JPWO2016016947A1

JPWO2016016947A1 - 光学装置

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Publication number: JPWO2016016947A1
Application number: JP2016537639A
Authority: JP
Inventors: 中馬　隆; 隆中馬
Original assignee: Pioneer Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2017-04-27
Anticipated expiration: 2034-07-29
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Abstract

光学装置（１００）は、例えば発光装置または光電変換装置（例えば太陽電池）であり、基板（１１０）、導電部（１２４）、第１電極（１２０）、機能層（１３０）、及び第２電極（１４０）を備えている。導電部（１２４）は基板（１１０）の第１面（１１２）に形成されている。第１電極（１２０）は、基板（１１０）の第１面（１１２）及び導電部（１２４）を覆っている。第２電極（１４０）は第１電極（１２０）と重なっている。機能層（１３０）は、第１電極（１２０）と第２電極（１４０）の間に位置している。導電部（１２４）は、第１層（２１０）及び第２層（２２０）をこの順に重ねた構成を有している。そして、第２層（２２０）の端部（２２２）の上面は、第１面（１１２）に近づく方向に傾斜している。

Description

本発明は、光学装置に関する。

近年は、発光素子や光電変換素子などの光学素子の開発が盛んである。そのうち発光素子としては、有機ＥＬ素子の開発が進んでいる。有機ＥＬ素子は、有機層を、透明導電材料を用いた第１電極と、第２電極とで挟んだ構成を有している。透明導電材料は金属と比較して抵抗が高いため、第１電極には、金属からなる補助配線が形成されることが多い。

例えば特許文献１には、有機ＥＬ素子を用いたディスプレイにおいて、基板の上に補助電極を形成し、さらにその上に有機ＥＬ素子の透明電極を形成することが記載されている。特許文献１において、補助電極は、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗ、又はそれらの合金を用いて形成されている。特許文献１には、さらに、補助電極の側面を傾斜させることにより、補助電極の側面で反射された光が外部に放射される、と記載されている。ここで、基板に対する補助電極の側面の傾斜角度が６５°以上である場合に、この効果が得られる、と記載されている。

特開２００４−１１９２１６号公報

補助電極などの導電部の上に透明電極などの電極を形成した場合、導電部と基板の境界で電極が不連続になることがある。この場合、電極の抵抗が高くなってしまう。

本発明が解決しようとする課題としては、導電部の上に電極を形成した場合において、導電部と基板の境界で電極の抵抗が高くならないようにすることが一例として挙げられる。

請求項１に記載の発明は、基板と、
前記基板の第１面に形成された導電部と、
前記第１面及び前記導電部を覆う第１電極と、
前記第１電極と重なる第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の間に位置する機能層と、
を備え、
前記導電部は、前記第１面に、第１層と第２層とをこの順に重ねた構成を有しており、
前記第２層の端部の上面は、前記第１面に近づく方向に傾斜している光学装置である。

上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

実施形態に係る光学装置の構成を示す断面図である。光学装置の製造方法を示す断面図である。実施例に係る光学装置の平面図である。実施例に係る光学装置の平面図である。実施例に係る光学装置の平面図である。光学装置を湾曲させた状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１は、実施形態に係る光学装置１００の構成を示す断面図である。光学装置１００は、例えば発光装置または光電変換装置（例えば太陽電池）であり、基板１１０、導電部１２４、第１電極１２０、機能層１３０、及び第２電極１４０を備えている。導電部１２４は基板１１０の第１面１１２に形成されている。第１電極１２０は、基板１１０の第１面１１２及び導電部１２４を覆っている。第２電極１４０は第１電極１２０と重なっている。機能層１３０は、第１電極１２０と第２電極１４０の間に位置している。導電部１２４は、第１層２１０及び第２層２２０をこの順に重ねた構成を有している。そして、第２層２２０の端部２２２の上面は、第１面１１２に近づく方向に傾斜している。以下、詳細に説明する。

基板１１０は、例えばガラス基板や樹脂基板などの透明基板であり、例えば後述する実施例（図６）に示すように、可撓性を有していてもよい。可撓性を有している場合、基板１１０の厚さは、例えば１０μｍ以上１０００μｍ以下である。基板１１０は、例えば矩形などの多角形である。基板１１０が樹脂基板である場合、基板１１０は、例えばＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、又はポリイミドを用いて形成されている。また、基板１１０が樹脂基板である場合、水分が基板１１０を透過することを抑制するために、基板１１０の第１面１１２、又は、第１面１１２とその反対面の両面に、ＳｉＮ_ｘやＳｉＯＮなどの無機バリア膜が形成されている。

基板１１０の第１面１１２には、光学素子が形成されている。この光学素子は、発光素子又は光電変換素子であり、第１電極１２０、機能層１３０、及び第２電極１４０をこの順に積層させた構成を有している。

第１電極１２０は、光透過性を有する透明電極である。透明電極の材料は、金属を含む材料、例えば、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（ＩｎｄｉｕｍＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）、ＩＷＺＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｕｎｇｓｔｅｎＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）、ＺｎＯ（ＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）等の金属酸化物である。第１電極１２０の厚さは、例えば１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。第１電極１２０は、例えばスパッタリング法又は蒸着法を用いて形成される。なお、第１電極１２０は、カーボンナノチューブ、又はＰＥＤＯＴ／ＰＳＳなどの導電性有機材料であってもよい。

機能層１３０は例えば有機層又は無機層であり、光電変換層又は発光層を有している。光学装置１００が発光装置である場合、機能層１３０は、例えば、正孔注入層、発光層、及び電子注入層をこの順に積層させた構成を有している。正孔注入層と発光層との間には正孔輸送層が形成されていてもよい。また、発光層と電子注入層との間には電子輸送層が形成されていてもよい。機能層１３０は蒸着法で形成されてもよい。また、機能層１３０のうち少なくとも一つの層、例えば第１電極１２０と接触する層は、インクジェット法、印刷法、又はスプレー法などの塗布法によって形成されてもよい。なお、この場合機能層１３０の残りの層は、蒸着法によって形成されている。機能層１３０のすべての層が、塗布法を用いて形成されていてもよい。

第２電極１４０は、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、及びＩｎからなる第１群の中から選択される金属、又はこの第１群から選択される金属の合金からなる金属層、もしくはＩＴＯ，ＩＺＯ等の金属酸化物を含んでいる。第２電極１４０の厚さは、例えば１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。第２電極１４０は、例えばスパッタリング法又は蒸着法を用いて形成される。

第１面１１２と第１電極１２０の間には、導電部１２４が形成されている。導電部１２４は、例えば第１電極１２０の補助電極であり、第１電極１２０に接触している。導電部１２４は、第１層２１０及び第２層２２０を有している。本図に示す例では、導電部１２４は、さらに第３層２００を有している。第３層２００は、第１層２１０と第１面１１２の間に位置している。言い換えると、導電部１２４は、第３層２００、第１層２１０、及び第２層２２０をこの順に積層させた構成を有している。

第１層２１０は、例えばＡｌ又はＡｌ合金などの金属で形成されており、第２層２２０及び第３層２００は、第１層２１０よりも硬度が高くてエッチングレートが低い導電材料、例えばＭｏ又はＭｏ合金で形成されている。また、第１層２１０は、第３層２００及び第２層２２０よりも低抵抗な材料により形成されている。第１層２１０がＡｌＮｄ合金で形成されている場合、第２層２２０及び第３層２００は、ＭｏＮｂ合金で形成されている。

第１層２１０の厚さは、例えば５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。好ましくは１００ｎｍ以下である。第２層２２０は第１層２１０よりも薄い。第２層２２０の厚さは、例えば３０ｎｍ以下、好ましくは２５ｎｍ以下である。

そして、上記したように、第２層２２０の端部２２２の上面は傾斜している。詳細には、第１層２１０の幅は第２層２２０の幅よりも狭いため、第１層２１０は、第２層２２０の端部２２２の下方に位置していない。そして、第２層２２０の端部２２２は、第１層２１０の端と重なる部分を起点として折れ曲がっている。端部２２２の幅（すなわち折れ曲がっている部分の幅）は、例えば４００ｎｍ以上である。また、第１面１１２に対する端部２２２の上面の角度θは、例えば５°以上２０°以下である。

また、端部２２２のうち第１面１１２側の面の下方には、空隙２２４が形成されている。具体的には、第３層２００の幅は第１層２１０の幅よりも広いため、空隙２２４は、端部２２２と第３層２００の間に位置している。

上記したように、第１電極１２０は第１面１１２の一部及び導電部１２４を覆っており、また、第１面１１２と導電部１２４の境界で曲がっている。ここで、導電部１２４の端部の上面、すなわち第２層２２０の端部２２２の上面は、第１面１１２に近づく方向に傾斜している。従って、第１面１１２と導電部１２４の境界における第１電極１２０の折れ曲がり角度は小さくなり、その結果、第１電極１２０はこの境界において連続して成膜されている。以下、詳細に説明する。

図２の各図は、光学装置１００の製造方法を示す断面図である。まず、図２（a）に示すように、基板１１０の上に、第３層２００、第１層２１０、及び第２層２２０をこの順に形成する。これらの各層は、例えばスパッタリング法を用いて形成される。なお、基板１１０が樹脂基板の場合、基板１１０上には防湿のためＳｉＮ_ｘやＳｉＯＮなどの無機バリア膜が形成されており、第３層２００はその無機バリア膜上に形成される（図示せず）。

次いで、図２（ｂ）に示すように、第２層２２０上にレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして第２層２２０、第１層２１０、及び第３層２００をエッチング（例えばウェットエッチング）する。これにより、導電部１２４が形成される。なお、このエッチングの条件において、第１層２１０のエッチングレートは、第３層２００及び第２層２２０のエッチングレートよりも速い。このため、第１層２１０は第３層２００及び第２層２２０よりも速くエッチングされる。その結果、第１層２１０の側面は、第２層２２０及び第３層２００の側面よりも、導電部１２４の中心側に入り込み、第２層２２０の端部の下には第１層２１０が存在しなくなる。ここで、第１層２１０の側面と第２層２２０の側面の間隔ｄは、例えば４００ｎｍ以上になるのが好ましい。なお、間隔ｄの大きさは、エッチング条件（例えばエッチング時間）を調整することにより、制御される。また、この段階で、第２層２２０の端部２２２は、基板１１０の第１面１１２に向けて折れ曲がっている場合もあれば、折れ曲がっていない場合もある。

次いで、図２（ｃ）に示すように、基板１１０上及び導電部１２４上に、第１電極１２０を例えばスパッタリング法を用いて形成する。図２（ｂ）に示す工程の後において第２層２２０の端部２２２が折れ曲がっていない場合、導電部１２４の上に第１電極１２０が形成されることにより、第２層２２０の端部２２２は基板１１０の第１面１１２に向けて折れ曲がる。そして、第１面１１２と導電部１２４の境界における第１電極１２０の折れ曲がり角度は小さくなるため、第１電極１２０はこの境界において連続して形成されている。

その後、機能層１３０及び第２電極１４０を形成する。

以上、本実施形態によれば、導電部１２４の第２層２２０の端部２２２の上面は、基板１１０の第１面１１２に向けて傾斜している。これにより、第１面１１２と導電部１２４の境界における第１電極１２０の折れ曲がり角度は小さくなる。従って、第１電極１２０はこの境界において連続して形成される。その結果、導電部１２４と第１面１１２の境界において、第１電極１２０の抵抗が高くなることを抑制できる。特に、第１面１１２に対する端部２２２の上面の角度θが５°以上２０°以下である場合、第１面１１２と導電部１２４の境界における第１電極１２０の折れ曲がり角度はさらに小さくなるため、導電部１２４と第１面１１２の境界における第１電極１２０の抵抗は、さらに高くなりにくくなる。また、端部２２２の幅が４００ｎｍ以上の場合も、同様の理由により、導電部１２４と第１面１１２の境界における第１電極１２０の抵抗は、さらに高くなりにくくなる。

また、本実施形態において、第１層２１０のエッチングレートは、第２層２２０のエッチングレートよりも高い。このため、第１層２１０の側面を第２層２２０の側面の内側に位置させることにより、第２層２２０の端部２２２を第１層２１０から張り出させることができる。この場合、端部２２２を第１層２１０の側面（端）を起点として折り曲げることにより、端部２２２の上面を、容易に基板１１０の第１面１１２に向けて傾斜させることができる。

図３、図４、及び図５は、光学装置１００の平面図である。図４は、図５から第２電極１４０を取り除いた図であり、図３は、図４から機能層１３０を取り除いた図である。本図に示す光学装置１００は発光装置であり、照明装置として使用される。

光学装置１００は、例えば矩形などの多角形であり、有機ＥＬ素子１０２（図５に図示）、第１端子１５０、及び第２端子１６０を有している。そして、有機ＥＬ素子１０２によって光学装置１００の発光領域が形成されている。なお、以下に示す光学装置１００の各構成のレイアウトは、あくまで一例である。

有機ＥＬ素子１０２は、基板１１０に、第１電極１２０、機能層１３０、及び第２電極１４０を積層した構成を有している。第１電極１２０は透明電極であるため、有機ＥＬ素子１０２が発光した光は、第１電極１２０を介して外部に出射する。

第１電極１２０は有機ＥＬ素子１０２の陽極であり、図３に示すように、第１端子１５０に接続している。そして第１電極１２０は、基板１１０のうち、発光部となる領域から第１端子１５０まで連続して形成されている。本図に示す例では、基板１１０は矩形であり、第１端子１５０は基板１１０のうち互いに対向する２辺に沿って設けられている。第１電極１２０は、この２辺の間に形成されている。

機能層１３０は、第１電極１２０の一部の上に形成されている。そして第１電極１２０のうち機能層１３０が形成されている領域によって、有機ＥＬ素子１０２の発光領域が定まる。

なお、機能層１３０が形成されている領域は、絶縁層１７０によって確定されている。絶縁層１７０は、例えばポリイミドなどの感光性の樹脂材料によって形成されており、第１電極１２０のうち発光領域に当たる部分を囲んでいる。そして絶縁層１７０の内側の領域内に機能層１３０は形成される。言い換えると、機能層１３０は、絶縁層１７０で囲まれた領域に形成されている。

第２電極１４０は有機ＥＬ素子１０２の陰極として機能する。第２電極１４０は、機能層１３０の上に形成されており、また、第２端子１６０に接続している。本図に示す例では、第２端子１６０は、基板１１０のうち互いに対向する２辺に沿って形成されている。そして第２電極１４０は、これら２つの第２端子１６０の間の領域を覆うように形成されている。

第１端子１５０及び第２端子１６０は有機ＥＬ素子１０２の外側に配置されている。詳細には、２つの第１端子１５０が第１方向に互いに離れて配置されており、かつ、２つの第２端子１６０が第２方向に互いに離れて配置されている。第１端子１５０及び第２端子１６０は、有機ＥＬ素子１０２に電力を供給するために設けられている。第１端子１５０及び第２端子１６０には、導電部材、例えばリード端子またはボンディングワイヤが接続される。

第１端子１５０は、第１電極１２０と同一の層により形成されており、かつ第１電極１２０と一体になっている。このため、第１端子１５０と第１電極１２０の間の距離を短くして、これらの間の抵抗値を小さくすることができる。また、光学装置１００の縁に存在する非発光領域を狭くすることができる。

また、第２端子１６０は、第１電極１２０と同様の材料により形成されている。ただし、第２端子１６０は第１電極１２０から分離している。

そして、基板１１０と第１電極１２０の間には、導電部１２４が形成されている。導電部１２４は第１電極１２０の補助電極であり、直線状に形成されている。本図に示す例において、導電部１２４は複数互いに平行に形成されている。ただし、導電部１２４は、複数、ドット状に形成されていてもよい。導電部１２４の断面構造及び形成方法は、実施形態に示したとおりである。

なお、第１端子１５０と基板１１０の間、及び第２端子１６０と基板１１０の間のそれぞれに、導電部１２４と同様の層が形成されていてもよい。この場合、第１端子１５０及び第２端子１６０の抵抗を下げることができる。

図６は、基板１１０に可撓性の基板を用いた場合において、光学装置１００を湾曲させた状態を示す図である。なお、基板１１０が樹脂基板であった場合、基板１１０の第１面１１２、又は、第１面１１２とその逆側の面の両面に、防湿のためＳｉＮ_ｘやＳｉＯＮなどの無機バリア膜１１４が形成されている。光学装置１００（すなわち基板１１０）は、導電部１２４に交わる方向、例えば導電部１２４に直交する方向（図３におけるｘ方向）に湾曲している。基板１１０を湾曲させた場合、第１電極１２０、機能層１３０、及び第２電極１４０の積層構造に、湾曲方向の力が加わる。ここで、第１電極１２０のうち基板１１０と導電部１２４の境界に位置する領域が不連続となっている場合、この不連続な部分を起点として、第１電極１２０に亀裂が生じる可能性が出てくる。これに対して本実施例によれば、第１電極１２０のうち基板１１０と導電部１２４の境界に位置する領域も連続している。従って、光学装置１００を湾曲させても、第１電極１２０に亀裂が生じることを抑制できる。

以上、図面を参照して実施形態及び実施例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

Claims

基板と、
前記基板の第１面に形成された導電部と、
前記第１面及び前記導電部を覆う第１電極と、
前記第１電極と重なる第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の間に位置する機能層と、
を備え、
前記導電部は、前記第１面に、第１層と第２層とをこの順に重ねた構成を有しており、
前記第２層の端部の上面は、前記第１面に近づく方向に傾斜している光学装置。
請求項１に記載の光学装置において、
前記第１層の幅は前記第２層の幅よりも狭く、
前記第２層の端部は前記第１層と重なっておらずかつ前記第１面に向けて曲がっている光学装置。
請求項２に記載の光学装置において、
前記第２層の端部は、前記第１層の端と重なる部分を起点として折れ曲がっている光学装置。
請求項３に記載の光学装置において、
前記第２層の端部のうち前記第１面側の面の下方に空隙がある光学装置。
請求項４に記載の光学装置において、
前記導電部は、前記第１面と前記第１層の間に位置する第３層を備え、
前記第２層の端部と重なる部分にも前記第３層が形成されており、かつ前記空隙は、前記第２層の端部と前記第３層の間に位置している光学装置。
請求項５に記載の光学装置において、
前記基板は可撓性を有し、
さらに、前記基板の前記第１面に設けられたバリア膜を備える光学装置。
請求項６に記載の光学装置において、
前記第１層のエッチングレートは前記第２層のエッチングレートよりも高い光学装置。
請求項７に記載の光学装置において、
前記第１電極は、前記第１面から前記導電部にわたって連続して形成されている光学装置。
請求項８に記載の光学装置において、
前記導電部は線状又はドット状に形成されている光学装置。
請求項９に記載の光学装置において、
前記第２層の端部と前記第１面とが成す角度は５°以上２０°以下である光学装置。
請求項１０に記載の光学装置において、
前記第２層の端部のうち折れ曲がっている部分の幅は４００ｎｍ以上である光学装置。
請求項１１に記載の光学装置において、
前記第２層の厚さは３０ｎｍ以下である光学装置。
請求項１２に記載の光学装置において、
前記第１層はＡｌ又はＡｌ合金であり、
前記第２層はＭｏ又はＭｏ合金である光学装置。
請求項１３に記載の光学装置において、
前記機能層は有機層である光学装置。