JP2007335105A

JP2007335105A - 発光素子とその製造方法

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Publication number: JP2007335105A
Application number: JP2006162251A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Fukuda; 武司福田; Kentaro Ichii; 健太郎市井; Yoshihiro Terada; 佳弘寺田; Munehisa Fujimaki; 宗久藤巻; Morio Taniguchi; 彬雄谷口
Original assignee: Fujikura Ltd; Shinshu University NUC
Current assignee: Fujikura Ltd; Shinshu University NUC
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2007-12-27

Abstract

【課題】有機材料層とその上に配される第二導電層との界面に生じる歪みが小さく、発光層の厚みが均一に保持されるとともに、第二導電層が有する導電性の損失も抑制することが可能な発光素子の提供。
【解決手段】平板状の透明な第一基材上に、第一導電層と有機材料層とを順に成膜して第一接合部材を作製する工程、凹部を有し、少なくとも該凹部内面が絶縁性を有しているキャップ形状の第二基材に、該凹部内面及び凹部開口周縁部の一部を覆うように導電性ペーストを塗布して第二接合部材を作製する工程、前記凹部が前記有機材料層を包み込むように前記第一接合部材と前記第二接合部材とを重ね合わせる工程、及び、重ね合わせた各接合部材に熱処理を施して前記導電性ペーストを硬化させて前記有機材料層と電気的に接続させ、発光素子を得る工程、を含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンスを用いた発光素子に係り、詳しくは発光特性の優れた安定性を有する発光素子と、製造プロセスにおいて発光素子に及ぼす熱的あるいは機械的な影響を抑制できる製造方法に関する。

有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と記す。）は、透明なガラスもしくは透明な基板の表面に、第一電極（陽極）、有機材料層、第二電極層（陰極）が、この順に積層された基本構成を有する。
通常、第一電極層としては、ＩＴＯ（スズ添加インジウム）に代表される透明導電材料から構成される。有機材料層は、少なくとも有機材料の発光層から構成され、必要に応じて、第一導電層（陽極）と発光層の間には正孔（ホール）注入層や正孔（ホール）輸送層が、発光層と第二導電層（陰極）との間には電子輸送層と電子注入巣が、それぞれ設けられる。その際、第二導電層としては、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属材料またはこれら金属を主体とする合金材料が好適に用いられる。

前述した構成とするためには、以下に説明する２通りの代表的な製法が知られている。
第一の製法は、第一導電層の上に有機材料層を形成した後、第二導電層を有機材料層の上に成膜する方法である。その際、第二導電層を構成する金属膜は、蒸着法やスパッタ法等の物理的成膜法により形成し、有機ＥＬ素子を製造する方法である（例えば、特許文献１参照。）。

第二の製法は、予め、第一基材上に第一電極層と正孔輸送層を順に積層してなる第一基板と、第二基材上に第二導電層と発光層を順に積層してなる第二基板とを用意し、発光層と正孔輸送層が接するように２つの基板を重ね、発光層もしくは正孔輸送層が軟化する温度下で圧着して両者を貼り合わせることにより、有機ＥＬ素子を製造する方法である（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００３−４５６７４号公報特許第２７５５２１６号公報

しかしながら、第１の製法においては、第二導電層の成膜に伴い、有機材料層上に粒子が高いエネルギーを持って衝突し堆積するプロセスを利用するため、発光層を含む有機材料層にダメージを与え、有機材料層を熱的にあるいは機械的に破壊し、ひいては有機ＥＬ素子の発光品質を著しく低下させる虞があった。
また、物理的成膜法により第二導電層を有機材料層上に形成すると、材料の性質が異なるゆえに、両者の界面には内部応力が残存しやすい。ゆえに、有機ＥＬ素子がその後に受ける熱履歴によっては、界面に起因した歪みが発生し、この歪みは有機ＥＬ素子の発光品質に悪い影響を及ぼしてしまう虞もあった。

また、第二の製法においては、第二導電層の形成において、有機材料層が軟化する温度まで加熱して圧着する必要があるため、有機材料層は熱的かつ機械的な影響を受け、その厚みに偏りが生じてしまう。ゆえに、有機ＥＬ素子において均一に優れた発光特性を著しく低下させてしまう虞があった。

また、有機ＥＬ素子の陰極には、有機材料に対して効率よく電子を注入できる材料が望ましいため、前述したような、仕事関数が小さく、活性の高い金属を含む合金材料が好適に用いられる。しかしながら、これらの合金材料は、酸素に触れると酸化して導電性が損なわれ易いという性質をもっている。そのため、このような合金材料からなる陰極は、酸化の影響を受け、その導電性が損失し、発光素子の輝度が低下したり、あるいは陰極層と有機材料層との間が部分的に剥離して、発光素子に非発光部分が生じたりするといった虞があった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、有機材料層とその上に配される第二導電層との界面に生じる歪みが小さく、発光層の厚みが均一に保持されるとともに、第二導電層が有する導電性の損失も抑制することが可能な発光素子の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、平板状の透明な第一基材、該第一基材上に設けられた第一導電層、及び該第一導電層上に設けられた有機材料層から構成される第一接合部材と、凹部を有し、少なくとも該凹部内面が絶縁性を有しているキャップ形状の第二基材及び該第二基材の凹部内面と凹部開口周縁部の一部を覆うように設けられた第二導電層から構成される第二接合部材とを備え、前記凹部が前記有機材料層を包み込むように前記第一接合部材と前記第二接合部材とを重ね合わせてなる発光素子であって、前記第二導電層が、導電性ペーストを硬化させた導電体からなることを特徴とする発光素子を提供する。

また本発明は、平板状の透明な第一基材上に、第一導電層と有機材料層とを順に成膜して第一接合部材を作製する工程、凹部を有し、少なくとも該凹部内面が絶縁性を有しているキャップ形状の第二基材に、該凹部内面及び凹部開口周縁部の一部を覆うように導電性ペーストを塗布して第二接合部材を作製する工程、前記凹部が前記有機材料層を包み込むように前記第一接合部材と前記第二接合部材とを重ね合わせる工程、及び、重ね合わせた各接合部材に熱処理を施して前記導電性ペーストを硬化させて前記有機材料層と電気的に接続させ、発光素子を得る工程、を含むことを特徴とする発光素子の製造方法を提供する。

本発明の発光素子は、有機材料層を有する第一接合部材と、凹部内に第二電極層を有する第二接合部材とを、凹部が前記有機材料層を包み込むように前記第一接合部材と前記第二接合部材とを重ね合わせてなり、導電性ペーストを硬化させた導電体からなる第二導電層を有するものなので、導電性ペーストが未硬化の状態で第一接合部材と前記第二接合部材とを重ね合わせることによって、有機材料層の外面に導電性ペーストが十分に接着し、次に、この導電性ペーストを硬化させることによって、有機材料層にダメージを与えることなく有機材料層と第二電極層とを電気的に接続でき、有機材料層の膜厚が均一な発光素子を提供することができる。
また、有機材料層と第二電極層との界面の電気的、機械的接合特性が向上し、発光効率、寿命などの特性に優れた発光素子を提供することができる。

本発明の発光素子の製造方法は、有機材料層を有する第一接合部材と、凹部内に第二電極層となる導電性ペーストを塗布した第二接合部材とを、凹部が前記有機材料層を包み込むように前記第一接合部材と前記第二接合部材とを重ね合わせ、次いで導電性ペーストを硬化させて第二導電層を形成するものなので、導電性ペーストが未硬化の状態で第一接合部材と前記第二接合部材とを重ね合わせることによって、有機材料層の外面に導電性ペーストが十分に接着し、次に、この導電性ペーストを硬化させることによって、有機材料層にダメージを与えることなく有機材料層と第二電極層とを電気的に接続でき、有機材料層の膜厚が均一な発光素子を歩留まりよく製造することができる。
また、有機材料層と第二電極層との界面の電気的、機械的接合特性が向上し、発光効率、寿命などの特性に優れた発光素子を製造することができる。

以下、本発明の一実施形態として、発光素子を構成する有機材料層が有機ＥＬ素子として機能する場合について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の発光素子の製造方法における第一接合部材と前記第二接合部材とを重ね合わせる工程を示す模式的な断面図、図２は本発明の発光素子の一例を示す模式的な断面図である。これらの図中、符号１は有機材料層、２は第一基材、３は第一導電層、４は導電性ペースト、５は第二基材、６は第一接合部材、７は第二接合部材、８は絶縁層、９は第二導電層、１０は発光素子である。

図２に示した発光素子１０（有機ＥＬ素子）は、平板状の透明な第一基材２、該第一基材２上に設けられた第一導電層３（陽極）、及び該第一導電層３上に設けられた有機材料層１から構成される第一接合部材６と、凹部を備えたキャップ形状の第二基材５、該第二基材５の凹部内の底面及び側面と凹部開口周縁部の一部を覆うように設けられた絶縁層８、及び該絶縁層８の一部を覆うように設けられた第二導電層９（陰極）から構成される第二接合部材７とを備え、凹部が有機材料層１を包み込むように第一接合部材６と第二接合部材７とを重ね合わせてなり、第二導電層９が、導電性ペースト４を硬化させた導電体からなることを特徴としている。

第一基材２としては、平板状の透明な、ガラスもしくは樹脂からなる基板（以下、それぞれ「ガラス基板」、「樹脂基板」と記す。）を用いることができる。ガラス基板の例としては、石英ガラス、ＢＫ７，ソーダライムガラス等が挙げられる。また、樹脂基板の例としては、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート等が挙げられる。前記第一接合部材６は、この第一基材２の上に、第一導電層３、有機材料層１を順に積層した構造となっている。

また、第一基材２として樹脂基板を用いた場合、樹脂基板は水分を透過してしまうため、第一基材２と第一導電層３との間に、該第一基材２の一面を全て覆うようにガスバリア層を設ける必要がある。このガスバリア層としては、例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｐｔ等の金属、またはこれらの合金の他に、ＳｉＯ_２，Ｓｉ_３Ｎ_４等の酸化物や窒化物を用いることができる。また、ガスバリア層は、有機材料層２４から外部へ出射される光（以下、「発光」とも呼ぶ。）の透過率が高いことが求められる。発光の透過率は８５％以上であることが望ましい。

このようなガスバリア層の形成方法としては特に限定されないが、例えば真空蒸着法、スパッタ法、スクリーン印刷法、スリットコーティング法等が挙げられる。ガスバリア層に金属等の導電性物質を用いた場合、ガスバリア層と第一導電層３の間に絶縁層を設ける必要があるので、ＳｉＯ_２，Ｓｉ_３Ｎ_４等の絶縁材料を用いることが望ましい。

第一導電層３は、高導電性と高透過性を有する材料からなり、一般に第一基材２上に互いに離間して複数設けられる。この第一導電層３としては、例えば、スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ：Tin doped Indium Oxide）、亜鉛添加酸化インジウム（ＩＺＯ：Indium Zinc Oxide）、アルミニウム添加酸化亜鉛（ＡＺＯ：Al doped Zinc Oxide）等の材料を用いることができる。

第一導電層３の形成方法としては特に制限されないが、例えばスパッタ法、インクジェット法、スピンコート法等を用いることができる。インクジェット法、スピンコート法では、第一導電材料の微粒子をバインダーに分散し、塗布後に加熱して脱脂することで透明な導電層（陽極）を形成することができる。また、例えばＩＴＯ膜を形成する場合、塩化インジウムと塩化スズのエタノール溶液を塗布し、加熱する手法を用いてもよい。その際、第一導電層３の厚さは、５０ｎｍ〜４００ｎｍ程度が好ましい。

有機材料層１は、複数配された前記第一導電層３の一つと部分的に重なるように配置されており、有機材料からなる発光層を少なくとも含んでいる。また、有機材料層１は、必要に応じて、発光層の上下に、電子注入層、電子輸送層、正孔（ホール）輸送層、正孔（ホール）注入層といった各機能層を備えて構成される。
したがって、有機材料層１は、第一導電層３に重ねて、正孔（ホール）輸送層、発光層、電子輸送層が順に配された構成としたり、第一導電層３に重ねて、正孔（ホール）注入層、正孔（ホール）輸送層、発光層が順に配された構成とすることができる。これにより、発光素子の発光効率を向上させたり、発光波長をコントロールする等、発光素子の諸特性を設計・制御することができる。

この有機材料層１の各層を形成する方法は特に限定されず、例えば真空蒸着法、スパッタ法、インクジェット法、グラビア印刷法、スリットコーティング法、転写法等が挙げられる。その際、インクジェット法を用いれば、材料の利用効率が高く、また、高価な真空プロセスが不必要になるため、工業的に有利である。

本発明において、有機材料層１の表面には、未硬化の導電性ペースト４を接着させ、その後、導電性ペースト４を硬化させて第二導電層９を形成するので、この有機材料層１の表面は、平坦であっても、凹凸面であってもよい。このように本発明によれば、有機材料層１の表面粗さの影響を緩和することができ、有機材料層１−第二導電層９間の電気的接合不良に起因するダークスポットの発生を大幅に低下させることができる。

一方、第二接合部材７の第二基材５としては、凹部を備えたキャップ形状をなしており、腐食に強く、ガスバリア性に優れる部材が好ましく、例えば、ステンレス鋼やガラスからなる缶体（封止缶）を用いることができる。ただし、第二基材５はこれに限定されるものではなく、例えば、柔軟性のあるシート体や薄体（膜も含む）を用いても構わない。

第二基材５をステンレス鋼等の導電性を有する部材で構成した場合、第二基材５と第二導電層９との間は、電気的に絶縁されている形態が望ましい。その際、例えばＡｌ，Ｓｉ，Ｔｉ等の酸化物または窒化物を第二基材５の一面に絶縁層８として成膜することにより、電気的な絶縁を図る方法が好適である。

絶縁層８は、前述した第二基材５の凹部内の底面及び側面と凹部開口周縁部を全て覆うように配される。酸化物または窒化物よりなる絶縁層８を成膜する方法としては、例えばエアロゾルデポジション法、スパッタ法、ＣＶＤ法等を挙げることができる。また、絶縁層８の厚さは、十分な絶縁が確保できる厚さならば制限されないが、素子全体の厚さを低減できるようにするため、１０〜１０００ｎｍの範囲であることが望ましい。

また、絶縁層８を構成する部材として吸湿性の材料を用いることもできる。具体的な材料としては、例えばＣａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｒａ，Ｂｅ，Ｍｇといったアルカリ土類金属の酸化物や、アルミニウムオキサイドオクチレート等の有機金属化合物を用いることができる。このようなアルカリ土類金属の酸化物を成膜する方法としては、例えば、酸化物をターゲットとしたスパッタ法や電子ビーム蒸着法を用いることができる。また、アルミニウムオキサイドオクチレート等の有機金属化合物を成膜する方法としては、例えば、有機金属化合物をトルエンやキシレン等の有機溶媒に溶解した溶液を印刷する方法を用いることができる。前述した吸湿性を有する層は、絶縁層８と同一である形態の他に、別途、中間層として積層された形態としてもよい。
したがって、第二接合部材７は、第二基材５の一面に、絶縁層８、中間層（図示せず）、第二導電層９を順に積層した構造とすることもできる。

第二導電層９は、絶縁層８の一部を覆うように配される。ここで、一部とは、凹部の底面を被覆する絶縁層８の上面全域と、この上面から連続する、凹部の内側面と凹部開口周縁部とを被覆する絶縁層８の一部領域を意味する。

本発明の発光素子において、この第二導電層９としては、導電性ペースト４を硬化させた材料からなっている。
第二導電層９を形成するために用いる導電性ペースト４としては、例えば、Ａｇペースト、Ｃｕペースト、カーボン含有ペーストなどが用いられ、その中でもＡｇペーストが好ましい。このＡｇペーストは、未硬化の状態では、該ペーストを基材表面に塗布するのに十分な流動性を持ち、一方、基材表面に塗布したＡｇペーストを低温で熱処理することにより硬化させることができ、硬化後は十分な導電性を有しているものが望ましく、例えば銀ペースト、ドータイトなどの市販品を例示することができる。導電性ペーストを絶縁層８の一部に塗布する方法は特に限定されず、スクリーン印刷、スピンコート、インクジェット法などが挙げられる。

第二導電層９の厚さは、５０ｎｍ〜４００ｎｍ程度とすることが望ましい。第二導電層９の厚さが前記範囲未満であると、導電層がショートする可能性が高くなるので好ましくなく、第二導電層９の厚さが前記範囲を超えると、塗布が困難となり、コストが増加するので好ましくない。

本発明の発光素子は、有機材料層１を有する第一接合部材６と、凹部内に第二電極層４を有する第二接合部材７とを、凹部が有機材料層１を包み込むように第一接合部材６と第二接合部材７とを重ね合わせてなり、導電性ペーストを硬化させた導電体からなる第二導電層９を有するものなので、導電性ペーストが未硬化の状態で第一接合部材６と前記第二接合部材７とを重ね合わせることによって、有機材料層１の外面に導電性ペースト４が十分に接着し、次に、この導電性ペースト４を硬化させることによって、有機材料層１にダメージを与えることなく有機材料層１と第二電極層４とを電気的に接続でき、有機材料層１の膜厚が均一な発光素子を提供することができる。
また、有機材料層１と第二電極層４との界面の電気的、機械的接合特性が向上し、発光効率、寿命などの特性に優れた発光素子を提供することができる。

本発明の発光素子の製造方法は、まず、平板状の透明な第一基材２上に、第一導電層３と有機材料層１とを順に成膜して第一接合部材６を作製する工程、及び凹部を有し、少なくとも該凹部内面が絶縁性を有しているキャップ形状の第二基材５に、該凹部内面及び凹部開口周縁部の一部を覆うように導電性ペースト４を塗布して第二接合部材７を作製する工程を行う。これらの第一接合部材６と第二接合部材７とを作製する工程は、前述した各構成要素について説明した材料と作製方法を用いて行うことができる。

次に、図１に示すように、第二接合部材７の凹部が第一接合部材６の有機材料層１を包み込むように、第一接合部材６と第二接合部材７とを重ね合わせる工程を行う。
第二接合部材７の凹部内面側に塗布された導電性ペースト４は、第二接合部材７の押圧に従って、第一接合部材６の有機材料層１を包み込むように流動し、有機材料層１表面に接着する。また、第二接合部材７の凹部開口周縁部の一部に塗布されていた導電性ペースト４は、第一基材２上の図示していない陰極側配線に接着される。

次に、重ね合わせた各接合部材に熱処理を施し、導電性ペースト４を硬化させて有機材料層１と電気的に接続させ、発光素子１０を得る工程を行う。この熱処理の温度は、使用する導電性ペースト４の硬化する温度とされ、できるだけ低温とすることが好ましい。

この光学素子の製造方法は、有機材料層１を有する第一接合部材６と、凹部内に第二電極層９となる導電性ペースト４を塗布した第二接合部材７とを、凹部が有機材料層１を包み込むように第一接合部材６と第二接合部材７とを重ね合わせてなり、次いで導電性ペースト４を硬化させて第二導電層９を形成するものなので、導電性ペースト４が未硬化の状態で第一接合部材６と第二接合部材７とを重ね合わせることによって、有機材料層１の外面に導電性ペースト４が十分に接着し、次に、この導電性ペースト４を硬化させることによって、有機材料層１にダメージを与えることなく有機材料層１と第二電極層９とを電気的に接続でき、有機材料層１の膜厚が均一な発光素子を歩留まりよく製造することができる。
また、有機材料層１と第二電極層９との界面の電気的、機械的接合特性が向上し、発光効率、寿命などの特性に優れた発光素子を製造することができる。

［実施例］
まずガラス基板上に第一導電層（ＩＴＯ１５０ｎｍ／ａ−ＮＰＤ１３０ｎｍ／Ｃｏｕｍａｒｉｎ６：Ａｌｑ_３２０ｎｍ／Ａｌｑ_３４０ｎｍを蒸着法で成膜して第一接合部材を作製した。
また、別のガラス基板上にＡｇペーストを塗布して第二接合部材とした。これらの接合部材を重ね合わせた後に、熱処理してＡｇペーストを硬化させ、有機ＥＬ素子を製造した。

［比較例］
ガラス基板上にＩＴＯ１５０ｎｍ／ａ−ＮＰＤ１３０ｎｍ／Ｃｏｕｍａｒｉｎ６：Ａｌｑ_３２０ｎｍ／Ａｌｑ_３４０ｎｍ／Ａｇ２００ｎｍを全て蒸着法で成膜し、有機ＥＬ素子を製造した。

実施例と比較例のそれぞれの有機ＥＬ素子に、１０Ｖの電圧を印加して発光させ、その輝度を測定した。結果を表１に示す。

表１の結果より、本発明に係る実施例の有機ＥＬ素子は、比較例と比べて格段に優れた発光性能を有していることが実証された。

本発明の発光素子の製造方法における第一接合部材と前記第二接合部材とを重ね合わせる工程を示す模式的な断面図である。本発明の発光素子の一例を示す模式的な断面図である。

符号の説明

１…有機材料層、２…第一基材、３…第一導電層、４…導電性ペースト、５…第二基材、６…第一接合部材、７…第二接合部材、８…絶縁層、９…第二導電層、１０…発光素子。

Claims

平板状の透明な第一基材、該第一基材上に設けられた第一導電層、及び該第一導電層上に設けられた有機材料層から構成される第一接合部材と、
凹部を有し、少なくとも該凹部内面が絶縁性を有しているキャップ形状の第二基材及び該第二基材の凹部内面と凹部開口周縁部の一部を覆うように設けられた第二導電層から構成される第二接合部材とを備え、前記凹部が前記有機材料層を包み込むように前記第一接合部材と前記第二接合部材とを重ね合わせてなる発光素子であって、
前記第二導電層が、導電性ペーストを硬化させた導電体からなることを特徴とする発光素子。
平板状の透明な第一基材上に、第一導電層と有機材料層とを順に成膜して第一接合部材を作製する工程、
凹部を有し、少なくとも該凹部内面が絶縁性を有しているキャップ形状の第二基材に、該凹部内面及び凹部開口周縁部の一部を覆うように導電性ペーストを塗布して第二接合部材を作製する工程、
前記凹部が前記有機材料層を包み込むように前記第一接合部材と前記第二接合部材とを重ね合わせる工程、及び
重ね合わせた各接合部材に熱処理を施して前記導電性ペーストを硬化させて前記有機材料層と電気的に接続させ、発光素子を得る工程、を含むことを特徴とする発光素子の製造方法。