JPWO2014077063A1 - 透光性電極、及び、電子デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明の電子デバイスは、上記透光性電極を備えることを特徴とする。
1.透光性電極(第1実施形態)
2.透光性電極(第2実施形態)
3.透光性電極(第3実施形態)
4.有機電界発光素子(第4実施形態:ボトムエミッション型)
5.有機電界発光素子(第5実施形態:逆積み構成)
6.照明装置(第6実施形態)
7.有機光電変換素子(第7実施形態)
以下、本発明の透光性電極の具体的な実施の形態について説明する。
図1に、本発明の第1実施形態の透光性電極の概略構成図(断面図)を示す。図1に示すように、透光性電極10は、下地層11と、導電層12とを備える。導電層12は、下地層11の一方面上に形成されている。
ガラスとしては、例えば、シリカガラス、ソーダ石灰シリカガラス、鉛ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。これらのガラス材料の表面には、透光性電極10の積層構造との密着性、耐久性、平滑性の観点から、必要に応じて研磨等の物理的処理や、無機物又は有機物からなる被膜、これらの被膜を組み合わせたハイブリッド被膜が形成されていてもよい。
ポリシラザン改質層とは、ポリシラザン含有液の塗布膜に改質処理を施して形成された層である。この改質層は、主にケイ素酸化物又は酸化窒化ケイ素化合物から形成されている。
ポリシラザン含有液の塗布膜は、基材上に少なくとも1層にポリシラザン化合物を含有する塗布液を塗布することにより形成される。
ポリシラザン含有液の塗布膜は、改質処理前又は処理中に水分が除去されていることが好ましい。そのために、ポリシラザン含有層中の溶媒を取り除く目的の第一工程と、それに続くポリシラザン含有層中の水分を取り除く目的の第二工程に分かれていることが好ましい。
ポリシラザン含有層の含水量は以下の分析方法で検出できる。
装置:HP6890GC/HP5973MSD
オーブン:40℃(2min)、その後、10℃/minの速度で150℃まで昇温
カラム:DB−624(0.25mmid×30m)
注入口:230℃
検出器:SIM m/z=18
HS条件:190℃・30min
改質処理前、又は改質中に水分が除去されることで、シラノールに転化したポリシラザンの脱水反応が促進する。
改質処理は、ポリシラザンの転化反応に基づく公知の方法を選ぶことができる。シラザン化合物の置換反応による酸化ケイ素膜又は酸化窒化ケイ素膜の作製には450℃以上の高温が必要であり、プラスチック等のフレキシブル基板においては適応が難しい。プラスチック基板への適応のためには、より低温で転化反応が可能なプラズマやオゾンや紫外線を使う転化反応が好ましい。
改質処理としてのプラズマ処理は、公知の方法を用いることができるが、大気圧プラズマ処理が好ましい。大気圧プラズマ処理の場合は、放電ガスとしては窒素ガス及び/又は周期表の第18属原子、具体的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン等が用いられる。これらの中でも窒素、ヘリウム、アルゴンが好ましく用いられ、特に窒素がコストも安く好ましい。
V1≧IV>V2 又は V1>IV≧V2
を満たし、第2の高周波電界の出力密度が、1W/cm2以上である。
改質処理の方法としては、紫外線照射による処理も好ましい。紫外線(紫外光と同義)によって生成されるオゾンや活性酸素原子は高い酸化能力を有しており、低温で高い緻密性と絶縁性を有する酸化ケイ素膜又は酸化窒化ケイ素膜を作製することが可能である。
本実施形態において、さらに好ましい改質処理の方法として、真空紫外線照射による処理が挙げられる。真空紫外線照射による処理は、シラザン化合物内の原子間結合力より大きい100〜200nmの光エネルギーを用い、好ましくは100〜180nmの波長の光のエネルギーを用い、原子の結合を光量子プロセスと呼ばれる光子のみによる作用により、直接切断しながら活性酸素やオゾンによる酸化反応を進行させることで、比較的低温で、酸化シリコン膜の形成を行う方法である。
これに必要な真空紫外光源としては、希ガスエキシマランプが好ましく用いられる。
e+Xe→e+Xe*
Xe*+Xe+Xe→Xe2*+Xe
となり、励起されたエキシマ分子であるXe2*が基底状態に遷移するときに172nmのエキシマ光を発光する。エキシマランプの特徴としては、放射が一つの波長に集中し、必要な光以外がほとんど放射されないので効率が高いことが挙げられる。
下地層11の表面の表面粗さ(Ra)は、2nm以下であり、さらに好ましくは1nm以下である。表面粗さが上記範囲にあることで、有機光電変換素子用の樹脂基材として使用する際に、凹凸が少ない平滑な膜面による光透過効率の向上と、電極間リーク電流の低減によるエネルギー変換効率が向上するので好ましい。下地層11の表面粗さ(Ra)は以下の方法で測定することができる。
表面粗さは、AFM(原子間力顕微鏡)、例えば、Digital Instruments社製DI3100で、極小の先端半径の触針を持つ検出器で連続測定した凹凸の断面曲線から算出され、極小の先端半径の触針により測定方向が数十μmの区間内を多数回測定し、微細な凹凸の振幅に関する粗さである。
下地層11の導電層12が形成される表面の弾性率は、20GPa以上であることを要する。
下地層11としてポリシラザン改質層を用いる場合には、改質処理側の表面の弾性率が20GPa以上であることを要する。
ポリシラザン改質層は、改質処理された表面側と反対側とで異なる弾性率を有し、改質処理面側がより高い弾性率を有する。ポリシラザン改質層の場合、ポリシラザン塗布膜が改質された表面は、弾性率が20〜35GPa程度である。未改質のポリシラザン塗布膜では、5〜12GPa程度である。また、ポリシラザン改質層では、改質された表面の弾性率が高く、表面から厚さ方向に行くに従い、弾性率が低下する。少なくとも、導電層12が形成される側の面の表面において、弾性率が20GPa以上であればよい。
このため、ポリシラザン改質層は改質処理後の処理面の弾性率が20GPa以上であることを要する。そして、この改質処理面上に導電層12が形成される。また、一般的に基材として用いられる上述のガラスであれば、表面の弾性率が40GPa以上である。このため、このガラス面上への導電層12の形成が可能である。
下地層11の弾性率は、従来公知の弾性率測定方法により求めることができ、例えば、オリエンテック社製バイブロンDDV−2を用いて一定の歪みを一定の周波数(Hz)でかける条件下で測定する方法、測定装置としてRSA−II(レオメトリックス社製)を用い、透明基材上に下地層11を形成した後、一定周波数で印加歪を変化させたとき得られる測定値により求める方法、あるいは、ナノインデンション法を適用したナノインデンター、例えば、MTSシステム社製のナノインデンター(Nano IndenterTMXP/DCM)により測定することができる。
極めて薄い下地層11の弾性率を高い精度で測定できる観点から、ナノインデンターにより測定して求める方法が好ましい。
導電層12は、銀を主成分として構成された層であって、銀又は銀を主成分とした合金を用いて構成され、窒素含有層23に隣接して形成された層である。このような導電層12の形成方法としては、塗布法、インクジェット法、コーティング法、ディップ法等のウェットプロセスを用いる方法や、蒸着法(抵抗加熱、EB法等)、スパッタ法、CVD法等のドライプロセスを用いる方法等が挙げられる。なかでも蒸着法が好ましく適用される。また、導電層12は、窒素含有層23上に形成されることにより、形成後の高温アニール処理等がなくても十分に導電性を有することを特徴とするが、必要に応じて、形成後に高温アニール処理等を行ったものであってもよい。
次に、第2実施形態の透光性電極について説明する。図2に、透光性電極の第2実施形態の概略構成図(断面図)を示す。図2に示す第2実施形態の透光性電極20は、窒素含有層23を備えることのみが、図1に示す第1実施形態の透光性電極10と異なる。以下、第1実施形態と同様の構成要素についての重複する詳細な説明は省略し、第2実施形態の透光性電極20の構成を説明する。
窒素含有層23は、導電層12に隣接して形成され、下地層11と導電層12とに挟持された層である。
導電層12と接して窒素含有層23が形成されることにより、導電層12の主成分である銀と、窒素含有層23を構成する窒素原子を含んだ化合物との相互作用により、窒素含有層表面における銀原子の拡散距離が減少し、銀の凝集が抑えられる。このため、一般的に、核成長型(Volumer-Weber:VW型)での成長により島状に孤立し易い薄銀層が、単層成長型(Frank-van der Merwe:FM型)の成長によって形成される。従って、窒素含有層23に接して、銀を主成分とする導電層12を形成することにより、薄いながらも、均一な厚さの導電層12が得られる。
以下に、窒素含有層23を構成する化合物として、上述した有効非共有電子対含有率[n/M]が2.0×10−3≦[n/M]を満たす化合物の具体例(No.1〜No.40)を示す。各化合物No.1〜No.40には、[有効非共有電子対]を有する窒素原子に対して○を付した。また、下記表1には、これらの化合物No.1〜No.40の分子量M、[有効非共有電子対]の数n、及び有効非共有電子対含有率[n/M]を示す。下記化合物33の銅フタロシアニンにおいては、窒素原子が有する非共有電子対のうち銅に配位していない非共有電子対が[有効非共有電子対]として数えられる。
また窒素含有層23を構成する化合物としては、以上のような有効非共有電子対含有率[n/M]が上述した所定範囲である化合物の他、この窒素含有層23を備えた透光性電極20が適用される電子デバイスごとに必要とされる性質を有する化合物が用いられる。例えば、この透光性電極20が、有機電界発光素子の電極として用いられる場合、その成膜性や、電子輸送性の観点から、窒素含有層23を構成する化合物としては、以降に説明する一般式(1)〜(6)で表される化合物が用いられる。
また窒素含有層23を構成するさらに他の化合物として、以上のような一般式(1)〜(6)で表される化合物の他、下記に具体例を示す化合物1〜118が例示される。これらの化合物は、電子輸送性又は電子注入性を備えた材料である。したがって、これらの化合物を用いて窒素含有層23を構成した透光性電極20は、有機電界発光素子における透明電極として好適であり、有機電界発光素子における電子輸送層又は電子注入層として窒素含有層23を用いることができるのである。尚、これらの化合物1〜118の中には、上述した有効非共有電子対含有率[n/M]の範囲に当てはまる化合物も含まれ、このような化合物であれば単独で窒素含有層23を構成する化合物として用いることができる。さらに、これらの化合物1〜118の中には、上述した一般式(1)〜(6)に当てはまる化合物もある。
以下に代表的な化合物の合成例として、化合物5の具体的な合成例を示すが、これに限定されない。
窒素雰囲気下において、2,8−ジブロモジベンゾフラン(1.0モル)、カルバゾール(2.0モル)、銅粉末(3.0モル)、炭酸カリウム(1.5モル)を、DMAc(ジメチルアセトアミド)300ml中で混合し、130℃で24時間撹拌した。これによって得た反応液を室温まで冷却後、トルエン1Lを加え、蒸留水で3回洗浄し、減圧雰囲気下において洗浄物から溶媒を留去した。残渣をシリカゲルフラッシュクロマトグラフィー(n−ヘプタン:トルエン=4:1〜3:1)にて精製し、中間体1を収率85%で得た。
室温、大気下で中間体1(0.5モル)をDMF(ジメチルホルムアミド)100mlに溶解し、NBS(N−ブロモコハク酸イミド)(2.0モル)を加え、一晩室温で撹拌した。得られた沈殿物を濾過し、メタノールで洗浄し、中間体2を収率92%で得た。
窒素雰囲気下において、中間体2(0.25モル)、2−フェニルピリジン(1.0モル)、ルテニウム錯体[(η6−C6H6)RuCl2]2(0.05モル)、トリフェニルホスフィン(0.2モル)、炭酸カリウム(12モル)を、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)3L中で混合し、140℃で一晩撹拌した。
以上のような窒素含有層23が下地層11上に形成されたものである場合、その形成方法としては、塗布法、インクジェット法、コーティング法、ディップ法等のウェットプロセスを用いる方法や、蒸着法(抵抗加熱、EB法等)、スパッタ法、CVD法等のドライプロセスを用いる方法等が挙げられる。なかでも蒸着法が好ましく適用される。
次に、透光性電極の第3実施形態について説明する。図3に、透光性電極の第3実施形態の概略構成図(断面図)を示す。図3に示す第3実施形態の透光性電極25は、基材26及びバリア層27を備えることのみが、図2に示す第2実施形態の透光性電極20と異なる。以下、第1実施形態及び第2実施形態と同様の構成要素についての重複する詳細な説明は省略し、第3実施形態の透光性電極25の構成を説明する。
透光性電極25に適用される基材26としては、ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はされない。透光性電極25としては、基材は透明であることを要する。好ましく用いられる透明な基材26としては、ガラス、石英、透明樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましくは、透光性電極25にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。
基材26の表面には、バリア層27が設けられていることが好ましい。特に、基材26が樹脂フィルムからなる場合には、樹脂フィルムの表面に、無機物又は有機物からなる被膜や、これらの被膜を組み合わせたバリア層27が形成されていることが好ましい。このような被膜及びバリア層は、JIS−K−7129−1992に準拠した方法で測定された、水蒸気透過度(25±0.5℃、相対湿度90±2%RH)が0.01g/(m2・24時間)以下であることが好ましい。また、JIS−K−7126−1987に準拠した方法で測定された酸素透過度が10−3ml/(m2・24時間・atm)以下、水蒸気透過度が10−5g/(m2・24時間)以下であることが好ましい。
透光性電極25に適用されるバリア層27としては、厚さ方向において屈折率の分布を有し、この屈折率分布において1つ以上の極値を持つ無機膜から構成されていることが好ましい。バリア層27は、ケイ素、酸素及び炭素を含む材料から構成され、ケイ素、酸素及び炭素の含有率が異なる複数の層による積層構造を有する。
そして、バリア層27は、膜厚方向におけるバリア層27の表面(下地層11の界面)からの距離と、上記各元素(ケイ素、酸素又は炭素)の原子量の比率(原子比)との関係を示す、各元素の分布曲線に特徴を有している。
ケイ素分布曲線、酸素分布曲線、及び、炭素分布曲線は、バリア層27の表面からの距離における、ケイ素の原子比、酸素の原子比、及び、炭素の原子比を示す。また、膜厚方向におけるバリア層27の表面(導電層12側の界面)からの距離と、酸素と炭素との合計の原子量の比率(原子比)との関係を示す分布曲線を、酸素炭素分布曲線とする。
ケイ素、酸素及び炭素に加えて、窒素を含む場合、ケイ素、酸素、炭素又は窒素の原子比は、ケイ素、酸素、炭素及び窒素の各元素の合計量に対する、ケイ素、酸素、炭素又は窒素の比率[(Si,O,C,N)/(Si+O+C+N)]で表す。
ケイ素分布曲線、酸素分布曲線、炭素分布曲線、及び、窒素分布曲線は、バリア層27の表面からの距離における、ケイ素の原子比、酸素の原子比、炭素の原子比、及び、窒素の原子比を示す。
バリア層27の屈折率分布は、バリア層27の厚さ方向の炭素量及び酸素量により制御することができる。
図4に、バリア層27のケイ素分布曲線、酸素分布曲線、炭素分布曲線、及び、窒素分布曲線の一例を示す。また、図5に、図4に示すケイ素分布曲線、酸素分布曲線、炭素分布曲線、及び、窒素分布曲線から、炭素分布曲線を拡大して示す。図4及び図5において、横軸は、膜厚方向におけるバリア層27の表面からの距離[nm]を示す。また、縦軸は、ケイ素、酸素及び炭素の各元素の合計量に対する、ケイ素、酸素、炭素又は窒素のそれぞれの原子比[at%]を示す。
なお、ケイ素分布曲線、酸素分布曲線、炭素分布曲線、及び、窒素分布曲線の測定方法の詳細については後述する。
また、上述のように炭素の原子比と酸素の原子比とにも相関関係があることから、酸素の原子比及び分布曲線を制御することにより、バリア層27の屈折率分布曲線を制御することができる。
バリア層27は、ケイ素、酸素及び炭素の原子比、又は、各元素の分布曲線が、以下(i)〜(iii)の条件を満たすことが好ましい。
(酸素の原子比)>(ケイ素の原子比)>(炭素の原子比)・・・(1)で表される条件を満たす。
または、ケイ素の原子比、酸素の原子比及び炭素の原子比が、バリア層27の膜厚の90%以上の領域において下記式(2):
(炭素の原子比)>(ケイ素の原子比)>(酸素の原子比)・・・(2)
で表される条件を満たす。
バリア層27は、炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有することが必要である。このようなバリア層27においては、炭素分布曲線が少なくとも2つの極値を有することがより好ましく、少なくとも3つの極値を有することが特にさらに好ましい。さらに、炭素分布曲線が少なくとも1つの極大値と、1つの極小値とを有することが好ましい。
また、バリア層27が3つ以上の極値を有する場合には、炭素分布曲線の有する1つの極値と、この極値に隣接する他の極値とは、バリア層27の表面からの膜厚方向の距離の差が、200nm以下であることが好ましく、100nm以下であることがより好ましい。
バリア層27において、分布曲線の極値とは、バリア層27の膜厚方向における、バリア層27の表面からの距離に対する元素の原子比の極大値又は極小値、又はその値に対応した屈折率分布曲線の測定値である。
炭素分布量と屈折率は相関があり、上記の好ましい炭素原子の最大値と最小値の絶対値が7at%以上のときに、得られる屈折率の最大値と最小値との差の絶対値は0.2以上になる。
バリア層27は、酸素分布曲線が少なくとも1つの極値を有することが好ましい。特に、バリア層27は、酸素分布曲線が少なくとも2つの極値を有することがより好ましく、少なくとも3つの極値を有することがさらに好ましい。さらに、酸素分布曲線が少なくとも1つの極大値と、1つの極小値とを有することが好ましい。
また、バリア層27が3つ以上の極値を有する場合には、酸素分布曲線の有する1つの極値と、この極値に隣接する他の極値とは、バリア層27の表面からの膜厚方向の距離の差が、200nm以下であることが好ましく、100nm以下であることがより好ましい。
バリア層27は、ケイ素分布曲線において、ケイ素の原子比の最大値と最小値との差の絶対値が、5at%未満であることが好ましい。また、このようなバリア層27においては、ケイ素の原子比の最大値と最小値との差の絶対値が4at%未満であることがより好ましく、さらに3at%未満であることが好ましい。ケイ素の原子比の最大値と最小値との差が上記範囲以上では、得られるバリア層27の屈折率分布曲線から配光性が不十分となる。
また、バリア層27において、ケイ素原子と酸素原子と炭素原子との合計量に対する、酸素原子と炭素原子との合計量の比率を、酸素炭素分布曲線とする。
バリア層27は、酸素炭素分布曲線において、酸素及び炭素の合計原子比の最大値と最小値との差の絶対値が、5at%未満であることが好ましく、4at%未満であることがより好ましく、3at%未満であることが特に好ましい。
酸素及び炭素の合計原子比の最大値と最小値との差が上記範囲以上では、得られるバリア層27の屈折率分布曲線から配光性が不十分となる。
上述のケイ素分布曲線、酸素分布曲線、炭素分布曲線、酸素炭素分布曲線、及び、窒素分布曲線は、X線光電子分光法(XPS:Xray Photoelectron Spectroscopy)の測定と、アルゴン等の希ガスイオンスパッタとを併用することにより、試料内部を露出させつつ順次表面組成分析を行う、いわゆるXPSデプスプロファイル測定により作成することができる。XPSデプスプロファイル測定により得られる分布曲線は、例えば、縦軸を各元素の原子比(単位:at%)とし、横軸をエッチング時間(スパッタ時間)として作成することができる。
XPSデプスプロファイル測定には、エッチングイオン種としてアルゴン(Ar+)を用いた希ガスイオンスパッタ法を採用し、エッチング速度(エッチングレート)を0.05nm/sec(SiO2熱酸化膜換算値)とすることが好ましい。
バリア層27において、炭素分布曲線は実質的に連続であることが好ましい。炭素分布曲線が実質的に連続であるとは、炭素分布曲線において炭素の原子比が不連続に変化する部分を含まないことを意味する。具体的には、エッチング速度とエッチング時間とから算出されるバリア層27の表面からの距離(x、単位:nm)と、炭素の原子比(C、単位:at%)とが、下記数式(F1):
(dC/dx)≦0.5 ・・・(F1)
で表される条件を満たす。
また、ケイ素分布曲線、酸素分布曲線及び炭素分布曲線において、ケイ素の原子比、酸素の原子比及び炭素の原子比が、バリア層27の膜厚の90%以上の領域において上記式(1)で表される条件を満たすことが好ましい。この場合には、バリア層27中におけるケイ素原子、酸素原子及び炭素原子の合計量に対する、ケイ素原子の含有量の原子比率は、25〜45at%であることが好ましく、30〜40at%であることがより好ましい。
さらに、バリア層27中におけるケイ素原子、酸素原子及び炭素原子の合計量に対する、炭素原子の含有量の原子比率は、3〜33at%であることが好ましく、3〜25at%であることがより好ましい。
バリア層27の厚さは、5〜3000nmの範囲であることが好ましく、10〜2000nmの範囲であることがより好ましく、100〜1000nmの範囲であることが特に好ましい。バリア層27の厚さが上記範囲を外れると、バリア層27の配光性が不十分となる。
また、バリア層27を複数の層から形成する場合には、バリア層27の全体の厚さが10〜10000nmの範囲であり、10〜5000nmの範囲であることが好ましく、100〜3000nmの範囲であることがより好ましく、200〜2000nmの範囲であることが特に好ましい。
バリア層27は、基材26との間にプライマーコート層、ヒートシール性樹脂層、接着剤層等を備えていてもよい。プライマーコート層は、基材26とバリア層27との接着性を向上させることが可能な公知のプライマーコート剤を用いて形成することができる。また、ヒートシール性樹脂層は、適宜公知のヒートシール性樹脂を用いて形成することができる。さらに、接着剤層は、適宜公知の接着剤を用いて形成することができ、このような接着剤層により複数のバリア層27を接着させてもよい。
透光性電極25においては、バリア層27がプラズマ化学気相成長法により形成された層であることが好ましい。プラズマ化学気相成長法により形成されるバリア層27としては、基材26を一対の成膜ロール上に配置し、この一対の成膜ロール間に放電してプラズマを発生させるプラズマ化学気相成長法(プラズマCVD)で形成された層であることがより好ましい。プラズマ化学気相成長法はペニング放電プラズマ方式のプラズマ化学気相成長法であってもよい。また、一対の成膜ロール間に放電する際には、一対の成膜ロールの極性を交互に反転させることが好ましい。
バリア層27は、連続的な成膜プロセスにより形成された層であることが好ましい。
バリア層27は、上述のように生産性の観点からロールツーロール方式で基材26の表面上に形成されることが好ましい。プラズマ化学気相成長法によりバリア層27を製造できる装置としては、特に制限されないが、少なくとも一対の成膜ロールと、プラズマ電源とを備え、且つ、成膜ロール間において放電することが可能な構成となっている装置であることが好ましい。
さらに、成膜ロール36及び成膜ロール37としては、公知のロールを用いることができる。成膜ロール36及び37としては、より効率よく薄膜を形成するという観点から、同一の直径のロールを使うことが好ましい。また、成膜ロール36及び37の直径としては、放電条件、チャンバーのスペース等の観点から、5〜100cmの範囲とすることが好ましい。
バリア層27の形成に用いる成膜ガス中の原料ガスとしては、形成するバリア層27の材質に応じて適宜選択して使用することができる。原料ガスとしては、例えばケイ素を含有する有機ケイ素化合物を用いることができる。有機ケイ素化合物としては、例えば、ヘキサメチルジシロキサン、1.1.3.3−テトラメチルジシロキサン、ビニルトリメチルシラン、メチルトリメチルシラン、ヘキサメチルジシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、ジエチルシラン、プロピルシラン、フェニルシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、オクタメチルシクロテトラシロキサン等が挙げられる。これらの有機ケイ素化合物の中でも、製膜での取り扱い及び得られるバリア層27の配光性等の特性の観点から、ヘキサメチルジシロキサン、1.1.3.3−テトラメチルジシロキサンを用いることが好ましい。また、これらの有機ケイ素化合物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
原料ガスとしてヘキサメチルジシロキサン、反応ガスとして酸素を含有する成膜ガスをプラズマCVDにより反応させて、ケイ素−酸素系の薄膜を作製する場合、成膜ガスにより下記反応式(1):
(CH3)6Si2O+12O2→6CO2+9H2O+2SiO2 ・・・(1)
の反応が起こり、二酸化ケイ素が生成される。この反応において、ヘキサメチルジシロキサン1モルを完全酸化するのに必要な酸素量は12モルである。このため、成膜ガス中に、ヘキサメチルジシロキサン1モルに対して、酸素を12モル以上含有させて完全に反応させた場合には、均一な二酸化ケイ素膜が形成されてしまう。このため、原料のガス流量比を、理論比である完全反応の原料比以下の流量に制御して、非完全反応を遂行させる。つまり、ヘキサメチルジシロキサン1モルに対して酸素量を化学量論比の12モルより少ない量にする必要がある。
真空チャンバー内の圧力(真空度)は、原料ガスの種類等に応じて適宜調整することができるが、0.5Pa〜100Paの範囲とすることが好ましい。
上述のプラズマCVD法において、成膜ロール36、37間に放電するために、プラズマ発生用電源39に接続された電極ドラムに印加する電力は、原料ガスの種類や真空チャンバー内の圧力等に応じて適宜調整することができる。例えば、0.1〜10kWの範囲とすることが好ましい。印加電力が下限未満ではパーティクルが発生し易くなる傾向にある。他方、上限を超えると成膜時に発生する熱量が多くなり、成膜時の基材表面の温度が上昇してしまい、基材26が熱負けして成膜時に皺が発生してしまう。
なお、本例において、電極ドラムは、成膜ロール36、37に設置されている。
基材26とバリア層27との間には、平滑層が形成されていてもよい。平滑層は突起等が存在する基材26の粗面を平坦化し、或いは、基材26に存在する突起により、バリア層27に生じた凹凸やピンホールを埋めて平坦化するために設けられる。このような平滑層は、基本的には感光性樹脂を硬化させて形成される。
光重合開始剤としては、例えば、ベンゾフェノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル、4,4−ビス(ジメチルアミン)ベンゾフェノン、4,4−ビス(ジエチルアミン)ベンゾフェノン、α−アミノ・アセトフェノン、4,4−ジクロロベンゾフェノン、4−ベンゾイル−4−メチルジフェニルケトン、ジベンジルケトン、フルオレノン、2,2−ジエトキシアセトフェノン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、p−tert−ブチルジクロロアセトフェノン、チオキサントン、2−メチルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、ベンジルジメチルケタール、ベンジルメトキシエチルアセタール、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインブチルエーテル、アントラキノン、2−tert−ブチルアントラキノン、2−アミルアントラキノン、β−クロルアントラキノン、アントロン、ベンズアントロン、ジベンズスベロン、メチレンアントロン、4−アジドベンジルアセトフェノン、2,6−ビス(p−アジドベンジリデン)シクロヘキサン、2,6−ビス(p−アジドベンジリデン)−4−メチルシクロヘキサノン、2−フェニル−1,2−ブタジオン−2−(o−メトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−プロパンジオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム、1,3−ジフェニル−プロパントリオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−3−エトキシ−プロパントリオン−2−(o−ベンゾイル)オキシム、ミヒラーケトン、2−メチル[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モノフォリノ−1−プロパン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モノフォリノフェニル)−ブタノン−1、ナフタレンスルホニルクロライド、キノリンスルホニルクロライド、n−フェニルチオアクリドン、4,4−アゾビスイソブチロニトリル、ジフェニルジスルフィド、ベンズチアゾールジスルフィド、トリフェニルホスフィン、カンファーキノン、四臭素化炭素、トリブロモフェニルスルホン、過酸化ベンゾイン、エオシン、メチレンブルー等の光還元性の色素とアスコルビン酸、トリエタノールアミン等の還元剤の組み合わせ等が挙げられ、これらの光重合開始剤を1種又は2種以上の組み合わせで使用することができる。
平滑層の形成では、上述の感光性樹脂に、必要に応じて、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤等の添加剤を加えることができる。また、平滑層の積層位置に関係なく、いずれの平滑層においても、成膜性向上及び膜のピンホール発生防止等のために適切な樹脂や添加剤を使用してもよい。
表面粗さは、AFM(原子間力顕微鏡)を用いて測定された、微細な凹凸の振幅に関する粗さである。この表面粗さは、AFMの極小の先端半径の触針を持つ検出器によって、数十μmの区間内を多数回測定し、この連続測定した凹凸の断面曲線から算出される。
平滑層には、添加剤が含まれていてもよい。平滑層に含まれる添加剤としては、感光性樹脂の表面に光重合反応性を有する感光性基が導入された反応性シリカ粒子(以下、単に「反応性シリカ粒子」ともいう)が好ましい。
なお、上記効果をより得やすくするためには、平均粒子径を0.001〜0.01μmの範囲をすることが好ましい。平滑層中には、上述の様な無機粒子を質量比として20%以上60%以下含有することが好ましい。20%以上添加することで、基材26とバリア層27との密着性が向上する。また、60%を超えると、フィルムを湾曲させたり、加熱処理を行った場合にクラックが生じたり、バリア層27の透明性や屈折率等の光学的物性に影響を及ぼすことがある。
加水分解性シリル基としては、例えば、アルコキシリル基、アセトキシリル基等のカルボキシリレートシリル基、クロロシリル基等のハロゲン化シリル基、アミノシリル基、オキシムシリル基、ヒドリドシリル基等が挙げられる。
重合性不飽和基としては、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、ビニル基、プロペニル基、ブタジエニル基、スチリル基、エチニイル基、シンナモイル基、マレート基、アクリルアミド基等が挙げられる。
このような無機粒子としては、シリカ、アルミナ、タルク、クレイ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化ジルコニウム等の1種又は2種以上を併せて使用することができる。
バリア層27には、ブリードアウト防止層を設けることができる。ブリードアウト防止層は、平滑層を有するフィルム状の基材26を加熱した際に、基材26中から未反応のオリゴマー等が表面へ移行して、基材26の表面を汚染する現象を抑制するために、平滑層を有する基材の反対面に設けられる。ブリードアウト防止層は、この機能を有していれば、基本的に平滑層と同じ構成をとっても構わない。
この熱可塑性樹脂としては、アセチルセルロース、ニトロセルロース、アセチルブチルセルロース、エチルセルロース、メチルセルロース等のセルロース誘導体、酢酸ビニル及びその共重合体、塩化ビニル及びその共重合体、塩化ビニリデン及びその共重合体等のビニル系樹脂、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール等のアセタール系樹脂、アクリル樹脂及びその共重合体、メタクリル樹脂及びその共重合体等のアクリル系樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、線状ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。
上述した各実施形態の透光性電極は、各種電子デバイスに用いることができる。電子デバイスの例としては、有機電界発光素子、LED(Light Emitting Diode)、液晶素子、有機光電変換素子、タッチパネル等が挙げられ、これらの電子デバイスにおいて光透過性を必要とされる電極部材として、上述の透光性電極を用いることができる。
以下では、用途の一例として、透光性電極をアノード及びカソードとして用いた有機電界発光素子の実施形態、及び、有機光電変換素子の透明電極に適用した実施形態を説明する。
[有機電界発光素子の構成]
次に、本発明の第4実施形態について説明する。第4実施形態は、電子デバイスの一例として、上述の第第3実施形態の透光性電極25を用いた有機電界発光素子について説明する。図8に、本実施形態の有機電界発光素子の概略構成を示す。以下にこの図に基づいて有機電界発光素子の構成を説明する。
上記構成の有機電界発光素子50では、固体封止の際に加えられた圧力で、下地層11上に形成された導電層12に、下地層11の平滑な表面が転写される。このため、導電層12の表面を、下地層11の表面と同様に、Ra≦2に平滑化することができる。以下、この平滑化について説明する。
透光性電極25は、上述の第3実施形態の透光性電極25であり、基材26側から順に、バリア層27、下地層11、窒素含有層23、及び導電層12が順に形成された構成である。ここでは特に、透光性電極25を構成する導電層12が実質的なアノードとなる。
対向電極46は、発光機能層45に電子を供給するためのカソードとして機能する電極層であり、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、アルミニウム、銀、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属、ITO、ZnO、TiO2、SnO2等の酸化物半導体等が挙げられる。
本実施形態の有機電界発光素子に用いられる発光層45cは、発光材料として例えば燐光発光化合物が含有されている。
発光層45cに含有されるホスト化合物としては、室温(25℃)における燐光発光の燐光量子収率が0.1未満の化合物が好ましい。さらに、燐光量子収率が0.01未満である化合物が好ましい。また、ホスト化合物は、発光層45cに含有される化合物の中で、層中での体積比が50%以上であることが好ましい。
ホスト化合物H68〜H79において、x及びyはランダム共重合体の比率を表す。その比率は、例えば、x:y=1:10などとすることができる。
本実施形態の有機電界発光素子に用いることのできる発光材料としては、燐光発光性化合物(燐光性化合物、燐光発光材料ともいう)が挙げられる。
発光層45cに含まれる化合物(燐光発光性化合物)は、下記一般式(7)で表される化合物であることが好ましい。
これらの環はさらに、一般式(1)のR11,R12として例示した置換基を有してもよい。
ここで、アザカルバゾール環とは、上記カルバゾール環を構成するベンゼン環の炭素原子が1つ以上窒素原子で置き換わったものを示す。
これらの環はさらに、一般式(1)のR11,R12として例示した置換基を有してもよい。
これらの環はさらに、一般式(1)のR11,R12として例示した置換基を有してもよい。
一般式(7)で表される化合物の中でも、下記一般式(8)で表される化合物であることがさらに好ましい。
これらの基は、無置換でもよく、一般式(1)のR11,R12として例示した置換基を有してもよい。
これらの基は、無置換でもよく、一般式(1)のR11,R12として例示した置換基を有してもよい。
これらの基は、無置換でもよく、一般式(1)のR11,R12として例示した置換基を有してもよい。
これらの環はさらに、一般式(1)のR11,R12として例示した置換基を有してもよい。
ここで、アザカルバゾール環とは、上記カルバゾール環を構成するベンゼン環の炭素原子が1つ以上窒素原子で置き換わったものを示す。
これらの環はさらに、一般式(1)のR11,R12として例示した置換基を有してもよい。
上記一般式(8)で表される化合物の好ましい態様の一つとして、下記一般式(9)で表される化合物が挙げられる。
これらの環はさらに、一般式(1)のR11,R12として例示した置換基を有してもよい。
これらの環はさらに、一般式(1)のR11,R12として例示した置換基を有してもよい。
蛍光発光材料としては、クマリン系色素、ピラン系色素、シアニン系色素、クロコニウム系色素、スクアリウム系色素、オキソベンツアントラセン系色素、フルオレセイン系色素、ローダミン系色素、ピリリウム系色素、ペリレン系色素、スチルベン系色素、ポリチオフェン系色素、又は希土類錯体系蛍光体等が挙げられる。
注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と発光層45cの間に設けられる層のことで、「有機EL素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の第2編第2章「電極材料」(123〜166頁)に詳細に記載されており、正孔注入層45aと電子注入層45eとがある。
正孔輸送層45bは、正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、広い意味で正孔注入層45a、電子阻止層も正孔輸送層45bに含まれる。正孔輸送層45bは単層又は複数層設けることができる。
電子輸送層45dは、電子を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で電子注入層45e、正孔阻止層(図示せず)も電子輸送層45dに含まれる。電子輸送層45dは単層構造又は複数層の積層構造として設けることができる。
一般式(10)中におけるAr1は、下記一般式(A)で表される基を表す。
一般式(A)において、Y3で表される基としては、上記6員の芳香族環から導出される基であることが好ましく、さらに好ましくは、ベンゼン環から導出される基である。
一般式(A)において、Y4で表される基としては、上記6員の芳香族環から導出される基であることが好ましく、さらに好ましくは、窒素原子を環構成原子として含む芳香族複素環から導出される基であり、特に好ましくは、Y4がピリジン環から導出される基である。
一般式(A)で表される基の好ましい態様としては、下記一般式(A−1)、(A−2)、(A−3)、又は(A−4)のいずれかで表される基が挙げられる。
上記一般式(10)で表される化合物の中でも、下記一般式(11)で表される化合物が好ましい。この一般式(11)は、透光性電極25の窒素含有層23を構成する化合物として示した一般式(2)を含む。以下、一般式(11)で表される化合物について説明する。
阻止層は、上述のように有機化合物薄膜の基本構成層の他に、必要に応じて設けられる。例えば、特開平11−204258号公報、同11−204359号公報、及び「有機EL素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の237頁等に記載されている正孔阻止(ホールブロック)層がある。
封止部材48は、有機電界発光素子50を覆うものであって、板状(フィルム状)の封止部材48が樹脂層47によって基材26側に固定される。この封止部材48は、少なくとも発光機能層45を覆う状態で設けられ、透光性電極25及び対向電極46の端子部分(図示省略)を露出させる状態で設けられている。また封止部材48に電極を設け、有機電界発光素子50の透光性電極25及び対向電極46の端子部分と、この電極とを導通させるように構成されていてもよい。
封止部材48を基材26側に固定するための樹脂層47は、封止部材48と基材26との間に挟持された有機電界発光素子50を封止するためのシール剤として用いられる。樹脂層47は、封止部材48又は基材26の貼合面上に、未硬化の樹脂材料を複数箇所に分散させて塗布し、これらの樹脂材料を介して封止部材48と基材26とを互いに押圧した後、樹脂材料を硬化することで形成されている。
なお、有機電界発光素子50を構成する有機材料は、熱処理により劣化する場合がある。このため、室温から80℃までに接着硬化できる樹脂材料を使用することが好ましい。
以上説明した有機電界発光素子50は、上述の実施の形態の導電性と光透過性とを兼ね備えた透光性電極25をアノードとして用い、この上部に発光機能層45とカソードとなる対向電極46とをこの順に設けた構成である。このため、透光性電極25と対向電極46との間に十分な電圧を印加して有機電界発光素子50での高輝度発光を実現しつつ、透光性電極25側からの発光光hの取り出し効率が向上することによる高輝度化を図ることが可能である。
[有機電界発光素子の構成]
次に、本発明の第5実施形態について説明する。第5実施形態は、電子デバイスの一例として、上述した第3実施形態の透光性電極を用いた有機電界発光素子について説明する。図9に、本実施形態の有機電界発光素子の概略構成を示す。以下にこの図に基づいて有機電界発光素子の構成を説明する。
以上説明した有機電界発光素子51は、導電性と光透過性とを兼ね備えた透光性電極25をカソードとして用い、この上部に発光機能層45とアノードとなる対向電極46とをこの順に設けた構成である。このため、第1例と同様に、透光性電極25と対向電極46との間に十分な電圧を印加して有機電界発光素子51での高輝度発光を実現しつつ、透光性電極25側からの発光光hの取り出し効率が向上することによる高輝度化を図ることが可能である。
また、トップエミッション型及び両面発光型の有機電界発光素子においても、第4実施形態の有機電界発光素子のような透光性電極をアノードとする構成と、第5実施形態の有機電界発光素子のようなカソードとする構成とを、それぞれ構成することができる。
上述した各構成の有機電界発光素子は、上述したように面発光体であるため各種の発光光源として用いることができる。例えば、家庭用照明や車内照明などの照明装置、時計や液晶用のバックライト、看板広告用照明、信号機の光源、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられる。また、これらの発光光源に限定されず、その他の光源としても用いることができる。
特に、カラーフィルタと組み合わせた液晶表示装置のバックライト、照明用光源としての用途に有効に用いることができる。
[照明装置−1]
本発明の第6実施形態について説明する。第6実施形態は、電子デバイスの一例として上述の各実施形態の有機電界発光素子を用いた照明装置について説明する。
また、照明装置は、例えば有機電界発光素子を複数用いることにより、発光面を大面積化することもできる。この場合、透明基板上に有機電界発光素子を設けた複数の発光パネルを、支持基板上に複数配列する(すなわちタイリングする)ことによって発光面を大面積化する。支持基板は、封止部材を兼ねるものであってもよく、この支持基板と、発光パネルの透明基板との間に有機電界発光素子を挟持する状態で各発光パネルをタイリングする。支持基板と透明基板との間には樹脂材料を充填し、これによって有機電界発光素子を固体封止してもよい。なお、発光パネルの周囲には、透光性電極及び対向電極の端子を露出させておく。
次に、本発明の第7実施形態について説明する。第7実施形態は、電子デバイスの一例として、上述の第3実施形態の透光性電極25を用いた有機光電変換素子について説明する。図10に、本実施形態の有機光電変換素子の概略構成図を示す。以下にこの図に基づいて有機光電変換素子の構成を説明する。
上記構成の有機光電変換素子60は、透光性電極25が、下地層11の弾性率20GPa以上、Ra≦2の平滑面側に、Agを主成分とする導電層12が設けられ、樹脂層66と封止部材67とのより固体封止されていることが特徴的である。
有機光電変換素子60では、固体封止の際に加えられた圧力で、下地層11上に形成された導電層12に、下地層11の平滑な表面が転写される。このため、導電層12の表面を、下地層11の表面と同様に、Ra≦2に平滑化することができる。この導電層12の平滑化は、上述の第4実施形態の有機電界発光素子と同様の現象によって行われる。このため、導電層12の平滑化については詳細な説明を省略する。
透光性電極25は、上述の第3実施形態の透光性電極25であり、基材26側から順に、バリア層27、下地層11、窒素含有層23、及び導電層12が順に形成された構成である。透光性電極25において、特に導電層12が有機光電変換素子60を構成する一対の電極のうちの一方の電極として用いられる。この透光性電極25は、例えば陰極として用いられる。
光電変換層61は、カルコパイライト構造の化合物半導体材料(カルコパイライト系材料)で構成された半導体薄膜であり、いわゆるCIS系光電変換層である。カルコパイライト系材料は、Ib族元素(Cu、Ag、Au)、IIIb族元素(B、Al、Ga、In、Tl)、およびVIb族元素(S、Se、Te、Po)を含んで構成され、例えばCu(In1−xGax)(SeyS1−y)2[0≦x≦1、0≦y≦1]を主成分とする。ここで、ガリウム(Ga)やイオウ(S)が固溶していない場合(x=y=0)において、光電変換層61はCuInSe2からなる半導体薄膜となる。
バッファ層62は、光電変換層61の電気的な接合を図るための層である。このようなバッファ層62は、CdS、ZnS、ZnOなどのII−VI族化合物半導体、これらの混晶、又はIn2O3、In2S3、In(OH)等のIn系の化合物半導体を用いて構成される。このようなバッファ層62は、膜厚が20nm〜150nm、好ましくは50nm程度である。なお、このようなバッファ層62は、必要に応じて設ければよいが、このようなバッファ層62を形成することにより開放電圧の向上および光電変換効率が可能となるため、バッファ層62を設けた方が高効率の有機光電変換素子を得やすい傾向がある。
半絶縁層63は、n型の高抵抗層であり、高抵抗n型層とも呼ばれる。光電変換層61と裏面電極64との間の漏れ電流を低減するための層である。このような半絶縁層63は、ZnO、ホウ素(B)を含有するZnO:B、アルミニウム(Al)を含有するZnO:Alなどを用いて構成される。なお、このような半絶縁層63は、バッファ層62と共に必要に応じて設ければよく、バッファ層62と半絶縁層63との何れか一方のみであってもよい。また、両方とも設ける必要のない場合には設けなくともよい。バッファ層62およびn型の高抵抗層である半絶縁層63を形成することにより、開放電圧の向上および光電変換効率が可能となるため、これらのバッファ層62および半絶縁層63を設けた方が高効率の有機光電変換素子を得やすい傾向がある。
裏面電極64は、有機光電変換素子60を構成する一対の電極のうちの他方の電極であり、例えば陽極として用いられる。この裏面電極64は、光電変換層61の成膜に際しての加熱に対して耐性を有する高融点金属で構成される。また裏面電極64は、光電変換層61を構成するセレン(Se)に対する耐食性を有する導電性材料で構成される。このような裏面電極64を構成する材料としては、例えばモリブデン(Mo)、チタン(Ti)、クロム(Cr)が例示される。
透光性電極25の裏面電極64には、必要に応じてグリッド電極65が設けられる。このグリッド電極65は、裏面電極64から電流・電圧を受け取り外部回路へと低抵抗で取り出す端子としての電極である。このようなグリッド電極65は、例えばアルミニウムのような導電性の良好な材料で構成されることとする。
封止部材67を基材26側に固定するための樹脂層66は、封止部材67と基材26との間に挟持された有機光電変換素子60を封止するためのシール剤として用いられる。樹脂層66は、封止部材67又は基材26の貼合面上に、未硬化の樹脂材料を複数箇所に分散させて塗布し、これらの樹脂材料を介して封止部材67と基材26とを互いに押圧した後、樹脂材料を硬化することで形成されている。
以上説明した各層のほか、本実施形態の有機光電変換素子60は、光電変換効率の向上や、素子の寿命の向上のために、他の部材(他の層)をさらに設けてもよい。その他の部材としては、例えば、正孔注入層、電子注入層、励起子ブロック層、UV吸収層、光反射層、波長変換層などが挙げられる。正孔注入層であれば、光電変換層61と裏面電極64との間に配置される。電子注入層であれば、光電変換層61と透光性電極25との間に配置される。励起子ブロック層であれば、光電変換層61と裏面電極64との間、又は光電変換層61と透光性電極25との間に配置される。UV吸収層であれば、太陽光によるフレキシブル基板の劣化を抑制するため、基材26よりも外側の最外層に配置される。波長変換層も同様に、基材26よりも外側の最外層に配置される。さらに光電変換層61側の陰極(ここでは例えば透光性電極25)に隣接して金属酸化物の層を積層してもよい。
以上説明した有機光電変換素子60は、導電性と光透過性とを兼ね備えた透光性電極25を備えたことにより、透光性電極25を介しての光電変換層61における太陽光Hの受光効率を確保しつつ、光電変換層61で変換された電荷の透光性電極25を介しての取り出し効率の向上を図ることができる。この結果、カルコパイライト構造の光電変換層61を有する有機光電変換素子60においての光電変換効率の向上を図ることが可能になる。
試料101〜110の各透明電極を、導電性領域の面積が5cm×5cmとなるように作製した。下記表2には、試料101〜110の各透明電極における各層の構成を示した。
試料101の作製において、まず、透明な無アルカリガラス製の基材上に、表1に示す化合物No.10からなる窒素含有層を形成し、窒素含有層の上部に銀からなる導電層を10nmの厚さで形成して透光性電極を作製した。さらに、透光性電極上に、発光機能層と、対向電極を形成した後、封止部材により固体封止し、試料101の有機電界発光素子を作製した。
まず、透明な無アルカリガラス製の基材を、市販の真空蒸着装置の基材ホルダーに固定し、化合物No.10をタンタル製抵抗加熱ボートに入れ、これら基材ホルダーと加熱ボートとを真空蒸着装置の第1真空槽内に取り付けた。また、タングステン製の抵抗加熱ボートに銀(Ag)を入れ、真空蒸着装置の第2真空槽内に取り付けた。
引き続き、市販の真空蒸着装置を用い、真空度1×10−4Paまで減圧した後、基材を移動させながら化合物HT−1を、蒸着速度0.1nm/秒で蒸着し、20nmの正孔輸送層(HTL)を設けた。
次に、化合物A−3(青色発光ドーパント)、化合物A−1(緑色発光ドーパント)、化合物A−2(赤色発光ドーパント)及び化合物H−1(ホスト化合物)を、化合物A−3が膜厚に対し線形に35重量%から5重量%になるように場所により蒸着速度を変化させ、化合物A−1と化合物A−2は膜厚に依存することなく各々0.2重量%の濃度になるように、蒸着速度0.0002nm/秒で、化合物H−1は64.6重量%から94.6重量%になるように場所により蒸着速度を変化させて、厚さ70nmになるよう共蒸着し発光層を形成した。
その後、化合物ET−1を膜厚30nmに蒸着して電子輸送層を形成し、更にフッ化カリウム(KF)を厚さ2nmで形成した。更に、アルミニウム110nmを蒸着して対向電極を形成した。
なお、上記化合物HT−1、化合物A−1〜3、化合物H−1、及び、化合物ET−1は、以下に示す化合物である。
対向電極までを作製した試料を、厚さ100μmのアルミ箔の片面に熱硬化型の液状接着剤(エポキシ系樹脂)を厚さ30μmで塗設してある封止部材を用いて、素子の透光性電極の導電層、対向電極の引き出し電極の端部が外に出るように、封止部材の接着剤形成面と素子の有機機能層面を連続的に重ね合わせた。重ね合わせた部材を減圧装置内に配置し、90℃で0.1MPaの減圧条件下で、重ね合わせた基材同士に押圧をかけて5分間保持した。続いて、重ね合わせた部材を大気圧環境に戻し、さらに90℃で30分間加熱し接着剤を硬化させた。
上記封止工程は、大気圧下、含水率1ppm以下の窒素雰囲気下で、JIS B 9920に準拠し、測定した清浄度がクラス100で、露点温度が−80℃以下、酸素濃度0.8ppm以下の大気圧で行った。なお、陽極、陰極からの引き出し配線等の形成に関する記載は省略してある。
以上の工程により、試料101の有機電界発光素子を作製した。
試料102の作製において、まず、透明な無アルカリガラス製の基材上に、ポリシラザン改質層からなる下地層を形成し、この下地層上に表1に示す化合物No.10からなる窒素含有層を形成し、窒素含有層の上部に銀からなる導電層を形成して、透光性電極を作製した。さらに、透光性電極上に、発光機能層と、対向電極を形成した後、封止部材により固体封止し、試料102を作製した。
まず、ポリシラザン層塗布液として、パーヒドロポリシラザン(アクアミカ NN120−10、無触媒タイプ、AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製)の10質量%ジブチルエーテル溶液を作製した。
次に、透明な無アルカリガラス製の基材上に、ポリシラザン層塗布液を、ワイヤレスバーにて、乾燥後の平均膜厚が300nmとなるように塗布し、温度85℃、湿度55%RHの雰囲気下で1分間処理して乾燥させ、更に温度25℃、湿度10%RH(露点温度−8℃)の雰囲気下に10分間保持し、除湿処理を行って、ポリシラザン層を形成した。
紫外線照射装置:株式会社 エム・ディ・コム製エキシマ照射装置MODEL:MECL−M−1−200
照射波長:172nm
ランプ封入ガス:Xe
エキシマランプ光強度:130mW/cm2(172nm)
試料と光源の距離:1mm
ステージ加熱温度:70℃
照射装置内の酸素濃度:1.0%
エキシマランプ照射時間:5秒
さらに、この下地層上に上記試料101と同様の手順で、窒素含有層、導電層、発光機能層、及び、対向電極を形成し、封止部材を用いて固体封止して試料102の有機電界発光素子を作製した。
基材として使用する材料を、2軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム(PENフィルム、厚み:100μm、幅:350mm、帝人デュポンフィルム(株)製、商品名「テオネックスQ65FA」)に変更した以外は、上記試料102と同様の手順で、試料103の有機電界発光素子を作製した。
試料104の作製において、まず、2軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムの基材上にバリア層を形成し、このバリア層上にポリシラザン改質層からなる下地層と、表1に示す化合物No.10からなる窒素含有層と、銀からなる導電層を形成して、透光性電極を作製した。さらに、透光性電極上に、発光機能層と、対向電極を形成した後、封止部材により固体封止し、試料104の有機電界発光素子を作製した。
基材を上述の図7に示すバリア層の製造装置に装着して、下記製膜条件(プラズマCVD条件)にて、基材上にバリア層を300nmの厚さで作製した。
酸素ガス(O2)の供給量:500sccm
真空チャンバー内の真空度:3Pa
プラズマ発生用電源からの印加電力:1.2kW
プラズマ発生用電源の周波数:80kHz
フィルムの搬送速度:0.5m/min
窒素含有層の材料を下記に示すL−1795に変更した以外は、上記試料104と同様の手順で、試料105の有機電界発光素子を作製した。
まず、上記試料104と同様の手順で、2軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム製の基材上にバリア層を形成し、このバリア層上にポリシラザン改質層からなる下地層を形成した。
次に、下地層を形成した基材を市販の真空蒸着装置の基材ホルダーに固定し、L−1795をタンタル製抵抗加熱ボートに入れ、これら基材ホルダーと加熱ボートとを真空蒸着装置の第1真空槽内に取り付けた。また、タングステン製の抵抗加熱ボートに銀(Ag)を入れ、真空蒸着装置の第2真空槽内に取り付けた。
透明な無アルカリガラス製の基材上に、ITO電極をスパッタ製膜で100nm形成して導電層を形成した。さらに、ITO電極上に、上記試料101と同様の手順で、発光機能層、及び、対向電極を形成し、封止部材を用いて固体封止して試料106の有機電界発光素子を作製した。
試料107の作製において、まず、透明な無アルカリガラス製の基材上に、ポリシラザン未改質層からなる下地層を形成し、この下地層上に表1に示す化合物No.10からなる窒素含有層を形成し、窒素含有層の上部に銀からなる導電層を形成して、透光性電極を作製した。さらに、透光性電極上に、発光機能層と、対向電極を形成した後、封止部材により固体封止し、試料107の有機電界発光素子を作製した。
試料102の下地層(ポリシラザン改質層)を形成する工程において、エキシマランプ照射による改質処理を施さなかったこと以外は同様にして、ポリシラザン未改質層からなる下地層を形成した。
さらに、この下地層上に上記試料102と同様の手順で、窒素含有層、導電層、発光機能層、及び、対向電極を形成し、封止部材を用いて固体封止して試料107の有機電界発光素子を作製した。
試料108の作製において、まず、2軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムの基材上にバリア層を形成し、このバリア層上に表1に示す化合物No.10からなる窒素含有層と、銀からなる導電層を形成して、透光性電極を作製した。さらに、透光性電極上に、発光機能層と、対向電極を形成した後、封止部材により固体封止し、試料108の有機電界発光素子を作製した。
バリア層は、2軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムからなる基材上に、試料104と同様の手順で形成した。さらに、このバリア層上に上記試料104と同様の手順で、窒素含有層、導電層、発光機能層、及び、対向電極を形成し、封止部材を用いて固体封止して試料108の有機電界発光素子を作製した。
試料109の作製において、まず、2軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムの基材上に有機・無機ハイブリッドポリマーからなる下地層を形成し、この下地層上に表1に示す化合物No.10からなる窒素含有層と、銀からなる導電層を形成して、透光性電極を作製した。さらに、透光性電極上に、発光機能層と、対向電極を形成した後、封止部材により固体封止し、試料109の有機電界発光素子を作製した。
基材の易接着面に、UV硬化型有機/無機ハイブリッドハードコート材 OPSTAR Z7501(JSR株式会社製)を乾燥後の膜厚が4μmになるようにワイヤーバーで塗布した。80℃で3分乾燥した後、空気雰囲気下にて高圧水銀ランプ使用して1.0J/cm2の照射を行って硬化し、下地層を形成した。
さらに、この下地層上に上記試料102と同様の手順で、窒素含有層、導電層、発光機能層、及び、対向電極を形成し、封止部材を用いて固体封止して試料109の有機電界発光素子を作製した。
透明な無アルカリガラス製の基材上に、上記試料102と同様の手順で、ポリシラザン改質層からなる下地層を形成、この下地層上に、ITO電極をスパッタ製膜で100nm形成して導電層を形成した後、このITO電極を研磨して平滑化した。さらに、ITO電極上に、上記試料102と同様の手順で、発光機能層、及び、対向電極を形成し、封止部材を用いて固体封止して試料110の有機電界発光素子を作製した。
(表面粗さ:表面平滑性)
表面粗さRaは、Digital Instruments社製の原子間力顕微鏡(AFM)DI3100を用いて、極小の先端半径の触針を持つ検出器で連続測定した凹凸の断面曲線から算出され、極小の先端半径の触針により測定方向が30μmの区間内を多数回測定し、微細な凹凸の振幅に関する平均の粗さから求めた。
下地層の弾性率は、MTSシステム社製のナノインデンター(Nano Indenter TMXP/DCM)を用いて、下地層に対して、先端半径が0.1〜1μm程度の三角錐の圧子を超微小な荷重で押し込んで負荷を付与した後、圧子を戻して除荷し、得られた荷重−変位曲線を作成し、荷重−変位曲線から得られた負荷荷重と押し込み深さより、弾性率(Reduced modulus)を測定した。
分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタセンシング社製)を用いて、各照明装置を構成する各試料の正面輝度及び輝度角度依存性を測定し、正面輝度1000cd/m2における電力効率を求めた。なお、電力効率の評価は、試料101の有機電界発光素子の電力効率を100とする相対値で表示した。数値が大きいほど、電力効率に優れていることを表す。
各試料において、固体封止前と固体封止後との各状態のリーク特性を測定した。リーク特性は、室温下、500μA/cm2の条件において、流れる順電圧とその逆電圧による電流値を3回測定し、その平均値より整流比を算出した。整流比が高いほどリーク特性に優れていることを表す。
試料のうち、樹脂基材を使った試料103、試料104、及び、試料108〜110について、折り曲げ耐性(柔軟性)を確認した。柔軟性は、室温下、発光面と封止面のそれぞれに屈曲直径30mmφの曲率がかかるように各200回折り曲げ、折り曲げた箇所のダークスポットの個数を評価した。
ダークスポット(DS)の個数の評価は、試料を室温下で300cd/m2となるように発光させた状態で、マイクロスコープ(株式会社モリテックス製MS−804、レンズMP−ZE25−200)で試料の撮影を行なった。撮影画像を目視で観察を行いダークスポットの数を計測した。発生個数が少ないほど折り曲げ耐性に優れることを表す。
85℃、85%RHの環境下で500時間の加熱処理を行った後、試料を室温下で300cd/m2となるように発光させた状態で、マイクロスコープ(株式会社モリテックス製MS−804、レンズMP−ZE25−200)で試料の撮影を行なった。撮影画像を目視で観察を行いダークスポット(DS)の数を計測した。発生個数が少ないほど保存耐性に優れることを表す。
さらに、試料101〜105は、発光効率も良好な結果が得られた。また、リーク特性の向上に伴い、保存性も向上する結果が得られた。
同様に、ITO電極を用いた試料110では、ITO電極層が研磨により平滑化され、さらに、下地層として弾性率が20GPa以上であり、表面粗さ(Ra)が2以下のポリシラザン改質層が形成されているものの、固体封止前よりも固体封止後のリーク特性が悪化している。
これに対し、下地層の弾性率及び平滑性が低い場合には、固体封止による導電層の形状悪化により、リーク特性が低下することがわかる。また、ITO電極の研磨では、導電層が十分な平滑性を有していないことがわかる。さらに、ITO電極を用いた場合には、固体封止の際の導電層の平滑化という効果を得ることができない。これは、ITO電極の厚さが100nmと厚いこと、及び、ITO電極がAg層のような柔軟性を有さず、固体封止の際の加圧による変形が十分に起こらないことに起因すると考えられる。
実施例1で作製した試料103、試料110と同様の透光性電極を備えた有機光電変換素子の試料201、試料202を作製した。以下、有機光電変換素子の作製手順を説明する。
ポリエレンナフタレートフィルム(PENフィルム)に、下地層、窒素含有層、及び、導電層までを形成した試料103の透光性電極上に、正孔輸送層、光電変換層、電子輸送層、及び、裏面電極を形成した後、封止部材により固体封止し、試料201の有機光電変換素子を作製した。
まず、導電性高分子及びポリアニオンからなるPEDOT−PSS(CLEVIOS(登録商標) P VP AI 4083、ヘレオス株式会社製、導電率1×10−3S/cm)を2.0質量%で含むイソプロパノール溶液を調製した。次に、導電層までを形成した試料103の透光性電極上に、乾燥膜厚が約30nmになるように、基板を65℃に調温したブレードコーターを用いて溶液を塗布した。その後、120℃の温風で20秒間加熱処理して、試料103の透光性電極上に溶液の塗布膜を形成した。さらに、塗布膜を形成した透光性電極をグローブボックス中に持ち込み、窒素雰囲気下において120℃で3分間加熱処理を行い、正孔輸送層を形成した。
次に、o−ジクロロベンゼンに、p型有機半導体材料である下記KP115を0.8質量%、n型有機半導体材料であるPC61BM(フロンティアカーボン製nanom spectra E100H)を1.6質量%混合した有機光電変換材料組成物溶液を調製した。この溶液を、ホットプレートで100℃に加熱しながら撹拌(60分間)して完全に溶解した。この後、乾燥膜厚が約170nmになるように、基板を80℃に調温したブレードコーターを用いて塗布し、2分間乾燥して、上記正孔輸送層上に光電変換層を形成した。
光電変換層に用いるKP115は、非特許文献Appl.Phys.Lett.Vol.98、p.043301を参考にして、下記に示す化合物KP115を合成した。なお、KP115の数平均分子量は43000であった。
次に、下記化合物Cを0.02質量%になるようにヘキサフルオロイソプロパノールに溶解して溶液を調製した。この溶液を、光電変換層までを形成した透光性電極上に、乾燥膜厚が約5nmになるように、基板を65℃に調温したブレードコーターを用いて塗布乾燥した。その後、100℃の温風で2分間加熱処理して、上記光電変換層上に電子輸送層を形成した。
電子輸送層に用いる化合物Cは、以下の方法で合成した。
非特許文献Adv. Mater. 2007, 19, 2010を参考にして、下記化合物Bを合成した。化合物Bの重量平均分子量は4400であった。
この化合物B1.0gと、アルドリッチ社製3,3’−イミノビス(N,N−ジメチルプロピルアミン)9.0gとをテトラヒドロフラン100mlおよびN,N−ジメチルホルムアミド100mlに溶解し、室温で48時間撹拌を行った。反応終了後、溶媒を減圧留去し、さらに水に再沈殿を行うことで、化合物Cを1.3g得た(収率90%)。得られた化合物Cについて、1H−NMRによって構造を特定した。結果を下記に示す。1H−NMR:7.6〜8.0ppm(br),2.88ppm(br),2.18ppm(m),2.08ppm(s),1.50ppm(m),1.05ppm(br).
次に、上記電子輸送層まで形成した試料を、10mm幅のシャドウマスクと透光性電極の導電層とが直交するように、真空蒸着装置の真空槽に設置した。また、タングステン製の抵抗加熱ボートに銀(Ag)を入れ、当該真空槽内に取り付けた。
次に、真空槽を4×10−4Paまで減圧した後、抵抗加熱ボートを通電して加熱し、蒸着速度2nm/秒で、上記電子輸送層上に100nmの厚さの銀からなる裏面電極を形成した。
裏面電極までを作製した試料を、厚さ100μmのアルミ箔の片面に熱硬化型の液状接着剤(エポキシ系樹脂)を厚さ30μmで塗設してある封止部材を用いて、素子の第1電極、第2電極の引き出し電極の端部が外にでるように、封止部材の接着剤面と素子の有機機能層面を連続的に重ね合わせ、ドライラミネート法により接着を行った。
上記封止工程は、大気圧下、含水率1ppm以下の窒素雰囲気下で、JIS B 9920に準拠し、測定した清浄度がクラス100で、露点温度が−80℃以下、酸素濃度0.8ppm以下の大気圧で行った。なお、陽極、陰極からの引き出し配線等の形成に関する記載は省略してある。
以上の工程により、試料201の有機光電変換素子を作製した。
使用する透光性電極を、実施例1の試料110に変更した以外は、上記試料201と同様の手順で試料202の態様電池を作製した。
(光電変換効率の評価)
上記で作製した光電変換素子について、ソーラーシミュレーター(AM1.5Gフィルタ)の100mW/cm2の強度の光を照射し、有効面積を1cm2にしたマスクを受光部に重ね、短絡電流密度Jsc[mA/cm2]、開放電圧Voc[V]、及び、曲線因子(フィルファクター)FF[%]を、同素子上に形成した4箇所の受光部についてそれぞれ測定し、平均値を求めた。また、求めた短絡電流密度Jsc、開放電圧Voc、及び曲線因子FFから下記式(3)に従って、光電変換効率η[%]を求めた。ここで、光電変換効率η[%]の数字が大きい程、エネルギー変換効率(光電変換効率)が良好であることを示す。
上記光電変換効率の評価を行った有機光電変換素子の試料を、陽極と陰極の間に抵抗を接続したまま80℃に加熱し、ソーラーシミュレーター(AM1.5Gフィルタ)の100mW/cm2の強度の光で1000h暴露し続けた後、室温に冷却して上記光電変換効率の評価と同様の方法で、有機光電変換素子上に形成した4箇所の受光部について、それぞれ上記式(3)に従って光電変換効率η[%]を求めた。次に、下記式(4)により変換効率の相対効率[%]を算出して平均値を求め、これを光電変換効率の耐久性の尺度とした。
また、試料202では、ITO電極層が研磨により平滑化されているものの、導電層が十分な平滑性を有していないことがわかる。また、下地層として弾性率が20GPa以上であり、表面粗さ(Ra)が2以下のポリシラザン改質層が形成されているものの、固体封止の際の加圧・加熱処理によっても、ITO電極が平滑化されていないことがわかる。
このように、下地層の弾性率及び平滑性が高く、さらに、下地層上に形成する導電層がAgを主成分とする透光性電極を有機光電変換素子に用いることにより、固体封止の際に導電層の表面が平滑化されて、この有機光電変換素子の特性が向上することがわかる。
Claims (7)
- 表面粗さ(Ra)が2以下であり、且つ、弾性率が20GPa以上の表面を有する下地層と、
前記下地層の前記表面側に設けられた銀を主成分とする導電層と、を備える
透光性電極。 - 前記下地層が、ポリシラザン改質層である請求項1に記載の透光性電極。
- 窒素原子を含有すると共に当該窒素原子が有する非共有電子対のうち芳香族性に関与せずかつ金属に配位していない非共有電子対の数をn、分子量をMとした場合の有効非共有電子対含有率[n/M]が2.0×10−3≦[n/M]である化合物を用いて構成された窒素含有層を、前記導電層に隣接して備える請求項1に記載の透光性電極。
- 基材と、前記基材上に設けられた厚さ方向の屈折率分布に少なくとも1つ以上の極値を有するバリア層とを備え、前記バリア層上に前記下地層が設けられている請求項1に記載の透光性電極。
- 請求項1に記載の透明電極を有する電子デバイス。
- 有機材料から構成される発光層を備える請求項5に記載の電子デバイス。
- 光電変換層を備える請求項5に記載の電子デバイス。
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