JP5657094B2 - 有機ｅｌデバイス - Google Patents

Description

本発明は、一般に有機ＥＬデバイスに関する。より具体的には、本発明は、短絡が起きた場合に電流制限を行う有機ＥＬデバイスを含む照明パネルの製造のための構造に関する。

有機（ここでは有機金属を含む）ＥＬデバイスは、使用される材料に依存する範囲の色のポリマーおよび／または小分子を使用して製造することができる。ポリマーをベースとする有機ＬＥＤの諸例は、国際公開ＷＯ９０／１３１４８号、ＷＯ９５／０６４００号およびＷＯ９９／４８１６０号に記載されており、小分子をベースとするデバイスの諸例は米国特許第４５３９５０７号に記載されており、またデンドリマーをベースとする材料の諸例は、国際公開ＷＯ９９／２１９３５号およびＷＯ０２／０６７３４３号に記載されている。

典型的な有機ＥＬデバイスの基本構造１００が図１に示されている。ガラスまたはプラスチックの基板１０２が、例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を含む透明陽極層１０４を支持し、この透明陽極層の上に、正孔輸送層１０６および有機ＥＬ層１０８など、いくつかの機能層が堆積される。陰極１１０は、有機ＥＬ層１０８の上に堆積される。機能層は、例えばスピンコーティングによって（後で不要な領域の材料をプラズマエッチングまたはレーザアブレーションで除去）、またはインクジェット印刷などの選択的堆積によって、堆積することができる。この後者の場合、例えばフォトレジストを用いて基板上にバンク１１２を形成してウェルを画定し、その中に有機層を堆積することができる。このようなウェルは、発光領域またはディスプレイの画素を画定する。

陰極層１１０は通常、電子エネルギーレベル整合改善用のカルシウムのような低仕事関数金属などの、ＥＬ層１０８のすぐ近くの低仕事関数の層と、金属または合金（例えばアルミニウムなど）の高導電性層とを含む。追加のサブ層、例えば銀もまた、陰極層に含まれることがある。

図１に示される例では、デバイスを駆動するために陽極１０４と陰極１１０の間に、電池１１８で表された電圧が印加される。光１２０は、透明陽極１０４および基板１０２を通して放出され、このようなデバイスは「底面発光体（bottom emitter）」と呼ばれる。陰極を通して発光するデバイスもまた、例えば、陰極が実質的に透明になるように陰極層１１０の厚さを約５０〜１００ｎｍ未満に保つことによって、構築することができる。

有機発光デバイスは、照明要素として近年ますます関心を引き寄せてきた。特に、照明パネルに加えて、白色光発光材料を一般に使用するこのようなデバイスには、カラーフィルタの助けにより、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用バックライトとして、また固体照明（ＳＳＬ）デバイスとしてフルカラーディスプレイへの潜在的用途がある。

図１に示された、照明パネルとして使用されるＥＬデバイスは、好ましくは大面積であるが、また極めて薄い。厚さが１００〜２００ｎｍ程度の薄いデバイスは、非常に大きい静電容量を有することがあり、それによって、デバイスの動作中に大量の電荷が蓄積されることになる。

短絡の結果には、照明パネル全体の動作が損なわれることから短絡による電荷の放電にまで及ぶ２通りがありうる。短絡による電荷の放電で個々の画素が損傷することがあり、それによってその画素が機能しなくなり、あるいはデバイスの残りの画素と異なる特性で発光することになるが、これは、デバイス全体で非直線性のディスプレイをもたらすことを意味する。

短絡を防止する、または少なくとも軽減する既知の解決策には、陽極と陰極の間の追加層、または機能層の追加の厚さによって非常に厚いＥＬデバイスを作り、そうして短絡の確率および静電容量を低減する多積層デバイスが含まれる。このような手法には、追加の機能材料および追加の工程ステップという不利点がある。

別の既知の解決策は、国際公開ＷＯ／０１５６００号に記載されている手法であり、ＥＬ要素が、個別のヒューズ要素をそれぞれが有する複数のサブ要素に分割される。

国際公開ＷＯ／０１５６００号によれば、ＥＬ照明要素は、画素を形成する電気的に並列に配置された複数の枝路内に４つのサブ素子と、それぞれの枝路内の、接続部のうちの１つとＥＬ材料の層の一部との間の追加ヒューズ要素とを備える。画素の１つのサブ要素の陽極と陰極の間で短絡が発生した場合、付属電流路内の電流ピークによって付属ヒューズ要素が飛ぶ。それに応じて、電流は次に、残りの３つのサブ要素間に広がり、これらのサブ要素は発光し続け、そのため画素は発光し続けることになる。

国際公開ＷＯ／０１５６００号では、いずれかの製造工程で設けられるべき追加のヒューズ要素を必要とし、これには、加工時間および製造ステップが増加するという不利点があり、このような追加ステップは短絡の可能性を増大させうる。さらに、短絡が起きた場合に、１つのサブ要素が画素の発光から除去され、各サブ要素の領域に応じて、画素全体が非直線の大きい発光特性を示すことになる。

したがって、本発明は、ＥＬデバイスに及ぼす短絡の影響を軽減できる一方で、製造および材料の諸経費に関して経済的なデバイスを提供しようとするものである。

本発明の第１の態様では、複数の画素を有する有機ＥＬデバイスが提示され、このデバイスは、基板上に形成された陽極と、複数の画素を形成するためのウェル画定層の各ウェル内の陽極上に形成された有機ＥＬ層と、ＥＬ層の上の陰極層と、ウェル画定層の上面上の金属層とを備え、陰極層および金属層を覆って導電層が堆積されて、ＥＬ層の上の陰極層がウェル画定層の上面上の金属層と接続される。

好ましい諸実施形態が、独立請求項に記載されている。

本発明の諸実施形態を次に、単に例示的に、添付の図面を参照して説明する。

従来技術による底面発光有機発光デバイスの概略図である。 本発明の第１の実施形態による有機発光デバイスの概略図である。 いくつかの図２の有機発光デバイスの等価回路図である。 本発明の第２の実施形態による有機発光デバイスの概略図である。 本発明による有機発光デバイス（照明パネルの一部）の平面図である。

以下の説明全体を通して、同じ部分を示すのに同じ参照番号が使用される。

図２を参照すると、本発明の第１の実施形態は、インジウムスズ酸化物の透明のパターニングされた陽極電極層２０４が上に堆積されている透明ガラス基板２０２を含む有機ＥＬデバイス２００を提示する。ポリイミドを含むパターニングされたウェル形成レジスト層が、基板２０２上の１対の陰極セパレータ２０６を形成する。この対の陰極セパレータ２０６は、基板２０２の上の辺が基板２０２から遠い辺よりも短い台形になっている、張り出し断面を有する。

ＥＬ材料２０８は、対の陰極セパレータ２０６によって形成されたウェルの中に堆積され、また、この場合にはバリウムなどの低仕事関数金属である、金属の陰極電極層２１０が、ＥＬ材料２０８の上および各陰極セパレータ２０６の表面に堆積される。陰極セパレータ２０６が配置されることにより陰極電極層２１０は破断され、その結果、ＥＬ材料２０８上の陰極金属と陰極セパレータ２０６の表面上の陰極金属との間に物理的接続部がないことになる。例えば酸化亜鉛などの金属酸化物の導電層２１２が、陰極層２１０を覆って堆積される。

導電層２１２の必要な抵抗率は、有機ＥＬデバイス２００の特性、特にＥＬ材料２０８の特性に依存する。例えば、ＥＬデバイス２００の面積、およびＥＬ材料２０８の厚さが考慮に入れられる。必要な抵抗率を、ＥＬデバイス２００の面積に依存する抵抗と短絡保護導電層２１２の抵抗の比に換算して表すと役立つ。これらの抵抗の比は、いくつのＥＬデバイス２００が並列に駆動されるかに応じて、また、１つが短絡したときに、どれだけの電流が非短絡ＥＬデバイス２００を通って流れることが望まれるかに応じて変わる。動作状態での有機ＥＬ材料２０８の抵抗と導電層２１２の抵抗のこのような比は、約１０：１から１００：１の範囲内にある。

動作の際、電気接続２１４で大まかに、かつ概略的に示されるように、ある電圧が、陽極電極層２０４から陰極電極層２０６までのデバイス２００の両端間に印加される。電流は、陰極セパレータ２０６の表面の陰極金属から導電層２１２を通ってＥＬ材料２０８の上の陰極金属まで流れる。

図３で最もよく分かるように、４つの白色発光ＥＬ画素３０２、３０４、３０６および３０８から成る照明要素３００が、電流源３１０によって駆動される並列配置の形で示されている。各ＥＬ画素３０２、３０４、３０６および３０８は、それぞれ有機発光ダイオード３１２、３１４、３１６および３１８と、導電層２１２を表す接続抵抗３２０とを含む。接続抵抗３２０は、有機発光ダイオード３１２〜３１８の動作点における微分抵抗よりも発光ダイオードの寿命全体を通して低いが、短絡が起きた場合に、抵抗が短絡部への電流の流れを制限するように作用し、それによって照明要素３００が確実に動作可能のままになるのに十分なだけ高く選ばれる。

図３で、有機発光ダイオード３１２は、短絡３２２を起こしているとして示されている。動作の際、抵抗３２０は、短絡部への電流の流れを制限するように作用し、それによって照明要素３００が確実に動作可能のままになる。

図４は、本発明の第２の実施形態による有機発光デバイスの概略図である。図４によれば、陽極格子金属４０２が、陽極電圧降下を最小限にするために、インジウムスズ酸化物の陽極電極層２０４に接続される。

図５は、本発明による有機発光デバイス（照明パネル５００の一部）の平面図である。照明パネル５００は、断面がｙ−ｙに沿って図２および図４で見える有機ＥＬ画素３０２〜３０８のアレイを含む。

本発明の範囲内でいくつかの変形形態が可能である。本発明の一変形形態では、ウェル画定層の上面上の金属層は、陰極層とは別の金属層であり、デバイスの導電性を向上できるバスバーを形成する。上面上の金属は、適切な導電性を有する任意の金属でよく、適切な例は当業者には容易に明らかになろう。好ましい例には、アルミニウム、銀およびクロムが含まれる。この金属は、当業者には明らかな手段によって、ウェル画定層の上面上に堆積することができる。例えば、金属は熱蒸着によって堆積することができる。通常、この層の厚さは０．１〜１μｍである。

本発明の別の好ましい実施形態では、ウェル画定層の上面上の金属層は、陰極層がＥＬ層の上とウェル画定層の上面上の両方に配置されるように堆積されるということで、陰極層と同じ金属層である。この場合、ウェル画定層は陰極セパレータになり、その結果、ＥＬ層の上の陰極層とウェル画定層の上面上の陰極層との間には破断があることになる。この陰極セパレータは、当業者には知られているように、ウェル画定層の形状によって得ることができる。例えば、ウェル画定層の壁は、基板に対する垂直面と壁の間の角度が０度未満になるように、凹断面を有することができる。

あるいは、金属層はウェル画定層の上面上に保持され、陰極層は、それがＥＬ層の上と、ウェル画定層の上面上の金属層の上との両方に形成されるように堆積される。

ウェル画定層は、適切なフォトマスクを使用してパターニングされたフォトレジストにより形成することができる。あるいは、ウェル画定層は、エッチング可能材料、特にエッチング可能ポリイミドでもよく、この材料をウェットエッチングまたはドライエッチング処理によってパターニングしてウェル画定層を形成することができる。ウェル画定層がフォトレジスト層である場合、層はフォトレジスト材料から形成することができ、この材料の例としては感光性のポリイミドなどが含まれる（例えば、欧州特許出願公開第０８８０３０３号参照）。好ましくは、使用されるフォトレジストはポジティブフォトレジストである。

導電層の材料には、酸化亜鉛、酸化モリブデン、酸化タングステンなどの金属酸化物、導電性ポリマーのポリ（エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）などのドープ有機輸送材料または合成材料、ドープ電子輸送層、あるいは共役ポリマー、ペンダントポリマーおよび小分子などの非ドープ有機導電材料が含まれる。

おそらく多くの他の効果的な代替形態が当業者には想起されるであろう。本発明は、説明した実施形態に限定されず、当業者には明らかな、本明細書に添付された特許請求の範囲内にある修正を包含することを理解されたい。

Claims (12)

1. 複数の画素（３０２、３０４、３０６、３０８）を有する有機ＥＬデバイスであって、
   基板上に形成された陽極（２０４）と、前記複数の画素を形成するためのウェル画定層の各ウェル内の前記陽極上に形成された有機ＥＬ層（２０８）と、前記有機ＥＬ層の上の陰極層（２１０）と、前記ウェル画定層の上面上の金属層（２１０）とを備え、
   前記陰極層および前記金属層を覆って導電層（２１２）が堆積されて、前記有機ＥＬ層の上の前記陰極層が前記ウェル画定層の上面上の前記金属層と電気的に接続され、
   前記複数の画素が並列配置の形で配列され、前記画素のうちのいずれか１つの短絡が起きた場合に前記導電層（２１２）が電流制限を行うように、前記導電層（２１２）の抵抗と前記有機ＥＬ層の抵抗の比が、動作状態において１：１０から１：１００の範囲内にある、有機ＥＬデバイス。
2. 前記ウェル画定層の上面上の前記金属層が、前記陰極層と同じ金属層である、請求項１に記載の有機ＥＬデバイス。
3. 前記陰極層が、前記ウェル画定層の上面上の前記金属層の上と、前記有機ＥＬ層の上との両方に形成されるように堆積される、請求項１に記載の有機ＥＬデバイス。
4. 前記導電層が金属酸化物を含む、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の有機ＥＬデバイス。
5. 前記金属酸化物が、酸化亜鉛、酸化モリブデンおよび酸化タングステンから選択される、請求項４に記載の有機ＥＬデバイス。
6. 前記導電層が導電ポリマーを含む、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の有機ＥＬデバイス。
7. 前記有機ＥＬ層が、インクジェット印刷、スロットコーティング、毛細管印刷、グラビア印刷、またはスクリーン印刷によって堆積される層である、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の有機ＥＬデバイス。
8. 前記ウェル画定層が、適切なフォトマスクを使用してパターニングされたフォトレジストにより形成される、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の有機ＥＬデバイス。
9. 前記ウェル画定層が、ウェットエッチングまたはドライエッチング処理によって前記ウェル画定層を固めるようにパターニングされたエッチング可能材料から形成される、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の有機ＥＬデバイス。
10. 前記ウェル画定層の壁が張り出し断面を含む、請求項１〜請求項９のいずれかに記載の有機ＥＬデバイス。
11. 請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の有機ＥＬデバイスのアレイを備える照明パネル。
12. 有機ＥＬデバイスが、陽極から陰極層までを測って１００ｎｍ〜２００ｎｍの厚さを備える、請求項１１に記載の照明パネル。