JP6817819B2 - 有機ｅｌ素子、及び有機ｅｌ素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、有機ＥＬ素子、及び有機ＥＬ素子の製造方法に関する。

有機エレクトロルミネセンス（有機ＥＬ）素子には、陽極、有機物の発光材料、及び陰極を基板上に順次積層した構造が一般的に用いられている。このような有機ＥＬ素子は、陽極及び陰極の間に直流電圧を印加することにより、発光材料を発光させるデバイスである。

有機ＥＬ素子には、構成する材料が酸素、水分等を含む外気に弱いので、外気と反応した箇所が非発光化するという特徴がある。そのため、外気を遮断するためのバリア性の高い基板が用いられている。

バリア性の高い基板として、樹脂あるいはガラスからなる基板上にガスバリア層を形成した防湿基板が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１に記載されたガスバリア層は、２層以上の無機材料膜と、各無機材料膜の間に設けられる有機材料膜とからなる。その無機材料膜上に、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）又はインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の導電性材料からなる第１表示電極、発光層を含む有機機能層、及びアルミニウム等の金属材料からなる第２表示電極を順に積層することで有機ＥＬ素子が設けられている。

再表２００７／０３２５１５号公報

ガスバリア層の有機材料膜自体には、水分を吸収する性質がある。吸収した水分は、デバイス作製後にガスバリア層の内部で拡散し、デバイスを非発光化させる原因となる。有機材料を脱水するためには、陽極を加工したガスバリア層を加熱処理する必要がある。

しかしながら、発光領域が広い（陽極が広い）デバイスにおいては、水分が陽極等を透過し難いために乾燥し難くなり、乾燥時間が長くなるか、あるいは乾燥が不完全になる。仮に水分が残留していると、デバイス作製後に残留水分が陽極の脇から浸透することで有機機能層と反応して、非発光領域の発生が促進される。そのため、非発光領域が拡大して形成されるという問題がある。

従って、本発明の目的は、非発光領域の発生を抑制することができる有機ＥＬ素子、及び有機ＥＬ素子の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る有機ＥＬ素子は、基材上に無機層及び有機層が交互に積層されたバリア層と、前記バリア層上に積層された第１電極と、前記第１電極上に積層された有機発光層と、前記有機発光層上に積層された第２電極とを有し、前記第１電極は、積層方向に貫通する複数の微小な孔部を有していることを特徴とする。

本発明に係る有機ＥＬ素子の製造方法は、基材上に無機層及び有機層が交互に積層されたバリア層上に、第１電極、有機発光層、及び第２電極を積層して形成する有機ＥＬ素子の製造方法であって、前記バリア層上に前記第１電極を形成し、当該第１電極に積層方向に貫通する複数の微小な孔部を形成する工程と、前記有機発光層を形成する工程前に、前記バリア層を前記第１電極と一緒に加熱乾燥する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、非発光領域の発生を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の積層構造の一例を模式的に示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線矢視からみた上面模式図である。 図２に示す四角で囲んだ部位ＩＩＩを拡大した電極の孔部形状を示す部分模式図である。 電極の孔部形状についての第１から第３の変形例であり、（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）のそれぞれは図３に相当する部分模式図である。 電極の孔部についての更に別の変形例であり、図２に相当する上面模式図である。 実施の形態に係る有機ＥＬ素子の製造過程の一例を説明するための模式工程図である。

本発明の有機ＥＬ素子に係る実施の形態について、以下に添付図面を参照して説明する。なお、実施の形態に係る図は、構成を説明し易くするため、縦横比等を誇張して表示している。

（有機ＥＬ素子の構成）
図１において、有機ＥＬ素子１は、陽極として機能する第１電極２と、陰極として機能する第２電極３と、第１電極２及び第２電極３の間に形成された有機発光層４と、有機発光層４を発光させない非発光領域４ａに形成された絶縁層５とを有している。なお、以下の説明においては、第１電極２を陽極２といい、第２電極３を陰極３という。

陽極２及び陰極３を形成する電極材料については、任意の公知の導電材料を用いることができる。陽極２の電極材料としては、インジウム及び錫からなる酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電材料が挙げられる。陰極３の電極材料については、金、銀、銅等の金属、これらの金属を含有する合金等が挙げられる。

陽極２及び陰極３の形成方法については、任意の公知の成膜方法を特に制限なく用いることができる。電極の膜厚についても、特に制限されない。

陽極２及び陰極３の間に形成された有機発光層４については、任意の公知の低分子発光材料、高分子発光材料等の発光材料を特に制限なく用いることができる。赤色、緑色又は青色の発光材料、黄色及び青色の発光材料、赤色、緑色及び青色の発光材料等を用いることもできる。

有機発光層４の形成方法については、任意の公知の成膜方法を特に制限なく用いることができる。有機発光層４の層厚についても、特に制限されない。なお、有機発光層４を挟んで正孔輸送層及び電子輸送層等の複数の機能層を有する構成とすることにより、有機発光層４による発光効率を増大させることができる。

陽極２を覆う絶縁層５については、非光透過性を有する任意の公知の絶縁材料を用いることができる。絶縁層５の形成方法については、任意の公知の成膜方法を特に制限なく用いることができる。絶縁層５の層厚についても、特に制限されない。

図１及び図２に示すように、絶縁層５は、陽極２上に照明表示するキャラクタ等の表示情報のネガ形状に加工されている。図示例では、上面視で略Ｂ字状の表示形態が出現するようになっている。絶縁層５が積層される領域は、陽極２及び有機発光層４の間が電気的に絶縁されることから、有機発光層４に電流を流すことはできない非発光領域４ａとなる。

陽極２、有機発光層４、及び陰極３が重なり合って形成された領域である絶縁層５が存在しない領域は、有機発光層４を発光させたい発光可能な発光領域４ｂとなる。なお、発光領域４ｂが電極形状と同一の形状である場合は、絶縁層５がなくてもよい。

陽極２と陰極３との間に直流電圧を印加すると、有機発光層４には、ホール及び電子が陽極２及び陰極３から注入される。陽極２から注入したホール、及び陰極３から注入した電子が有機発光層４内で再結合する際のエネルギーによって、有機発光層４中の有機発光材料が励起される。励起した有機発光材料が基底状態に戻る際に、絶縁層５のキャラクタ等の表示情報を表す形状で有機発光層４が発光する。

有機ＥＬ素子１の耐久性及びフレキシブル性を保つため、陽極２及び陰極３のそれぞれには、外気中の酸素や水分等を遮断するためのバリアフィルム６が設けられている。

バリアフィルム６は、可撓性を有する基材としての芯材フィルム７と、芯材フィルム７上に無機層８ａ及び有機層８ｂを交互に積層したバリア層８とを有するフレキシブル基板により構成されている。

芯材フィルム７については、バリア層８を保持することができるフィルム材料であれば、任意の公知の材料を特に制限なく用いることができる。芯材フィルム７の材質としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂等が挙げられる。

バリア層８は、芯材フィルム７上に１層目の無機層８ａ、２層目の有機層８ｂ、３層目の無機層８ａ、及び４層目の有機層８ｂを順次積層した４つの層からなる積層構造に構成されている。無機層の材質としては、シリコンやアルミニウムの酸化物や窒化物等の無機材料が挙げられる。有機層の材質としては、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等の熱硬化性樹脂材料が挙げられる。

芯材フィルム７及びバリア層８を有するバリアフィルム６の形成方法については、任意の公知の成膜方法を特に制限なく用いることができる。芯材フィルム７の厚み、バリア層８の層厚についても、特に制限されない。

無機層８ａ及び有機層８ｂの組み合わせの最上層についても、特に制限されない。無機層８ａ及び有機層８ｂを組み合わせた積層数が多ければ、優れたバリア性を有するバリアフィルム６が得られる。

芯材フィルム７及びバリア層８は、光透過性を有するバリアフィルム６として構成される。バリアフィルム６が光透過性を有するので、有機発光層４の発光を透過させることが可能になり、有機ＥＬ素子１を封止する封止フィルムとして用いることができる。

なお、有機発光層４から発生する光を透明導電材料からなる陽極２側から外部に取り出すことができる片面発光型の有機ＥＬ素子１を例示しているが、図示例に限定されるものではない。陰極３を透明導電材料で形成すれば、有機発光層４から発生する光を陰極３側から外部へ取り出すことができる両面発光型の有機ＥＬ素子として構成することができる。

（水分等の残留抑制手段の構成）
図示例による有機ＥＬ素子１の作製は、陽極２が加工されたバリアフィルム６を用いる。陽極２が加工された第１のバリアフィルム６上に絶縁層５、有機発光層４、及び陰極３を積層して形成し、第２のバリアフィルム６を陰極３の上から重ねて接着することで有機ＥＬ素子１が作製される。

有機ＥＬ素子１の作製にあたっては、芯材フィルム７の表面に有機材料を含むバリア層８を形成した後に陽極２が形成される。このような複数の層を積層形成する工程においては、乾燥を促進させて、酸素、水分等の残留量を低減することが肝要である。

第１のバリアフィルム６の内部に酸素、水分等が残留していると、有機ＥＬ素子１の性能を劣化させる。このことから、第１のバリアフィルム６に形成された陽極２上に有機発光層４、及び陰極３を順に積層して形成する工程前の加熱乾燥工程での乾燥が必要となる。しかしながら、酸素、水分等が陽極２を透過し難い。

そこで、本実施の形態による陽極２は、図２に示すように、積層方向に貫通する複数の微小な孔部２ａ，…，２ａを有している。この微小な孔部２ａは、第１のバリアフィルム６の内部に水分等を残留させない残留抑制手段として構成されている。有機ＥＬ素子１を製造するために複数の層を積層形成するが、この製造過程において、陽極２の微小な孔部２ａを介して第１のバリアフィルム６の内部から水分等を除去することができる。

図２中に四角の破線で囲った領域ＩＩＩを拡大した図３に示すように、陽極２には、フォトリソグラフィー等により孔明け加工した微小な孔部２ａが形成されている。微小な孔部２ａは、視認不可能な約１００μｍ以下の微小な円形の貫通孔であり、約２ｍｍ以上の間隔をもって行列状に配置されている。このような孔部２ａとしては、電流の流れや照明表示を阻害しない程度に間隔を狭くして形成することが望ましい。

第１のバリアフィルム６に形成された陽極２上に有機発光層４、及び陰極３を順に積層して形成する前の加熱乾燥工程において水分等を陽極２の孔部２ａから蒸発させることで、第１のバリアフィルム６の内部の水分等の蒸発量が増加する。特に蒸発し難い陽極２の中央部付近に残存する水分等が容易に蒸発する。これにより、酸素や水分等の残留量を低減することができる。

図３に示す陽極２の孔部２ａは円形に形成されているが、これに限定されるものではない。電流の流れや照明表示を阻害しない構成であれば、孔部２ａの配置位置、設置個数、形状や大きさ等を適宜変更することができる。

図４（ａ）から図４（ｃ）に示すように、孔部２ａの形状としては、四角形、六角形、星型形の任意の形状に形成することもできる。

図５に示すように、孔部２ａの位置は、間隔に粗密を有するように配置してもよい。孔部２ａの径は、不均等であっても構わない。孔部２ａの位置、径や密度を調整することで、陽極２内の電流密度分布を均等にして輝度ムラを低減することもできる。

特に蒸発し難い陽極２の中央部に設けられる孔部２ａを、陽極２の中央部の周辺領域に設けられる孔部２ａよりも小径で密度を高く設定することが好適である。孔部２ａを、陽極２の中央部の周辺部から中央部に向けて高密度化することで、蒸発し難い陽極２の中央部付近に残存する水分等の蒸発量を増加させることができる。

（有機ＥＬ素子の製造方法）
以上のように構成された有機ＥＬ素子１を製造する方法の一例について、図１、図２、及び図６を参照して説明する。

有機ＥＬ素子１を製造するにあたり、先ず、ステップＳ１０１の処理において、スパッタリング等の真空成膜法により芯材フィルム７の表面に無機層８ａ及び有機層８ｂを交互に順次成膜してバリア層８を形成する。これにより、芯材フィルム７上にバリア層８を積層したバリアフィルム６を形成する工程が行われる。

なお、ステップＳ１０１の処理では、陽極２及び陰極３のそれぞれに設ける２つの第１及び第２のバリアフィルム６を準備する。

次に、ステップＳ１０２の処理において、フォトリソグラフィー法等に基づき、１つの第１のバリアフィルム６のバリア層８の上にＩＴＯを成膜して透光性電極である陽極２を形成する工程が行われる。

この陽極２の形成工程では、バリア層８をエッチングストッパ層として孔明け加工を行い、陽極２に複数の微小な孔部２ａが貫通して形成される。この孔明け加工は、孔パターンをマスク転写により一括して行うことができる。

次に、ステップＳ１０３の処理において、フォトリソグラフィー法等を用いて、陽極２が加工された第１のバリアフィルム６の上に絶縁層５を成膜する。絶縁層５は、陽極２の上面及び側面を覆って、有機発光層４の非発光領域４ａとなる部分に形成するが、有機発光層４の発光領域４ｂとなる部分に形成しない。

上記ステップＳ１０３における絶縁層形成工程後の次のステップＳ１０４の処理では、陽極２、及び絶縁層５が加工された第１のバリアフィルム６を加熱処理により乾燥させる加熱乾燥工程が行われる。陽極２の孔部２ａを介して第１のバリアフィルム６の内部から酸素、水分等を蒸発除去して乾燥を促進させる。

次に、ステップＳ１０５の処理からステップＳ１０６の処理により、有機発光層４、及び陰極３を順に積層する工程が行われる。

ステップＳ１０５の処理においては、フォトリソグラフィー法等で有機発光層４を成膜する。必要に応じて加熱焼成することで有機発光層４を形成する。

ステップＳ１０５の次のステップＳ１０６の処理では、フォトリソグラフィー法等で有機発光層４の上に陰極３を成膜する。

そして、ステップＳ１０７の処理において、図示しない接着層を介して陰極３上にもう１つの第２のバリアフィルム６を積層する工程が行われる。接着層の材料としては、エポキシ系樹脂等の熱硬化型接着性樹脂を用いることが好ましい。

以上の一連の工程により、有機ＥＬ素子１が製造される。有機ＥＬ素子１の製造条件等は特に限定されるものではなく、従来から一般的に行われている成膜処理、熱処理や乾燥処理等の各工程を経て有機ＥＬ素子１を製造することが可能である。

上記有機ＥＬ素子１の製法によれば、有機ＥＬ素子１を構成する複数の層を積層形成する工程のうち、上記ステップＳ１０５における有機発光層４の形成工程前であって、上記ステップＳ１０４の処理におけるバリア層８、陽極２、及び絶縁層５の加熱乾燥工程において、陽極２に形成された複数の微小な孔部２ａを介してバリアフィルム６の内部から水分等を蒸発除去することで乾燥を促進させることが可能になる。従って、残留する水分等が陽極２の脇から滲み出てくることもなく、局所的な非発光領域４ａの発生を防止することができる。

なお、上記作製順序とは逆の作製順序により、第２のバリアフィルム６、陰極３、有機発光層４、絶縁層５、陽極２、及び第１のバリアフィルム６の順に作製することもできる。

この作製手順にあっても、第２のバリアフィルム６の上に陰極３及び複数の微小な孔部を形成した後であって、有機発光層４の形成工程前の加熱乾燥工程において、陰極３の複数の微小な孔部を介して第２のバリアフィルム６の内部から水分等を蒸発除去することで、初期の目的を達成することができる。

また、図６においては、絶縁層５の形成工程を含む有機ＥＬ素子１の製造方法の一例を例示したが、これに限定されるものではない。上述したように、発光領域４ｂが電極形状と同一の形状であれば、必ずしも絶縁層５を設ける必要がない。

従って、絶縁層５を設ける必要がない場合は、上記ステップＳ１０３の処理を行うことなく、上記ステップＳ１０２における陽極形成工程後の上記ステップＳ１０４の処理において、陽極２が加工された第１のバリアフィルム６を加熱処理により乾燥させる加熱乾燥工程を行うようにしてもよい。

（実施の形態の効果）
以上のように構成された有機ＥＬ素子１によれば、上記効果に加えて、次の効果が得られる。

陽極２を加工したバリアフィルム６の乾燥時間を短縮することができる。

有機発光層４の劣化を防止するとともに、表示器の非発光領域４ａの発生を抑制し、表示器の見栄えを長期的に保つことができる。

複数の微小な孔部２ａを陽極２に適正に配置することで、輝度ムラを抑制し、表示器の見栄えを保つことができる。

なお、上記のように構成された有機ＥＬ素子１は、車載用、携帯用又は家庭用の各種機器の表示器に適用することができる。

以上の説明からも明らかなように、本発明に係る代表的な実施の形態、変形例、及び図示例を例示したが、上記実施の形態、変形例、及び図示例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。従って、上記実施の形態、変形例、及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１…有機ＥＬ素子、２…陽極（第１電極）、２ａ…孔部、３…陰極（第２電極）、４…有機発光層、４ａ…非発光領域、４ｂ…発光領域、５…絶縁層、６…バリアフィルム、７…芯材フィルム、８…バリア層、８ａ…無機層、８ｂ…有機層

Claims (2)

1. 基材上に無機層及び有機層が交互に積層されたバリア層と、前記バリア層上に積層された第１電極と、前記第１電極上に積層された有機発光層と、前記有機発光層上に積層された第２電極とを有し、
   積層方向に貫通する複数の微小な孔部が、前記第１電極の全面に散在して設けられていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
2. 基材上に無機層及び有機層が交互に積層されたバリア層上に、第１電極、有機発光層、及び第２電極を積層して形成する有機ＥＬ素子の製造方法であって、
   前記バリア層上に前記第１電極を形成し、当該第１電極の全面に積層方向に貫通する複数の微小な孔部を散在させて形成する工程と、
   前記有機発光層を形成する工程前に、前記バリア層を前記第１電極と一緒に加熱し、前記孔部を介して前記バリア層の内部に残留する水分等を蒸発させて乾燥する工程と、
   を含むことを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。

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