、PVD(Physical Vapor Deposition)、CVD(Chemical Vapor Deposition)などの気相成膜法が挙げられる。ピンホールの少ない緻密でガスバリアー性の高い無機化合物層を成膜する目的から、無機化合物層はスパッタリング法やPECVD、ALD(Atomic Layer Deposition)で成膜することが好ましい。無機化合物層の膜厚は、好ましくは30nm以上1000nm以下、より好ましくは50nm以上500nm以下、さらに好ましくは100nm以上200nm以下である。無機化合物層の膜厚が30nm以上であることによりガスバリアー性に優れる。無機化合物層の膜厚が1000nm以下であることにより可視光の透過性に優れる。また屈曲によるクラックの発生を抑制し、さらに成膜時の内部応力の増大をとどめて欠陥の生成を防止することができる。 The inorganic compound layer of the barrier layer is not particularly limited . X N Y ), aluminum oxide (AlO x (0<X≤3/2) ), aluminum nitride (AlN), and the like can be used. As a method for forming the inorganic compound layer, there are vapor phase film forming methods such as PVD (Physical Vapor Deposition) and CVD (Chemical Vapor Deposition). For the purpose of forming a dense inorganic compound layer with few pinholes and high gas barrier properties, the inorganic compound layer is preferably formed by a sputtering method, PECVD, or ALD (Atomic Layer Deposition). The film thickness of the inorganic compound layer is preferably 30 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 50 nm or more and 500 nm or less, and still more preferably 100 nm or more and 200 nm or less. When the film thickness of the inorganic compound layer is 30 nm or more, gas barrier properties are excellent. When the film thickness of the inorganic compound layer is 1000 nm or less, the visible light transmittance is excellent. In addition, it is possible to suppress the generation of cracks due to bending, and to prevent the generation of defects by suppressing the increase of internal stress during film formation.
バリア層の有機化合物層は、特に限定されないが、例えば、フェノール樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、熱硬化性ポリイミド、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂や、ウレタンアクリレート、アクリル樹脂アクリレート、エポキシアクリレート、シリコーンアクリレート、UV硬化型エポキシ樹脂などのUV硬化性樹脂、市販のコーティング剤などを用いることができる。また、有機化合物層は、吸湿性化合物となる粒子を層内に分散させた構造をとることもできる。吸湿性化合物は、例えば金属酸化物(例えば、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等)、硫酸塩(例えば、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸コバルト等)、金属ハロゲン化物(例えば、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、フッ化セシウム、フッ化タンタル、臭化セリウム、臭化マグネシウム、沃化バリウム、沃化マグネシウム等)、過塩素酸類(例えば過塩素酸バリウム、過塩素酸マグネシウム等)等が挙げられ、硫酸塩、金属ハロゲン化物及び過塩素酸類においては無水塩が好適に用いられる。有機化合物層は、例えば、上述した樹脂の塗布液を塗布し、乾燥した後、熱又は紫外線を照射し硬化して形成することができる。有機化合物層に吸湿材を含む際は、吸湿材を分散させた塗布液を用いて有機化合物層を形成することができる。有機化合物層の膜厚は、好ましくは0.5μm以上100μm以下、より好ましくは5μm以上50μm以下、さらに好ましくは10μm以上30μm以下である。有機化合物層の膜厚が0.5μm以上であることによりガスバリアー性に優れる。有機化合物層の膜厚が100μm以下であることにより可視光の透過性に優れる。 The organic compound layer of the barrier layer is not particularly limited. Thermosetting resins such as resins, UV curable resins such as urethane acrylate, acrylic resin acrylate, epoxy acrylate, silicone acrylate, and UV curable epoxy resins, commercially available coating agents, and the like can be used. Further, the organic compound layer can also have a structure in which particles serving as a hygroscopic compound are dispersed in the layer. Hygroscopic compounds include, for example, metal oxides (such as sodium oxide, potassium oxide, calcium oxide, barium oxide, magnesium oxide, aluminum oxide, etc.), sulfates (such as sodium sulfate, calcium sulfate, magnesium sulfate, cobalt sulfate, etc.). , metal halides (e.g. calcium chloride, magnesium chloride, cesium fluoride, tantalum fluoride, cerium bromide, magnesium bromide, barium iodide, magnesium iodide, etc.), perchlorates (e.g. barium perchlorate, perchlorate Magnesium chlorate, etc.), etc., and anhydrous salts are preferably used for sulfates, metal halides and perchlorates. The organic compound layer can be formed, for example, by applying the coating liquid of the resin described above, drying it, and curing it by irradiating heat or ultraviolet rays. When the organic compound layer contains a hygroscopic material, the organic compound layer can be formed using a coating liquid in which the hygroscopic material is dispersed. The film thickness of the organic compound layer is preferably 0.5 μm or more and 100 μm or less, more preferably 5 μm or more and 50 μm or less, and still more preferably 10 μm or more and 30 μm or less. When the film thickness of the organic compound layer is 0.5 μm or more, gas barrier properties are excellent. When the film thickness of the organic compound layer is 100 μm or less, the visible light transmittance is excellent.
バリア層の無機高分子層は、特に限定されないが、例えば、ポリシラン類、ポリシラザン類、ポリシルチアン類、ポリシロキサン類、ポリシロキサザン類などのケイ素含有ポリマーを用いることができる。この中でも、Si-O結合を有するポリシロキサン類、Si-N結合を有するポリシラザン類、Si-O結合とSi-N結合の両方を含むポリシロキサザン類を用いることが好ましい。無機高分子層は、例えば、ポリシラザン化合物を含有する塗布液を塗布し、乾燥した後、酸素及び水蒸気を含む窒素雰囲気下で紫外線照射により酸化処理して形成することができる。無機高分子層の膜厚は、好ましくは10nm以上10μm以下、より好ましくは30nm以上8μm以下、さらに好ましくは50nm以上5μm以下である。有機化合物層の膜厚が10nm以上であることによりガスバリアー性に優れる。有機化合物層の膜厚が10μm以下であることにより可視光の透過性に優れる。 The inorganic polymer layer of the barrier layer is not particularly limited, but silicon-containing polymers such as polysilanes, polysilazanes, polysilthianes, polysiloxanes, and polysiloxazanes can be used. Among these, it is preferable to use polysiloxanes having Si--O bonds, polysilazanes having Si--N bonds, and polysiloxazanes containing both Si--O bonds and Si--N bonds. The inorganic polymer layer can be formed, for example, by applying a coating liquid containing a polysilazane compound, drying it, and then oxidizing it by irradiating ultraviolet rays in a nitrogen atmosphere containing oxygen and water vapor. The film thickness of the inorganic polymer layer is preferably 10 nm or more and 10 μm or less, more preferably 30 nm or more and 8 μm or less, and still more preferably 50 nm or more and 5 μm or less. When the film thickness of the organic compound layer is 10 nm or more, gas barrier properties are excellent. When the film thickness of the organic compound layer is 10 μm or less, the visible light transmittance is excellent.
バリア層として、非特許文献3で開示される薄膜封止層70(TFE:Thin Film Encapsulation)と同じ材料と構成を適応することが特に好ましい。
〔電極部〕
It is particularly preferable to apply the same material and configuration as the thin film encapsulation layer 70 (TFE: Thin Film Encapsulation) disclosed in
[Electrode part]
電極部は、透明基材22上に配された金属細線24から構成される導電性パターン24Pを備える。また、金属細線24は金属成分Mと前記金属成分Mの酸化物とを含む。
The electrode portion has a
金属成分Mは金属細線24の導電性を担う。金属成分Mによる導電性の発現機構は、特に制限されないが、金属の自由電子モデルと同様の機構と推測している。金属成分Mは、特に制限されないが、例えば、金、銀、銅、及びアルミニウムが挙げられる。このなかでも、比較的安価で導電性の高い銅であることがより好ましい。このような金属成分Mを用いることにより、メタルグリッド透明電極20の導電性が一層優れる傾向にある。なお、「メタルグリッド」の電極は、異なる方向に延伸する金属配線がそれぞれ複数設けられることにより、金属配線が交差する点を頂点とし金属配線で囲まれる領域が複数設けられた電極を含む。ここで各金属配線は、直線的に延伸しても、曲線的に延伸してもよい。金属配線で囲まれる領域は開口と呼ばれ、開口が設けられている部分は開口部と呼ばれる場合がある。後述するように複数の金属配線は、周期的に所定のピッチで配列されてもよいが、規則的に配列されておらず全て又は一部の領域においてランダムに配置されていてもよい。
The metal component M is responsible for the electrical conductivity of the
特許文献3で開示されるように、金属細線24に金属成分Mの酸化物を含むことで、金属細線24の屈折率を透明基材22の屈折率と近づけることができる。金属細線24の屈折率を透明基材22の屈折率と近づけることで、金属細線24と透明基材22の屈折率界面で生じる反射もしくは散乱を抑制し、ヘイズを低減することによって、例えば同じ線幅、同じ開口率の導電性パターンを用いた場合であってもさらなる透明性の向上を図ることができる。例えば、金属成分Mが銅であるとした場合、金属細線24がすべて銅から構成される場合の屈折率は0.60であり、金属細線24がすべて酸化銅から構成される場合の屈折率は2.71となる。したがって、金属細線24が銅と酸化銅から構成されるとした場合、その組成比により、屈折率はこの間で調整されるものと考えられる。
As disclosed in
また、同様に特許文献3で開示されるように、金属細線24に金属成分Mの酸化物を含むことで、曲げや撓み、屈曲等の機械的特性という観点での透明基材22と金属細線24との密着性を向上できる。
In addition, as similarly disclosed in
さらに、金属細線24に金属成分Mの酸化物を含むことで、金属成分Mからドープホール注入層42へのホール注入時の界面抵抗を低減し、有機EL素子10の駆動電圧の低減やパワー効率の向上に寄与できる。一般的なホール注入層やホール輸送層44に使用される有機材料のHOMOは5.0eV~5.5eV程度である。これに対し、例えば銅の仕事関数は約4.65eVであるため、銅とドープホール注入層42との界面には少なくとも0.35eV以上のエネルギー障壁が発生する。このエネルギー障壁が金属成分Mからのホール注入時の界面抵抗の増加を引き起こす。これに対し、例えば酸化第一銅(価電子帯:約5.25eV)や酸化第二銅(価電子帯:約5.3eV)などを銅とドープホール注入層42の接触界面に含むことで、銅から酸化銅の価電子帯を介してドープホール注入層42へホールを注入することでエネルギー障壁を小さくでき、界面抵抗を低減できる。文献(Xubing Lu et al., Effect of air exposure on metal/organic interface in organic field-effect transistors, Appl. Phys. Lett., 2011年6月, Vol. 98, P. 243301)には、銅から酸化銅を介してHOMOが5.0eVの有機半導体へホール注入することで、銅から直接ホール注入するときに比べて界面抵抗が低減できることが開示されている。
Furthermore, by including the oxide of the metal component M in the metal
金属成分Mの酸化物は、特に制限されないが、上述の理由から金属成分Mとして銅を選択することが好ましいため、酸化第一銅、酸化第二銅、水酸化銅などが好ましい。 Although the oxide of the metal component M is not particularly limited, it is preferable to select copper as the metal component M for the reasons described above, so cuprous oxide, cupric oxide, copper hydroxide, and the like are preferable.
金属細線24の断面内における金属成分Mの酸化物(すなわち酸素原子O)の偏在性及び均一性については、特に制限されず、金属成分Mの酸化物は金属細線24断面中におよそ一様に分布していてもよいし、例えば、透明基材22側の金属細線24の界面に偏在していてもよいし、金属細線24の表面側(透明基材22側とは反対側)に偏在していてもよい。このなかでも、金属細線24の屈折率を透明基材22の屈折率と近づけて透明性を向上し、さらに透明基材22と金属細線24の機械的な密着性を向上するという2つの観点から、金属成分Mの酸化物は透明基材22に多く偏在し、透明基材22側から金属細線24の厚み方向に向かって漸減する傾向を有することが好ましい。また、導電性パターン上に設置されるドープホール注入層42へのホール注入時の界面抵抗を低減するという観点から、金属成分Mの酸化物は金属細線24の表面側に存在することが好ましい。
The maldistribution and uniformity of the oxide of the metal component M (that is, the oxygen atom O) within the cross section of the metal
金属細線24中における金属成分Mの偏在性及び均一性は、金属細線24の断面のSTEM-EDX分析による金属成分Mに対する酸素原子Oの原子%比の分布により確認できる。
The maldistribution and uniformity of the metal component M in the metal
金属細線24の延伸方向に直交する前記金属細線24の断面(図7)のSTEM-EDX分析において、透明基材22側の金属細線24界面から0.10tTCE~0.90tTCEまでの厚さ領域における金属成分Mに対する酸素原子Oの原子%比O/M0.10~0.90は、好ましくは0.01以上1.00以下、より好ましくは0.02以上0.80以下であり、さらに好ましくは0.03以上0.75以下である。原子%比O/M0.10~0.90が0.01以上であることにより、上述した理由から透明性に優れ、透明基材22と金属細線24との機械的な密着性が向上する傾向にある。また、ホール注入時のエネルギー障壁を低減できる傾向にある。他方、原子%比O/M0.10~0.90が1.00以下であることにより、金属成分Mの酸化物の割合が減少するため低抵抗化できる傾向にある。
Thickness from 0.10t TCE to 0.90t TCE from the interface of the metal
透明基材22側の金属細線24界面から0.75tTCE~0.90tTCEまでの厚さ領域における原子%比O/M0.75~0.90は、金属細線24の表面側の領域に存在する酸素原子Oの割合を示す指標となる。このような原子%比O/M0.75~0.90は、好ましくは0.25以下であり、より好ましくは0.22以下であり、さらに好ましくは0.18以下である。原子%比O/M0.75~0.90が0.25以下であることにより、より低抵抗化できる傾向にある。原子%比O/M0.75~0.90の最小値は、ホール注入時のエネルギー障壁を低減する目的から、0超過が好ましい。
The atomic % ratio O/M 0.75 to 0.90 in the thickness region from the interface of the metal
また、透明基材22側の金属細線24界面から0.10tTCE~0.25tTCEまでの厚さ領域における原子%比O/M0.10~0.25は、透明基材22側の金属細線24の界面側の領域に存在する酸素原子Oの割合を示す指標となる。このような原子%比O/M0.10~0.25は、好ましくは0.05以上であり、より好ましくは0.06以上であり、さらに好ましくは0.07以上である。原子%比O/M0.10~0.25が0.05以上であることにより、透明性に優れ、透明基材22と金属細線24との機械的な密着性が向上する傾向にある。また、原子%比O/M0.10~0.25は、好ましくは1.10以下であり、より好ましくは1.00以下であり、さらに好ましくは0.95以下である。原子%比O/M0.10~0.25が1.10以下であることにより、より低抵抗化できる傾向にある。
In addition, the atomic % ratio O/M 0.10 to 0.25 in the thickness region from the interface of the metal
従って、例えば金属細線24は、透明基材22側の金属細線24界面から第1距離の第1位置において、原子%比O/Mが第1の値(例えば、0.25以下の値)を有し、透明基材22側の金属細線24界面から第1距離より小さい第2位置において、原子%比O/Mが第1の値より大きな第2の値(例えば、0.05以上1.10以下の値)を有してよい。ここで第1距離は、(tTCE/2)より大きな値(例えば、0.75tTCE~0.90tTCE)でよく、第2距離は、(tTCE/2)より小さな値(例えば、0.10tTCE~0.25tTCE)でよい。また、第2の値は、第1の値より2倍以上大きくてよい。
Therefore, for example, the metal
原子%比O/M0.10~0.90、原子%比O/M0.75~0.90、及び原子%比O/M0.10~0.25は、金属細線24の延伸方向に直交する金属細線24の断面のSTEM-EDX分析より求めることができる。具体的には、金属細線24の延伸方向に直交する方向に金属細線24を切断し、金属細線24の断面が露出した薄切片を測定サンプルとして得る。この際、必要に応じて、エポキシ樹脂等の支持体にメタルグリッド透明電極20を包埋してから薄切片を形成してもよい。金属細線24の断面の形成方法は、断面の形成・加工による金属細線24断面へのダメージを抑制できる方法であれば特に制限されないが、好ましくはイオンビームを用いた加工法(例えば、BIB(Broad Ion Beam)加工法やFIB(Focused Ion Beam)加工法)や精密機械研磨、ウルトラミクロトーム等を用いることができる。
The atomic % ratio O/M 0.10 to 0.90 , the atomic % ratio O/M 0.75 to 0.90 , and the atomic % ratio O/M 0.10 to 0.25 are obtained by STEM-EDX of the cross section of the metal
次いで、上記のようにして得られた測定サンプルを走査型透過電子顕微鏡(STEM)により観察し、金属細線24の断面のSTEM像を得る。同時に、エネルギー分散型X線分析(EDX)により金属細線24の断面の元素マッピングをする。具体的には、断面の箇所ごとに酸素原子OのK殻のEDX強度と、金属成分MのK殻のEDX強度を測定する。この操作を金属細線24の断面のうち、少なくとも透明基材22側の金属細線24界面から0.10tTCE~0.90tTCEまでの厚さ領域に対して行い、この領域における酸素原子OのK殻のEDX強度の積算値と金属成分MのK殻のEDX強度の積算値を算出し、これら積算値の比を原子%比O/M0.10~0.90として得る。また、原子%比O/M0.75~0.90や原子%比O/M0.10~0.25については、対象とする厚さ領域において、同様の手法により積算値の比を求める。
Next, the measurement sample obtained as described above is observed with a scanning transmission electron microscope (STEM) to obtain an STEM image of the cross section of the
なお、tTCEは、金属細線24断面のSTEM像の測定視野内における透明基材22側の金属細線24界面から金属細線24表面までの最大の厚さとすることができる。なお、上記金属細線24の断面の形成やSTEM-EDX分析は、金属細線24断面の酸化やコンタミを防止する観点から、アルゴン等の不活性雰囲気下や真空中で行うことが好ましい。
Note that t TCE can be the maximum thickness from the interface of the metal
原子%比O/M0.10~0.90、原子%比O/M0.75~0.90、原子%比O/M0.10~0.25の各値は、特に制限されないが、金属細線24を形成する際の焼成条件を調整することにより、その増減を制御することができる。例えば、金属成分Mの酸化物を含むインクを用いて形成した所望のパターンを焼成する際に、焼成条件によって金属成分Mの酸化物の参加または還元度合を調整することで金属細線24中の原子%比O/Mを調整することができる。
Each value of the atomic % ratio O/M 0.10 to 0.90 , the atomic % ratio O/M 0.75 to 0.90 , and the atomic % ratio O/M 0.10 to 0.25 is not particularly limited, but the firing conditions for forming the metal
また、金属細線24は、導電性を担う金属成分Mに加えて非導電性成分を含むことができる。非導電性成分としては、特に制限されないが、例えば、金属成分Mの酸化物や有機化合物などが挙げられる。より具体的には、これら非導電性成分としては、後述するインクに含まれる成分に由来する成分であって、インクに含まれる成分のうち焼成を経た後の金属細線24に残留する金属成分Mの酸化物や有機化合物が挙げられる。
In addition, the
金属細線24における金属成分Mの含有割合は、好ましくは50質量%以上であり、より好ましくは60質量%以上であり、さらに好ましくは70質量%以上である。金属成分Mの含有割合の上限は、特に制限されないが、100質量%未満である。また、金属細線24における非導電性成分の含有割合は、好ましくは50質量%以下であり、より好ましくは40質量%以下、さらに好ましくは30質量%以下である。非導電性成分の含有割合の下限は、特に制限されないが、0質量%超過である。
(導電性パターン)
The content of the metal component M in the
(Conductive pattern)
導電性パターン24Pは規則的なパターンであっても不規則なパターンであってもよい。例えば、それぞれ直線状に延伸する複数の金属細線24が網目状に交差して形成されるメッシュパターン24P1~24P3(図4)や、六角形状の開口が隙間なく設けられるように各六角形の各辺に相当する部分に金属細線24が設けられるハニカムパターン24P4(図5)、複数の略平行な金属細線24が形成されたラインパターン24P5(図6)が挙げられる。また、導電性パターン24Pは、メッシュパターン24P1~24P3やハニカムパターン24P4、ラインパターン24P5を任意に組み合わされたものであってもよい。さらに導電性パターン24Pは、矩形及び六角形以外の多角形状の開口が隙間なく形成されるように設けられてもよい。例えば、多角形状の開口を規定する金属細線24が同時に隣接する多角形状の開口を規定するとき、複数の多角形状の開口が隙間なく形成される。なお、導電性パターン24Pは異なる多角形状の開口が設けられるように構成されてもよい。メッシュパターン24P1~24P3の網目は、図4に示されるような正方形(同図(A))又は長方形(同図(B))であっても、ひし形(同図(C))等であってもよい。ハニカムパターン24P4は、図5に示されるように一定の線幅を有するように正六角形状に設けられてもよいが、例えば、頂点に相当する部位の線幅を大きくして各開口部の頂点が丸みを帯びるように設けられてもよい。また、ラインパターン24P5を構成する金属細線24は、図6に示されるような直線であっても、曲線であってもよい。さらに、メッシュパターン24P1~24P3やハニカムパターン24P4を構成する金属細線24においても、金属細線24の一部又は全てを曲線とすることができる。
(線幅)
The
(line width)
金属細線24の線幅WTCEは、透明基材22の導電性パターン24Pが配された面側から、金属細線24を透明基材22の表面上に投影したときの線幅WTCEをいう。図7に示されるように透明基材22との界面側の底辺が長い台形状の断面を有する金属細線24においては、透明基材22と接している導電性細線の面の幅が線幅WTCEとなる。
The line width W TCE of the metal
WTCEは、好ましくは0.25μm以上5.0μm以下であり、より好ましくは0.25μm以上4.0μm以下、さらに好ましくは0.25μm以上3.0μm以下、さらにより好ましくは0.25μm以上2.0μm以下、特に好ましくは0.25μm以上1.0μm以下である。WTCEが0.25μm以上であることにより、メタルグリッド透明電極20を低抵抗化でき、有機EL素子10をより大面積化できる傾向にある。また、金属細線24表面の酸化や腐食等による電気抵抗の増加を十分に抑制できる。他方、金属細線24の線幅WTCEが5.0μm以下であることにより、導電性パターンの開口部における空間輝度分布が均一化するためにギャップを小さくした場合においても高い開口率を維持できるため、有機ELの輝度を向上できる傾向にある。さらに、金属細線24の線幅WTCEを3.0μm以下に調整することで不透明な金属細線24を人の目に対して不可視化でき、有機EL素子10の外観やデザイン性を向上できる。
(ギャップ)
W TCE is preferably 0.25 μm or more and 5.0 μm or less, more preferably 0.25 μm or more and 4.0 μm or less, still more preferably 0.25 μm or more and 3.0 μm or less, and even more preferably 0.25 μm or
(gap)
本明細書における導電性パターン24PのギャップGTCEは、導電性パターン24P内の同じ方向に延伸し、延伸方向と略垂直方向に対向する隣接した金属細線24間の距離(間隔)の内最短(最小)の距離のことをいう(但し金属細線24が曲線状に延伸している場合、ギャップGTCEは、その曲線を近似する直線が少なくとも所定領域内で概ね同じ方向となる隣接する2つの金属細線24間の最小距離に相当する)。
The gap G TCE of the
図12は、横軸を導電性パターン24PのギャップGTCEとし、縦軸をシミュレーションで得られた輝度値とするシミュレーション結果を、異なる線幅WTCEについて示すグラフである。同図に示されるようにGTCEの上限値は、好ましくは50μm以下であり、より好ましくは40μm以下であり、さらに好ましくは30μmであり、さらにより好ましくは20μm以下であり、よりさらに好ましくは15μm以下であり、特に好ましくは12μm以下である。また、GTCE/WTCEは好ましくは1.0以上であり、より好ましく1.5であり、さらに好ましくは2.0であり、さらにより好ましくは2.5以上、よりさらに好ましくは3.0以上、特に好ましくは3.5である。GTCE/WTCEが1.0以上であることにより、開口率を向上でき、有機ELの輝度を向上できる傾向にある。他方、GTCEが50μm以下であることにより、導電性パターンの開口部における空間輝度分布が均一化される傾向にあるため、有機EL素子10全体の輝度やパワー効率がより向上する傾向にある。本出願の発明者らは、ギャップを小さくすることで有機EL素子10全体の輝度が向上する理由を次のように推察している。外部電圧の印可によって金属細線24から注入されたホールは、ドープホール注入層42を介して導電性パターンの開口部へ面内拡散する。ギャップを小さくして金属細線24から開口部中央までのホールの拡散距離を短くすることで、ホールの面内拡散に伴うドープホール注入層42の表面抵抗による電圧降下を低減できる。導電性パターンの開口部における電圧を均一化したことで、空間輝度分布を均一化できる。輝度は空間輝度分布の面内積分値を積分面積で割った値であるため、空間輝度分布の均一化により有機EL素子10全体の輝度を向上できるものと考える。
(開口率)
FIG. 12 is a graph showing simulation results for different line widths W TCE with the horizontal axis representing the gap G TCE of the
(Aperture ratio)
導電性パターンの開口率ATCEは、好ましくは35%以上100%未満であり、より好ましくは40%以上99%以下であり、さらに好ましくは50%以上98%以下であり、さらによく好ましくは55%以上97%以下であり、よりさらに好ましくは60%以上96%以下であり、特に好ましくは62%以上95%以下である。開口率ATCEが35%以上であることにより、有機ELの輝度を向上できる傾向にある。開口率ATCEが100%未満であることにより、単位面積当たりの金属細線24の占有率が増加するためシート抵抗が低減し、有機EL素子10を大面積化できる傾向にある。
The aperture ratio ATCE of the conductive pattern is preferably 35% or more and less than 100%, more preferably 40% or more and 99% or less, still more preferably 50% or more and 98% or less, and even more preferably 55%. % or more and 97% or less, more preferably 60% or more and 96% or less, and particularly preferably 62% or more and 95% or less. An aperture ratio ATCE of 35% or more tends to improve the luminance of the organic EL. When the aperture ratio A TCE is less than 100%, the occupancy rate of the
なお、導電性パターンの「開口率」とは、透明基材22上の導電性パターンが形成されている領域について以下の式で算出することができる。
The “aperture ratio” of the conductive pattern can be calculated by the following formula for the area where the conductive pattern is formed on the
開口率=(1-導電性パターンの占める面積/導電性パターンが形成されている領域の透明基材22の面積)×100
Aperture ratio=(1-area occupied by conductive pattern/area of
例えば導電性パターン24Pが図4(A)に示される正方形の開口が形成されるメッシュパターン24P1の場合、線幅を1μm、ギャップを4μmとすると単位面積当たりの導電性パターンの占める面積(金属配線の占める面積)は36%であり、透明基材22が露出する開口の面積は64%であるから、開口率は64%となる。
For example, in the case where the
図12は、横軸を導電性パターン24PのギャップGTCEと開口率ATCEの積とし、縦軸をシミュレーションで得られた輝度値とするシミュレーション結果を、異なる線幅WTCEについて示すグラフである。(GTCE・ATCE)は、導電性パターンの開口部における面内方向のホールの拡散距離(GTCE)の低減による空間輝度分布の均一化と開口率(ATCE)の増加による光の外部への取り出し量の増加の2つが有機EL素子10の輝度を向上することを指標として表したものである。例えば、同じ線幅においてギャップを小さくすればホールの拡散距離が低減し、開口部の空間輝度分布が均一化されることで輝度が向上する。一方で、開口率が小さくなることで不透明な金属細線24による遮光効果(Shadowing effect)が大きくなり、光を外部へ取り出し難くなる。そのため本出願の発明者らは、(GTCE・ATCE)を好適な範囲に調整することでメタルグリッド透明電極20を具備した有機EL素子10の輝度を向上することができる点に着目した。同図に示されるように(GTCE・ATCE)は、好ましくは0.6μm・%以上30μm・%以下であり、より好ましくは1.0μm・%以上20μm・%以下であり、さらにより好ましくは1.2μm・%以上17μm・%以下であり、よりさらに好ましくは1.5μm・%以上15μm・%以下であり、特に好ましくは2.0μm・%以上12.0μm・%以下である。(GTCE・ATCE)が0.6μm・%以上であることにより、金属細線24の遮光効果による輝度の低下を抑制しながら開口部における空間輝度分布を均一化し、有機EL素子10の輝度を向上できる。他方、(GTCE・ATCE)が30μm・%以下であることにより、開口部における輝度低下を抑制しながら、開口率の増加により有機EL素子10の輝度を向上できる。
(断面形状)
FIG. 12 is a graph showing simulation results for different line widths W TCE with the horizontal axis representing the product of the gap G TCE and the aperture ratio A TCE of the
(Cross-sectional shape)
金属細線24の断面形状は、金属細線24の表面は必ずしも平坦面であるとは限らず、凹凸面を有していることが多いことから厳密に定められないが、略台形状、略半円状、略半楕円状等が挙げられる。ここでいう「略台形状」は、台形の脚に相当するものが、直線(辺)であっても曲線であってもよいことをいい、台形の脚に相当するものが、曲線である場合は、外側に凸にであっても、内側に凸であってもよいことをいう。また、「略台形状」は、上底に相当するものが、直線(辺)であっても凹凸を有するものであってもよい。このような金属細線24の断面形状は、線幅WTCE及び膜厚tTCEで規定することができる。金属細線24の膜厚tTCEを基準に、透明基材22と導電性細線の界面からの高さを0.50tTCE及び0.90tTCEと規定する(図7)。また、高さ0.50tTCEにおける金属細線24の幅をW0.50とし、高さ0.90tTCEにおける金属細線24の幅をW0.90とする。このとき、W0.50/WTCEは、好ましくは0.70以上1.00未満であり、より好ましくは0.75以上0.99以下であり、さらに好ましくは0.80以上0.95以下である。また。W0.90/W0.50は、好ましくは0.50以上0.95以下であり、より好ましくは0.55以上0.90以下であり、さらに好ましくは0.60以上0.85以下である。また、W0.50/WTCEがW0.90/W0.50よりも大きいことが好ましい。すなわち透明基材22側の金属細線24の界面から0.50tTCEの厚さにおける高さ位置から0.90tTCEの厚さにおける高さ位置に向かって金属細線24の幅が漸減することが好ましい。これにより、金属細線24の断面におけるエッジを低減し、金属細線24に付着する有機機能層40の膜厚の均一性が一層向上することで、陰極60との電気的なショートを抑制し、有機EL素子10のリーク電流を低減できる傾向にある。
The cross-sectional shape of the
後述するように本実施形態のメタルグリッド透明電極20は、インクを用いて印刷法により形成することができ、当該方法により形成された金属細線24は上記のような特徴的な形状を有する。
As will be described later, the metal grid
金属細線24の線幅、及び導電性パターン24Pのギャップと開口率は、メタルグリッド透明電極20の表面又は断面を電子顕微鏡、レーザー顕微鏡や光学顕微鏡等により確認することができる。金属細線24の線幅と導電性パターン24Pのギャップを所望の範囲に調整する方法としては、後述するメタルグリッド透明電極20の製造方法において用いる版の溝を調整する方法、インク中の金属粒子の平均粒子径を調整する方法等が挙げられる。
(シート抵抗)
The line width of the metal
(sheet resistance)
メタルグリッド透明電極20の導電性パターン24Pのシート抵抗Rs_TCEは、好ましくは0.1Ω/sq.以上100Ω/sq.以下である。シート抵抗の上限値は、より好ましくは50Ω/sq.以下であり、さらに好ましくは40Ω/sq.以下であり、さらにより好ましくは35Ω/sq.以下であり、特に好ましくは25Ω/sq.以下である。シート抵抗が100Ω/sq以下であることにより、メタルグリッド透明電極20の電気抵抗に起因する電圧降下による有機EL素子10の輝度低下を抑制でき、有機EL素子10を大面積化できる傾向にある。シート抵抗は、導電性パターン24Pの開口率を小さくする、金属細線24の膜厚を大きくする、金属細線24中の金属成分Mの含有割合を大きくする、導電率の高い金属成分Mを選択するなどの調整を行うことで低減できる。
The sheet resistance R s_TCE of the
シート抵抗は、導電性パターン24Pが配された部分に対してJIS K 7194:1994に準拠した四端子法により測定できる。四端子法の測定器としては、例えば、「ロレスターGP」(製品名、三菱化学株式会社製)が挙げられる。またシート抵抗は、導電性パターン24Pが配された部分に対してASTM F 673-02に準拠した渦電流を用いた非接触方式でも測定できる。
(可視光透過率)
Sheet resistance can be measured by a four-probe method based on JIS K 7194:1994 for the portion where the
(visible light transmittance)
メタルグリッド透明電極20の導電性パターン24Pが配された領域の可視光透過率(Visual Light Transmittance)TVLTは、好ましくは30%以上98%以下であり、より好ましくは36%以上96%以下であり、さらに好ましくは45%以上94%以下であり、さらにより好ましくは49%以上92%以下であり、よりさらに好ましくは54%以上91%以下であり、特に好ましくは55%以上90%以下である。可視光透過率は、導電性パターン24Pの開口率を増加することで向上する傾向にある。可視光透過率は、JIS R 3106:2019またはISO9050:2003に準拠してメタルグリッド透明電極20の導電性パターン24Pが配された領域の透過スペクトルから算出することができる。また、透明基材22の可視光透過率に導電性パターン24Pの開口率を乗ずることでも算出できる。
[透明導電性無機化合物層]
The visible light transmittance T VLT of the region where the
[Transparent conductive inorganic compound layer]
本実施形態のメタルグリッド透明電極20は、導電性パターン24P上に透明導電性無機化合物層を設けることができる。また、透明導電性無機化合物層は透明基材22と導電性パターン24Pの間に配置することもできる。メタルグリッド透明電極20に透明導電性無機化合物層を設けることで、ホールが金属配線から透明導電性無機化合物層を介して導電性パターン24Pの開口部へ拡散するため、開口部の空間輝度分布をより均一化できる。なお、導電性パターン24P上に透明導電性無機化合物層を設ける場合には、ドープホール注入層42は透明導電性無機化合物層上に設けることとなる。
In the metal grid
透明導電性無機化合物層は、上述のように金属配線を酸性水溶液に晒さない目的から、PVDやCVDなどの気相成膜法により成膜することが好ましい。特にスパッタリング法や真空蒸着法により成膜することが好ましい。 The transparent conductive inorganic compound layer is preferably formed by a vapor deposition method such as PVD or CVD for the purpose of not exposing the metal wiring to the acidic aqueous solution as described above. In particular, it is preferable to form the film by a sputtering method or a vacuum deposition method.
透明導電性無機化合物層に用いられる材料は、可視光領域の透過率が高く、導電性を示す無機化合物であれば特に制限されないが、例えばITOなどのIn2O3系、ATOやFTOなどのSnO2系、AZOやGZOなどのZnO系、Zn2In2O5やZn3In2O2などの(ZnO-In2O3)系、In4Sn3O12などの(In2O3-SnO2)系、Zn2SnO4やZnSnO3などの(ZnO-SnO2)系などが挙げられる。その他透明導電性酸化物に用いられる公知の材料を使用することができる。これらの中でも、最も広く使用されており、透明性と導電性に優れるITO(酸化インジウムスズ)を用いることが好ましい。 The material used for the transparent conductive inorganic compound layer is not particularly limited as long as it has a high transmittance in the visible light region and is an inorganic compound that exhibits conductivity. SnO 2 series, ZnO series such as AZO and GZO , (ZnO-In 2 O 3 ) series such as Zn 2 In 2 O 5 and Zn 3 In 2 O 2 , (In 2 O 3 —SnO 2 ) system, and (ZnO—SnO 2 ) system such as Zn 2 SnO 4 and ZnSnO 3 . Other known materials used for transparent conductive oxides can be used. Among these, it is preferable to use ITO (indium tin oxide), which is most widely used and has excellent transparency and conductivity.
透明導電性無機化合物層の膜厚は、好ましくは10nm以上1000nm以下、より好ましくは10nm以上500nm以下、さらに好ましくは10nm以上300nm以下、特に好ましくは10nm以上200nm以下である。透明導電性無機化合物層の膜厚が10nm以上であることにより、透明導電性無機化合物層のシート抵抗を低抵抗化でき、透明導電性無機化合物層を介した導電性パターン24Pの開口部へのホールの拡散がより促進され、開口部の空間輝度分布をより均一化できる傾向にある。他方、透明導電性無機化合物層の膜厚が1000nm以下であることにより、透明導電性無機化合物層の可視光透過率の低下に伴う有機EL素子10の輝度低下を抑制できる傾向にある。特に、透明導電性無機化合物の膜厚が10nm以上30nm以下の範囲であると、透明導電性無機化合物の透過率が高くなり、有機EL素子自体の発光特性が向上するため、特に好ましい。
The film thickness of the transparent conductive inorganic compound layer is preferably 10 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 10 nm or more and 500 nm or less, still more preferably 10 nm or more and 300 nm or less, and particularly preferably 10 nm or more and 200 nm or less. When the film thickness of the transparent conductive inorganic compound layer is 10 nm or more, the sheet resistance of the transparent conductive inorganic compound layer can be reduced, and the opening of the
透明導電性無機化合物層のシート抵抗の上限値は、好ましくは500Ω/sq.以下、より好ましくは200Ω/sq.以下、さらに好ましくは100Ω/sq.以下、特に好ましくは50Ω/sq.以下である。透明導電性無機化合物層のシート抵抗が500Ω/sq.以下であることにより、透明導電性無機化合物層を介した導電性パターン24Pの開口部へのホールの拡散がより促進され、開口部の空間輝度分布をより均一化できる傾向にある。透明導電性無機化合物層のシート抵抗の下限値は、特に制限はなく、例えば0.1Ω/sq.を挙げることができる。
The upper limit of the sheet resistance of the transparent conductive inorganic compound layer is preferably 500Ω/sq. Below, more preferably 200Ω/sq. Below, more preferably 100Ω/sq. Below, particularly preferably 50Ω/sq. It is below. The sheet resistance of the transparent conductive inorganic compound layer is 500Ω/sq. When the ratio is below, the diffusion of holes into the opening of the
透明導電性無機化合物層の可視光透過率の下限値は、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは80%以上、特に好ましくは90%以上である。透明導電性無機化合物層の可視光透過率が60%以上であることにより、有機EL素子10の輝度が向上する傾向にある。透明導電性無機化合物層の可視光透過率の上限値は、特に制限はなく、例えば100%以下を挙げることができる。
〔メタルグリッド透明電極20の製造方法〕
The lower limit of the visible light transmittance of the transparent conductive inorganic compound layer is preferably 60% or higher, more preferably 70% or higher, still more preferably 80% or higher, and particularly preferably 90% or higher. When the visible light transmittance of the transparent conductive inorganic compound layer is 60% or more, the brightness of the
[Manufacturing Method of Metal Grid Transparent Electrode 20]
メタルグリッド透明電極20の製造方法としては、透明基材22上に、金属成分Mを含むインクを用いてパターンを形成するパターン形成工程と、インクを焼成して導電性パターン、必要に応じて後述する集電部となる第2導電性パターン26Pとを形成する焼成工程とを有する方法が挙げられる。
〔パターン形成工程〕
The method for manufacturing the metal grid
[Pattern formation process]
パターン形成工程は、金属成分Mを含むインクを用いてパターンを形成する工程である。パターン形成工程は、所望の導電性パターンの溝を有する版を用いる有版印刷方法であれば特に限定されないが、例えば、転写媒体表面にインクをコーティングする工程と、インクをコーティングした転写媒体表面と、凸版の凸部表面とを対向させて、押圧、接触して、凸版の凸部表面に転写媒体表面上のインクを転移させる工程と、インクが残存した転写媒体表面と透明基材22の面とを対向させて、押圧、接触して、転写媒体表面に残ったインクを透明基材22の面に転写する工程とを有する。なお、透明基材22に中間層やバリア層が形成されている場合には、転写される側の最外層表面にインクが転写される。また、透明基材22上に透明導電性無機化合物層が設けられている場合は、透明導電性無機化合物層上にインクが転写される。
(インク)
A pattern formation process is a process of forming a pattern using the ink containing the metal component M. FIG. The pattern forming step is not particularly limited as long as it is a plate printing method using a plate having grooves of a desired conductive pattern. a step of transferring the ink on the surface of the transfer medium to the surface of the convex portion of the letterpress by pressing and contacting the surface of the convex portion of the letterpress so as to face the surface of the convex portion of the letterpress; are opposed to each other and pressed and brought into contact with each other to transfer the ink remaining on the surface of the transfer medium to the surface of the
(ink)
上記パターン形成工程に用いられるインクは、金属成分Mと溶剤を含み、必要に応じて、界面活性剤、分散剤、還元剤等を含んでもよい。金属成分Mは金属粒子としてインクに含まれていてもよいし、金属錯体としてインクに含まれていてもよい。 The ink used in the pattern forming step contains a metal component M and a solvent, and may contain a surfactant, a dispersant, a reducing agent, etc., if necessary. The metal component M may be contained in the ink as metal particles, or may be contained in the ink as a metal complex.
金属粒子の平均一次粒径は、好ましくは100nm以下であり、より好ましくは50nm以下であり、さらに好ましくは30nm以下である。また、金属粒子の平均一次粒径の下限は特に制限されないが、1nm以上が挙げられる。金属粒子の平均一次粒径が100nm以下であることにより、得られる金属細線24の線幅をより細くすることができる。なお、「平均一次粒径」とは、金属粒子1つ1つ(所謂一次粒子)の粒径をいい、金属粒子が複数個集まって形成される凝集体(所謂二次粒子)の粒径である平均二次粒径とは区別される。
The average primary particle size of the metal particles is preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less, and even more preferably 30 nm or less. Although the lower limit of the average primary particle size of the metal particles is not particularly limited, it may be 1 nm or more. By setting the average primary particle diameter of the metal particles to 100 nm or less, the line width of the
金属粒子としては、特に制限されないが、例えば、酸化銅などの金属成分Mが構成原子として含まれる金属酸化物や金属化合物、コア部が銅などの金属成分Mであり、さらにシェル部が酸化銅などの金属成分Mを構成原子として含む金属酸化物であるようなコア/シェル粒子が挙げられる。金属粒子の態様は、分散性や焼結性の観点から、適宜決めることができる。 The metal particles are not particularly limited, but for example, a metal oxide or metal compound containing a metal component M such as copper oxide as a constituent atom, a core part of which is a metal component M such as copper, and a shell part of which is copper oxide. and core/shell particles that are metal oxides containing a metal component M as constituent atoms. The aspect of the metal particles can be appropriately determined from the viewpoint of dispersibility and sinterability.
インク中、金属粒子の含有量は、インク組成物の全質量に対して、好ましくは1質量%以上40質量%以下であり、より好ましくは5質量%以上35質量%以下であり、さらに好ましくは5質量%以上35質量%以下であり、さらに好ましくは10質量%以上35質量%以下である。 The content of the metal particles in the ink is preferably 1% by mass or more and 40% by mass or less, more preferably 5% by mass or more and 35% by mass or less, and still more preferably It is 5% by mass or more and 35% by mass or less, more preferably 10% by mass or more and 35% by mass or less.
界面活性剤としては、特に制限されないが、例えば、フッ素系界面活性剤などが挙げられる。このような界面活性剤を用いることにより、転写媒体(ブランケット)へのインクのコーティング性、コーティングされたインクの平滑性が向上し、より均一な塗膜が得られる傾向にある。なお、界面活性剤は、金属成分Mを分散可能であり、かつ焼成の際に残留しにくいよう構成されていることが好ましい。 The surfactant is not particularly limited, and examples thereof include fluorine-based surfactants. The use of such a surfactant tends to improve the coating properties of the ink on the transfer medium (blanket) and the smoothness of the coated ink, resulting in a more uniform coating film. In addition, it is preferable that the surfactant be capable of dispersing the metal component M and not likely to remain during firing.
インク中、界面活性剤の含有量は、インク組成物の全質量に対して、好ましくは0.01質量%以上10質量%以下であり、より好ましくは0.1質量%以上5質量%以下であり、さらに好ましくは0.5質量%以上2質量%以下である。 The content of the surfactant in the ink is preferably 0.01% by mass or more and 10% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass or less, relative to the total mass of the ink composition. more preferably 0.5% by mass or more and 2% by mass or less.
また、分散剤としては、特に制限されないが、例えば、金属成分Mの表面に非共有結合又は相互作用をする分散剤、金属成分Mの表面に共有結合をする分散剤が挙げられる。非共有結合又は相互作用をする官能基としてはリン酸基を有する分散剤が挙げられる。このような分散剤を用いることにより、金属成分Mの分散性がより向上する傾向にある。 The dispersant is not particularly limited, but includes, for example, a dispersant that non-covalently bonds or interacts with the surface of the metal component M, and a dispersant that covalently bonds with the surface of the metal component M. Non-covalently bonding or interacting functional groups include dispersants having phosphate groups. By using such a dispersant, the dispersibility of the metal component M tends to be further improved.
インク中、分散剤の含有量は、インク組成物の全質量に対して、好ましくは0.1質量%以上30質量%以下であり、より好ましくは1質量%以上20質量%以下であり、さらに好ましくは2質量%以上10質量%以下である。 The content of the dispersant in the ink is preferably 0.1% by mass or more and 30% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 20% by mass or less, based on the total mass of the ink composition. It is preferably 2% by mass or more and 10% by mass or less.
さらに、溶剤としては、モノアルコール及び多価アルコール等のアルコール系溶剤;アルキルエーテル系溶剤;炭化水素系溶剤;ケトン系溶剤;エステル系溶剤などが挙げられる。これらは単独で使用されてもよく、1種以上で併用されても良い。たとえば、炭素数10以下のモノアルコールと炭素数10以下の多価アルコールとの併用などが挙げられる。このような、溶剤を用いることにより、転写媒体(ブランケット)へのインクのコーティング性、転写媒体から凸版へのインクの転写性、転写媒体から透明基材22へのインクの転写性、及び金属成分Mの分散性がより向上する傾向にある。なお、溶剤は、金属成分Mを分散可能であり、かつ焼成の際に残留しにくいよう構成されていることが好ましい。
Furthermore, examples of solvents include alcohol solvents such as monoalcohols and polyhydric alcohols; alkyl ether solvents; hydrocarbon solvents; ketone solvents; These may be used alone or in combination of one or more. For example, a combination of a monoalcohol having 10 or less carbon atoms and a polyhydric alcohol having 10 or less carbon atoms can be used. By using such a solvent, the ability to coat the transfer medium (blanket) with the ink, the ability to transfer the ink from the transfer medium to the letterpress, the ability to transfer the ink from the transfer medium to the
インク中、溶媒の含有量は、上述の金属粒子、界面活性剤、分散剤等の成分の残部であるが、例えば、インク組成物の全質量に対して、好ましくは50質量%以上99質量%以下であり、より好ましくは60質量%以上90質量%以下であり、さらに好ましくは70質量%以上80質量%以下である。
〔焼成工程〕
The content of the solvent in the ink is the balance of the components such as the metal particles, the surfactant, and the dispersant described above, and is preferably 50% by mass or more and 99% by mass, for example, based on the total mass of the ink composition. or less, more preferably 60% by mass or more and 90% by mass or less, and still more preferably 70% by mass or more and 80% by mass or less.
[Baking process]
焼成工程では、例えば、透明基材22の面に転写されたインク中の金属成分Mを焼結し、導電性パターン24Pと、必要に応じて集電部となる第2導電性パターン26Pを形成する。焼成は、金属成分Mが融着して、金属成分焼結膜を形成することができる方法であれば特に制限されない。焼成は、例えば、焼成炉で行ってもよいし、プラズマ、加熱触媒、紫外線、真空紫外線、電子線、赤外線ランプアニール、フラッシュランプアニール、レーザーなどを用いて行ってもよい。得られる焼結膜が酸化されやすい場合には、非酸化性雰囲気中において焼成することが好ましい。また、インクに含まれ得る還元剤のみで金属酸化物等が還元されにくい場合には、還元性雰囲気で焼成することが好ましい。
In the baking step, for example, the metal component M in the ink transferred to the surface of the
非酸化性雰囲気とは酸素等の酸化性ガスを含まない雰囲気であり、不活性雰囲気と還元性雰囲気がある。不活性雰囲気とは、例えば、アルゴン、ヘリウム、ネオンや窒素等の不活性ガスで満たされた雰囲気である。また、還元性雰囲気とは、水素、一酸化炭素等の還元性ガスが存在する雰囲気を指す。これらのガスを焼成炉中に充填して密閉系としてインクの塗布膜(分散体塗布膜)を焼成してもよい。また、焼成炉を流通系にしてこれらのガスを流しながら分散体塗布膜を焼成してもよい。分散体塗布膜を非酸化性雰囲気で焼成する場合には、焼成炉中を一旦真空に引いて焼成炉中の酸素を除去し、非酸化性ガスで置換することが好ましい。また、焼成は、加圧雰囲気で行なってもよいし、減圧雰囲気で行なってもよい。 A non-oxidizing atmosphere is an atmosphere that does not contain an oxidizing gas such as oxygen, and includes an inert atmosphere and a reducing atmosphere. An inert atmosphere is, for example, an atmosphere filled with an inert gas such as argon, helium, neon, or nitrogen. A reducing atmosphere refers to an atmosphere in which a reducing gas such as hydrogen or carbon monoxide is present. The ink coating film (dispersion coating film) may be fired in a closed system by filling these gases into a firing furnace. Alternatively, the dispersion coating film may be baked while these gases are flowed by using a baking furnace as a flow system. When the dispersion-coated film is to be fired in a non-oxidizing atmosphere, it is preferable to first evacuate the firing furnace to remove oxygen in the firing furnace and replace the oxygen with a non-oxidizing gas. Also, the firing may be performed in a pressurized atmosphere or in a reduced pressure atmosphere.
焼成温度は、特に制限はないが、好ましくは20℃以上400℃以下であり、より好ましくは50℃以上300℃以下であり、さらに好ましくは80℃以上200℃以下である。焼成温度が400℃以下であることにより、耐熱性の低い基板を使用することができるので好ましい。また、焼成温度が20℃以上であることにより、金属成分焼結膜の形成が十分に進行し、導電性が良好となる傾向にあるため好ましい。なお、得られる金属成分焼結膜は、金属成分Mに由来する導電性成分を含み、そのほか、インクに用いた成分や焼成温度に応じて、非導電性成分を含みうる。 The firing temperature is not particularly limited, but is preferably from 20°C to 400°C, more preferably from 50°C to 300°C, and even more preferably from 80°C to 200°C. A firing temperature of 400° C. or less is preferable because a substrate with low heat resistance can be used. Moreover, when the firing temperature is 20° C. or higher, the formation of the metal component sintered film proceeds sufficiently, and the electrical conductivity tends to be improved, which is preferable. The resulting sintered metal component film contains a conductive component derived from the metal component M, and may contain a non-conductive component depending on the components used in the ink and the firing temperature.
金属成分Mの融着を促進しより高い導電性を有する金属成分焼結膜を得る目的から、プラズマによる焼成方法を用いることがより好ましい。同様の観点から、プラズマの出力は好ましくは0.5kW以上であり、より好ましくは0.6kW以上であり、さらに好ましくは0.7kW以上である。プラズマの出力の上限値は、特に制限はなく、使用する透明基材22や中間層に損傷がない範囲であればよい。また焼成時間の下限値はプラズマ出力に依るが、生産性の観点から上限値は好ましくは1000sec以下であり、より好ましくは600sec以下である。なお、必要に応じて、プラズマ焼成を複数回用いて焼成してもよい。
〔集電部〕
For the purpose of promoting fusion bonding of the metal component M and obtaining a metal component sintered film having higher conductivity, it is more preferable to use a firing method using plasma. From the same point of view, the plasma output is preferably 0.5 kW or more, more preferably 0.6 kW or more, and still more preferably 0.7 kW or more. The upper limit of the plasma output is not particularly limited as long as it does not damage the
[Current collector]
本実施形態の有機EL素子10は、透明基材22上に設けられ導電性パターン24Pと電気的に接続された集電部を備えることができる。有機EL素子10は外部回路から印可された電圧・電流によって発光を制御する素子である。このため、集電部は外部回路からの端子と接続され、外部回路から印可された電圧・電流の信号を導電性パターン24Pへと伝搬する機能を担う。図3は、透明基材22上に設けられた導電性パターン24Pと、導電性パターン24Pと電気的に接続され、集電部として機能する第2導電性パターン26Pとの位置関係を示す模式的な上面図である。但し図3において導電性パターン24P及び第2導電性パターン26Pの具体的形状は省略されている。
The
集電部は、導電性パターン24Pと電気的に接続できれば特に制限はなく、有機EL素子10に一般的に使われている従来公知の材料及び構成等を適用することができる。集電部として使用される材料としては、金、銀、銅、アルミニウム、モリブデンなどの金属やモリブデン/アルミニウム/モリブデンのような金属積層体、またはこれらの金属合金などが挙げられる。
The current collector is not particularly limited as long as it can be electrically connected to the
また、本実施形態の有機EL素子10は、透明基材22上に設けられ導電性パターン24Pと電気的に接続するように形成された第2導電性パターン26Pを有する集電部(Bus bar)を備えることができる。第2導電性パターン26Pは、〔メタルグリッド透明電極20〕の導電性パターン24Pと同様の構成材料や構造、設計の調整範囲を用いてもよい。また第2導電性パターン26Pは、製造プロセスを簡便にする目的から、また上述の〔メタルグリッド透明電極20の製造方法〕にて導電性パターン24Pと一括形成することが好ましい。また、集電部での電圧降下による有機EL素子10の発光均一性の低下を抑制する観点から、第2導電性パターン26P上にさらに上述の金属や金属積層体、金属合金を真空蒸着法やスパッタリング法などにより積層することもできる。
(占有面積率)
Further, the
(Occupied area ratio)
第2導電性パターン26Pの占有面積率SBusは、好ましくは50%以上100%未満である。SBusの下限値は、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上である。第2導電性パターン26Pの占有面積率SBusが上記範囲内であることにより、外部端子との電気的な接続がより向上するとともに、集電部を低抵抗化でき、印可電圧の電圧降下を抑制できる傾向にある。
The occupied area ratio S Bus of the second
なお、導電性パターンの「占有面積率」とは、透明基材22上の導電性パターンが形成されている領域について以下の式で算出することができる。
The "occupied area ratio" of the conductive pattern can be calculated by the following formula for the area on the
占有面積率=(導電性パターンの占める面積/導電性パターンが形成されている領域の透明基材22の面積)×100
Occupied area ratio=(Area occupied by the conductive pattern/Area of the
例えば第2導電性パターン26Pが図4(A)に示される正方形のメッシュパターンの場合、線幅を2μm、ギャップを2μmとすると単位面積当たりの第2導電性パターン26Pの占める面積(金属配線の占める面積)は75%であるから、占有面積率SBusは75%となる。また同様に、線幅を5μm、ギャップを12μmとすると占有面積率SBusは50%となる。
(線幅、ギャップ)
For example, when the second
(line width, gap)
第2導電性パターン26Pを構成する金属細線24の線幅WBusは、好ましくは0.25μm以上10μm以下、より好ましくは0,5μm以上8μm以下、さらに好ましくは1μm以上5μm以下である。WBusが上記範囲内であることにより、外部端子との接続性がより向上するとともに、集電部のシート抵抗を低抵抗化でき、印可電圧の電圧降下を抑制できる傾向にある。第2導電性パターン26PのギャップGBusは、占有面積率SBusが上記範囲内となるように、導電性パターンとWBusに応じて適宜設定することとができる。
[有機機能層40]
〔ドープホール注入層42〕
The line width W Bus of the
[Organic functional layer 40]
[Doped hole injection layer 42]
本実施形態の有機EL素子10は、有機機能層40に低分子型有機材料からなるドープホール注入層42を有する。ドープホール注入層42はメタルグリッド透明電極20の導電性パターン24P上に設けられる。本実施形態のドープホール注入層42は蒸着法により成膜できるため、耐酸性の低い酸化銅などの金属成分Mの酸化物を含む金属細線24を備えるメタルグリッド透明電極20に好適に適用できる。さらに、ドープホール注入層42は、厚膜化による有機EL素子10の電気的なショートの抑制やリーク電流の低減、金属細線24から注入されたホールの導電性パターン24Pの開口部への拡散、ホール輸送層44へのホール注入の機能を担う。
The
図2における領域Aの拡大図に示されるようにドープホール注入層42が金属細線24の上面に接触して導電性パターン24P上に設けられる場合、隣接する金属細線24間の領域においてドープホール注入層42は、透明基材22側の金属細線24界面(透明基材22の表面、又は、透明基材22の表面上に導電性無機化合物層が設けられ導電性無機化合物層上に金属細線24が設けられる場合は、導電性無機化合物層の表面)に接近して、透明基材22側の金属細線24界面を含む表面に接触する。このため、金属細線24を被覆することが可能となる。また、導電性無機化合物層が金属細線24の上面に接触して導電性パターン24P上に設けられる場合、隣接する金属細線24間の領域において導電性無機化合物層は、透明基材22側の金属細線24界面を含む表面に接近して、透明基材22側の金属細線24界面を含む表面に接触する。
When the doped
ドープホール注入層42は、少なくとも1種の低分子型ホスト材料と少なくとも1種の低分子型ドーパントから成り、有機EL素子10に一般的に使われている従来公知の材料と構成を用いることができる。
(低分子型ホスト材料)
The doped
(Low-molecular-weight host material)
低分子型ホスト材料は、ホール輸送層44へのホール注入におけるエネルギー障壁を低減する観点から、ホール輸送層44に用いられる材料若しくはホール輸送層44と近いレベルのHOMOを有する材料が好ましい。低分子型ホスト材料は、特に制限されないが、例えば、(1)BF-DPB(N,N’-[(Diphenyl-N,N’-bis)9,9,-dimethyl-fluoren-2-yl]-benzidine)、(2)MeO-TPD(N,N,N’,N’-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine)、(3)Spiro-TTB(2,2’,7,7’-tetrakis(N,N’-di-p-methylphenylamino)-9,9’-spirobifluorene)、(4)NPB(N,N’-di(naphtalene-1-yl)-N,N’-diphenylbenzidine)、(5)PV-TPD(N,N’-di(4-(2,2-diphenyl-ethen-1-yl)-phenyl)-N,N’-di(4-methylphenylphenyl) benzidine)、(6)ZnPc(zinc-phthalocyanine)、(7)TDATA、(8)m-MTDATA、(9)TPD、(10)CuPc、(11)HAT、(12)F16CuPc、(13)1-TNATA(4,4’,4’’-Tris(N-(1-naphthyl)- N-phenylamino)triphenylamine)、(14)2-TNATA(4,4’,4’’-Tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine)、(15)NPNPB(N,N’-diphenyl-N,N’-di-[4-(N,N-diphenyl-amino)phenyl]benzidine)、(16)DNTPD(N1,N1’-(Biphenyl-4,4’-diyl)bis(N1-phenyl-N4,N4 -di-m-tolylbenzene-1,4-diamine)、(17)HAT-CN(1,4,5,8,9,11-Hexaazatriphenylenehexacarbonitrile)、(18)PPDN(Pyrazino[2,3-f][1,10]phenanthroline-2,3-dicarbonitrile)等が挙げられる(なお、各有機機能層を含む有機EL素子の構成及び材料は、例えば、Caroline Murawski et al., Alternative p-doped hole transport material for low operating voltage and high efficiency organic light-emitting diodes, Applied Physics Letters, 2014年9月, Vol. 105, P. 113303, S. Olthof et al., Journal of Applied Physics, Photoelectron spectroscopy study of systematically varied doping concentrations in an organic semiconductor layer using a molecular p-dopant, 2009年10月, Vol. 106, P. 103711, M Pfeiffer et al., Doped organic semiconductors: Physics and application in light emitting diodes, Organic Electronics, 2003年9月, Vol. 4, P. 89-103, 時任 静士著, 『有機ELディスプレイ』, 2004年8月, オーム社, P. 101-120, 114-119, 217-219, 224-269等に記載されていることから、当業者に理解できる。
更に、下記のとおりインターネット上でも有機EL素子の構成及び材料は、記載されていることから、当業者に理解できる(以下具体的な文献名等を例示することなく材料等を例示列挙する)。
"Hole Injection Layer (HIL) Materials", [online], Shine Materials Technology Co., Ltd., [令和3年9月6日検索], インターネット
<URL: https://www.shinematerials.com/goods1-cat2-lang1.html>,
"Hole Transport Layer (HTL) Materials", [online], Shine Materials Technology Co., Ltd., [令和3年9月6日検索], インターネット
<URL: https://www.shinematerials.com/goods1-cat15-lang1.html>,
"Fluorescent Host Materials", [online], Shine Materials Technology Co., Ltd., [令和3年9月6日検索], インターネット
<URL: https://www.shinematerials.com/goods1-cat3-lang1.html>,
"Phosphorescent Host Materials", [online], Shine Materials Technology Co., Ltd., [令和3年9月6日検索], インターネット
<URL: https://www.shinematerials.com/goods1-cat4-lang1.html>,
"Hole Blocking / Electron Transporting Layer Materials", [online], Shine Materials Technology Co., Ltd., [令和3年9月6日検索], インターネット
<URL: https://www.shinematerials.com/goods1-cat16-lang1.html>,
"Blue Dopant Materials", [online], Shine Materials Technology Co., Ltd., [令和3年9月6日検索], インターネット
<URL: https://www.shinematerials.com/goods1-cat17-lang1.html>,
"Green Dopant Materials", [online], Shine Materials Technology Co., Ltd., [令和3年9月6日検索], インターネット
<URL: https://www.shinematerials.com/goods1-cat18-lang1.html>,
"Red Dopant Materials", [online], Shine Materials Technology Co., Ltd., [令和3年9月6日検索], インターネット
<URL: https://www.shinematerials.com/goods1-cat19-lang1.html>
(低分子型ドーパント)
The low-molecular-weight host material is preferably a material used for the
Furthermore, as described below, the structure and materials of organic EL elements are also described on the Internet, and therefore can be understood by those skilled in the art (materials, etc. are listed below without exemplifying specific literature names, etc.).
"Hole Injection Layer (HIL) Materials", [online], Shine Materials Technology Co., Ltd., [searched on September 6, 2021], Internet
<URL: https://www.shinematerials.com/goods1-cat2-lang1.html>,
"Hole Transport Layer (HTL) Materials", [online], Shine Materials Technology Co., Ltd., [searched on September 6, 2021], Internet
<URL: https://www.shinematerials.com/goods1-cat15-lang1.html>,
"Fluorescent Host Materials", [online], Shine Materials Technology Co., Ltd., [searched on September 6, 2021], Internet
<URL: https://www.shinematerials.com/goods1-cat3-lang1.html>,
"Phosphorescent Host Materials", [online], Shine Materials Technology Co., Ltd., [searched on September 6, 2021], Internet
<URL: https://www.shinematerials.com/goods1-cat4-lang1.html>,
"Hole Blocking / Electron Transporting Layer Materials", [online], Shine Materials Technology Co., Ltd., [searched on September 6, 2021], Internet
<URL: https://www.shinematerials.com/goods1-cat16-lang1.html>,
"Blue Dopant Materials", [online], Shine Materials Technology Co., Ltd., [searched on September 6, 2021], Internet
<URL: https://www.shinematerials.com/goods1-cat17-lang1.html>,
"Green Dopant Materials", [online], Shine Materials Technology Co., Ltd., [searched on September 6, 2021], Internet
<URL: https://www.shinematerials.com/goods1-cat18-lang1.html>,
"Red Dopant Materials", [online], Shine Materials Technology Co., Ltd., [searched on September 6, 2021], Internet
<URL: https://www.shinematerials.com/goods1-cat19-lang1.html>
(low-molecular-weight dopant)
低分子型ドーパントは、ドープホール注入層42に電気伝導性を付与し、層内のホール拡散性を向上する材料であれば特に制限されないが、例えば、(1)F6-TCNNQ (p-dopnant)(2,2’-(perfluoronaphthalene-2,6-diylidene)dimalononitrile)、(2)F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane)、(3)F2-TCNQ(3,6-difluoro-2,5,7,7,8,8-hexacyanoquinodimethane)、(4)TCNQ(tetracynoquinodimethane)、(5)NDP-2(Novaled社製)、(6)NDP-9(Novaled社製)、(7)ortho-chloranil、(8)DDQ(dicyano-dichloroquinone)、(9)TPT9、(10)BSB-Cz等が挙げられる(引用文献等について上記と同様)。
The low-molecular-weight dopant is not particularly limited as long as it is a material that imparts electrical conductivity to the doped
従ってドープホール注入層42は、例えば、F6-TCNNQをドーピングされたBF-DPBを備えてもよい。
(ドーパント密度)
The doped
(dopant density)
本明細書におけるドーパント密度Npとは、ドープホール注入層42の全体積に対する、ドープホール注入層42に含まれる低分子型ドーパントが占める含有相当体積(vol%)をいう。ドーパント密度の増減によって、ドープホール注入層42の電気伝導度(及びシート抵抗)と可視光領域における吸収係数(及び可視光透過率)を好ましい範囲に調整できる。Npは、好ましくは3vol%以上18vol%以下、より好ましくは4vol%以上15vol%以下、さらに好ましくは5vol%以上10vol%以下である。Npが3vol%以上であることにより、ドープホール注入層42の電気伝導度を向上できる傾向にある。他方、Npが18vol%以下であることにより、ドーパントによる可視光の吸収を抑え可視光透過率が向上する傾向にある。
The dopant density N p in this specification refers to the content equivalent volume (vol %) occupied by the low-molecular-weight dopant contained in the doped
Npは、低分子型ホスト材料と低分子型ドーパントの共蒸着プロセスにおいて、それぞれの材料の蒸着レート(例えば、Å/sec:単位時間当たりの蒸着膜厚)と蒸着時間(sec)の調整によってコントロールできる。例えば、予め取得した低分子型ホスト材料と低分子型ドーパントそれぞれの蒸着レートの検量線に基づき、低分子型ホスト材料の蒸着レートを0.9×α(Å/sec)に、低分子型ドーパントの蒸着レートを0.1×α(Å/sec)になるように調整することで、Npを10vol%とすることができる。なお、αは任意の数値を用いることができる。
(膜厚)
In the co-evaporation process of a low-molecular-weight host material and a low-molecular-weight dopant, N p is determined by adjusting the deposition rate of each material (for example, Å/sec: deposited film thickness per unit time) and the deposition time (sec). You can control it. For example, based on the previously obtained calibration curves of the deposition rates of the low-molecular-weight host material and the low-molecular-weight dopant, the deposition rate of the low-molecular-weight host material is set to 0.9 × α (Å / sec), and the low-molecular-weight dopant N p can be 10 vol % by adjusting the vapor deposition rate of to 0.1×α (Å/sec). Any numerical value can be used for α.
(film thickness)
ドープホール注入層42の膜厚tHILは、好ましくは30nm以上200nm以下、より好ましくは40nm以上150nm以下、さらに好ましくは50nm以上100nm以下である。tHILが30nm以上であることにより、有機機能層40の厚膜化による電気的ショートの抑制やリーク電流を小さくできる傾向にある。また、ドープホール注入層42のシート抵抗を低減できるため、金属細線24から注入されるホールがドープホール注入層42を介して導電性パターン24Pの開口部へ拡散しやすくなる。これにより開口部における空間輝度分布を均一化できる傾向にある。他方、tHILが200nm以下であることにより、ドープホール注入層42の可視光透過率が向上する傾向にあるため、有機発光層46で発光した光を外部に取り出しやすくなる。また、有機機能層40の厚膜化に伴う電流密度の低下を抑えることができる。
The film thickness t HIL of the doped
tHILは、低分子型ホスト材料と低分子型ドーパントの共蒸着プロセスにおける、それぞれの材料の蒸着レートと蒸着時間の調整によってコントロールできる。また、tHILとしては、蒸着プロセス条件から算出される数値を用いることができる。
(電気伝導度)
t HIL can be controlled by adjusting the deposition rate and deposition time of each material in the co-evaporation process of the low-molecular-weight host material and low-molecular-weight dopant. Also, as tHIL , a numerical value calculated from vapor deposition process conditions can be used.
(Electrical conductivity)
ドープホール注入層42の電気伝導度σHILの下限値は、好ましくは5×10-5S/cm以上、より好ましくは7×10-5S/cm以上、さらに好ましくは8×10-5S/cm以上である。σHILはドーパント密度の増加に伴い高くなるが、一定のドーパント密度(例えば、10vol%)以上になると飽和してくる傾向にある。また低分子型有機材料から成るホール注入層の代表例である4,4’,4’’-tris[3-methylphenyl(phenyl) amino]triphenylamine(m-MTDATA)の電気伝導度は約10-10S/cmである。本実施形態のドープホール注入層42は、低分子型ドーパントの添加により、従来の低分子型有機材料からなる一般的なホール注入層に比べて5桁以上高い電気伝導度を有する。σHILが5×10-5S/cm以上であることにより、ドープホール注入層42のシート抵抗を小さくできるため、金属細線24から注入されるホールがドープホール注入層42を介して導電性パターン24Pの開口部へ拡散しやすくなる。これにより開口部における空間輝度分布を均一化できる傾向にある。σHILの上限値は、特に制限されないが、例えば3.0×10-4S/cm以下を挙げることができる。これにより、ドーパント密度の増加に伴うドープホール注入層42の可視光透過率の低下を抑制できる。
σHILは、ドープホール注入層42の薄膜に対してJIS K 7194:1994に準拠した四端子法や、ASTM F 673-02に準拠した渦電流を用いた非接触方式で測定したシート抵抗と測定に用いたドープホール注入層42の膜厚tHILから算出できる。また、σHILは以下の方法によっても測定できる。先ずガラス基材上に形成したくし形電極上にドープホール注入層42を成膜した測定サンプルを作製する。その測定サンプルについて、くし形電極両端部の電気抵抗Rを測定する。そして、ドープホール注入層42の膜厚tHIL、くし形電極のチャネル長LCHと総チャネル幅WCHを用いて、次式によりσHIL(S/cm)を算出できる。
The lower limit of the electrical conductivity σ HIL of the doped
σ HIL is the sheet resistance of the thin film of the doped
σHIL=LCH/(R×tHIL×WCH)
(シート抵抗)
σ HIL =L CH /(R×t HIL ×W CH )
(sheet resistance)
ドープホール注入層42のシート抵抗はドープホール注入層42の電気伝導度と膜厚により算出できる。ドープホール注入層42のシート抵抗の上限値は、好ましくは6.5×109Ω/sq.以下、より好ましくは4.5×109Ω/sq.以下、さらに好ましくは3.0×109Ω/sq.以下、特に好ましくは2.5×109Ω/sq.以下である。ドープホール注入層42のシート抵抗が6.5×109Ω/sq.以下であることにより、金属細線24から注入されたホールがドープホール注入層42を介して導電性パターン24Pの開口部へ拡散しやすくなるため、開口部における空間輝度分布を均一化できる傾向にある。ドープホール注入層42のシート抵抗の下限値は、特に制限されないが、例えば1.5×108Ω/sq.以上を挙げることができる。これにより、ドープホール注入層42の膜厚の厚膜化やドーパント密度の増加によるドープホール注入層42の可視光透過率の低下を抑制でき、有機発光層46で発光した光を外部に取り出しやすくなる傾向にある。
(可視光透過率)
The sheet resistance of the doped
(visible light transmittance)
ドープホール注入層42の可視光透過率は、ドーパント密度を小さくする、若しくはドープホール注入層42の膜厚を小さくすることにより増加できる傾向にある。ドープホール注入層42の可視光透過率は、好ましくは80%以上100%以下、より好ましくは82%以上97%以下、さらに好ましくは84%以上95%以下である。ドープホール注入層42の可視光透過率が80%以上であることにより、有機発光層46で発光した光を外部に取り出しやすくなる傾向にある。
The visible light transmittance of the doped
ドープホール注入層42の可視光透過率は、以下の方法で確認できる。ガラス基材上にドープホール注入層42を成膜した測定サンプルを準備する。その測定サンプルと参照試料としてガラス基材を用いた紫外・可視光分光測定(UV-vis spectroscopy)により、ガラス基材の影響を取り除いたドープホール注入層42の光吸収スペクトルを測定する。取得した光吸収スペクトルから透過スペクトルを算出する。ドープホール注入層42の透過スペクトルからJIS R 3106:2019またはISO9050:2003に準拠して可視光透過率を算出することができる。
〔ホール輸送層44〕
The visible light transmittance of the doped
[Hole transport layer 44]
本実施形態の有機EL素子10は、有機機能層40に低分子型有機材料からなるホール輸送層44を有する。ホール輸送層44は、蒸着法によりドープホール注入層42上に設けられる。本実施形態のホール輸送層44は、厚膜化による有機EL素子10の電気的なショートの抑制やリーク電流の低減と、ドープホール注入層42から注入されたホールを有機発光層46等へ輸送する機能を担う。ただしホール輸送層44とドープホール注入層42は、同じ材料から構成されてもよい。
The
ホール輸送層44は、ドープホール注入層42からのホール注入におけるエネルギー障壁を低減する観点から、ドープホール注入層42の低分子型ホスト材料に用いられる材料、もしくはドープホール注入層42の低分子型ホスト材料と近いレベルのHOMOを有する材料で形成されることが好ましい。また同様に、ホール輸送層44から有機発光層46へのホール注入におけるエネルギー障壁を低減する観点から、有機発光層46と近いレベルのHOMOを有する材料で形成されることが好ましい。このような観点からホール輸送層44は、1種の材料からなるものであってもよいし、2種以上の材料を積層することによってホール輸送層44のHOMOをドープホール注入層42に近い準位から有機発光層46に近い準位へと段階的に変化させる構成であってもよい。ホール輸送層44に使用される材料は、低分子型有機材料であれば特に制限されず、有機EL素子10に一般的に使われている従来公知の材料を使用することができる。ホール輸送層44に使用される材料としては、ドープホール注入層42として記載されている上記材料の他、例えば、(1)Spiro-TAD(2,2’,7,7’-Tetrakis(N, N-diphenylamino)-9,9’-spirobifluorene)、(2)VNPB(N4,N4’-Di(naphthalen-1-yl)-N4,N4’-bis(4-vinylphenyl)biphenyl-4,4’-diamine)、(3)Tris-PCz(9-Phenyl-3,6-bis(9-phenyl-9Hcarbazol-3-yl)-9H-carbazole)、(4)TAPC(1,1-Bis[(di-4-tolylamino)phenyl]cyclohexane)、(5)BF-DPB(N4,N4’-Bis(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)-N4,N4’-diphenylbiphenyl-4,4’-diamine)、(6)α-NPD(N,N’-Di-1-naphthyl-N,N’-diphenylbenzidine)、(7)(DTP)DPPD、(8)HTM1、(9)TPTE1、(10)TCTA(tris(4-carbazoyl-9-ylphenyl)amine)、(11)NTPA、(12)TFLFL、(13)TPTR、(14)TPTE、(15)TPPE等が挙げられる(引用文献等について上記と同様)。
The
ホール輸送層44の膜厚tHTLは、好ましくは30nm以上200nm以下、より好ましくは50nm以上180nm以下、さらに好ましくは80nm以上170nm以下であり、特に好ましくは100nm以上160nm以下である。なお、ホール輸送層44が2種以上の材料を積層する構造である場合には、tHTLはホール輸送層44の総膜厚である。
The film thickness t HTL of the
tHTLは、蒸着プロセスにおけるホール輸送層44に用いる材料の蒸着レートと蒸着時間の調整によってコントロールできる。また、tHTLは、蒸着プロセス条件にから算出される数値を用いることができる。
〔有機発光層46〕
t HTL can be controlled by adjusting the deposition rate and deposition time of the material used for the
[Organic light-emitting layer 46]
有機発光層46は、有機EL素子10に一般的に使われている従来公知の材料を使用することができる。励起一重項状態からの放射遷移による蛍光発光のために有機発光層46に使用されるホスト材料としては、例えば、(1)Alq3(Tris(8-quinolinolato)aluminum (purified by sublimation))、(2)TBADN(2-tert-Butyl-9,10-di(naphth-2-yl)anthracene)、(3)TPB3(1,3,5-Tri(pyren-1-yl)benzene)、(4)ADN(9,10-Bis(2-naphthyl)anthracene)、(5)MADN(2-methyl-9,10-bis(naphthalen-2-yl)anthracene)、(6)Alq、(7)Almq、(8)Mgq、(9)BeBq2、(10)ZnPBO、(11)ZnPBT、(12)Be(5Fla)2、(13)BpVBi、(14)Eu錯体、(15)APD、(16)BSB、(17)BAlq(Bis(8-hydroxy-2-methylquinoline)-(4-phenylphenoxy)aluminum)、(18)アゾメチン金属錯体、(19)ジスチリルベンゼン誘導体、(20)DTVBi誘導体、(21)DSB誘導体等が挙げられる。なお、電子輸送層48及び有機発光層46を兼ねる材料として、電子輸送層48及び有機発光層46を共にAlq3から構成してもよい(引用文献等について上記と同様)。
For the organic light-emitting
また、有機発光層46は、ゲスト材料として、ペリレン、DPT、PMDFB、キナクリドン、ルブレン、BTX、ABTX、DCM、DCJT、DCJTB、DCJMTB、TDPF、PtOEP、Btp2Ir(acac)、クマリン誘導体(C540)、ジスチリル系化合物(BCzVBi)、ADN、TBP、FIrpic、FIr6、ユーロピウム錯体(Eu(TTA)3phen)を含んでよい(引用文献等について上記と同様)。
The organic light-emitting
例えば、有機発光層46は、アントラセン骨格を有するADNとペリレン誘導体TBPとの組み合わせにより青色発光の効率化を図れることが知られている。有機発光層46は、例えばホスト材料としてのアントラセンの二量体に、ゲスト材料としてC545Tを1%ドーピングして緑色発光の効率化を図ってもよい。また、有機発光層46は、ホスト材料としてのAlq3にゲスト材料としてDCM1又はDCM2をドーピングして赤色発光を得てもよい。
For example, it is known that the organic
更に有機発光層46は、励起一重項状態からの放射遷移による蛍光の他、励起三重項状態からの放射線移によるりん光を発光するためのりん光材料を含んでもよい。材料としては、例えば、(1)CBP(4,4’-Bis(N-carbazolyl)-1,1’-biphenyl)、(2)TCTA、(3)UGH-2(1,4-Bis(triphenylsilyl)benzene)、(4)26DCzPPy(2,6-bis(3-(carbazol-9-yl)phenyl)pyridine)、(5)DPDT(2,8-Bis(diphenyl-phosphoryl)-dibenzo[b,d]thiophene)、(6)DPEPO(Bis[2-(diphenylphosphino)phenyl]ether oxide)、(7)mCPSOB(9-(3-(9H-Carbazol-9-yl)-5-(phenylsulfonyl)phenyl)-9H-carbazole)、(8)DCzDCN(5-(4,6-Diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)benzene-1,3-dinitrile)、(9)Spiro-2CBP(2,7-Bis(carbazol-9-yl)-9,9-spirobifluorene)、(10)mCP(1,3-Bis(N-carbazolyl)benzene)、(11)TCP(1,3,5-tris(carbazol-9-yl)benzene)、(12)CzSi(1,3,5-tris(carbazol-9-yl)benzene)、(13)BCBP(2,2’-bis(4-(carbazol-9-yl)phenyl)-biphenyl)、(14)BCPO(Bis-4-(N-carbazolyl)phenyl)phenylphosphine oxide)、(15)DCzDBT(2,8-Di(9-carbazolyl)dibenzothiophene)、(16)mCBP(3,3-Di(9H-carbazol-9-yl)biphenyl)、(17)CPCB(3-(3-(9H-Carbazol-9-yl)phenyl)-9-(3-(3-(3-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)-9Hcarbazo-9-yl)phenyl)-9H-carbazole)、(18)Spiro-CBP(2,2’,7,7’-Tetrakis(carbazol-9-yl)-9,9-spirobifluoren)が挙げられる。更に、Btp2Ir(acac)、イリジウム錯体Ir(ppy)3、カルバゾール誘導体CBP、FIrpic、Fir6、Ir(thpy)3、Ir(t5m-thpy)3、Ir(t-5CF3-py)3、Ir(t-5t-py)3、Ir(mt-5mt-py)3、Ir(btpy)3、Ir(tflpy)3、Ir(piq)3、Ir(tiq)3、Ir(fliq)3、ppy、tpy、bzq、thp、оp、bо、bt、bоn、αbsn、btp、ppо、C6、pq、β-bsn、ppz、Ir(Fppy)3、Ir(Fppy)2(acac)、又は、Ir(ppy)2(acac)が挙げられる(引用文献等について上記と同様)。
Further, the organic light-emitting
上記された有機低分子化合物を中心とする蛍光の発光材料及び白金並びにイリジウム錯体等のりん光の発光材料の他、有機発光層46として希土類錯体を利用することが可能である。希土類錯体は、希土類(原子番号58番から71番の元素、ランタン(La)、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y))のイオンと有機配位子から構成される。具体的には、有機発光層46は、Tb(III)錯体Tb(acac)3、Eu(III)錯体を含んでよい。例えば、有機発光層46は、Eu(III)錯体をドーピングされたポリ(メチルフェニルシラン)(PMPS)から構成されてよい。また、有機発光層46は、Eu(dbm)3(Tmphen)、Eu(dbm)3(phen)、又はTb(dbm)3(phen)をドーピングされたCBP等から構成されてよい。有機発光層46は、EuxTb1-x(acac)3(phen)を含んでよい。更にDCJTB、FIrpicをアシストドーパントとしてドーピングしてもよい。
A rare earth complex can be used as the organic light-emitting
なお有機発光層46は、熱活性化遅延傾向を利用した発光を発現可能に構成されてよい。即ち、励起一重項状態と励起三重項状態のエネルギー差を小さくすることにより、又は、熱エネルギーにより、励起三重項状態から励起一重項状態への逆エネルギーの遷移を高効率で生じさせて熱活性化遅延蛍光(TDFM)を発現させることが可能となる。具体的には、有機発光層46は、例えば、2重量%のSnF2(OEP)(ゲスト材料)をドーピングしたPVCz(ホスト材料)から構成されてよい。また、有機発光層46は、6重量%のPIC-TRZをドーピングした1,3-bis(9-carbazolyl)benzene(mCP)から構成されてよい。
Note that the organic light-emitting
なお有機発光層46は、異なる色を発する複数の発光層を備えてもよい。異なる色を発する複数の発光層を積層させることにより、最終的に発せられる色を調整することが可能となる。例えば有機発光層46は、青色を発するTPD層と、調整層を介してTPD層上に積層され緑色及び赤色を発するNile-RedをドーピングしたAlq3層を備えてもよい。このような構成により有機発光層46は、白色を発することが可能となる。
〔電子輸送層48〕
Note that the organic light-emitting
[Electron transport layer 48]
電子輸送層48は、有機EL素子10に一般的に使われている従来公知の材料を使用することができる。電子輸送層48に使用される材料としては、例えば、(1)Alq3、(2)Bphen(4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline)、(3)TPBi(2,2’,2’’-(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole))、(4)TAZ(3-(4-Biphenyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole)、(5)TmPyPB(1,3,5-Tris(3-pyridyl-3-phenyl)benzene)、(6)BeBq2(1,3,5-Tris(3-pyridyl-3-phenyl)benzene)、(7)TSPO1(iphenyl[4-(triphenylsilyl)phenyl]phosphine oxide)、(8)T2T(2,4,6-tris(biphenyl-3-yl)-1,3,5-triazine)、(9)BAlq(Bis(2-methyl-8-quino;-Biphenyl-4-olato)aluminum)、(10)BCP(Bis(2-methyl-8-quino;-Biphenyl-4-olato)aluminum)、(11)Liq(8-Hydroxyquinolinolato-lithium)、(12)NTAZ(4-(naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole)、(13)Be(PP)2(Bis[2-(2-hydroxyphenyl)-pyridine]beryllium)、(14)B3PyPB(1,3-Bis[3,5-di(pyridin-3-yl)phenyl]benzene)、(15)3TPYMB(Tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)borane)、(16)DPPS(Diphenyl-bis(4-(pyridin-3-yl)phenyl)silane)等が挙げられる。更に、オキサジアゾール誘導体(tBu-PBD)、オキサジアゾール二量体(OXD-7)、スターバーストオキサジアゾール、TRAZ、フェニルキノキサリン誘導体(TPQ)、シロール誘導体(PyPySPyPy)、CBP、ベンズイミダゾール誘導体(TPBI)、ピリミジン誘導体(B3PymPm)、又は、BpyOXDが挙げられる。更に炭素や窒素以外の典型元素を導入するために電子輸送層48の材料は、ボロン誘導体(BMB-nT)、又は、ホスフィンオキサイド誘導体(POPy2)を含んでもよい(引用文献等について上記と同様)。
[電子注入層50]
For the
[Electron injection layer 50]
電子注入層50は、有機EL素子10に一般的に使われている従来公知の材料を使用することができる。電子注入層50に使用される材料としては、例えば、LiF、Li2O3、Ca、Ba、Cs、LiF/Ca等の仕事関数が小さく活性の高い材料が挙げられる。
[陰極60]
The
[Cathode 60]
陰極60は、有機EL素子10に一般的に使われている従来公知の材料を使用することができる。陰極60に使用される材料としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、スカンジウム、バナジウム、亜鉛、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウム等の金属、及びそれらのうちの2つ以上の合金;或いはそれらのうちの1つ以上と、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン、錫のうちの1つ以上との合金;グラファイト又はグラファイト層間化合物等が挙げられる。これらの合金としては、マグネシウム-銀合金、マグネシウム-インジウム合金、マグネシウム-アルミニウム合金、インジウム-銀合金、リチウム-アルミニウム合金、リチウム-マグネシウム合金、リチウム-インジウム合金、カルシウム-アルミニウム合金等が挙げられる。例えば陰極60は、MgAg、MgIn、又は、AlLiの合金から構成されてよい(引用文献等について上記と同様)。
[薄膜封止層70]
The
[Thin film sealing layer 70]
薄膜封止層70は、上述のバリア層と同様、水分や酸素に対して高い遮蔽性能を有する層である。薄膜封止層70を設けることで有機EL素子10内部への水分や酸素の侵入による有機EL素子10の特性低下を抑制に寄与する。薄膜封止層70は、陰極60上に設けられ、さらに外部端子と接続するために露出させた集電部の一部の領域以外の有機EL素子10を被覆するように形成することができる。薄膜封止層70は、有機EL素子10に一般的に使われている従来公知の組成、構造及びその形成方を適用することができ、上述のバリア層と同じ組成と構造を用いることが好ましい。薄膜封止層70としては、非特許文献3に開示される薄膜封止層70(TFE)を適応することが特に好ましい。
The thin-
以下、本発明を実施例及び比較例を用いてより具体的に説明する。本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
<<参考例S1>>
Hereinafter, the present invention will be described more specifically using examples and comparative examples. The present invention is by no means limited by the following examples.
<<Reference example S1>>
以下、銅と酸化銅を含む金属細線からなるメタルグリッド透明電極のPEDOT:PSS製膜プロセスへの適合性について、具体的に説明する。
《メタルグリッド透明電極の製造》
[透明基材Sの調製]
片面に易接着層が形成されたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(東洋紡社製、製品名:コスモシャインA4100、フィルム厚50μm)をコア層として用いて、易接着層が形成されていない一方の面上に酸化ケイ素ナノ粒子2質量%、導電性の有機シラン化合物1質量%、2-プロパノール65質量%、1-ブタノール25質量%、水7質量%で構成された中間層形成組成物を塗布し、乾燥して、酸化ケイ素を含有した厚さ150nmの中間層を形成した透明基材Sを得た。
[インク1]
The suitability of the metal grid transparent electrode composed of fine metal wires containing copper and copper oxide to the PEDOT:PSS film forming process will be specifically described below.
<<Manufacturing of Metal Grid Transparent Electrode>>
[Preparation of transparent substrate S]
A polyethylene terephthalate (PET) film (manufactured by Toyobo Co., Ltd., product name: Cosmoshine A4100,
[Ink 1]
粒子径21nmの酸化第一銅ナノ粒子20質量部と、分散剤(ビッグケミー社製、製品名:Disperbyk-145)4質量部と、界面活性剤(セイミケミカル社製、製品名:S-611)1質量部と、エタノール75質量部とを混合・分散し、酸化第一銅ナノ粒子の含有割合が20質量%のインク1を調製した。
[メタルグリッド透明電極Sの製造]
20 parts by mass of cuprous oxide nanoparticles with a particle size of 21 nm, 4 parts by mass of a dispersant (manufactured by Big Chemie, product name: Disperbyk-145), and a surfactant (manufactured by Seimi Chemical Co., product name: S-611). 1 part by mass and 75 parts by mass of ethanol were mixed and dispersed to prepare
[Manufacture of metal grid transparent electrode S]
先ず転写媒体表面にインク1を塗布し、次いでインクが塗布された転写媒体表面と導電性パターンの溝を有する版を対向させて、押圧、接触して、版の凸部表面に転写媒体表面上の一部のインクを転移させた。その後、残ったインクがコーティングされた転写媒体表面と透明基材Sとを対向させて、押圧、接触させ、透明基材Sの中間層の上に所望の導電性パターン状のインク1を転写させた。次いで、透明基材上の導電性パターン状のインクの塗布膜(分散体塗布膜)に対して還元雰囲気下で0.9kWのプラズマを180sec間照射し、分散体塗布膜中の酸化第一銅を銅に還元し、銅の金属成分焼結膜を形成する焼成プロセスによってメッシュパターンのメタルグリッド透明電極Sを得た。
《メタルグリッド透明電極の評価》
[線幅、ギャップ、膜厚の測定]
First, the
<<Evaluation of metal grid transparent electrode>>
[Measurement of line width, gap and film thickness]
得られたメタルグリッド透明電極Sについて、共焦点レーザー顕微鏡による平面写真により、金属細線の線幅WTCEと膜厚tTCE、導電性パターン24PのギャップGTCEを算出した。メタルグリッド透明電極SのWTCEは1.1μm、tTCEは153nm、GTCEは98.5μmであった。
[金属細線断面のSTEM-EDX分析]
For the obtained metal grid transparent electrode S, the line width W TCE and film thickness t TCE of the metal thin line, and the gap G TCE of the
[STEM-EDX analysis of metal fine wire cross section]
得られたメタルグリッド透明電極Sを、収束イオンビーム(FIB)を用いて金属細線の延伸方向に直交する金属細線の断面を含む、厚さ200nm以下の薄切片を作製した。得られた薄切片をシリコンの試料台の先端に取り付け、測定サンプルとして下記条件にてSTEM-EDX測定を行った。 Using a focused ion beam (FIB), the metal grid transparent electrode S thus obtained was cut into slices having a thickness of 200 nm or less, including the cross section of the fine metal wire perpendicular to the extending direction of the fine metal wire. The obtained thin section was attached to the tip of a silicon sample stage, and STEM-EDX measurement was performed as a measurement sample under the following conditions.
STEM:日立ハイテクノロジーズ社製、走査型透過電子顕微鏡 HD―2300A
EDX :EDAX社製、エネルギー分散型X線分析装置、GENESIS
加速電圧:200kV
測定倍率:25,000倍
電子線入射角度:90°
X線取出角度 :18°
マッピング元素:Cu、O
積算回数:200回
dwell time:200μsec.
解像度 :256×200ピクセル
STEM: Scanning transmission electron microscope HD-2300A manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation
EDX: Energy dispersive X-ray spectrometer manufactured by EDAX, GENESIS
Accelerating voltage: 200 kV
Measurement magnification: 25,000 times Electron beam incident angle: 90°
X-ray extraction angle: 18°
Mapping elements: Cu, O
Accumulation times: 200 dwell time: 200 μsec.
Resolution: 256 x 200 pixels
次いで、上記のようにして得られた測定サンプルをSTEMにより観察し、金属細線の断面のSTEM像を得た。同時に、エネルギー分散型X線分析(EDX)により金属細線の断面の元素マッピングをした。具体的には、断面の箇所ごとに酸素原子OのK殻のEDX強度と、銅原子CuのK殻のEDX強度とを測定し、この操作を金属細線の断面の全体に対して行った。 Next, the measurement sample obtained as described above was observed with an STEM to obtain an STEM image of the cross section of the fine metal wire. At the same time, elemental mapping of the cross section of the metal wire was performed by energy dispersive X-ray analysis (EDX). Specifically, the EDX intensity of the K-shell of the oxygen atom O and the EDX intensity of the K-shell of the copper atom Cu were measured at each cross-sectional location, and this operation was performed for the entire cross-section of the metal thin wire.
他方で、STEM像から、測定視野内における透明基材側の金属細線界面から金属細線までの最大厚さtTCEを算出し、透明基材側の金属細線界面から0.10tTCE~0.90tTCEまでの厚さ領域における酸素原子OのK殻のEDX強度の積算値と銅原子CuのK殻のEDX強度の積算値を算出し、これら積算値の比を原子%比O/Cu0.10~0.90として得た。同様に、透明基材側の金属細線界面から0.10tTCE~0.25tTCE、及び0.75T~0.90Tまでの厚さ領域についても同様の方法により原子%比O/Cu0.10-0.25と原子%比O/Cu0.75-0.90を算出した。酸素原子Oは主に酸化銅(酸化第一銅、酸化第二銅、および/又は水酸化銅)に由来すると考えられる。そのため、原子%比O/Cu0.10~0.25は透明基材との界面側、原子%比O/Cu0.75-0.90は表面側における酸化銅の偏在性を示す。結果を表1に示す。
表1から、メタルグリッド透明電極Sの金属細線中の酸素原子O(すなわち、酸化銅)は、透明基材側界面付近に相対的に多く存在していることがわかる。これは、プラズマ焼成における酸化第一銅の還元が金属細線表面から進行するため、還元されていない酸化第一銅等の酸化銅が透明基材界面付近に多く残存するためと考えられる。
[PEDOT:PSS製膜プロセスへの適合性試験]
次いで、メタルグリッド透明電極Sと同様に作製したメタルグリッド透明電極上にPEDOT:PSSの水系塗布液(製品名:Clevios PVP AI 4083、pH1.5~2.5)をスピンコートし、PEDOT:PSSから成るホール注入層の製膜を行った。PEDOT:PSS成膜前のメタルグリッド透明電極Sのシート抵抗は330Ω/sq.であったが、成膜後のシート抵抗は測定不能(Range Over)であり、金属細線が透明基材Sから剥離していることが確認された。これは、透明基材界面付近に存在する酸化銅が水系塗布液中のPSS由来の有機スルホン酸に溶解し、金属細線がアンダーエッチングされたことで、透明基材から金属細線が剥離したものと推測する。この結果から、銅と酸化銅を含む金属細線を備えるメタルグリッド透明電極には、PEDOT:PSSを湿式製膜できないことが分かる。
<<実施例A>>
From Table 1, it can be seen that relatively many oxygen atoms O (that is, copper oxide) in the fine metal wires of the metal grid transparent electrode S are present near the interface on the transparent substrate side. This is presumably because the reduction of cuprous oxide in plasma firing proceeds from the surface of the fine metal wire, and a large amount of unreduced cuprous oxide such as cuprous oxide remains near the interface of the transparent substrate.
[PEDOT: compatibility test for PSS film formation process]
Next, a water-based coating solution of PEDOT:PSS (product name: Clevios PVP AI 4083, pH 1.5 to 2.5) was spin-coated on the metal grid transparent electrode prepared in the same manner as the metal grid transparent electrode S, and PEDOT:PSS was applied. A hole injection layer consisting of was formed. The sheet resistance of the metal grid transparent electrode S before PEDOT:PSS film formation is 330Ω/sq. However, the sheet resistance after film formation was unmeasurable (Range Over), and it was confirmed that the fine metal wires were separated from the transparent substrate S. This is because the copper oxide existing near the interface of the transparent substrate dissolved in the organic sulfonic acid derived from PSS in the water-based coating liquid, and the fine metal wires were under-etched, and the fine metal wires were peeled off from the transparent substrate. Infer. From this result, it can be seen that PEDOT:PSS cannot be wet film-formed on a metal grid transparent electrode provided with fine metal wires containing copper and copper oxide.
<<Example A>>
以下、銅と酸化銅を含む金属細線を備えるメタルグリッド透明電極を用いた有機EL素子について、具体的に説明する。
〔実施例A1〕
《メタルグリッド透明電極の製造》
[透明基材Aの調製]
Hereinafter, an organic EL device using a metal grid transparent electrode provided with fine metal wires containing copper and copper oxide will be specifically described.
[Example A1]
<<Manufacturing of Metal Grid Transparent Electrode>>
[Preparation of transparent substrate A]
無アルカリガラス(コーニング社製、製品名:EAGLE XG、厚さ1.1mm)を透明基材Aとして使用した。
[メタルグリッド透明電極A1の製造]
Alkali-free glass (manufactured by Corning, product name: EAGLE XG, thickness 1.1 mm) was used as the transparent substrate A.
[Production of Metal Grid Transparent Electrode A1]
先ず転写媒体表面にインク1を塗布し、次いでインクが塗布された転写媒体表面と導電性パターン及び第2導電性パターンの溝を有する版を対向させて、押圧、接触して、版の凸部表面に転写媒体表面上の一部のインクを転移させた。その後、残ったインクがコーティングされた転写媒体表面と透明基材Aとを対向させて、押圧、接触させ、透明基材Aの上に所望の導電性パターン状のインク1を転写させた。次いで、透明基材上の導電性パターン状のインクの塗布膜(分散体塗布膜)に対して還元雰囲気下で1.2kWのプラズマを600sec間照射し、分散体塗布膜中の酸化第一銅を銅に還元し、銅の金属成分焼結膜を形成する焼成プロセスによってメッシュパターンの導電性パターンと第2導電性パターンを有するメタルグリッド透明電極A1を得た。
《メタルグリッド透明電極の評価》
[線幅、ギャップ、膜厚の測定、及び開口率の算出]
First, the
<<Evaluation of metal grid transparent electrode>>
[Measurement of line width, gap, film thickness, and calculation of aperture ratio]
得られたメタルグリッド透明電極A1について、共焦点レーザー顕微鏡による平面写真により、導電性パターンの金属細線の線幅WTCEと膜厚tTCE、導電性パターンのギャップGTCEを算出した。結果を表3に示す。またメタルグリッド透明電極A1の第2導電性パターンの金属細線の線幅WBusは2μm、ギャップはGBus2μmであり、占有面積率SBusは75%であった。第2導電性パターンは導電性パターンと電気的に接続しており、これを陽極側の集電部として使用した。
[可視光透過率の測定]
For the obtained metal grid transparent electrode A1, the line width W TCE and film thickness t TCE of the metal thin line of the conductive pattern, and the gap G TCE of the conductive pattern were calculated from a plane photograph taken with a confocal laser microscope. Table 3 shows the results. The line width WBus of the fine metal wires of the second conductive pattern of the metal grid transparent electrode A1 was 2 μm, the gap GBus was 2 μm, and the occupied area ratio SBus was 75%. The second conductive pattern was electrically connected to the conductive pattern and was used as the current collector on the anode side.
[Measurement of Visible Light Transmittance]
メタルグリッド透明電極A1の可視光透過率TVLTは、透明基材Aの可視光透過率92.8%に導電性パターンの開口率ATCEを乗じて算出した。結果を表3に示す。
[シート抵抗の測定]
The visible light transmittance T VLT of the metal grid transparent electrode A1 was calculated by multiplying the visible light transmittance 92.8% of the transparent substrate A by the aperture ratio A TCE of the conductive pattern. Table 3 shows the results.
[Measurement of sheet resistance]
メタルグリッド透明電極A1の導電性パターンのシート抵抗を、ASTM F 673-02に準拠した渦電流を用いた非接触方式にて測定した。結果を表3に示す。
《ドープホール注入層の調整》
[ドープホール注入層の調製]
The sheet resistance of the conductive pattern of the metal grid transparent electrode A1 was measured by a non-contact method using eddy current according to ASTM F 673-02. Table 3 shows the results.
<<Adjustment of Doped Hole Injection Layer>>
[Preparation of doped hole injection layer]
Shine Materials Technology Co. Ltdより入手した低分子型ホスト材料と低分子型ドーパントを用いて、真空蒸着装置(Kurt J. Lesker社製、製品名: Super Spectros thin-film deposition system)による共蒸着によって、ガラス基材上と、ガラス基材上のくし形電極の上にドープホール注入層を成膜した測定サンプルを複数作製した。各測定サンプルのドープホール注入層は、低分子型ホスト材料と低分子型ドーパントの蒸着レート(Å/sec)と蒸着時間(sec)を調整することで、ドーパント密度Npを5vol%、10vol%、15vol%で、膜厚tHILを30nm~170nmの範囲で調整した。
[電気伝導度の測定]
Using a low-molecular-weight host material and a low-molecular-weight dopant obtained from Shine Materials Technology Co. Ltd., co-evaporation with a vacuum deposition device (manufactured by Kurt J. Lesker, product name: Super Spectros thin-film deposition system), A plurality of measurement samples were prepared by depositing doped hole injection layers on the glass substrate and on the comb-shaped electrodes on the glass substrate. The doped hole injection layer of each measurement sample had a dopant density Np of 5 vol% and 10 vol% by adjusting the deposition rate (Å/sec) and deposition time (sec) of the low-molecular-weight host material and the low-molecular-weight dopant. , 15 vol %, and the film thickness t HIL was adjusted in the range of 30 nm to 170 nm.
[Measurement of electrical conductivity]
測定サンプルのくし形電極間の電気抵抗をKeithley社製Keithley 2440 source measureで測定し、上述した方法により電気伝導度σHILを算出した。算出したσHILについてドーパント密度毎に平均をとった結果を表2にまとめる。
各測定サンプルのガラス基材上のドープホール注入層の可視光透過率を次の方法で算出した。各測定サンプルと参照試料としてガラス基材を用いた紫外・可視光分光測定(UV-vis spectroscopy)により、ガラス基材の影響を取り除いたドープホール注入層の光吸収スペクトルを測定した。取得した光吸収スペクトルから透過スペクトルを算出し、ドープホール注入層の透過スペクトルからJIS R 3106:2019またはISO9050:2003に準拠して可視光透過率を算出した。これによって、ドーパント密度と膜厚に対するドープホール注入層の可視光透過率の検量線を得た。
《有機EL素子の製造》
[有機機能層の成膜]
The visible light transmittance of the doped hole injection layer on the glass substrate of each measurement sample was calculated by the following method. By UV-vis spectroscopy using glass substrates as each measurement sample and a reference sample, the light absorption spectrum of the doped hole injection layer with the influence of the glass substrate removed was measured. A transmission spectrum was calculated from the obtained light absorption spectrum, and a visible light transmittance was calculated from the transmission spectrum of the doped hole injection layer according to JIS R 3106:2019 or ISO9050:2003. Thereby, a calibration curve of the visible light transmittance of the doped hole injection layer with respect to the dopant density and film thickness was obtained.
<<Manufacturing of organic EL elements>>
[Deposition of organic functional layer]
メタルグリッド透明電極A1上に、Shine Materials Technology Co. Ltdより入手した低分子型有機材料を用いて、真空蒸着装置(Kurt J. Lesker社製、製品名: Super Spectros thin-film deposition system)による真空蒸着法によって、次の構成の有機機能層を成膜した。ドープホール注入層は低分子型ホスト材料と低分子型ドーパントの共蒸着における蒸着レート(Å/sec)と蒸着時間(sec)を調製することでドーパント密度と膜厚を調製した。 A low-molecular-weight organic material obtained from Shine Materials Technology Co. Ltd. was used on the metal grid transparent electrode A1, and a vacuum was applied using a vacuum deposition apparatus (manufactured by Kurt J. Lesker, product name: Super Spectros thin-film deposition system). An organic functional layer having the following structure was formed by a vapor deposition method. The dopant density and film thickness of the doped hole injection layer were adjusted by adjusting the vapor deposition rate (Å/sec) and vapor deposition time (sec) in co-evaporation of the low-molecular-weight host material and the low-molecular-weight dopant.
・ドープホール注入層:膜厚tHIL50nm、ドーパント密度Np5vol%
・ホール注入層:膜厚tHTL150nm
・有機発光層:膜厚15nm、青色及び黄色の蛍光ゲスト材料を含む
・電子輸送層:膜厚35nm
・Doped hole injection layer:
・Hole injection layer: film thickness t HTL 150 nm
・Organic light emitting layer: 15 nm thick, containing blue and yellow fluorescent guest materials ・Electron transport layer: 35 nm thick
有機機能層の膜厚torg-TCEは250nmである。なお、有機機能層内の各層の膜厚は、各層を成膜する際の蒸着レートと蒸着時間により算出される値を用いた。また、有機機能層の膜厚は、各層の膜厚の合計値を用いた。《ドープホール注入層の調整》で取得したσHILと可視光透過率の検量線から算出したドープホール注入層のシート抵抗と可視光透過率を表3に示す。
[電子注入層と陰極の成膜]
The film thickness t org-TCE of the organic functional layer is 250 nm. For the film thickness of each layer in the organic functional layer, a value calculated from the deposition rate and deposition time when forming each layer was used. As the film thickness of the organic functional layer, the total film thickness of each layer was used. Table 3 shows the sheet resistance and visible light transmittance of the doped hole injection layer calculated from the σ HIL obtained in <<Adjustment of Doped Hole Injection Layer>> and the calibration curve of the visible light transmittance.
[Deposition of Electron Injection Layer and Cathode]
成膜した有機機能層の上に、電子注入層としてLiF(膜厚1nm)を真空蒸着し、その上に陰極としてAl(膜厚100nm)を真空蒸着法で成膜した。 LiF (thickness: 1 nm) was vacuum-deposited as an electron injection layer on the formed organic functional layer, and Al (thickness: 100 nm) was deposited thereon as a cathode by a vacuum deposition method.
[封止層の形成]
最後に非特許文献3に開示される薄膜封止層(TFE)で外部端子との接続のために露出した集電部の一部の領域を除く有機EL素子全体を被覆し、有機EL素子を製造した。
[Formation of sealing layer]
Finally, a thin film encapsulating layer (TFE) disclosed in
《有機EL素子の電流密度-電圧-輝度特性(JVL特性)の評価》
得られた有機EL素子について、JVL特性を評価した。図8にJVL特性を示す。また、図9に4V印可時の有機EL素子の外観写真を示す。JVL特性より発光の閾値電圧が2.3Vであることが分かった。そこでこの有機EL素子のリーク電流を、印可電圧1Vのときの電流密度と定義した。また、表3にリーク電流と4V印可時の輝度について示す。
<<Evaluation of current density-voltage-luminance characteristics (JVL characteristics) of organic EL elements>>
JVL characteristics were evaluated for the obtained organic EL device. FIG. 8 shows JVL characteristics. Also, FIG. 9 shows a photograph of the appearance of the organic EL device when 4 V is applied. It was found from the JVL characteristics that the threshold voltage for light emission was 2.3V. Therefore, the leakage current of this organic EL element was defined as the current density when the applied voltage was 1V. Table 3 shows the leakage current and the luminance when 4V is applied.
〔実施例A2~A7、及び比較例A1~A2〕
メタルグリッド透明電極の導電性パターンにおける線幅WTCEとギャップGTCEを、パターン形成工程に使用される版の溝のパターンを変更することで表3に示すように変更した。また、金属細線の膜厚tTCEを、パターン形成工程における転写媒体表面上のインクの塗布膜厚を変更することで表3に示すように変更した。また実施例A1~A7について、ドープホール注入層のドーパント密度Npと膜厚tHILを、共蒸着時の蒸着レートと蒸着時間を変更することで表3に示すように変更した。また比較例A1~A2について、ドープホール注入層に代えて実施例A1~A7とは別の低分子型ホスト材料のみから成るホール注入層(膜厚:10nm)をメタルグリッド透明電極の電極部上に真空蒸着により成膜し、さらに実施例A1~A7とは別の低分子型ホスト材料の組み合わせから成るホール輸送層(膜厚:40nm)をホール注入層の上に真空蒸着で成膜した。それ以外については、実施例A1と同様の操作によりメタルグリッド透明電極とそれを用いた有機EL素子を作製し、評価を行った。結果を表3に示す。
[Examples A2 to A7 and Comparative Examples A1 to A2]
The line width W TCE and the gap G TCE in the conductive pattern of the metal grid transparent electrode were changed as shown in Table 3 by changing the groove pattern of the plate used in the pattern formation process. In addition, the film thickness t TCE of the thin metal wire was changed as shown in Table 3 by changing the coating film thickness of the ink on the surface of the transfer medium in the pattern forming process. Further, for Examples A1 to A7, the dopant density N p and film thickness t HIL of the doped hole injection layer were changed as shown in Table 3 by changing the vapor deposition rate and vapor deposition time during co-evaporation. In Comparative Examples A1 and A2, instead of the doped hole injection layer, a hole injection layer (thickness: 10 nm) made of only a low-molecular-weight host material different from that of Examples A1 to A7 was formed on the electrode portion of the metal grid transparent electrode. was formed by vacuum deposition, and a hole transport layer (thickness: 40 nm) composed of a combination of low-molecular-weight host materials different from those of Examples A1 to A7 was formed on the hole injection layer by vacuum deposition. Other than that, a metal grid transparent electrode and an organic EL device using the metal grid transparent electrode were produced and evaluated in the same manner as in Example A1. Table 3 shows the results.
《有機EL素子の断面SEM解析》
メタルグリッド透明電極の導電性パターンの金属細線の線幅WTCEが3μm、膜厚tTCEが159nm、導電性パターンのギャップGTCEが27μmとなるように調整した他は、メタルグリッド透明電極A1と同様にしてメタルグリッド透明電極を作製した。また、得られたメタルグリッド透明電極上にドーパント密度Npが10vol%、膜厚tHILが100nmとなるように調整したドープホール注入層を設けた他は、実施例A1と同様にして有機EL素子を製造した。得られた有機EL素子について、FEI社製のNova200 NanoLab FIB-SEMを用いて、金属細線の延伸方向に直交する金属細線の断面を含む観察断面を形成し、有機EL素子の積層体の断面SEM像を取得した。断面SEM像を図10に示す。図10より有機機能層が金属細線を完全に被覆できていることが分かる。
<<Cross-sectional SEM analysis of organic EL element>>
The conductive pattern of the metal grid transparent electrode was adjusted so that the line width W TCE of the thin metal line was 3 μm, the film thickness t TCE was 159 nm, and the gap G TCE of the conductive pattern was 27 μm. A metal grid transparent electrode was produced in the same manner. Further, on the obtained metal grid transparent electrode, a doped hole injection layer adjusted to have a dopant density N p of 10 vol % and a film thickness t HIL of 100 nm was provided, in the same manner as in Example A1. device was manufactured. For the obtained organic EL element, using Nova200 NanoLab FIB-SEM manufactured by FEI, an observation cross section including a cross section of the metal fine wire perpendicular to the extending direction of the metal fine wire was formed, and a cross-sectional SEM of the laminate of the organic EL device was performed. got the image. A cross-sectional SEM image is shown in FIG. It can be seen from FIG. 10 that the organic functional layer can completely cover the fine metal wires.
実施例A1~A7及び参考例S1から、金属成分M(例えば、銅)と金属成分Mの酸化物(例えば、酸化銅)を含む金属細線から成る導電性パターン上に低分子型有機材料から成るドープホール注入層とホール輸送層を蒸着法によって形成することで、有機EL素子の製造プロセスにおいて、金属細線がダメージを受けたり、透明基材から金属細線が剥離するといった問題を解決でき、当該金属細線を有するメタルグリッド透明電極を用いた有機EL素子を実現できることがわかる。さらに、実施例A1~A7、比較例A1~A2及び実施例A8の有機EL素子の断面SEM像から、金属細線の膜厚tTCEが50nm以上250nm以下のメタルグリッド透明電極に対して、ドープホール注入層とホール輸送層を従来よりも厚膜化し有機機能層の総膜厚torg-TCEを(torg-TCE-tTCE)が50nm~300nmの範囲となるように調整することで、電気的なショートとリーク電流を抑制し、輝度の高いメタルグリッド透明電極を用いた有機EL素子が得られることが分かる。 From Examples A1 to A7 and Reference Example S1, a low-molecular-weight organic material is formed on a conductive pattern composed of fine metal wires containing a metal component M (eg, copper) and an oxide of the metal component M (eg, copper oxide). By forming the doped hole injection layer and the hole transport layer by a vapor deposition method, it is possible to solve the problems in the manufacturing process of the organic EL element, such as damage to the fine metal wires and peeling of the fine metal wires from the transparent base material. It can be seen that an organic EL element using a metal grid transparent electrode having thin wires can be realized. Furthermore, from the cross-sectional SEM images of the organic EL devices of Examples A1 to A7, Comparative Examples A1 to A2, and Example A8, the metal grid transparent electrode having a thickness t TCE of the metal fine wire of 50 nm or more and 250 nm or less, the dope hole By making the injection layer and the hole transport layer thicker than before and adjusting the total film thickness t org-TCE of the organic functional layers so that (t org-TCE −t TCE ) is in the range of 50 nm to 300 nm, It can be seen that an organic EL element using a metal grid transparent electrode with high brightness can be obtained in which short circuits and leak currents are suppressed.
すなわち実施例A1~A7及び比較例A1~A2は、それぞれ、メタルグリッド透明電極の金属細線の厚さtTCEが50nm以上250nm以下である点で共通するものの、比較例A1~A2のホール注入層及びホール輸送層の膜厚がそれぞれ10nm及び40nmであることと比較して、実施例A1~A7のホール注入層及びホール輸送層の膜厚がそれぞれ30~120nm及び150nmと大きく、その結果、比較例A1~A2の有機機能層の膜厚が140nmであることと比較して、実施例A1~A7の有機機能層の膜厚が230~320nmである点で異なる。 That is, Examples A1 to A7 and Comparative Examples A1 to A2 are common in that the thickness t TCE of the metal fine wires of the metal grid transparent electrode is 50 nm or more and 250 nm or less, respectively, but the hole injection layer of Comparative Examples A1 to A2 and the thickness of the hole transport layer is 10 nm and 40 nm, respectively, the thicknesses of the hole injection layer and the hole transport layer of Examples A1 to A7 are 30 to 120 nm and 150 nm, respectively, which are large, and as a result, the comparative The thickness of the organic functional layer of Examples A1 to A7 is 230 to 320 nm, compared with the thickness of the organic functional layer of Examples A1 to A2, which is 140 nm.
膜厚が大きくなるほど輝度が小さくなることが知られているため、通常の有機EL素子における有機機能層の膜厚は、比較例A1~A2と同様に100~200nmである。しかしながら、実施例A1~A7の有機機能層は、あえてホール注入層及びホール輸送層の膜厚を大きくすることにより、230~320nmもの膜厚を有する。そしてこのような構成を採用することにより、リーク電流を抑制し、輝度を向上させることが可能となった。加えてドープホール注入層を搭載することにより輝度の均一性を高めることが可能となった。このように各実施例A1~A7の構成を採用することにより、メタルグリッド透明電極を実装した有機EL素子において剥離等の問題を抑制しつつ輝度を向上させた有機EL素子を提供することが可能となる。
<<実施例B>>
Since it is known that the luminance decreases as the film thickness increases, the film thickness of the organic functional layer in a normal organic EL element is 100 to 200 nm as in Comparative Examples A1 and A2. However, the organic functional layers of Examples A1 to A7 have a film thickness of 230 to 320 nm by intentionally increasing the film thickness of the hole injection layer and the hole transport layer. By adopting such a configuration, it is possible to suppress leakage current and improve luminance. In addition, by mounting a doped hole injection layer, it became possible to improve the uniformity of luminance. By adopting the configurations of Examples A1 to A7 in this way, it is possible to provide an organic EL device having a metal grid transparent electrode mounted thereon, in which problems such as peeling are suppressed and the luminance is improved. becomes.
<<Example B>>
以下、メタルグリッド透明電極を用いた有機EL素子の輝度向上に向けたメタルグリッド透明電極の設計の好適範囲について、具体的に説明する。
《メタルグリッド透明電極を用いた有機EL素子のシミュレーション》
〔シミュレーション〕
A preferred range of design of the metal grid transparent electrode for improving the brightness of the organic EL element using the metal grid transparent electrode will be specifically described below.
<<Simulation of organic EL element using metal grid transparent electrode>>
〔simulation〕
FLUXiM AG社製の大面積有機半導体シミュレーターソフトLAOSSを用いて実施例A1のメタルグリッド透明電極を用いた有機EL素子のシミュレーションを行った。ドープホール注入層/メタルグリッド透明電極の電圧分布および空間輝度分布を2次元有限要素モデリング(2D FEM)で算出した。具体的には、各要素における電圧と実験から換算したJ-V(電流密度-電圧)特性とにもとづいて計算される局所電流密度と、その局所電流密度がメタルグリッド透明電極の平面方向へ拡散する過程でのオームの法則に従う電圧降下との関係を表す微分方程式が系全体で収束するまで計算し、電圧分布を算出した。算出された電圧分布(表面ポテンシャル分布)と実験から換算したL-V(輝度-電圧)特性とにもとづいて空間輝度分布を算出した。シミュレーションの入力パラメータは次の通りである。 The organic EL element using the metal grid transparent electrode of Example A1 was simulated using LAOSS, a large-area organic semiconductor simulator software manufactured by FLUXiM AG. The voltage distribution and spatial luminance distribution of the doped hole injection layer/metal grid transparent electrode were calculated by two-dimensional finite element modeling (2D FEM). Specifically, the local current density is calculated based on the voltage in each element and the J-V (current density-voltage) characteristics converted from experiments, and the local current density diffuses in the planar direction of the metal grid transparent electrode. Calculations were performed until the differential equation representing the relationship between voltage drop and voltage drop according to Ohm's law in the process of applying voltage converged for the entire system, and the voltage distribution was calculated. The spatial luminance distribution was calculated based on the calculated voltage distribution (surface potential distribution) and the LV (luminance-voltage) characteristics converted from the experiment. The input parameters for the simulation are as follows.
・導電性パターンの設定:メッシュパターン、WTCE3μm、GTCE27μm
・メタルグリッド透明電極の金属配線部のシート抵抗:1.257Ω/sq.
・ドープホール注入層のシート抵抗:2.129×109Ω/sq.
・印可電圧:4V
〔シミュレーションと実測値の比較〕
・Conductive pattern setting: Mesh pattern,
- Sheet resistance of the metal wiring portion of the metal grid transparent electrode: 1.257Ω/sq.
- Sheet resistance of doped hole injection layer: 2.129×10 9 Ω/sq.
・Applied voltage: 4V
[Comparison between simulation and actual measurement]
図11に正方形のメッシュパターン24P1における印可電圧4Vの時の空間輝度分布のシミュレーション(同図(A))と実測(実施例A1の発光中の有機EL素子の光学顕微鏡像)(同図(B))の比較を示す。シミュレーションにて実測の空間輝度分布が定性的に再現できていることを確認した。具体的には、金属配線外側近傍で輝度が最も大きく、金属配線から離れるに伴い輝度が急激に低下する傾向を再現した。シミュレーションにより算出された有機EL素子の輝度は569cd/m2であり、実測値の357cd/m2と近しい値が得られた。
より具体的には、同図(A)に示されるシミュレーションによれば金属細線24近傍で輝度が最も高く、金属細線24から離間し金属細線24で囲まれる矩形領域の中心に近づくほど輝度が低下する空間輝度分布が得られ、同図(B)の実測によれば同様に、金属細線24近傍で輝度が最も高く、金属細線24から離間し金属細線24で囲まれる矩形領域の中心に近づくほど輝度が低下する空間輝度分布が観測された。
〔シミュレーションによるメタルグリッド透明電極の設計最適化〕
FIG. 11 shows a simulation of the spatial luminance distribution when the applied voltage is 4 V in the square mesh pattern 24P1 ((A) in the same figure) and actual measurement (an optical microscope image of the organic EL element during light emission in Example A1) ((B in the same figure). )) shows a comparison. It was confirmed by the simulation that the measured spatial luminance distribution was qualitatively reproduced. Specifically, a tendency was reproduced in which the brightness was highest near the outside of the metal wiring, and decreased sharply as the distance from the metal wiring increased. The luminance of the organic EL device calculated by simulation was 569 cd/m 2 , which was close to the measured value of 357 cd/m 2 .
More specifically, according to the simulation shown in FIG. 4A, the brightness is highest near the
[Design optimization of metal grid transparent electrode by simulation]
このシミュレーションを用いて、金属配線の線幅WTCEを0.25μm~10μm、導電性パターンのギャップGTCEを、GTCE/WTCEを1.0以上かつGTCEを100μm以下の範囲で変化した場合の輝度をシミュレーションで算出した。図12に各線幅におけるシミュレートした輝度のギャップGTCE依存性を示す。同様に、図13に各線幅におけるシミュレートした輝度の(GTCE・ATCE)依存性を示す。 Using this simulation, the line width W TCE of the metal wiring was changed from 0.25 μm to 10 μm, and the gap G TCE of the conductive pattern was changed in the range of G TCE /W TCE of 1.0 or more and G TCE of 100 μm or less. The luminance in the case was calculated by simulation. FIG. 12 shows the gap GTCE dependence of the simulated brightness for each line width. Similarly, FIG. 13 shows the (G TCE · ATCE ) dependence of the simulated luminance at each line width.
図12から、メタルグリッド透明電極の金属配線の線幅WTCEを0.25μm以上5.0μm以下に調整すると同時に、導電性パターンのギャップGTCEを、GTCE/WTCEを1.0以上かつGTCEを50μm以下に調整することで、メタルグリッド透明電極を用いた有機EL素子の輝度を向上できることが分かる。さらに導電性パターンの開口率をATCEとしたとき、(GTCE・ATCE)を0.6μm・%以上30μm・%以下に調整することでメタルグリッド透明電極を用いた有機EL素子の輝度をさらに向上できることが分かる。これは、導電性パターンの開口部における面内方向のホールの拡散距離(GTCE)を小さくして空間輝度分布の均一化すると同時に、金属配線のWTCEを小さくして開口率(ATCE)を増加(遮光効果を低減)することで、有機EL素子の輝度を向上できることを表していると考える。
<<実施例C>>
From FIG. 12, the line width W TCE of the metal wiring of the metal grid transparent electrode is adjusted to 0.25 μm or more and 5.0 μm or less, and at the same time, the gap G TCE of the conductive pattern is set to G TCE /W TCE of 1.0 or more and It can be seen that the brightness of the organic EL element using the metal grid transparent electrode can be improved by adjusting the G TCE to 50 μm or less. Further, when the aperture ratio of the conductive pattern is A TCE , the luminance of the organic EL element using the metal grid transparent electrode is increased by adjusting (G TCE ·A TCE ) to 0.6 µm·% or more and 30 µm·% or less. It can be seen that further improvement is possible. This reduces the hole diffusion distance (G TCE ) in the in-plane direction in the opening of the conductive pattern to make the spatial luminance distribution uniform, and at the same time reduces the W TCE of the metal wiring to reduce the aperture ratio ( ATCE ). By increasing (reducing the light shielding effect), the brightness of the organic EL element can be improved.
<<Example C>>
以下、透明導電性無機化合物層を具備するメタルグリッド透明電極を用いた有機EL素子について、具体的に説明する。
〔実施例C1〕
《メタルグリッド透明電極C1の製造と評価》
An organic EL device using a metal grid transparent electrode having a transparent conductive inorganic compound layer will be specifically described below.
[Example C1]
<<Production and Evaluation of Metal Grid Transparent Electrode C1>>
導電性パターン上にスパッタリング法により膜厚が130nmのITOを成膜した以外はメタルグリッド透明電極A1と同様にしてメタルグリッド透明電極C1を製造した。得られたメタルグリッド透明電極A1について、共焦点レーザー顕微鏡による平面写真により、導電性パターンの金属細線の線幅WTCEと膜厚tTCE、導電性パターンのギャップGTCEを算出した。結果を表4に示す。 A metal grid transparent electrode C1 was manufactured in the same manner as the metal grid transparent electrode A1, except that an ITO film having a thickness of 130 nm was formed on the conductive pattern by a sputtering method. For the obtained metal grid transparent electrode A1, the line width W TCE and film thickness t TCE of the metal thin line of the conductive pattern, and the gap G TCE of the conductive pattern were calculated from a plane photograph taken with a confocal laser microscope. Table 4 shows the results.
《有機EL素子の製造と評価》
得られたメタルグリッド透明電極C1上にドーパント密度Npが10vol%、膜厚tHILが100nmとなるように調整したドープホール注入層を設けた他は、実施例A1と同様にして有機EL素子を製造し、評価した。結果を表4に示す。また図14に印可電圧4Vの時の実施例C1の発光中の有機EL素子の光学顕微鏡像を示す。同図に示されるように金属細線24で囲まれる矩形領域において十分な輝度の発光が得られた。
An organic EL device was fabricated in the same manner as in Example A1, except that a doped hole injection layer adjusted to have a dopant density N p of 10 vol % and a film thickness t HIL of 100 nm was provided on the obtained metal grid transparent electrode C1. was manufactured and evaluated. Table 4 shows the results. FIG. 14 shows an optical microscope image of the organic EL element during light emission of Example C1 at an applied voltage of 4V. As shown in the figure, sufficient brightness was obtained in the rectangular area surrounded by the
実施例A1及びC1より、導電性パターン上にITOのような透明導電性無機化合物層を設けることで輝度がさらに向上することが分かる。図11の実施例A1の有機EL素子の光学顕微鏡像(図11(B))と図13の比較から透明導電性無機化合物層を介して導電性パターンの開口部へホールが拡散することで、開口部における空間輝度分布が均一化され、有機EL素子の輝度がさらに向上したものと考える。 From Examples A1 and C1, it can be seen that the brightness is further improved by providing a transparent conductive inorganic compound layer such as ITO on the conductive pattern. From the comparison between the optical microscope image (FIG. 11B) of the organic EL device of Example A1 in FIG. 11 and FIG. It is considered that the spatial luminance distribution in the opening is made uniform and the luminance of the organic EL element is further improved.
本発明の電気的なショートやリーク電流を抑制しさらに輝度を向上したメタルグリッド透明電極を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子は、有機EL素子の大面積化やフレキシブル化のために好適に利用でき、産業上の利用可能性を有する。 The organic electroluminescence device using a metal grid transparent electrode that suppresses electrical shorts and leak currents of the present invention and further improves brightness can be suitably used for increasing the area and flexibility of organic EL devices, and industrial have availability on
以上のとおりであるから、本実施形態にかかる有機EL素子のメタルグリッド透明電極によれば、50nm以上もの厚さを有するから、通常の半導体プロセス等で製造される10nm以下の厚さを有する典型的なメタルグリッド透明電極と比較して、電気抵抗を小さくすることが可能となる。 As described above, the metal grid transparent electrode of the organic EL device according to the present embodiment has a thickness of 50 nm or more. It is possible to reduce the electrical resistance compared to a typical metal grid transparent electrode.
また、メタルグリッド透明電極の厚さを大きくしたことに伴い平滑性を改善する必要が生じるところ、平滑性改善のために使用されるPEDOT:PSSを金属とその金属の酸化物から構成される金属細線を備えるメタルグリッド透明電極に適用すると、金属細線が剥離しやすくなるという課題が生じる点に本出願の発明者らは着目し、低分子有機材料からなるドープホール注入層を含む有機機能層を用いて金属細線を被覆する構成に着想した。上述したとおり高分子であるPEDOT:PSSで金属細線を被覆しないことにより、剥離の問題を抑制することが可能となった。さらに、ホール注入層としてドープホール注入層を用いることにより開口へのホールの拡散が促進されるから、有機EL素子の輝度の均一性を向上させることも可能となった。 In addition, as the thickness of the metal grid transparent electrode is increased, it becomes necessary to improve the smoothness. The inventors of the present application paid attention to the fact that when applied to a metal grid transparent electrode having fine wires, the fine metal wires tend to peel off easily, and an organic functional layer including a doped hole injection layer made of a low-molecular-weight organic material is provided. We came up with the idea of coating thin metal wires using As described above, it is possible to suppress the problem of peeling by not covering the thin metal wire with PEDOT:PSS, which is a polymer. Furthermore, the use of a doped hole injection layer as the hole injection layer promotes the diffusion of holes into the opening, so that it is possible to improve the uniformity of luminance of the organic EL element.
加えて、金属細線の厚さを50nm以上250nm以下とする場合に、有機機能層の膜厚と金属細線の厚さとの差を50nm以上、すなわち、有機機能層の膜厚を100nm以上とすることにより、金属細線を被覆しショートやリーク電流の問題を抑制することが可能となった。一方で有機機能層の膜厚と金属細線の厚さとの差を750nm以下、すなわち、有機機能層の膜厚を1000nm以下とすることにより、膜厚に起因する輝度の低下を抑制することが可能となった。 In addition, when the thickness of the metal fine wire is 50 nm or more and 250 nm or less, the difference between the thickness of the organic functional layer and the thickness of the metal fine wire should be 50 nm or more, that is, the thickness of the organic functional layer should be 100 nm or more. As a result, it has become possible to cover thin metal wires and suppress problems such as short circuits and leak currents. On the other hand, by setting the difference between the thickness of the organic functional layer and the thickness of the thin metal wire to 750 nm or less, that is, by setting the thickness of the organic functional layer to 1000 nm or less, it is possible to suppress the decrease in luminance caused by the thickness. became.
例えば、有機機能層を構成する低分子有機材料からなるドープホール注入層の膜厚と、低分子有機材料からなるドープホール輸送層の膜厚との和は、金属細線の厚み以上であり、かつ、200nm以上であってもよい。 For example, the sum of the thickness of the doped hole injection layer made of a low-molecular-weight organic material and the thickness of the doped hole-transport layer made of a low-molecular-weight organic material constituting the organic functional layer is equal to or greater than the thickness of the fine metal wire, and , 200 nm or more.
なお上述したように、金属細線と有機機能層との間にITO等の透明導電性無機化合物層を挿入させてもよい。このような構成により、有機EL素子の輝度の均一性を向上させることが可能となった。 As described above, a transparent conductive inorganic compound layer such as ITO may be inserted between the fine metal wires and the organic functional layer. With such a configuration, it has become possible to improve the uniformity of luminance of the organic EL element.
またメタルグリッド透明電極の金属細線は、印刷法により製造されてもよい。印刷法により金属細線を形成することにより、50nm以上の厚さを有する金属細線を容易に設けることが可能となる。加えて、金属細線間のギャップ、線幅等を、容易に変更することが可能となる。本出願の発明者らは、金属細線間のギャップを小さくし過ぎると金属細線で遮光されるために輝度が低下するのみならず、反対にギャップを大きくし過ぎてもホールが開口に十分に拡散しないためにかえって輝度が低下することに着目し、上述したとおり輝度を高めるためのギャップと開口率との積の値の範囲を導いた。 Moreover, the fine metal wires of the metal grid transparent electrode may be manufactured by a printing method. By forming the thin metal wires by the printing method, it is possible to easily form the thin metal wires having a thickness of 50 nm or more. In addition, it becomes possible to easily change the gap between the thin metal wires, the wire width, and the like. The inventors of the present application have found that if the gap between the metal wires is too small, the metal wires block the light, resulting in a decrease in brightness. Focusing on the fact that the brightness is rather lowered due to the absence of the gap, the range of the product of the gap and the aperture ratio for increasing the brightness was derived as described above.
また、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。たとえば、当業者の通常の創作能力の範囲内で、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態に追加することができる。また、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態の対応する構成要素と置換することができる。 Also, the present invention can be modified in various ways without departing from the gist thereof. For example, some components in one embodiment can be added to other embodiments within the scope of ordinary creativity of those skilled in the art. Also, some components in one embodiment may be replaced with corresponding components in other embodiments.
10 有機EL素子
20 メタルグリッド透明電極
22 透明基材
24 金属細線
24P 導電性パターン(電極部)
24P1 メッシュパターン(正方形)
24P2 メッシュパターン(長方形)
24P3 メッシュパターン(ひし形)
24P4 ハニカムパターン
24P5 ラインパターン
26P 第2導電性パターン(集電部)
40 有機機能層
42 ドープホール注入層
44 ホール輸送層
46 有機発光層
48 電子輸送層
50 電子注入層
60 陰極(カソード)
70 薄膜封止層(封止層)
ATCE 開口率
GTCE 導電性パターンのギャップ
Jleak リーク電流
Np ドープホール注入層のドーパント密度
Rs_TCE メタルグリッド透明電極のシート抵抗
SBus 第2導電性パターンの占有面積率
TVLT メタルグリッド透明電極の可視光透過率
tHIL ドープホール注入層の膜厚
tHTL ホール輸送層の膜厚
tTCE 金属細線の厚さ
torg―TCE 有機機能層の膜厚
WBus 第2導電性パターンを構成する金属細線の線幅
WTCE 第1導電性パターンを構成する金属細線の線幅
σHIL ドープホール注入層の電気伝導度
10
24P1 mesh pattern (square)
24P2 mesh pattern (rectangular)
24P3 mesh pattern (rhombus)
24P4 Honeycomb pattern
40 Organic
70 thin film sealing layer (sealing layer)
A TCE aperture ratio G TCE conductive pattern gap J leak leak current N p dopant density of doped hole injection layer R s_TCE sheet resistance of metal grid transparent electrode S Bus occupied area ratio of second conductive pattern T VLT metal grid transparent electrode Visible light transmittance t HIL doped hole injection layer thickness t HTL hole transport layer thickness t TCE metal wire thickness t org - TCE organic functional layer thickness W Bus Metal constituting the second conductive pattern Line width of fine line W TCE Line width of metal fine line forming the first conductive pattern σ Electrical conductivity of HIL- doped hole injection layer
Claims (21)
前記メタルグリッド透明電極は、透明基材と、前記透明基材上に設けられた金属配線を有する導電性パターンとを備え、
前記金属配線は、金属と前記金属の酸化物とを備え、
前記有機機能層は、前記導電性パターン上に設けられ、低分子有機材料からなるドープホール注入層と、前記ドープホール注入層上に設けられ、低分子有機材料からなるホール輸送層とを備え、
更にtTCEを前記金属配線の厚さとし、torg-TCEを前記有機機能層の膜厚とするとき、
tTCEは50nm以上250nm以下であり、
(torg-TCE - tTCE)は50nm以上750nm以下である
有機エレクトロルミネッセンス素子。 An organic electroluminescent element comprising a metal grid transparent electrode, a cathode facing the metal grid transparent electrode, and an organic functional layer provided between the metal grid transparent electrode and the cathode,
The metal grid transparent electrode comprises a transparent substrate and a conductive pattern having metal wiring provided on the transparent substrate,
the metal wiring comprises a metal and an oxide of the metal;
The organic functional layer is provided on the conductive pattern and comprises a doped hole injection layer made of a low-molecular-weight organic material, and a hole-transport layer provided on the doped hole-injection layer and made of a low-molecular-weight organic material,
Furthermore, when t TCE is the thickness of the metal wiring and t org-TCE is the thickness of the organic functional layer,
t TCE is 50 nm or more and 250 nm or less,
(t org-TCE - t TCE ) is 50 nm or more and 750 nm or less. An organic electroluminescence device.
WTCEは0.25μm以上5.0μm以下であり、
GTCEは50μm以下であり、かつ、
(GTCE / WTCE)は1.0以上である、
請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 When W TCE is the line width of the metal wiring and G TCE is the gap between the adjacent metal wirings extending in the same direction,
W TCE is 0.25 μm or more and 5.0 μm or less,
G TCE is 50 μm or less, and
(G TCE /W TCE ) is 1.0 or greater;
The organic electroluminescence device according to claim 1.
(GTCE * ATCE)は0.6μm・%以上30μm・%以下である、
請求項2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 When ATCE is the aperture ratio of the conductive pattern,
(G TCE * A TCE ) is 0.6 μm·% or more and 30 μm·% or less;
The organic electroluminescence device according to claim 2.
請求項3に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 The aperture ratio ATCE of the conductive pattern is 35% or more and less than 100%.
The organic electroluminescence device according to claim 3.
tHILは30nm以上200nm以下である、
請求項1乃至4の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 When tHIL is the thickness of the doped hole injection layer,
tHIL is greater than or equal to 30 nm and less than or equal to 200 nm;
The organic electroluminescence device according to any one of claims 1 to 4.
tHTLは30nm以上200nm以下である、
請求項1乃至5の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 When t HTL is the film thickness of the hole transport layer,
t HTL is greater than or equal to 30 nm and less than or equal to 200 nm;
The organic electroluminescence device according to any one of claims 1 to 5.
σHILは5×10-5S/cm以上である、
請求項1乃至6の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 Let σ HIL be the electrical conductivity of the doped hole injection layer,
σ HIL is 5×10 −5 S/cm or more,
The organic electroluminescence device according to any one of claims 1 to 6.
請求項1乃至7の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 The sheet resistance of the doped hole injection layer is 6.5×10 9 Ω/sq. is the following
The organic electroluminescence device according to any one of claims 1 to 7.
請求項1乃至8の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 The visible light transmittance of the doped hole injection layer is 80% or more and 100% or less.
The organic electroluminescence device according to any one of claims 1 to 8.
請求項1乃至9の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 The dopant density Np of the doped pole injection layer is 3 vol% or more and 18 vol% or less.
The organic electroluminescence device according to any one of claims 1 to 9.
請求項1乃至10の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 further comprising a transparent conductive inorganic compound layer disposed between the metal grid transparent electrode and the doped hole injection layer;
The organic electroluminescence device according to any one of claims 1 to 10.
請求項11に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 The transparent conductive inorganic compound layer contains indium tin oxide,
The organic electroluminescence device according to claim 11.
SBusを単位面積当たりの前記第2導電性パターンの占有面積率とするとき、
SBusは50%以上100%未満である、
請求項1乃至12の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 The metal grid transparent electrode includes a current collector having a second conductive pattern provided on the transparent substrate and electrically connected to the conductive pattern,
When S Bus is the occupied area ratio of the second conductive pattern per unit area,
S Bus is 50% or more and less than 100%,
The organic electroluminescence device according to any one of claims 1 to 12.
請求項1乃至15の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 the conductive pattern comprises a mesh pattern;
The organic electroluminescence device according to any one of claims 1 to 15.
有版印刷工程によって、前記透明基材の表面に前記金属を含むインクを、前記導電性パターンを形成するように印刷し、
焼成工程によって、印刷された前記インクを焼成して金属成分焼結膜を形成するように前記金属を融着することにより形成される、
請求項1乃至16の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 The conductive pattern is
printing the ink containing the metal on the surface of the transparent substrate by a plate printing process so as to form the conductive pattern;
By a firing step, the printed ink is fired to fuse the metal so as to form a sintered metal component film.
17. The organic electroluminescence device according to any one of claims 1 to 16.
少なくとも2以上の低分子有機材料によって設けられる、
請求項1乃至17の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 The doped hole injection layer is
provided by at least two or more low-molecular-weight organic materials;
The organic electroluminescence device according to any one of claims 1 to 17.
ドーパント密度Npが3vol%以上18vol%以下となるように低分子型ホスト材料と低分子型ドーパントとの共蒸着によって設けられる、
請求項1乃至18の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 The doped hole injection layer is
Provided by co-evaporation of a low-molecular-weight host material and a low-molecular-weight dopant so that the dopant density Np is 3 vol% or more and 18 vol% or less,
The organic electroluminescence device according to any one of claims 1 to 18.
請求項1乃至19の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 Each layer constituting the organic functional layer is formed of a low-molecular-weight organic material,
The organic electroluminescence device according to any one of claims 1 to 19.
前記メタルグリッド透明電極は、前記第2透明導電性無機化合物層上に設けられている請求項1乃至20の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 further comprising a second transparent conductive inorganic compound layer disposed on the transparent substrate;
21. The organic electroluminescence device according to claim 1, wherein said metal grid transparent electrode is provided on said second transparent conductive inorganic compound layer.
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