JPWO2013051358A1 - 有機エレクトロルミネッセンス素子、面状発光体、及び、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[有機EL素子の全体構成]
図1に、本発明の一実施形態に係る有機EL素子の構成例を示す。なお、図1は、本実施形態の有機EL素子の概略構成断面図である。
素子基板1は、陽極2、陰極4及び有機発光機能層3を支持する基板である。本実施形態では、有機発光機能層3で生じた発光光を素子基板1の側から取り出すので、素子基板1は、可視光に対して高い光透過性を有する材料で形成される。例えば、素子基板1としては、ガラス基板、石英基板、透明樹脂フィルム等の板状部材を用いることができる。
陽極2は、有機発光機能層3に正孔を供給する電極膜であり、正孔注入機能を発現し得る程度の大きな仕事関数(例えば4eV以上)を有する導電性材料で形成することができる。このような導電性材料としては、金属、合金、有機又は無機の導電性化合物、及び、これらの混合物が用いられる。具体的には、金(Au)等の金属、ヨウ化銅(CuI)、酸化インジウムスズ(SnO2−In2O3:ITO)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)等の光透過性を有する導電性材料で陽極2を形成することができる。また、例えばIDIXO(登録商標:In2O3−ZnO)等の非晶質の透明電極材料で陽極2を形成することもできる。なお、陽極2の側から発光光を取り出す場合には、上述した材料のうち光透過性を有する導電性材料を用いて陽極2(透明電極)を形成すればよい。
陰極4は、有機発光機能層3に電子を供給する電極膜であり、電子注入機能を発現し得る程度の小さな仕事関数(例えば4eV以下)を有する導電性材料で形成することができる。このような導電性材料としては、金属、合金、有機又は無機の導電性化合物、及び、これらの混合物が用いられる。
図2には、本実施形態の有機EL素子10における有機発光機能層3の一構成例を示す。なお、図2は、有機発光機能層3付近の概略断面図であり、説明の便宜上、陽極2及び陰極4も一緒に示す。
発光層11は、陽極2から供給された正孔と、陰極4から供給された電子とが再結合して発光光を発生する層である。このような発光層11は、ホスト材料及び発光性を有するゲスト材料(発光ドーパント化合物)を含有する。発光層11内では、ゲスト材料において発光させることにより、発光効率を高めることができる。
陽極2及び発光層11間、並びに、陰極4及び発光層11間にそれぞれ設けられた正孔輸送層12、並びに、電子輸送層13は、発光層11との組み合わせを考慮して、従来公知の材料で形成することができる。
本実施形態では、有機発光機能層3の層構成は、図2に示す構成例に限定されず、従来から一般的に知られている任意の層構成を適用することができる。なお、有機発光機能層3は、少なくとも発光層11を有する構成であれば、任意に構成することができる。
ここで、図1に示す本実施形態の有機EL素子10の素子本体部(素子基板1、有機発光機能層3及び各種電極膜)の作製手法の一例を説明する。なお、有機EL素子10全体のより具体的な作製手法については、後述の実施例1で説明する。
封止基材5は、有機EL素子10の素子本体部(素子基板1、有機発光機能層3及び各種電極)を覆う部材である。なお、本実施形態では、陽極用スルーホール電極7及び陰極用スルーホール電極8を、封止基材5を貫通させて設けるので、両者の絶縁性を確保するために、封止基材5は絶縁性材料で形成する。
シール材6は、封止基材5が平板状の封止部材である場合(固体密着封止の場合)には、例えば、液状接着剤、シート状接着剤、熱可塑性樹脂接着剤等で形成することができる。
本実施形態の有機EL素子10では、素子基板1と封止基材5とを対向させて配置した際に、陽極2の引き出し電極部分及び陰極引き出し電極4aに対向する封止基材5内の位置に、それぞれ陽極用スルーホール電極7及び陰極用スルーホール電極8を設けるための貫通孔5a及び5bを形成する。
図1には示さないが、本実施形態の有機EL素子10は、光の取り出し面(素子基板1の封止基材5とは反対側の表面)に、入射された光を透過して放出する機能を有する光取り出し部材を設けてもよい。光取り出し部材は、シート状、フィルム状、板状、又は、膜状の光学部材で構成される。ここで、光取り出し部材の配置状態及び構成について簡単に説明する。
次に、複数の有機EL素子10を配列(タイリング)して作製された面状発光体について説明する。
図4に、本発明の一実施形態に係る面状発光体の概略構成断面図を示す。なお、図4には、説明を簡略化するため、2枚の有機EL素子10を配列した構成例を示すが、本発明はこれに限定されず、面状発光体を構成する有機EL素子10の枚数及び配列形態は、例えば用途等に応じて適宜設定される。
支持基板21は、2枚の有機EL素子10を、接着部材22を介して搭載した際に、その状態を保持可能な板状部材であれば、任意の板状部材で構成することができる。また、本実施形態では、支持基板21側から光を取り出さないので、支持基板21は、光透過性を有する材料で形成する必要はなく、任意の材料で形成することができる。
本実施形態では、各種工業分野において、粘着剤、接着剤等、又は、粘着材、接着材等の呼称で用いられる接着部材のうち、支持基板21又は封止基材5上に塗布して、有機EL素子10と支持基板21とを貼り合わせた後に、種々の化学反応により高分子量体又は架橋構造体を形成する硬化型の接着部材22を用いる。すなわち、接着部材22は、紫外線のような光を照射するか、熱を加えるか、又は、加圧することによって接着部分が硬化する材料で形成される。
以下に、上記実施形態の有機EL素子10及び面状発光体20の各種変形例について説明する。
上記実施形態では、固体密着封止タイプの有機EL素子10の構成を説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明の上記技術は、例えば缶封止タイプのような、素子基板と封止基材との間に空隙を設けた状態で封止するタイプの有機EL素子にも適用可能である。変形例1では、そのようなタイプの有機EL素子の第1の例として、缶封止タイプの有機EL素子を説明する。
変形例2では、素子基板と封止基材との間に空隙を設けた状態で封止するタイプの有機EL素子の第2の例を説明する。図6に、変形例2の有機EL素子の概略構成断面図を示す。なお、図6に示す有機EL素子40において、図1に示す上記実施形態の有機EL素子10と同じ構成には、同じ符号を付して示す。
変形例3では、素子基板と封止基材との間に空隙を設けた状態で封止するタイプの有機EL素子の第3の例を説明する。図7に、変形例3の有機EL素子の概略構成断面図を示す。なお、図7に示す有機EL素子50において、図6に示す変形例2の有機EL素子40と同じ構成には、同じ符号を付して示す。
上記実施形態では、陽極2及び陰極4のそれぞれ(各電極膜)に、スルーホール電極を1つ設ける例を説明したが、本発明はこれに限定されず、各電極膜に複数のスルーホール電極を設けてもよい。
上記実施形態では、素子基板1側から光を取り出すボトムエミッション型の有機EL素子10に、本発明の上記技術を適用する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。封止基材側から光を取り出すトップエミッション型の有機EL素子にも、本発明の上記技術を適用可能である。
上記実施形態の面状発光体20では、大型の支持基板21を用いて複数の有機EL素子10を支持する構成例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、互いに隣り合う2枚の有機EL素子間において、対向する素子基板の側壁同士を接着剤で接合してもよい。この場合には、接着剤を有機EL素子の支持部材として用いることができ、大型の支持基板21を別途設けなくてもよい。
次に、実際に作製した本発明の有機EL素子の各種実施例の構成、並びに、各実施例で作製した有機EL素子のサンプルに対して行った評価試験及びその結果を説明する。
まず、各種実施例の具体的な構成及び作製手法を説明する前に、各種実施例の有機EL素子で用いる素子本体部の構成を説明する。図8に、各種実施例の有機EL素子で用いた素子本体部の概略構成断面図を示す。
ここで、実施例1の有機EL素子の製造手法、及び、各部の構成(例えば材料、寸法等)を、図面を参照しながら具体的に説明する。
最初に、図9A及び9B〜図13を参照しながら、素子本体部60の作製手法を説明する。なお、図9A及び9B〜図12A及び12Bは、各処理工程により得られた基板部材の概略構成を示す図であり、図9A、10A、11A及び12Aのそれぞれは基材部材の平面図であり、図9B、10B、11B及び12Bは、それぞれ、図9A、10A、11A及び12A中のA−A断面図である。また、図13は、発光領域を示す図である。
次に、スルーホール電極及びシール材が形成された封止基材の作製手法を、図14A及び14B〜図17を参照しながら具体的に説明する。なお、図14A及び14B〜図16A及び16Bは、各処理工程により得られた基板部材の概略構成を示す図であり、図14A、15A及び16Aのそれぞれは基材部材の平面図であり、図14B、15B及び16Bは、それぞれ、図14A、15A及び16A中のB−B断面図である。また、図17は、素子基板61(素子本体部60)と封止基材とを貼り合わせる際の様子を示す図である。
実施例2では、缶封止タイプの有機EL素子を作製した。すなわち、図5に示す変形例1の有機EL素子と同様の構成の有機EL素子を作製した。なお、実施例2では、封止基材の作製手法及び貼り合わせ手法が、実施例1と異なるが、素子本体部の形成手法は実施例1と同様である。それゆえ、ここでは、封止基材の作製手法及び貼り合わせ手法についてのみ説明し、素子本体部の作製手法の説明は省略する。
実施例3では、実施例1と同様に、固体密着タイプの有機EL素子を作製した。ただし、この例では、封止基材の形成材料として、厚さ0.7mmの市販のソーダガラスを用いた。この例の有機EL素子において、封止基材の上記構成以外の構成は、実施例1と同様の構成である。また、この例では、実施例1と同様の手法を用いて有機EL素子を作製した。
比較例では、実施例2と同様に、缶封止タイプの有機EL素子を作製した。ただし、この例では、スルーホール電極を陽極に対してのみ設け、陰極に対しては、陰極引き出し電極と対向する封止基材の領域に開口部を設けた。図20に、この例の封止基材の概略構成平面図を示す。
上述した実施例1〜3の各有機EL素子、及び、比較例の有機EL素子に対して、初期電圧特性試験、及び、耐湿性試験を行い、各有機EL素子の性能を比較した(評価試験1)。なお、初期電圧特性試験、及び、耐湿性試験の概要は、次の通りである。
初期電圧特性試験では、電圧/電流発生器・モニタを用いて、実施例1〜3及び比較例で作製した各有機EL素子に、所定の電流を流し、その時の電圧を測定した。なお、この試験では、電圧/電流発生器・モニタとしては、株式会社エーディーシー製6243を用い、各有機EL素子には、40mA(2mA/cm2)の電流を流した。また、各有機EL素子の測定結果(電圧値)は、実施例2の測定結果を基準(100%)とし、その基準に対する相対値で示す。なお、この評価基準は、後述の評価試験2〜4においても同様に用いる。
耐湿性試験では、実施例1〜3及び比較例で作製した各有機EL素子を60℃、相対湿度90%の環境で300時間保管し、保管前後における、非発光部の大きさの比較評価、及び、駆動電圧の変化の評価を行った。
有機EL素子の保管前後において、市販のデジタル一眼レフカメラ(市販のマクロレンズを使用)を用いて、有機EL素子の発光画像を撮影した。そして、撮影した発光画像に対して所定の画像処理を行い、非発光面積の増加量を評価した。
100×[(高湿下保管前の発光部面積)−(高湿下保管後の発光部面積)]/(高湿下保管前の発光部面積)
上記評価値では、その値が小さいほど非発光部の増加が少なく、耐湿性が高いことを示す。
有機EL素子の保管前後において、駆動電圧の変化を測定した。この測定では、初期電圧の測定と同様に、40mAの電流を有機EL素子に流し、その時の電圧を測定した。
100×(保管後の電圧値)/(保管前の電圧値)
なお、上記評価値では、その値が小さいほど駆動電圧の上昇が小さく、耐湿性が高いことを示す。
実施例4では、実施例1と同様に、固体密着タイプの有機EL素子を作製した。ただし、この例では、スルーホール電極を形成するための導電性充填材として、金属ナノ粒子を用いた。金属ナノ粒子としては、銀ナノペースト(大研化学工業株式会社製:NAG−10)を用いた。この銀ナノペーストの焼成条件は、300℃で30分とした。
実施例5では、実施例1と同様に、固体密着タイプの有機EL素子を作製した。ただし、この例では、スルーホール電極を形成するための導電性充填材として、低融点合金(フジメタル工業株式会社製:No.10(スズ42%、ビスマス58%、融点138℃))を用いた。
評価試験2では、上述した実施例4及び5の各有機EL素子に対して、評価試験1と同様にして、初期電圧特性試験及び耐湿性試験を行い、各有機EL素子の性能を比較した。下記表2に、その評価結果を示す。なお、下記表2では、比較のため、実施例1の評価結果も一緒に示す。
実施例6では、実施例1と同様に、固体密着タイプの有機EL素子を作製した。ただし、この例では、スルーホール電極の先端部分の形状を、実施例1のスルーホール電極の先端部分の形状(円錐台状)と異なる形状とした。
実施例7では、実施例1と同様に、固体密着タイプの有機EL素子を作製した。ただし、この例では、実施例6と同様に、スルーホール電極の形状(先端部分の形状)を、実施例1のスルーホール電極の形状(円錐台状)と異なる形状とした。
評価試験3では、上述した実施例6及び7の各有機EL素子に対して、評価試験1と同様にして、初期電圧特性試験及び耐湿性試験を行い、各有機EL素子の性能を比較した。下記表3に、その評価結果を示す。なお、下記表3では、比較のため、実施例1の評価結果も一緒に示す。
実施例8では、実施例1と同様に、固体密着タイプの有機EL素子を作製した。ただし、この例では、封止基材の貫通孔を、フッ酸によるエッチング処理により形成した。なお、貫通孔の形状は、実施例7と同様に円柱状とした。
実施例9では、実施例1と同様に、固体密着タイプの有機EL素子を作製した。ただし、この例では、封止基材の貫通孔を、ダイヤモンドドリルを用いた機械加工処理により形成した。なお、貫通孔の形状は、実施例7と同様に円柱状とした。
評価試験4では、上述した実施例8及び9の各有機EL素子に対して、評価試験1と同様にして、初期電圧特性試験及び耐湿性試験を行い、各有機EL素子の性能を比較した。下記表4に、その評価結果を示す。なお、下記表4では、比較のため、実施例7の評価結果も一緒に示す。
Claims (13)
- 素子基材と、
前記素子基材上に形成された第1電極と、
前記第1電極上に形成され、かつ、発光層を含む有機化合物層と、
前記有機化合物層上に形成された第2電極と、
前記素子基材の前記第2電極側の表面を覆うようにして設けられた絶縁性封止材と、
前記絶縁性封止材及び前記素子基材の一方の部材の前記第1電極と対向する領域の一部に、該部材の厚さ方向に貫通して設けられ、かつ、先端が前記第1電極と接触している第1スルーホール電極と、
前記部材の前記第2電極と対向する領域の一部に、前記部材の厚さ方向に貫通して設けられ、かつ、先端が前記第2電極と接触している第2スルーホール電極と
を備える有機エレクトロルミネッセンス素子。 - さらに、前記素子基材の前記第2電極側の表面全域に渡って設けられた接着材を備え、
前記接着材を介して、前記絶縁性封止材が前記素子基材の前記第2電極側の表面に接着されている
請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記絶縁性封止材及び前記素子基材の一方の部材の前記第1スルーホール電極及び前記第2スルーホール電極の配置領域に、それぞれ、第1貫通孔及び第2貫通孔が形成されており、該第1貫通孔及び該第2貫通孔がともにテーパー状の孔であり、かつ、該第1貫通孔及び該第2貫通孔の前記有機化合物層側の開口面積が、前記有機化合物層側とは反対側の開口面積より小さい
請求項1又は2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記第1スルーホール電極の先端部分の形状、及び、前記第2スルーホール電極の先端部分の形状がともに円錐状である
請求項1〜3のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記第1スルーホール電極及び前記第2スルーホール電極がともに、銀ナノ粒子で形成されている
請求項1〜4のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記素子基材の線膨張係数と、前記絶縁性封止材の線膨張係数との差が、10×10−6/℃以下である
請求項1〜5のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記第1スルーホール電極及び前記第2スルーホール電極が、前記絶縁性封止材に設けられている
請求項1〜6のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 素子基材と、前記素子基材上に形成された第1電極と、前記第1電極上に形成され、かつ、発光層を含む有機化合物層と、前記有機化合物層上に形成された第2電極と、前記素子基材の前記第2電極側の表面を覆うようにして設けられた絶縁性封止材と、前記絶縁性封止材及び前記素子基材の一方の部材の前記第1電極と対向する領域の一部に、該部材の厚さ方向に貫通して設けられ、かつ、先端が前記第1電極と接触している第1スルーホール電極と、前記部材の前記第2電極と対向する領域の一部に、前記部材の厚さ方向に貫通して設けられ、かつ、先端が前記第2電極と接触している第2スルーホール電極とを有する複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、
前記複数の有機エレクトロルミネッセンス素子を、所定の形態で配列して支持する支持部材と
を備える面状発光体。 - 素子基材上に第1電極を形成することと、
前記第1電極上に、発光層を含む有機化合物層を形成することと、
前記有機化合物層上に、第2電極を形成することと、
前記素子基材の前記第2電極側の表面を封止するための絶縁性封止材、及び、前記素子基材の一方の部材の前記第1電極と対向する領域の一部、並びに、該部材の前記第2電極と対向する領域の一部に、それぞれ第1貫通孔及び第2貫通孔を形成することと、
前記部材の厚さ方向に沿って延在しかつ前記部材の前記有機化合物層側の面から突出した形状を有し、前記第1電極及び前記第2電極と電気的にそれぞれ接続される第1スルーホール電極及び第2スルーホール電極を、それぞれ前記第1貫通孔及び前記第2貫通孔を封止するように形成することと、
前記素子基材の前記第2電極側の表面を封止するように、絶縁性封止材を前記素子基材上に設けることと
を含む有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。 - 前記第1貫通孔及び前記第2貫通孔を、前記絶縁性封止材に形成し、
前記第1スルーホール電極及び前記第2スルーホール電極が形成された前記絶縁性封止材を、前記素子基材の前記第2電極側の表面を封止するように、前記素子基材上に設ける
請求項9に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。 - 前記第1貫通孔及び前記第2貫通孔を、サンドブラスト加工により形成する
請求項10に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。 - 前記絶縁性封止材を、接着材を介して、前記素子基材の前記第2電極側の表面全域に渡って接着する
請求項9〜11のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。 - 前記接着材としてシート状接着材を用いる
請求項12に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
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