JPWO2014132322A1

JPWO2014132322A1 - 照明装置

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Publication number: JPWO2014132322A1
Application number: JP2015502590A
Authority: JP
Inventors: 広貴佐久間; 昌宏川崎; 石原　慎吾; 慎吾石原; 裕紀若菜; 荒谷　介和; 介和荒谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2017-02-02
Also published as: WO2014132322A1

Abstract

本発明では、有機発光素子毎に切断して形状自由度の高い有機発光照明装置を提供することを目的とする。本発明は、基板と、前記基板の上側であって面内方向に複数並べて設けられた有機発光素子と、複数の前記有機発光素子を区分するバンクと、前記バンク内に設けられた封止樹脂層と、を有し、前記有機発光素子は、上部電極と、下部電極と、前記上部電極及び前記下部電極の間に設けられた有機層と、で構成され、前記バンクは、前記有機層の両端に設けられている照明装置である。

Description

本発明は、有機発光素子を用いた照明装置に関する。

近年、有機発光素子を用いた照明装置が数多く製品化されている。その照明装置の例として特許文献１が挙げられる。

特開2008-210678号公報特許文献１では格子状の絶縁性フィルムのみで封止性の確保を行っているが、現状の素子の構成を考えるとそれでは不十分である。また、切断時に上下の電極が短絡する可能性もある。

本発明では、有機発光素子毎に切断して形状自由度の高い有機発光照明装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。本発明は、基板と、前記基板の上側であって面内方向に複数並べて設けられた有機発光素子と、複数の前記有機発光素子を区分するバンクと、前記バンク内に設けられた封止樹脂層と、を有し、前記有機発光素子は、上部電極と、下部電極と、前記上部電極及び前記下部電極の間に設けられた有機層と、で構成され、前記バンクは、前記有機層の両端に設けられている照明装置である。

本発明により、１つの有機発光素子で構成する画素ごとに切断が可能となり、自由な形状の有機発光照明装置の作製が可能となる。

本発明における照明装置の一実施の形態における断面図である。本発明における有機発光素子の一実施の形態における断面図である。本発明における照明装置の一実施の形態における平面図である。本発明における照明装置の一実施の形態における平面図である。本発明における照明装置の一実施の形態における平面図である。本発明における照明装置の一実施の形態における断面図である。本発明における照明装置の一実施の形態における断面図である。

以下、図面等により本発明を詳細に説明する。以下の説明は本願発明の内容の具体例を示すものであり、本発明は以下の説明に限定されるものではなく、この明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

図１は、本発明における照明装置の一実施の形態における断面図である。図１は、上部電極１０２側から光を取り出すトップエミッション型の光源装置である。図１では、基板１００の上側に下部電極１０１、バンク１０４（バンク１０９、バンク１１０）、有機層１０３、上部電極１０２、封止樹脂層１０６、対向基板１０７、光取り出し層１０８が順に配置されている。照明装置は、さらに図１に図示されていない駆動回路および筐体などを備える。有機発光素子は、上部電極１０２、下部電極１０１および有機層１０３により構成される。バンク１０４（バンク１０９、バンク１１０）は、下部電極１０１より上側に、上部電極１０２より下側に、有機層１０３の両端の位置に設けられる。

以下では下部電極１０１を陽極、上部電極１０２を陰極として説明するが、下部電極１０１を陰極、上部電極１０２を陽極としても構成可能である。ここでは下部電極１０１をフォトリソグラフィによりパターニングして形成する。

上部電極１０２がＩＴＯまたはＩＺＯである場合、ＩＴＯまたはＩＺＯをスパッタ法で形成する場合には、スパッタによるダメージを緩和するため、有機層１０３および上部電極１０２の間にバッファ層を設けることがある。バッファ層には、酸化モリブデン、酸化バナジウムなどの金属酸化物を用いる。上部電極１０２は隣接する発光部の下部電極１０１と接続される。これにより、発光部を直列接続することができる。

バンク形成材料を塗布した後、所定のフォトマスクを用いて現像露光することにより、バンク１０４、１０９、１１０が形成される。バンク１０４、１０９、１１０の表面に撥水性処理を施してもよい。例えば、バンク１０４、１０９、１１０の表面にフッ素系ガスのプラズマ処理を行い、バンク１０４、１０９、１１０の表面をフッ素化することで撥水性処理を行う。これにより、バンク１０４、１０９、１１０の表面には撥水層が形成される。バンク１０４、１０９、１１０として、感光性ポリイミドが好ましい。また、バンク１０４、１０９、１１０として、アクリル樹脂、ノボラック樹脂、フェノール樹脂、非感光性材料なども用いることができる。バンク１０４、１０９、１１０は基板１００の上側であって面内方向に設けられた複数の有機発光素子を１つずつ区分するものである。

封止樹脂層１０６は、上部電極１０２の上側であって、バンク１０４とバンク１０９の間の領域に、またバンク１０９とバンク１１０の間の領域に形成される。ただし、有機発光素子上の上部電極１０２の上には必ずしも必要ではない。封止樹脂層１０６は、発光部を封止し、有機発光素子の劣化の要因となるガスや水分の浸入を防ぐために用いられる。封止樹脂層１０６として、エポキシ樹脂などの各種ポリマーを用いることができる。封止性能を向上させるために、封止樹脂層１０６として上部電極１０２の上に無機パッシベーション膜を用いることもできる。本発明においては、２つのバンクの間に封止樹脂層１０６を存在させることにより、切断後の封止性能が確保される。２つのバンクの間に封止樹脂層１０６が存在するということは、２つのバンクを大きく１つのバンクと見ると「バンク内に封止樹脂層１０６が存在する」ともいえる。

バンク１０４、１０９、１１０としての必要な要件として、感光性、耐熱性、耐薬品性、パターン形成の精密性が挙げられる。これらは有機発光素子を区分するために必要な要件である。封止樹脂層１０６の必要な要件として、低酸素透過性、低水分透過性が挙げられる。これらは有機発光素子を十分に封止するために必要な構成である。

対向基板１０７は封止樹脂層１０６の上側に形成される。対向基板１０７は適切なガスバリア膜を有するプラスチック基板である。

光取出し層１０８は対向基板１０７の上側に形成される。光取出し層１０８は、有機層１０３で発光した光を効率よく取出すために用いられる。光取出し層１０８として、例えば、マイクロレンズなどの構造体や、散乱性，拡散反射性を有するフィルムが用いられる。

図２は本発明における有機発光素子の一実施の形態における断面図である。有機層１０３は発光層３０３のみの単層構造、あるいは電子注入層３０５、電子輸送層３０４、正孔輸送層３０２及び正孔注入層３０１のいずれか一層以上を含む多層構造でも構わない。電子注入層３０５および電子輸送層３０４、電子輸送層３０４および発光層３０３、発光層３０３および正孔輸送層３０２、正孔輸送層３０２および正孔注入層３０１はそれぞれ接していても構わず、各層の間に上述の他の層を介在させてもよい。
＜素子の平面構造＞
図３は、本発明における発光装置の一実施の形態における平面図である。任意の形状を作製するためには、斜線や円弧が描けることが好ましい。このためには各セルの形状は四角形でも構わないが、図３に示す六角形や図４に示す三角形を用いる方がより好ましい。図には表示していないが、各画素を仕切るバンク１０４（１０９、１１０）間に封止樹脂層１０６が存在する。また各画素のサイズは、より小さくしたほうがより精密な形状を作製することが可能である。一方で切断の容易さや開口率は画素が大きいほうが好ましい。したがって、画素の辺の長さは１ｍｍ〜３００ｍｍが好ましい。ここで、セル、画素というのは有機発光素子を指す。図３、４では、有機発光素子の断面形状が六角形、三角形であると好ましいことを示す。

各素子は隣接する素子と並列に接続する。隣接する２つの有機発光素子の下部電極１０１を接続する接続部を第１の接続部と呼び、隣接する２つの有機発光素子の上部電極１０２を接続する接続部を第２の接続部と呼ぶ場合、第１の接続部と第２の接続部が基板１００に対する垂直方向において重ならないようにすることが好ましい。切断時に隣接する２つの有機発光素子において、上部電極１０２と下部電極１０１の間での短絡の発生を防ぐためである。例えば図３、４に示すように同一平面上に配置することが好ましい。

切断位置は、封止性能や上部電極１０２と下部電極１０１の短絡防止のために、あらかじめ指定しておくことが好ましい。具体的には各画素（有機発光素子）の間にある、封止剤部分（封止樹脂層１０６）を切断することが好ましい。また切断部を明確にするために、封止剤部分に図３、４に点線で図示した目印を付けてもよい。画素（有機発光素子）は表示領域であり、封止剤部分（封止樹脂層１０６）は非表示領域である。
＜給電方法＞
有機発光素子への給電方法としては以下のような方法があげられる。

図５に示すように、シートの端部の一部または全部に給電点５０１を設置し、切断する際には最低でも１か所の給電点を残すように切断する。これにより、形状の自由度は若干低下するものの給電が可能となる。

また、図６に示すように、下部電極１０１の下層にコイル（アンテナ）２０１を形成することで、有機発光素子の容量成分を利用し共振器構造が形成できる。これにより、非接触給電用給電装置に貼り付けるなどして給電することが可能となる。なお、給電に使用する周波数は１００ｋＨｚから数十ＭＨｚであることが好ましい。この構造においては給電点を設ける必要がなく、形状の自由度を高く保つことができる。この構造においてコイルの材質は金属材料や導電性酸化物、導電性有機材料があげられる。金属材料としてはＡｌ、Ａｇ、Ｃｕなど電極に用いられる材料であれば特に問題はない。また、有機発光素子がボトムエミッション型である場合にはＩＴＯなどの透明導電膜を用いる。なお、コイル２０１と下部電極１０１の間に絶縁膜２０２を挿入することで両者を絶縁する。

また、図７に示すように基板１００にビア５０１を形成し、基板１００の裏面（有機発光素子の光取り出し面と反対側）に電極パッド５０２を形成する。これを配線基板５１０に接続することで給電することもできる。有機発光素子基板５００と配線基板５１０の電気的接続を良好にするために、異方性導電樹脂（シート）５２０を介して接続してもよい。
＜発光ドーパント＞
発光層３０３は、青色、緑色、赤色の発光ドーパントを有する。青色ドーパントは４００ｎｍから５００ｎｍの間に室温（２５℃）におけるＰＬスペクトルの最大強度が存在する。緑色ドーパントは５００ｎｍから５９０ｎｍの間に室温におけるＰＬスペクトルの最大強度が存在する。赤色ドーパントは５９０ｎｍから７８０ｎｍの間に室温におけるＰＬスペクトルの最大強度が存在する。

本発明にかかる発光ドーパントとしては、蛍光ドーパントおよび燐光ドーパントを用いることができる。

ドーパントの主骨格としては、ペリレン、ナフタレン、アントラセン、ピレン、フェナントレン、ペンタセン、テトラセン、クリセン、クマリン、コロネン、ペリノン、ルブレン、（Ｅ）−２−（２−（４−（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｓｔｙｒｙｌ）−６−ｍｅｔｈｙｌ−４Ｈ−ｐｙｒａｎ−４−ｙｌｉｄｅｎｅ）ｍａｌｏｎｏｎｉｔｒｉｌｅ（ＤＣＭ）およびこれらの誘導体イリジウム錯体、オスミウム錯体、ユーロピウム錯体などが挙げられる。中でも発光特性の面で一般式（１）で示されるイリジウム錯体がより好ましい。式中Ｘ１はＮを含む芳香族ヘテロ環を表し、Ｘ２は芳香族炭化水素環または芳香族ヘテロ環を表す。

Ｘ１で表わされる芳香族ヘテロ環としては、キノリン環、イソキノリン環、ピリジン環、キノキサリン環、チアゾール環、ピリミジン環、ベンゾチアゾール環、オキサゾール環、ベンゾオキサゾール環、インドール環、イソインドール環などがあげられる。Ｘ２で表わされる芳香族炭化水素環または芳香族ヘテロ環としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、フラン環、ベンゾフラン環、フルオレン環などがあげられる。前述の芳香族ヘテロ環や芳香族炭化水素環に機能性基以外の置換基が付加されても構わない。置換基はたとえば、アルキル基（メチル基、エチル基など）、置換アルキル基（トリフルオロメチル基など）、アルコキシ基（メトキシ基など）、ハロゲン原子（フッ素、塩素）、アミノ基、フェニル基などである。式中Ｘ３はアセチルアセトナート誘導体、ピコリネート誘導体、テトラキスピラゾリルボレート誘導体などが挙げられる。また、Ｘ３はＸ１−Ｘ２と同様でもかまわない。
＜ホスト＞
ホストとして、カルバゾール誘導体，フルオレン誘導体またはアリールシラン誘導体などを用いることが好ましい。効率の良い発光を得るためには青色ドーパントの励起エネルギーよりも、ホストの励起エネルギーが十分大きいことが好ましい。なお、励起エネルギーは発光スペクトルを用いて測定される。
＜正孔注入層＞
正孔注入層３０１とは発光効率や寿命を改善する目的で使用される。また、特に必須ではないが、陽極の凹凸を緩和する目的で使用される。正孔注入層３０１を単層もしくは複数層設けてもよい。正孔注入層３０１としては、ＰＥＤＯＴ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン））：ＰＳＳ（ポリスチレンスルホネート）等の導電性高分子が好ましい。その他にも、ポリピロール系やトリフェニルアミン系のポリマー材料を用いることができる。また、低分子（重量平均分子量１００００以下）材料系と組合せてよく用いられる、フタロシアニン類化合物やスターバーストアミン系化合物も適用可能である。
＜正孔輸送層＞
正孔輸送層３０２とは正孔を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層３０２に含まれる。正孔輸送層３０２を単層もしくは複数層設けてもよい。正孔輸送層３０２としては、スターバーストアミン系化合物やスチルベン誘導体，ヒドラゾン誘導体，チオフェン誘導体などを用いることができる。また、これらの材料に限られるものではなく、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
＜電子輸送層＞
電子輸送層３０４は発光層３０３に電子を供給する層である。広い意味で電子注入層３０５、正孔阻止層も電子輸送層３０４に含まれる。電子輸送層３０４を単層もしくは複数層設けてもよい。この電子輸送層３０４の材料としては、例えば、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−（フェニルフェノラト）アルミニウム（以下、ＢＡｌｑ）や、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（以下、Ａｌｑ３），Tris（２，４，６−trimethyl−３−（pyridin−３−yl）phenyl）borane（以下、３ＴＰＹＭＢ），１，４−Bis（triphenylsilyl）benzene（以下、ＵＧＨ２）、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フラーレン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノリン誘導体などを用いることができる。
＜電子注入層＞
電子注入層３０５は陰極から電子輸送層３０４への電子注入効率を向上させる。具体的には、弗化リチウム、弗化マグネシウム、弗化カルシウム、弗化ストロンチウム、弗化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムが望ましい。また、もちろんこれらの材料に限られるわけではなく、また、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。

各有機層の成膜方法は乾式、湿式のいずれでも構わない。乾式成膜としては、真空蒸着法などがあげられる。また、湿式成膜法としては、スピンコート法、インクジェット印刷法、バーコート法、スクリーン印刷法、スリットコート法、キャピラリコート法、グラビアコート法などがあげられる。これらの方法のうち1つ以上の方法を用いて有機層を形成する。湿式で行う際に必要となる塗液は、有機層を形成する材料を適切な溶媒に溶解させたものである。ここで用いる溶媒は、例えばトルエンなど芳香族炭化水素系溶媒、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶媒、アルコール類、フッ素系溶媒など各材料が溶解するものであればよい。また、各材料の溶解度や、乾燥速度の調整のために前述の溶媒を複数混合した混合溶媒でもかまわない。
＜基板＞
基板１００として、ＳｉＯ₂、ＳｉＮｘ、Ａｌ₂Ｏ₃等の無機材料薄膜（バリア膜）を形成したプラスチック基板等が挙げられる。プラスチック基板材料としては、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、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリイミド等が挙げられる。
＜陽極＞
陽極材料としては、透明性と高い仕事関数を有する材料であれば用いることができる。具体的には、ＩＴＯ、ＩＺＯなどの導電性酸化物や、薄いＡｇなどの仕事関数の大きい金属が挙げられる。電極のパターン形成は、一般的には基板１００の上にフォトリソグラフィなどを用いて行うことができる。
＜陰極＞
陰極材料は、発光層３０３からの光を反射するための反射電極である。具体的には、ＬｉＦとＡｌの積層体やＭｇ：Ａｇ合金などが好適に用いられる。また、これらの材料に限定されるものではなく、例えばＬｉＦの代わりとして、Ｃｓ化合物、Ｂａ化合物、Ｃａ化合物などを用いることができる。
＜異方性導電性フィルム＞
有機発光基板５００と配線基板５１０との電気的接続のために、熱硬化性樹脂に導電性を持つ金属微粒子を混ぜ合わせた、異方性導電性フィルムを用いる。金属微粒子は、例えば内側からニッケル層、金メッキ層、絶縁層３層からなる。有機発光基板５００と配線基板５１０とを接続させる際、有機発光基板５００の電極部分と配線基板５１０の電極部分の間に異方性導電性フィルムを介在させ、熱をかけながら加圧すると電極の凸部にフィルム内に分散している金属微粒子が接触して重なり、導電経路を形成する。

フィルムを用いず樹脂内に導電性粒子を拡散させた異方性導電ペーストを、有機発光基板５００と配線基板５１０との間に介在させ、同様な方法で、有機発光基板５００と配線基板５１０とを電気的に接続することも可能である。
＜配線基板＞
配線基板５１０は例えば以下のように形成する。厚さ１０μｍから２ｍｍのポリイミドなどの絶縁体フィルム５１１（フィルム基板）に厚さ３０ｎｍから１００μｍ程度の配線５１２をフォトリソグラフィ法などで形成する。配線基板を多層化する場合には、上記のような方法で配線を形成した絶縁体フィルム５１１を積層させ、各層の配線は各基板に形成したビア５１４を介して導電体で接続する。その後、有機発光基板５００との接点となる部分にビア５１４および電極パッド５１５を形成する。最後に、絶縁体フィルム５１１および配線５１２の酸化防止のためカバーレイヤー５１３を形成する。配線５１２の材料は主にＣｕを用いるが、Ａｌ、Ａｇ等の金属やリアニリンやポリ３,４-エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォネートのような有機導電体等を用いることができる。また、配線はスクリーン印刷法、反転印刷法、シャドーマスク法、レーザーアブレーション法等を用いて、所望の形状に加工してもよい。また、基板にはポリイミドなどの絶縁体フィルム以外に、Ｓｉやガラス等のリジットな基板を用い、Ｃｕ等の無電解メッキおよび形状加工により形成することもできる。
＜実施例１＞
本発明の第１の実施例として図１に示す有機発光照明装置を作製した。バリアフィルムが形成されたＰＥＴ基板上に陽極となるＩＴＯを成膜しフォトリソグラフィ法を用いて所定の形状にパターニングする。その後所定の形状でバンクを形成したのち、有機層および陰極となるAlを真空蒸着法にて形成する。その後、封止樹脂を塗布し、対向基板を載せ、樹脂を硬化させることで有機発光照明装置となる。その後、端部の給電部を残すように切断し、給電部を電源に接続したところ、良好な発光が得られた。
＜実施例２＞
本発明の第２の実施例として図６に示す有機発光照明装置を作製した。バリアフィルムが形成されたＰＥＴ基板上に非接触給電に必要なコイルを銅配線で形成する。その上に絶縁膜を形成し、上部電極および下部電極との接点となるビアを形成する。その後反射電極となるAlを成膜し所定の形状にパターニングする。その後所定の形状でバンクを形成したのち、有機層および透明電極となるＩＴＯをスパッタ法にて形成する。その後、封止樹脂を塗布し、対向基板を載せ、樹脂を硬化させることで有機発光照明装置となる。その後、任意の形状に切断し、非接触給電用給電装置に貼り付けることが可能である。
＜実施例３＞
本発明の第３の実施例である図７に示す有機発光照明装置について説明する。バリアフィルムが形成されたＰＥＴ基板（基板１００）にビア５０１を形成する。その後、基板１００の裏面に配線基板５１０との接続用パッド５０２および表面に上部電極１０３、下部電極１０２と接続するためのパッドを形成する。その後所定の形状でバンクを形成したのち、有機層および透明電極となるＩＴＯをスパッタ法にて形成する。その後、封止樹脂を塗布し、対向基板を載せ、樹脂を硬化させることで有機発光素子基板５００となる。

次に、基板１００の片面（両面でも良い）に、酸素、水分をカットするためのバリア膜があらかじめ形成された、絶縁体フィルム５１１上に、レーザー照射によって直径１０μｍビア５１４を形成した。無電解メッキによってＣｕ膜を絶縁体フィルムの両面および、ビア５１４に充填させた。両面Ｃｕ膜をフォトリソグラフィ法によって引き出し配線５１２および有機発光素子との接続パッド５１５を形成した。これにより配線基板５１０が形成される。その後、任意の形状に切断した有機発光素子基板５００と配線基板５１０を異方性導電シート（異方性導電性樹脂）５２０を介して張り合わせ、駆動回路に接続することで有機発光照明装置となる。配線５１２の下側にはカバーレイヤー５１３を形成する。

１００：基板、１０１：下部電極、１０２：上部電極、１０３：有機層、１０４：バンク、１０６：封止樹脂層、１０７：対向基板、１０８：光取出し層、１０９：バンク、１１０：バンク、２０１：コイル（アンテナ）、２０２：絶縁膜、３０１：正孔注入層、３０２：正孔輸送層、３０３：発光層、３０４：電子輸送層、３０５：電子注入層、５００：有機発光素子基板、５０１：ビア、５０２：電極パッド、５１０：配線基板、５１１：絶縁体フィルム、５１２：配線、５１３：カバーレイヤー、５１４：ビア、５１５：接続パッド、５２０：異方性導電シート

Claims

基板と、
前記基板の上側であって面内方向に複数並べて設けられた有機発光素子と、
複数の前記有機発光素子を区分するバンクと、
前記バンク内に設けられた封止樹脂層と、を有し、
前記有機発光素子は、上部電極と、下部電極と、前記上部電極及び前記下部電極の間に設けられた有機層と、で構成され、
前記バンクは、前記有機層の両端に設けられている照明装置。
請求項１に記載の照明装置において、
前記下部電極の下側に、非接触にて前記有機発光素子に給電するコイルを有する照明装置。
請求項１に記載の照明装置において、
前記有機発光素子の光取り出し面と反対側に、前記有機発光素子に給電する配線基板を有する照明装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載の照明装置において、
前記バンクにより区分された有機発光素子の形状が六角形または三角形である照明装置。
請求項１乃至４のいずれかに記載の照明装置において、
前記有機発光素子は表示領域であり、前記封止樹脂層は非表示領域である照明装置。
請求項１乃至５のいずれかに記載の照明装置において、
隣接する２つの有機発光素子の上部電極を接続する第１の接続部と、
前記隣接する２つの有機発光素子の下部電極を接続する第２の接続部と、を有し
前記第１の接続部と前記第２の接続部は、前記基板に対する垂直方向において重ならない位置に設けられている照明装置。