機能素子
【課題】製造適性に優れ、断線故障に対する耐性の優れた機能素子を提供する。特に改良された有機電界発光素子および無機電界発光素子を提供する。
【解決手段】基板上に複数のストライプ電極が並列した第１電極と、該第１電極と対向して配置された第２電極、および前記両電極間に機能層を挟持してなる機能素子であって、前記第１電極のストライプの長手方向の端部に配置され、前記ストライプ間の間隙を充填して該端部を平坦化する平坦化絶縁層を有し、前記長手方向の端部において前記機能層が前記第１電極に対して絶縁されていることを特徴とする。
【解決手段】基板上に複数のストライプ電極が並列した第１電極と、該第１電極と対向して配置された第２電極、および前記両電極間に機能層を挟持してなる機能素子であって、前記第１電極のストライプの長手方向の端部に配置され、前記ストライプ間の間隙を充填して該端部を平坦化する平坦化絶縁層を有し、前記長手方向の端部において前記機能層が前記第１電極に対して絶縁されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能素子に関する。特に有機電解発光素子、無機電解発光素子、および光電変換素子などの機能素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、種々の機能素子が開発および提案されている。例えば、有機電解発光素子、および無機電解発光素子などの電流を通じることによって発光する素子、あるいは逆に光を照射することによって発電する光電変換素子が知られている。
特に、電流を通じることによって励起され発光する薄膜材料を用いた有機電界発光素子は、低電圧で高輝度の発光が得られるために、携帯電話ディスプレイ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、コンピュータディスプレイ、自動車の情報ディスプレイ、ＴＶモニター、あるいは一般照明を含む広い分野で幅広い潜在用途を有し、それらの分野でデバイスの薄型化、軽量化、小型化、および省電力のなどの利点を有する。このため、将来の電子ディスプレイ市場の主役としての期待が大きい。しかしながら、実用的にこれらの分野で従来ディスプレイに代わって用いられるためには、発光輝度と色調、広い使用環境条件下での耐久性、安価で大量生産性など多くの技術改良が課題となっている。
【０００３】
線状光源の有機電界発光素子が要望されている。例えば液晶用バックライトやイメージセンサーなどのための白色光源（例えば、参考文献１参照。）、走査露光用あるいは画像読み取り用光源（例えば、参考文献２参照。）としてストライプ電極を利用した線状有機電界発光素子が開示されている。しかしながら、前者の白色光源の構造では、上部電極が薄くなるとストライプ状の下部電極の凹凸によって上部電極が寸断されショートしてしまう危険がある。後者の走査露光用あるいは画像読み取り用光源の構造では、各ストライプ単位全てにリード線を設けてショートを防ぐ構造を採用しているが、小数のストライプの線状光源の場合には好ましい構造であるが、精細な画像の読み取りは露光のためには多数の狭い幅のストライプが必要となり、全てに取り出しのためのリード線を付けることは容易ではない。
【特許文献１】特開２００３−５１３８０号公報
【特許文献２】特開２００５−２６０８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、製造適性に優れ、断線故障に対する耐性の優れた機能素子を提供するものであり、特に改良された有機電界発光素子および無機電界発光素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の上記課題は、下記の手段によって解決された。
＜１＞ 基板上に複数のストライプ電極が並列した第１電極と、該第１電極と対向して配置された第２電極、および前記両電極間に機能層を挟持してなる機能素子であって、前記第１電極のストライプの長手方向の端部に配置され、前記ストライプ間の間隙を充填して該端部を平坦化する平坦化絶縁層を有し、前記長手方向の端部において前記機能層が前記第１電極に対して絶縁されていることを特徴とする機能素子。
＜２＞ 前記長手方向の端部において前記機能層が連続層を形成していることを特徴とする＜１＞に記載の機能素子。
＜３＞ 前記平坦化絶縁層が感光性樹脂もしくは熱硬化性樹脂により形成されてなることを特徴とする＜１＞または＜２＞に記載の機能素子。
＜４＞ 前記平坦化絶縁層と前記機能層との間に無機絶縁層を有することを特徴とする＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の機能素子。
＜５＞ 前記機能層の少なくとも１層が発光層であることを特徴とする＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の機能素子。
＜６＞ 前記機能素子が有機電界発光素子であることを特徴とする＜５＞に記載の機能素子。
＜７＞ 前記機能素子が無機電界発光素子であることを特徴とする＜５＞に記載の機能素子。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、製造適性に優れ、断線故障に対する耐性の優れた機能素子が提供される。特に改良された有機電界発光素子および無機電界発光素子が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の機能素子は、基板上に複数のストライプ電極が並列した第１電極と、該第１電極と対向して配置された第２電極、および前記両電極間に機能層を挟持してなる機能素子であって、前記第１電極のストライプの長手方向の端部に配置され、前記ストライプ間の間隙を充填して該端部を平坦化する平坦化絶縁層を有する。
好ましくは、前記長手方向の端部において前記機能層が前記第１電極に対して絶縁されている。より好ましくは、前記長手方向の端部において前記機能層が連続層を形成している。
前記平坦化絶縁層は、好ましくは、感光性樹脂もしくは熱硬化性樹脂により形成される。
好ましくは、前記平坦化絶縁層と前記機能層との間に無機絶縁層を有する。
【０００８】
本発明における機能層としては、電圧や電流を印加することで発光または歪みを発生、可視光やＸ線の照射または圧力を加えることで電圧や電流を発生、雰囲気の変化により抵抗値が変化するもの等が挙げられる。具体的には、有機電界発光層、無機電界発光層、光電変換層、圧電体層、ガス検出層、等が挙げられる。本発明におけるより好ましい機能層は有機電界発光層、無機電界発光層、および光電変換層である。
【０００９】
１．有機電界発光素子
本発明における有機電界発光素子は、発光層の他に、正孔輸送層、電子輸送層、ブロック層、電子注入層、および正孔注入層などの従来知られている有機化合物層を有しても良い。
【００１０】
以下、詳細に説明する。
１）層構成
＜電極＞
本発明の有機電界発光素子の一対の電極は、少なくとも一方は透明電極であり、もう一方は背面電極となる。背面電極は透明であっても、非透明であっても良い。
＜有機化合物層の構成＞
前記有機化合物層の層構成としては、特に制限はなく、有機電界発光素子の用途、目的に応じて適宜選択することができるが、前記透明電極上に又は前記背面電極上に形成されるのが好ましい。この場合、有機化合物層は、前記透明電極又は前記背面電極上の前面又は一面に形成される。
有機化合物層の形状、大きさ、および厚み等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００１１】
具体的な層構成として、下記が挙げられるが本発明はこれらの構成に限定されるものではない。
・陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極、
・陽極／正孔輸送層／発光層／ブロック層／電子輸送層／陰極、
・陽極／正孔輸送層／発光層／ブロック層／電子輸送層／電子注入層／陰極、
・陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／ブロック層／電子輸送層／陰極、
・陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／ブロック層／電子輸送層／電子注入層／陰極。
【００１２】
以下に各層について詳細に説明する。
２）正孔輸送層
本発明に用いられる正孔輸送層は正孔輸送材を含む。前記正孔輸送材としては正孔を輸送する機能、もしくは陰極から注入された電子を障壁する機能のいずれかを有しているもので有れば特に制限されることはなく用いることが出来る。本発明に用いられる正孔輸送材としては、低分子正孔輸送材、および高分子正孔輸送材のいずれも用いることができる。
本発明に用いられる正孔輸送材の具体例として、例えば以下の材料を挙げることができる。
【００１３】
カルバゾ−ル誘導体、トリアゾ−ル誘導体、オキサゾ−ル誘導体、オキサジアゾ−ル誘導体、イミダゾ−ル誘導体、ポリアリ−ルアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリ−ルアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリデン系化合物、ポルフィリン系化合物、ポリシラン系化合物、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾ−ル）誘導体、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマ−、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマ−、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、およびポリフルオレン誘導体等の高分子化合物等が挙げられる。
これらは、単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００１４】
正孔輸送層の厚みとしては、１０ｎｍ〜２００ｎｍが好ましく、２０ｎｍ〜８０ｎｍがより好ましい。前記厚みが、２００ｎｍを越えると駆動電圧が上昇することがあり、１０ｎｍ未満であると該発光素子が短絡することがあるので好ましくない。
【００１５】
３）正孔注入層
本発明おいては、正孔輸送層と陽極の間に正孔注入層を設けることができる。
正孔注入層とは、陽極から正孔輸送層に正孔を注入しやすくする層であり、具体的には前記正孔輸送材の中でイオン化ポテンシャルの小さな材料が好適用いられる。例えばフタロシアニン化合物、ポルフィリン化合物、およびスターバースト型トリアリールアミン化合物等を挙げることができ、好適に用いることができる。
正孔注入層の膜厚は、１ｎｍ〜３０ｎｍが好ましい。
【００１６】
４）発光層
本発明に用いられる発光層は、少なくとも一種の発光材料を含み、必要に応じて正孔輸送材、電子輸送材、ホスト材を含んでもよい。
本発明に用いられる発光材料としては特に限定されることはなく、蛍光発光材料または燐光発光材料のいずれも用いることができる。発光効率の点から燐光発光材料が好ましい。
【００１７】
蛍光発光材料としては、例えばベンゾオキサゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、スチリルベンゼン誘導体、ポリフェニル誘導体、ジフェニルブタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、ナフタルイミド誘導体、クマリン誘導体、ペリレン誘導体、ペリノン誘導体、オキサジアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ピラリジン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、ビススチリルアントラセン誘導体、キナクリドン誘導体、ピロロピリジン誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、スチリルアミン誘導体、芳香族ジメチリデン化合物、８−キノリノール誘導体の金属錯体や希土類錯体に代表される各種金属錯体、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、およびポリフルオレン誘導体等の高分子化合物等が挙げられる。これらは１種または２種以上を混合して用いることができる。
【００１８】
燐光発光材料としては特に限定されることはないが、オルトメタル化金属錯体、又はポルフィリン金属錯体が好ましい。
【００１９】
上記オルトメタル化金属錯体とは、例えば山本明夫著「有機金属化学−基礎と応用−」１５０頁〜２３２頁、裳華房社（１９８２年発行）やＨ．Ｙｅｒｓｉｎ著「Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｐｈｉｓｉｃｓ ｏｆ Ｃｏｏｄｉｎａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ」、７１〜７７頁、１３５〜１４６頁、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ社（１９８７年発行）等に記載されている化合物群の総称である。該オルトメタル化金属錯体を発光材料として発光層に用いることは、高輝度で発光効率に優れる点で有利である。
【００２０】
上記オルトメタル化金属錯体を形成する配位子としては、種々のものがあり、上記文献にも記載されているが、その中でも好ましい配位子としては、２−フェニルピリジン誘導体、７，８−ベンゾキノリン誘導体、２−（２−チエニル）ピリジン誘導体、２−（１−ナフチル）ピリジン誘導体、および２−フェニルキノリン誘導体等が挙げられる。これらの誘導体は必要に応じて置換基を有してもよい。また、上記オルトメタル化金属錯体は、上記配位子のほかに、他の配位子を有していてもよい。
【００２１】
本発明で用いるオルトメタル化金属錯体は、Ｉｎｏｒｇ Ｃｈｅｍ．，１９９１年，３０号，１６８５頁、同１９８８年，２７号，３４６４頁、同１９９４年，３３号，５４５頁、Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｉｍ．Ａｃｔａ，１９９１年，１８１号，２４５頁、Ｊ．Ｏｒｇａｎｏｍｅｔ．Ｃｈｅｍ．，１９８７年，３３５号，２９３頁、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９８５年，１０７号，１４３１頁等、種々の公知の手法で合成することができる。
上記オルトメタル化錯体の中でも、三重項励起子から発光する化合物が本発明においては発光効率向上の観点から好適に使用することができる。
【００２２】
また、ポルフィリン金属錯体の中ではポルフィリン白金錯体が好ましい。
燐光発光材料は１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。また、蛍光発光材料と燐光発光材料を同時に用いてもよい。
【００２３】
ホスト材とは、その励起状態から、蛍光発光材料または燐光発光材料へエネルギー移動を起こし、その結果、蛍光発光材料または燐光発光材料を発光させる機能を有する材料のことである。
【００２４】
ホスト材としては、励起子エネルギーを発光材料にエネルギー移動させることのできる化合物ならば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、具体的にはカルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリデン系化合物、ポルフィリン系化合物、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレンペリレン等の複素環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、８−キノリノール誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体ポリシラン系化合物、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾ−ル）誘導体、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマー、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、およびポリフルオレン誘導体等の高分子化合物等が挙げられる。これらの化合物は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
ホスト材の発光層における含有量としては０質量％〜９９．９質量％が好ましく、さらに好ましくは０質量％〜９９．０質量％である。
【００２５】
５）ブロック層
本発明においては、発光層と電子輸送層との間にブロック層を設けることができる。ブロック層とは発光層で生成した励起子の拡散抑制する層であり、また正孔が陰極側に突き抜けることを抑制する層である。
【００２６】
ブロック層に用いられる材料は、電子輸送層より電子を受け取り、発光層にわたす事のできる材料で有れば特に限定されることはなく、一般的な電子輸送材を用いることができる。例えば以下の材料を挙げることができる。トリアゾ−ル誘導体、オキサゾ−ル誘導体、オキサジアゾ−ル誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレンペリレン等の複素環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、８−キノリノ−ル誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾ−ルやベンゾチアゾ−ルを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマ−、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマ−、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体等の高分子化合物を挙げることができる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００２７】
６）電子輸送層
本発明においては電子輸送材を含む電子輸送層を設けることができる。
電子輸送材としては電子を輸送する機能、もしくは陽極から注入された正孔を障壁する機能のいずれかを有しているもので有れば制限されることはなく、前記ブロック層の説明時に挙げた電子輸送材を好適に用いることができる。
前記電子輸送層の厚みとしては、１０ｎｍ〜２００ｎｍが好ましく、２０ｎｍ〜８０ｎｍがより好ましい。
【００２８】
前記厚みが、２００ｎｍを越えると駆動電圧が上昇することがあり、１０ｎｍ未満であると該発光素子が短絡することがあり好ましくない。
【００２９】
７）電子注入層
本発明おいては、電子輸送層と陰極の間に電子注入層を設けることができる。
電子注入層とは、陰極から電子輸送層に電子を注入しやすくする層であり、具体的にはフッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム等のリチウム塩、フッ化ナトリウム、塩化ナトリウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属塩、酸化リチウム、酸化アルミニウム、酸化インジウム、または酸化マグネシウム等の絶縁性金属酸化物等を好適に用いることができる。
電子注入層の膜厚は０．１ｎｍ〜５ｎｍが好ましい。
【００３０】
８）有機化合物層の形成方法
前記有機化合物層は、蒸着法やスパッタ法等の乾式製膜法、ディッピング、スピンコ−ト法、ディップコ−ト法、キャスト法、ダイコ−ト法、ロ−ルコ−ト法、バ−コ−ト法、またはグラビアコ−ト法等の湿式製膜法いずれによっても好適に製膜することができる。
中でも発光効率、耐久性の点から乾式法が好ましい。
【００３１】
次に、本発明の有機電界発光素子に用いられる基板と電極について説明する。
９）基板
本発明に用いられる基板の材料としては、第一の基板および第二の基板ともに水分を透過させない材料又は水分透過率の極めて低い材料が好ましく、また、前記有機化合物層から発せられる光を散乱乃至減衰等のさせることのない材料が好ましい。具体的例として、例えばＹＳＺ（ジルコニア安定化イットリウム）、ガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリブチレンテレフタレ−ト、ポリエチレンナフタレ−ト等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカ−ボネ−ト、ポリエ−テルスルホン、ポリアリレ−ト、アリルジグリコ−ルカ−ボネ−ト、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、およびポリ（クロロトリフルオロエチレン）等の合成樹脂等の有機材料、などが挙げられる。
前記有機材料の場合、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、低吸湿性等に優れていることが好ましい。これらの中でも、前記透明電極の材料が該透明電極の材料として好適に使用される酸化錫インジウム（ＩＴＯ）である場合には、該酸化錫インジウム（ＩＴＯ）との格子定数の差が小さい材料が好ましい。これらの材料は、単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００３２】
基板の形状、構造、大きさ等については、特に制限はなく、発光素子の用途、目的等に応じて適宜選択することができる。一般的には、前記形状としては、板状である。前記構造としては、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよく、また、単一部材で形成されていてもよいし、２以上の部材で形成されていてもよい。
【００３３】
基板は、無色透明であってもよいし、有色透明であってもよいが、前記発光層から発せられる光を散乱あるいは減衰等させることがない点で、無色透明であるのが好ましい。
【００３４】
基板には、その表面又は裏面（前記透明電極側）に透湿防止層（ガスバリア層）を設けるのが好ましい。前記透湿防止層（ガスバリア層）の材料としては、窒化珪素、酸化珪素などの無機物が好適に用いられる。該透湿防止層（ガスバリア層）は、例えば、高周波スパッタリング法などにより形成することができる。
基板には、さらに必要に応じて、ハ−ドコ−ト層、およびアンダ−コ−ト層などを設けてもよい。
【００３５】
１０）陽極
本発明に用いられる陽極としては、通常、前記有機化合物層に正孔を供給する陽極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極の中から適宜選択することができる。
【００３６】
陽極の材料としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、有機導電性化合物、またはこれらの混合物を好適に挙げられ、仕事関数が４．０ｅＶ以上の材料が好ましい。具体例としては、アンチモンやフッ素等をド−プした酸化錫（ＡＴＯ、ＦＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の半導性金属酸化物、金、銀、クロム、ニッケル等の金属、さらにこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物または積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ルなどの有機導電性材料、およびこれらとＩＴＯとの積層物などが挙げられる。
【００３７】
陽極は例えば、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式、などの中から前記材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って前記基板上に形成することができる。例えば、陽極の材料として、ＩＴＯを選択する場合には、該陽極の形成は、直流あるいは高周波スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレ−ティング法等に従って行うことができる。また陽極の材料として有機導電性化合物を選択する場合には湿式製膜法に従って行うことができる。
【００３８】
陽極の前記発光素子における形成位置としては、特に制限はなく、該発光素子の用途、目的に応じて適宜選択することができるが、前記基板上に形成されるのが好ましい。この場合、該陽極は、前記基板における一方の表面の全部に形成されていてもよく、その一部に形成されていてもよい。
【００３９】
なお、前記陽極のパタ−ニングは、フォトリソグラフィ−などによる化学的エッチングにより行ってもよいし、レ−ザ−などによる物理的エッチングにより行ってもよく、また、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等をして行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法により行ってもよい。
【００４０】
陽極の厚みとしては、前記材料により適宜選択することができ、一概に規定することはできないが、通常１０ｎｍ〜５０μｍであり、５０ｎｍ〜２０μｍが好ましい。
陽極の抵抗値としては、１０3Ω／□以下が好ましく、１０2Ω／□以下がより好ましい。
陽極は、無色透明であっても、有色透明であってもよく、該陽極側から発光を取り出すためには、その透過率としては、６０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましい。この透過率は、分光光度計を用いた公知の方法に従って測定することができる。
【００４１】
陽極については、沢田豊監修「透明電極膜の新展開」シ−エムシ−刊（１９９９）に詳述があり、これらを本発明に適用することができる。耐熱性の低いプラスティック基材を用いる場合は、ＩＴＯまたはＩＺＯを使用し、１５０℃以下の低温で製膜した陽極が好ましい。
【００４２】
１１）陰極
本発明に用いることの出来る陰極としては、通常、前記有機化合物層に電子を注入する陰極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極の中から適宜選択することができる。
【００４３】
陰極の材料としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、および電気伝導性化合物、これらの混合物などが挙げられ、仕事関数が４．５ｅＶ以下のものが好ましい。具体例としてはアルカリ金属（たとえば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、またはＣｓ等）、アルカリ土類金属（たとえばＭｇ、Ｃａ等）、金、銀、鉛、アルミニウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−銀合金、インジウム、およびイッテルビウム等の希土類金属、などが挙げられる。これらは、単独で使用してもよいが、安定性と電子注入性とを両立させる観点からは、２種以上を好適に併用することができる。
【００４４】
これらの中でも、電子注入性の点で、アルカリ金属やアルカリ度類金属が好ましく、保存安定性に優れる点で、アルミニウムを主体とする材料が好ましい。アルミニウムを主体とする材料とは、アルミニウム単独、又はアルミニウムと０．０１質量％〜１０質量％のアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属との合金若しくは混合物（例えば、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金など）をいう。
【００４５】
陰極の材料については、特開平２−１５５９５号公報、特開平５−１２１１７２号公報に詳述されていて、これらを本発明に適用することができる。
【００４６】
陰極の形成法は、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができる。例えば、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式、などの中から前記材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って前記基板上に形成することができる。例えば、前記陰極の材料として、金属等を選択する場合には、その１種又は２種以上を同時又は順次にスパッタ法等に従って行うことができる。
【００４７】
陰極のパタ−ニングは、フォトリソグラフィ−などによる化学的エッチングにより行ってもよいし、レ−ザ−などによる物理的エッチングにより行ってもよく、また、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等をして行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法により行ってもよい。
【００４８】
陰極の有機電界発光素子における形成位置としては、特に制限はなく、該発光素子の用途、目的に応じて適宜選択することができるが、有機化合物層上に形成されるのが好ましい。この場合、該陰極は、前記有機化合物層上の全部に形成されていてもよく、その一部に形成されていてもよい。
また、陰極と有機化合物層との間に前記アルカリ金属又は前記アルカリ土類金属のフッ化物等による誘電体層を０．１ｎｍ〜５ｎｍの厚みで挿入してもよい。
なお、該誘電体層は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、またはイオンプレ−ティング法等により形成することができる。
【００４９】
陰極の厚みとしては、前記材料により適宜選択することができ、一概に規定することはできないが、通常１０ｎｍ〜５μｍであり、５０ｎｍ〜１μｍが好ましい。
陰極は、透明であってもよいし、不透明であってもよい。なお、透明な陰極は、前記陰極の材料を１ｎｍ〜１０ｎｍの厚みに薄く製膜し、更に前記ＩＴＯやＩＺＯ等の透明な導電性材料を積層することにより形成することができる。
【００５０】
２．無機電界発光素子
無機電界発光素子は、電極間に配置した高誘電率を有する酸化物からなる第１及び第２絶縁膜、それら絶縁膜の間に狭持された硫化物からなる発光層等の機能層を含む。絶縁層としては、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）、等の材料を用いることができる。発光層としては、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）、バリウムチオアルミネート（ＢａＡｌ2Ｓ4）、等の材料を発光層の母体材料に用い、発光中心としてマンガン（Ｍｎ）、等の遷移金属元素やユーロピウム（Ｅｕ）、セリウム（Ｃｅ）、テルビウム（Ｔｂ）、等の希土類元素を微量含有したものを用いることができる。
【００５１】
３．光電変換素子
光電変換素子は、電極間にｐｎ接合またはｐｉｎ接合した半導体層、Ｘ線照射により電荷を発生するＸ線フォトコンダクタ層等の機能層を含み、光検出器、太陽電池、Ｘ線検出器等に利用できる。それぞれの用途により適宜材料を選択するが、アモロファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、多結晶シリコン、アモロファスセレン（ａ−Ｓｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化鉛（ＰｂＯ）、沃化鉛（ＰｂＩ2）、またはＢｉ12（Ｇｅ，Ｓｉ）Ｏ20、等を用いることができる。これらは、必要に応じて不純物をドープして伝導型を制御することができる。
【００５２】
４．圧電変換素子
圧電変換素子は、電極間に電圧により歪みを発生したり、圧力や歪みにより電圧を発生する層等の機能層を含み、圧力センサ、加速度センサ、超音波発振子、アクチュエータ、等に利用できる。圧電体層の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、水晶（ＳｉＯ2）、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、等を用いることができる。
ガス検出層としては、電極間にガス中で抵抗値が変化するｎ型半導体層、等を含む。ｎ型半導体層の材料としては酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、等を用いることができる。多孔質酸化珪素（ＳｉＯ2）の孔中にＡｇ等の金属ナノ粒子を担持させた複合体を用いることもできる。
【００５３】
４．素子構造
本発明における素子の構成を図面により説明する。
図１は本発明の機能素子の概略模式図である。基板上にストライプ状の第１電極と端部に第２電極端子を有する。ストライプ状の第１電極の端部のストライプ間隙は平坦化絶縁層で充填されている。平面状の第２電極と第１電極との間に機能層を有する。
基板１上には第１電極２と第２電極端子３が設けられる。これらの電極は同一の材料で構成されることが望ましい。また材料は、ＩＴＯ等の透明導電膜でも、Ａｌ等の不透明金属電極でも良い。これら電極を含む基板１上に、第１電極２を横断するように平坦化絶縁層５が、第１電極２のストライプの長手方向の端部に配置されている。概端部に配置された平坦化絶縁層５に挟まれた領域上に、平面状の第２電極４が配置されている。第２電極４は第２電極端子３は直接電気的接続されている。また図示されていないが、ストライプの長手方向の端部に配置された平坦化絶縁層５に挟まれた第１電極２と平面状の第２電極４との間に機能層を有する。
【００５４】
図２は本発明の機能素子の平坦化絶縁層を有する端部の断面の模式図である。
ストライプ状に形成された第１電極２と第２電極端子３を含む基板１上に、平坦化絶縁層５が配置されている。ここで、平坦化絶縁層５は、第１電極２及び第２電極端子３の隙間に充填されるように形成され、且つ第１電極２と、第２電極端子３の一部を被覆するように形成されている。さらに機能層６、第２電極４が順次形成されている。
【００５５】
図３は平坦化絶縁層を有さない端部の断面の模式図であり、比較の素子構造である。
ストライプ状に形成された第１電極２と第２電極端子３を含む基板１上に、機能層６、第２電極４が順次形成されている。この場合、第１電極２及び第２電極端子３の隙間に形成される段差部分において、第１電極２及び第２電極端子３と、第２電極が十分に絶縁することができず、短絡の原因となる。
【００５６】
（平坦化絶縁層）
＜機能＞
本発明における平坦化絶縁層は、ストライプ電極の間隙の段差を埋めて該電極の上面と電極が無い部分の上面とがほぼ同一平面を形成し、その上に設置される機能層および第２電極が平坦な層を形成し得ることを可能にするための層である。この結果、機能層の機能の安定化および第２電極の断線故障の発生が改善される。
好ましくは、平坦化絶縁層は、ストライプ電極の間隙の段差を埋めるだけでなく、ストライプ電極と機能層との間にも絶縁層を形成するのが望ましい。そのためには、平坦化絶縁層の厚みを、ストライプ電極の厚みよりも厚く設置することが好ましい。
【００５７】
＜素材＞
平坦化絶縁層に用いられる素材としては、絶縁材料として用いられる従来公知の素材を利用することができる。好ましくは、感光性樹脂もしくは熱硬化性樹脂であり、溶融もしくは溶剤に溶解して充填後、紫外線や可視光線あるいは加熱により硬化させて物理的強度の強い膜が形成される。
＜感光性樹脂もしくは熱硬化性樹脂の具体例＞
感光性樹脂もしくは熱硬化性樹脂としては、特に限定されることは無く、アクリル樹脂、エポキシ樹脂を用いることができる。中でも水分防止機能の点からエポキシ樹脂が好ましい。
＜作製方法＞
平坦化絶縁層の作製方法は特に限定されることはなく、樹脂を塗布した後、フォトリソ法により所定のパターンを得る方法、或いはディスペンサーを用いて直接所定のパターンを得る方法が挙げられる。
＜層の厚み＞
平坦化絶縁層の厚みは第一電極の厚みよりも厚いことが好ましい。これよりも薄いと、第一電極にパターンエッジ部で、第一電極と第二電極が短絡する恐れがある。
【００５８】
（無機絶縁層）
本発明の機能素子は、平坦化絶縁層と機能層との間にさらに無機絶縁層を設けても良い。
本発明に用いられる無機絶縁層は、水分や酸素等のガスの侵入によって劣化するのを防止する層である。
本発明に用いられる無機絶縁層の素材としては、窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化珪素、および炭化珪素が好ましく用いられる。
本発明に用いられる無機絶縁層は、ＣＶＤ法、イオンンプレーティング法、スパッタリング法もしくは蒸着法により形成することが出来る。
本発明に用いられる無機絶縁層の厚みは、０．０１μｍ〜１０μｍが好ましい。０．０１μｍより薄いと絶縁機能および水分やガス防止機能が不十分となるため好ましくない。また、１０μｍより厚いと製膜に時間がかかり、工程上好ましくない。また膜応力が大きくなる場合があり、膜剥がれ等が生じ好ましくない。さらに厚い膜を得るには製膜を複数回繰り返すことにより可能である。
【００５９】
（樹脂封止層）
本発明に用いられる樹脂封止層は、前記無機膜層と第二の基板との間の気相空間を充填する層である。従って、発明においては前記無機膜層と第二の基板との間の間隙は全て樹脂によって充填され、気相空間を有しないことを大きな特徴とする。
＜素材＞
樹脂封止層の樹脂素材としては、特に限定されることはなく、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂、ゴム系樹脂、またはエステル系樹脂等を用いることができるが、中でも水分防止機能の点からエポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂の中でも熱硬化型エポキシ樹脂、または光硬化型エポキシ樹脂が好ましい。
＜作製方法＞
樹脂封止層の作製方法は特に限定されることはなく、例えば、樹脂溶液を塗布する方法、樹脂シートを圧着または熱圧着する方法、蒸着やスパッタリング等により乾式重合する方法が挙げられる。
＜膜厚み＞
樹脂封止層の厚みは１μｍ以上、１ｍｍ以下が好ましい。更に好ましくは５μｍ以上、１００μｍ以下であり、最も好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下である。これよりも薄いと、第２の基板を装着時に上記無機膜を損傷する恐れがある。またこれよりも厚いと電界発光素子自体の厚みが厚くなり、有機電界発光素子の特徴である薄膜性を損なうことになる。
【００６０】
（封止接着剤）
本発明における有機電界発光素子は二枚の基板でサンドイッチされ、該基板の周辺端部は、防湿性に秀でた封止接着剤で封止される。
本発明における封止接着剤は、端部よりの水分や酸素の侵入を防止する機能を有する。
本発明における有機電界発光素子は、水分およびガス不透過性の二枚の基板で挟まれ、かつ挟まれた内部に全く気相空間を有しないため、外部よりの水分および酸素等のガスの侵入は極めて低く抑えられているが、さらに端部を防湿性に秀でた封止接着剤で封止することにより、より完璧にすることが出来る。
【００６１】
＜素材＞
前記封止接着剤の材料としては、前記樹脂封止層で用いる材料と同じものを用いることができる。中でも、水分防止の点からエポキシ系の接着剤が好ましく、中でも光硬化型エポキシ系接着剤が好ましい。
【００６２】
また、上記材料にフィラーを添加することも好ましい。
封止剤に添加されているフィラーとしては、ＳｉＯ2、ＳｉＯ（酸化ケイ素）、ＳｉＯＮ（酸窒化ケイ素）またはＳｉＮ（窒化ケイ素）等の無機材料が好ましい。フィラーの添加により、封止剤の粘度が上昇し、加工適正が向上し、および耐湿性が向上する。
【００６３】
＜乾燥剤＞
封止接着剤は乾燥剤を含有しても良い。乾燥剤としては、酸化バリウム、酸化カルシウム、または酸化ストロンチウムが好ましい。
封止接着剤に対する乾燥剤の添加量は、０．０１質量％以上２０質量％以下であることが好ましく、更に好ましくは０．０５質量％以上１５質量％以下である。これよりも少ないと、乾燥剤の添加効果が薄れることになる。またこれよりも多い場合には封止接着剤中に乾燥剤を均一分散させることが困難になり好ましくない。
＜封止接着剤の処方＞
・ポリマー組成、濃度、
封止接着剤としては特に限定されることはなく、前記のものを用いることができる。例えば光硬化型エポキシ系接着剤としては長瀬ケムテック（株）製のＸＮＲ５５１６を挙げることができる。そこに直接前記乾燥剤を添加し、分散せしめれば良い。
・厚み
封止接着剤の塗布厚みは１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。これよりも薄いと封止接着剤を均一に塗れなくなり好ましくない。またこれよりも厚いと、水分が侵入する道筋が広くなり好ましくない。
＜封止方法＞
本発明においては、上記乾燥剤の入った封止接着剤をディスペンサー等により任意量塗布し、塗布後第２基板を重ねて、硬化させることにより機能素子を得ることができる。
【実施例】
【００６４】
以下に実施例によって、本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下に記載する実施例によって制限されるものではない。
【００６５】
実施例１
（ストライプ電極の形成）
無アルカリ基板上に、透明導電膜、例えばＩＴＯからなる下部電極を、スパッタリング法により２００ｎｍの膜厚に成膜し、ウェットエッチングにより幅５０μｍで間隔５０μｍのストライプ状に形成した。
【００６６】
（平坦化絶縁層の形成）
次いで、全面に感光性ポリイミドをスピンコート法により塗布したのち、ストライプ状の下部電極の外部接続端子部と機能領域との間に、ストライプ電極と直交するように、フォトリソ法により幅１０ｍｍの絶縁層を形成した。
【００６７】
（有機ＥＬ層の形成）
次いで、所定の位置に開口部を有する蒸着マスクを用いて有機ＥＬ層を堆積した。
この場合の有機ＥＬ層は、層構成及び厚さは、例えば、３０ｎｍのＭＴＤＡＴＡ〔４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェルアミン〕からなる正孔注入層、２０ｎｍのα−ＮＰＤ（Ｎ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−〔１，１’−ビフェニル〕４，４’−ジアミン）からなる正孔輸送層、３０ｎｍのホストＡｌｑ３（トリス（８−ヒドロキシキノニナート）アルミニウム）に発光材料ｔ（ｎｐａ）ｐｙ（１，３，６，８−テトラ〔Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ〕ピレンをドープした発光層、２０ｎｍのＡｌｑ３からなる電子輸送層を順次真空蒸着して形成した。
次いで、所定の位置に開口部を有する上部電極用蒸着マスクを用いて有機ＥＬ層を覆うように、Ａｌからなる上部電極を形成することにより本発明の実施例１の有機ＥＬ素子を用いた表示素子が完成した。
【００６８】
（性能および効果）
本発明の実施例１の有機ＥＬ素子を用いた表示素子では、下部電極と上部電極の間に電圧を印加することによって、下部電極から正孔が有機ＥＬ層に注入されるとともに、上部電極から電子が有機ＥＬ層に注入され、注入された正孔は正孔輸送層により発光層に輸送され、注入された電子は電子輸送層により発光層に輸送された。
こうして発光層に輸送された正孔と電子とが発光層において再結合することにより発光が生じ、発光した光は透光性を有する下部電極側から取り出された。
【００６９】
このように本発明の実施例１においては、ストライプ状の下部電極を横断するように上部電極を設けるが、ストライプ状下部電極の外部接続端子と、機能領域との間に絶縁層を設け平坦化されており、ストライプ状下部電極の厚さや形状により、機能領域において、横断した上部電極が切断されても、平坦化された絶縁層上においては上部電極は接続が保たれる為、断線をなくすことができた。また、機能領域においてストライプ状電極の短辺側には樹脂であるポリイミドが無い為、樹脂から発生するガスによる発光劣化を大幅に抑制することができた。
【００７０】
実施例２
（ストライプ電極の形成）
無アルカリガラス基板上に、ＩＴＯ透明導電膜からなる下部電極を、スパッタリング法により２００ｎｍの膜厚に成膜し、ウエットエッチングにより、幅５０μｍで間隔５０μｍのストライプ電極を形成した。
【００７１】
（平坦化絶縁層の形成）
ストライプ電極の長辺方向の両端部に、コロイダルシリカ（扶桑化学工業社製；ＰＬ−１）を、ストライプ電極と直交するように、幅１０ｍｍで塗布し、乾燥した。次いで、５００℃で１時間の熱処理を実施して平滑化絶縁層を形成した。
【００７２】
（無機ＥＬ層の形成）
基板、ストライプ電極、及び平滑化絶縁層の一部を覆うように、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）からなる第１絶縁膜を、基板温度２００℃で、装置内を１Ｐａの圧力に保持し、酸素を含むアルゴン混合ガス雰囲気中で、１ｋＷの高周波電力で、０．２ｎｍ／ｓｅｃのスパッタレートでスパッタして２００ｎｍの膜厚で成膜した。次いで、マンガン（Ｍｎ）を３モル％添加した硫化亜鉛（ＺｎＳ）からなる発光層を、基板温度３５０℃で、硫化水素（Ｈ2Ｓ）を含むアルゴン混合ガス雰囲気中、同様に高周波スパッタして４００ｎｍの膜厚で成膜した。次いで、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）からなる第２絶縁膜を、第１絶縁層と同様にして２００ｎｍの膜厚で成膜した。
基板上に上記各層を堆積した後、１０-4Ｐａの真空中で、４００℃で１時間の熱処理を実施した。
さらに、その上に、アルミニウムからなる電極を真空蒸着により５０ｎｍの膜厚で成膜し、無機ＥＬ素子を作製した。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施の形態に係る機能素子の概念図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る機能素子のストライプ電極端部の概念図である。
【図３】比較の形態に係る機能素子のストライプ電極端部の概念図である。
【符号の説明】
【００７４】
１．基板
２．第１電極
３．第２電極端子
４．第２電極
５．平坦化絶縁層
６．機能層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能素子に関する。特に有機電解発光素子、無機電解発光素子、および光電変換素子などの機能素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、種々の機能素子が開発および提案されている。例えば、有機電解発光素子、および無機電解発光素子などの電流を通じることによって発光する素子、あるいは逆に光を照射することによって発電する光電変換素子が知られている。
特に、電流を通じることによって励起され発光する薄膜材料を用いた有機電界発光素子は、低電圧で高輝度の発光が得られるために、携帯電話ディスプレイ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、コンピュータディスプレイ、自動車の情報ディスプレイ、ＴＶモニター、あるいは一般照明を含む広い分野で幅広い潜在用途を有し、それらの分野でデバイスの薄型化、軽量化、小型化、および省電力のなどの利点を有する。このため、将来の電子ディスプレイ市場の主役としての期待が大きい。しかしながら、実用的にこれらの分野で従来ディスプレイに代わって用いられるためには、発光輝度と色調、広い使用環境条件下での耐久性、安価で大量生産性など多くの技術改良が課題となっている。
【０００３】
線状光源の有機電界発光素子が要望されている。例えば液晶用バックライトやイメージセンサーなどのための白色光源（例えば、参考文献１参照。）、走査露光用あるいは画像読み取り用光源（例えば、参考文献２参照。）としてストライプ電極を利用した線状有機電界発光素子が開示されている。しかしながら、前者の白色光源の構造では、上部電極が薄くなるとストライプ状の下部電極の凹凸によって上部電極が寸断されショートしてしまう危険がある。後者の走査露光用あるいは画像読み取り用光源の構造では、各ストライプ単位全てにリード線を設けてショートを防ぐ構造を採用しているが、小数のストライプの線状光源の場合には好ましい構造であるが、精細な画像の読み取りは露光のためには多数の狭い幅のストライプが必要となり、全てに取り出しのためのリード線を付けることは容易ではない。
【特許文献１】特開２００３−５１３８０号公報
【特許文献２】特開２００５−２６０８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、製造適性に優れ、断線故障に対する耐性の優れた機能素子を提供するものであり、特に改良された有機電界発光素子および無機電界発光素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の上記課題は、下記の手段によって解決された。
＜１＞ 基板上に複数のストライプ電極が並列した第１電極と、該第１電極と対向して配置された第２電極、および前記両電極間に機能層を挟持してなる機能素子であって、前記第１電極のストライプの長手方向の端部に配置され、前記ストライプ間の間隙を充填して該端部を平坦化する平坦化絶縁層を有し、前記長手方向の端部において前記機能層が前記第１電極に対して絶縁されていることを特徴とする機能素子。
＜２＞ 前記長手方向の端部において前記機能層が連続層を形成していることを特徴とする＜１＞に記載の機能素子。
＜３＞ 前記平坦化絶縁層が感光性樹脂もしくは熱硬化性樹脂により形成されてなることを特徴とする＜１＞または＜２＞に記載の機能素子。
＜４＞ 前記平坦化絶縁層と前記機能層との間に無機絶縁層を有することを特徴とする＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の機能素子。
＜５＞ 前記機能層の少なくとも１層が発光層であることを特徴とする＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の機能素子。
＜６＞ 前記機能素子が有機電界発光素子であることを特徴とする＜５＞に記載の機能素子。
＜７＞ 前記機能素子が無機電界発光素子であることを特徴とする＜５＞に記載の機能素子。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、製造適性に優れ、断線故障に対する耐性の優れた機能素子が提供される。特に改良された有機電界発光素子および無機電界発光素子が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の機能素子は、基板上に複数のストライプ電極が並列した第１電極と、該第１電極と対向して配置された第２電極、および前記両電極間に機能層を挟持してなる機能素子であって、前記第１電極のストライプの長手方向の端部に配置され、前記ストライプ間の間隙を充填して該端部を平坦化する平坦化絶縁層を有する。
好ましくは、前記長手方向の端部において前記機能層が前記第１電極に対して絶縁されている。より好ましくは、前記長手方向の端部において前記機能層が連続層を形成している。
前記平坦化絶縁層は、好ましくは、感光性樹脂もしくは熱硬化性樹脂により形成される。
好ましくは、前記平坦化絶縁層と前記機能層との間に無機絶縁層を有する。
【０００８】
本発明における機能層としては、電圧や電流を印加することで発光または歪みを発生、可視光やＸ線の照射または圧力を加えることで電圧や電流を発生、雰囲気の変化により抵抗値が変化するもの等が挙げられる。具体的には、有機電界発光層、無機電界発光層、光電変換層、圧電体層、ガス検出層、等が挙げられる。本発明におけるより好ましい機能層は有機電界発光層、無機電界発光層、および光電変換層である。
【０００９】
１．有機電界発光素子
本発明における有機電界発光素子は、発光層の他に、正孔輸送層、電子輸送層、ブロック層、電子注入層、および正孔注入層などの従来知られている有機化合物層を有しても良い。
【００１０】
以下、詳細に説明する。
１）層構成
＜電極＞
本発明の有機電界発光素子の一対の電極は、少なくとも一方は透明電極であり、もう一方は背面電極となる。背面電極は透明であっても、非透明であっても良い。
＜有機化合物層の構成＞
前記有機化合物層の層構成としては、特に制限はなく、有機電界発光素子の用途、目的に応じて適宜選択することができるが、前記透明電極上に又は前記背面電極上に形成されるのが好ましい。この場合、有機化合物層は、前記透明電極又は前記背面電極上の前面又は一面に形成される。
有機化合物層の形状、大きさ、および厚み等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００１１】
具体的な層構成として、下記が挙げられるが本発明はこれらの構成に限定されるものではない。
・陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極、
・陽極／正孔輸送層／発光層／ブロック層／電子輸送層／陰極、
・陽極／正孔輸送層／発光層／ブロック層／電子輸送層／電子注入層／陰極、
・陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／ブロック層／電子輸送層／陰極、
・陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／ブロック層／電子輸送層／電子注入層／陰極。
【００１２】
以下に各層について詳細に説明する。
２）正孔輸送層
本発明に用いられる正孔輸送層は正孔輸送材を含む。前記正孔輸送材としては正孔を輸送する機能、もしくは陰極から注入された電子を障壁する機能のいずれかを有しているもので有れば特に制限されることはなく用いることが出来る。本発明に用いられる正孔輸送材としては、低分子正孔輸送材、および高分子正孔輸送材のいずれも用いることができる。
本発明に用いられる正孔輸送材の具体例として、例えば以下の材料を挙げることができる。
【００１３】
カルバゾ−ル誘導体、トリアゾ−ル誘導体、オキサゾ−ル誘導体、オキサジアゾ−ル誘導体、イミダゾ−ル誘導体、ポリアリ−ルアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリ−ルアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリデン系化合物、ポルフィリン系化合物、ポリシラン系化合物、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾ−ル）誘導体、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマ−、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマ−、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、およびポリフルオレン誘導体等の高分子化合物等が挙げられる。
これらは、単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００１４】
正孔輸送層の厚みとしては、１０ｎｍ〜２００ｎｍが好ましく、２０ｎｍ〜８０ｎｍがより好ましい。前記厚みが、２００ｎｍを越えると駆動電圧が上昇することがあり、１０ｎｍ未満であると該発光素子が短絡することがあるので好ましくない。
【００１５】
３）正孔注入層
本発明おいては、正孔輸送層と陽極の間に正孔注入層を設けることができる。
正孔注入層とは、陽極から正孔輸送層に正孔を注入しやすくする層であり、具体的には前記正孔輸送材の中でイオン化ポテンシャルの小さな材料が好適用いられる。例えばフタロシアニン化合物、ポルフィリン化合物、およびスターバースト型トリアリールアミン化合物等を挙げることができ、好適に用いることができる。
正孔注入層の膜厚は、１ｎｍ〜３０ｎｍが好ましい。
【００１６】
４）発光層
本発明に用いられる発光層は、少なくとも一種の発光材料を含み、必要に応じて正孔輸送材、電子輸送材、ホスト材を含んでもよい。
本発明に用いられる発光材料としては特に限定されることはなく、蛍光発光材料または燐光発光材料のいずれも用いることができる。発光効率の点から燐光発光材料が好ましい。
【００１７】
蛍光発光材料としては、例えばベンゾオキサゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、スチリルベンゼン誘導体、ポリフェニル誘導体、ジフェニルブタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、ナフタルイミド誘導体、クマリン誘導体、ペリレン誘導体、ペリノン誘導体、オキサジアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ピラリジン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、ビススチリルアントラセン誘導体、キナクリドン誘導体、ピロロピリジン誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、スチリルアミン誘導体、芳香族ジメチリデン化合物、８−キノリノール誘導体の金属錯体や希土類錯体に代表される各種金属錯体、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、およびポリフルオレン誘導体等の高分子化合物等が挙げられる。これらは１種または２種以上を混合して用いることができる。
【００１８】
燐光発光材料としては特に限定されることはないが、オルトメタル化金属錯体、又はポルフィリン金属錯体が好ましい。
【００１９】
上記オルトメタル化金属錯体とは、例えば山本明夫著「有機金属化学−基礎と応用−」１５０頁〜２３２頁、裳華房社（１９８２年発行）やＨ．Ｙｅｒｓｉｎ著「Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｐｈｉｓｉｃｓ ｏｆ Ｃｏｏｄｉｎａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ」、７１〜７７頁、１３５〜１４６頁、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ社（１９８７年発行）等に記載されている化合物群の総称である。該オルトメタル化金属錯体を発光材料として発光層に用いることは、高輝度で発光効率に優れる点で有利である。
【００２０】
上記オルトメタル化金属錯体を形成する配位子としては、種々のものがあり、上記文献にも記載されているが、その中でも好ましい配位子としては、２−フェニルピリジン誘導体、７，８−ベンゾキノリン誘導体、２−（２−チエニル）ピリジン誘導体、２−（１−ナフチル）ピリジン誘導体、および２−フェニルキノリン誘導体等が挙げられる。これらの誘導体は必要に応じて置換基を有してもよい。また、上記オルトメタル化金属錯体は、上記配位子のほかに、他の配位子を有していてもよい。
【００２１】
本発明で用いるオルトメタル化金属錯体は、Ｉｎｏｒｇ Ｃｈｅｍ．，１９９１年，３０号，１６８５頁、同１９８８年，２７号，３４６４頁、同１９９４年，３３号，５４５頁、Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｉｍ．Ａｃｔａ，１９９１年，１８１号，２４５頁、Ｊ．Ｏｒｇａｎｏｍｅｔ．Ｃｈｅｍ．，１９８７年，３３５号，２９３頁、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９８５年，１０７号，１４３１頁等、種々の公知の手法で合成することができる。
上記オルトメタル化錯体の中でも、三重項励起子から発光する化合物が本発明においては発光効率向上の観点から好適に使用することができる。
【００２２】
また、ポルフィリン金属錯体の中ではポルフィリン白金錯体が好ましい。
燐光発光材料は１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。また、蛍光発光材料と燐光発光材料を同時に用いてもよい。
【００２３】
ホスト材とは、その励起状態から、蛍光発光材料または燐光発光材料へエネルギー移動を起こし、その結果、蛍光発光材料または燐光発光材料を発光させる機能を有する材料のことである。
【００２４】
ホスト材としては、励起子エネルギーを発光材料にエネルギー移動させることのできる化合物ならば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、具体的にはカルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリデン系化合物、ポルフィリン系化合物、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレンペリレン等の複素環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、８−キノリノール誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体ポリシラン系化合物、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾ−ル）誘導体、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマー、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、およびポリフルオレン誘導体等の高分子化合物等が挙げられる。これらの化合物は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
ホスト材の発光層における含有量としては０質量％〜９９．９質量％が好ましく、さらに好ましくは０質量％〜９９．０質量％である。
【００２５】
５）ブロック層
本発明においては、発光層と電子輸送層との間にブロック層を設けることができる。ブロック層とは発光層で生成した励起子の拡散抑制する層であり、また正孔が陰極側に突き抜けることを抑制する層である。
【００２６】
ブロック層に用いられる材料は、電子輸送層より電子を受け取り、発光層にわたす事のできる材料で有れば特に限定されることはなく、一般的な電子輸送材を用いることができる。例えば以下の材料を挙げることができる。トリアゾ−ル誘導体、オキサゾ−ル誘導体、オキサジアゾ−ル誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレンペリレン等の複素環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、８−キノリノ−ル誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾ−ルやベンゾチアゾ−ルを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマ−、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマ−、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体等の高分子化合物を挙げることができる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００２７】
６）電子輸送層
本発明においては電子輸送材を含む電子輸送層を設けることができる。
電子輸送材としては電子を輸送する機能、もしくは陽極から注入された正孔を障壁する機能のいずれかを有しているもので有れば制限されることはなく、前記ブロック層の説明時に挙げた電子輸送材を好適に用いることができる。
前記電子輸送層の厚みとしては、１０ｎｍ〜２００ｎｍが好ましく、２０ｎｍ〜８０ｎｍがより好ましい。
【００２８】
前記厚みが、２００ｎｍを越えると駆動電圧が上昇することがあり、１０ｎｍ未満であると該発光素子が短絡することがあり好ましくない。
【００２９】
７）電子注入層
本発明おいては、電子輸送層と陰極の間に電子注入層を設けることができる。
電子注入層とは、陰極から電子輸送層に電子を注入しやすくする層であり、具体的にはフッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム等のリチウム塩、フッ化ナトリウム、塩化ナトリウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属塩、酸化リチウム、酸化アルミニウム、酸化インジウム、または酸化マグネシウム等の絶縁性金属酸化物等を好適に用いることができる。
電子注入層の膜厚は０．１ｎｍ〜５ｎｍが好ましい。
【００３０】
８）有機化合物層の形成方法
前記有機化合物層は、蒸着法やスパッタ法等の乾式製膜法、ディッピング、スピンコ−ト法、ディップコ−ト法、キャスト法、ダイコ−ト法、ロ−ルコ−ト法、バ−コ−ト法、またはグラビアコ−ト法等の湿式製膜法いずれによっても好適に製膜することができる。
中でも発光効率、耐久性の点から乾式法が好ましい。
【００３１】
次に、本発明の有機電界発光素子に用いられる基板と電極について説明する。
９）基板
本発明に用いられる基板の材料としては、第一の基板および第二の基板ともに水分を透過させない材料又は水分透過率の極めて低い材料が好ましく、また、前記有機化合物層から発せられる光を散乱乃至減衰等のさせることのない材料が好ましい。具体的例として、例えばＹＳＺ（ジルコニア安定化イットリウム）、ガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリブチレンテレフタレ−ト、ポリエチレンナフタレ−ト等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカ−ボネ−ト、ポリエ−テルスルホン、ポリアリレ−ト、アリルジグリコ−ルカ−ボネ−ト、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、およびポリ（クロロトリフルオロエチレン）等の合成樹脂等の有機材料、などが挙げられる。
前記有機材料の場合、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、低吸湿性等に優れていることが好ましい。これらの中でも、前記透明電極の材料が該透明電極の材料として好適に使用される酸化錫インジウム（ＩＴＯ）である場合には、該酸化錫インジウム（ＩＴＯ）との格子定数の差が小さい材料が好ましい。これらの材料は、単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００３２】
基板の形状、構造、大きさ等については、特に制限はなく、発光素子の用途、目的等に応じて適宜選択することができる。一般的には、前記形状としては、板状である。前記構造としては、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよく、また、単一部材で形成されていてもよいし、２以上の部材で形成されていてもよい。
【００３３】
基板は、無色透明であってもよいし、有色透明であってもよいが、前記発光層から発せられる光を散乱あるいは減衰等させることがない点で、無色透明であるのが好ましい。
【００３４】
基板には、その表面又は裏面（前記透明電極側）に透湿防止層（ガスバリア層）を設けるのが好ましい。前記透湿防止層（ガスバリア層）の材料としては、窒化珪素、酸化珪素などの無機物が好適に用いられる。該透湿防止層（ガスバリア層）は、例えば、高周波スパッタリング法などにより形成することができる。
基板には、さらに必要に応じて、ハ−ドコ−ト層、およびアンダ−コ−ト層などを設けてもよい。
【００３５】
１０）陽極
本発明に用いられる陽極としては、通常、前記有機化合物層に正孔を供給する陽極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極の中から適宜選択することができる。
【００３６】
陽極の材料としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、有機導電性化合物、またはこれらの混合物を好適に挙げられ、仕事関数が４．０ｅＶ以上の材料が好ましい。具体例としては、アンチモンやフッ素等をド−プした酸化錫（ＡＴＯ、ＦＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の半導性金属酸化物、金、銀、クロム、ニッケル等の金属、さらにこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物または積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ルなどの有機導電性材料、およびこれらとＩＴＯとの積層物などが挙げられる。
【００３７】
陽極は例えば、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式、などの中から前記材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って前記基板上に形成することができる。例えば、陽極の材料として、ＩＴＯを選択する場合には、該陽極の形成は、直流あるいは高周波スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレ−ティング法等に従って行うことができる。また陽極の材料として有機導電性化合物を選択する場合には湿式製膜法に従って行うことができる。
【００３８】
陽極の前記発光素子における形成位置としては、特に制限はなく、該発光素子の用途、目的に応じて適宜選択することができるが、前記基板上に形成されるのが好ましい。この場合、該陽極は、前記基板における一方の表面の全部に形成されていてもよく、その一部に形成されていてもよい。
【００３９】
なお、前記陽極のパタ−ニングは、フォトリソグラフィ−などによる化学的エッチングにより行ってもよいし、レ−ザ−などによる物理的エッチングにより行ってもよく、また、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等をして行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法により行ってもよい。
【００４０】
陽極の厚みとしては、前記材料により適宜選択することができ、一概に規定することはできないが、通常１０ｎｍ〜５０μｍであり、５０ｎｍ〜２０μｍが好ましい。
陽極の抵抗値としては、１０3Ω／□以下が好ましく、１０2Ω／□以下がより好ましい。
陽極は、無色透明であっても、有色透明であってもよく、該陽極側から発光を取り出すためには、その透過率としては、６０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましい。この透過率は、分光光度計を用いた公知の方法に従って測定することができる。
【００４１】
陽極については、沢田豊監修「透明電極膜の新展開」シ−エムシ−刊（１９９９）に詳述があり、これらを本発明に適用することができる。耐熱性の低いプラスティック基材を用いる場合は、ＩＴＯまたはＩＺＯを使用し、１５０℃以下の低温で製膜した陽極が好ましい。
【００４２】
１１）陰極
本発明に用いることの出来る陰極としては、通常、前記有機化合物層に電子を注入する陰極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極の中から適宜選択することができる。
【００４３】
陰極の材料としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、および電気伝導性化合物、これらの混合物などが挙げられ、仕事関数が４．５ｅＶ以下のものが好ましい。具体例としてはアルカリ金属（たとえば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、またはＣｓ等）、アルカリ土類金属（たとえばＭｇ、Ｃａ等）、金、銀、鉛、アルミニウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−銀合金、インジウム、およびイッテルビウム等の希土類金属、などが挙げられる。これらは、単独で使用してもよいが、安定性と電子注入性とを両立させる観点からは、２種以上を好適に併用することができる。
【００４４】
これらの中でも、電子注入性の点で、アルカリ金属やアルカリ度類金属が好ましく、保存安定性に優れる点で、アルミニウムを主体とする材料が好ましい。アルミニウムを主体とする材料とは、アルミニウム単独、又はアルミニウムと０．０１質量％〜１０質量％のアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属との合金若しくは混合物（例えば、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金など）をいう。
【００４５】
陰極の材料については、特開平２−１５５９５号公報、特開平５−１２１１７２号公報に詳述されていて、これらを本発明に適用することができる。
【００４６】
陰極の形成法は、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができる。例えば、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式、などの中から前記材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って前記基板上に形成することができる。例えば、前記陰極の材料として、金属等を選択する場合には、その１種又は２種以上を同時又は順次にスパッタ法等に従って行うことができる。
【００４７】
陰極のパタ−ニングは、フォトリソグラフィ−などによる化学的エッチングにより行ってもよいし、レ−ザ−などによる物理的エッチングにより行ってもよく、また、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等をして行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法により行ってもよい。
【００４８】
陰極の有機電界発光素子における形成位置としては、特に制限はなく、該発光素子の用途、目的に応じて適宜選択することができるが、有機化合物層上に形成されるのが好ましい。この場合、該陰極は、前記有機化合物層上の全部に形成されていてもよく、その一部に形成されていてもよい。
また、陰極と有機化合物層との間に前記アルカリ金属又は前記アルカリ土類金属のフッ化物等による誘電体層を０．１ｎｍ〜５ｎｍの厚みで挿入してもよい。
なお、該誘電体層は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、またはイオンプレ−ティング法等により形成することができる。
【００４９】
陰極の厚みとしては、前記材料により適宜選択することができ、一概に規定することはできないが、通常１０ｎｍ〜５μｍであり、５０ｎｍ〜１μｍが好ましい。
陰極は、透明であってもよいし、不透明であってもよい。なお、透明な陰極は、前記陰極の材料を１ｎｍ〜１０ｎｍの厚みに薄く製膜し、更に前記ＩＴＯやＩＺＯ等の透明な導電性材料を積層することにより形成することができる。
【００５０】
２．無機電界発光素子
無機電界発光素子は、電極間に配置した高誘電率を有する酸化物からなる第１及び第２絶縁膜、それら絶縁膜の間に狭持された硫化物からなる発光層等の機能層を含む。絶縁層としては、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）、等の材料を用いることができる。発光層としては、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）、バリウムチオアルミネート（ＢａＡｌ2Ｓ4）、等の材料を発光層の母体材料に用い、発光中心としてマンガン（Ｍｎ）、等の遷移金属元素やユーロピウム（Ｅｕ）、セリウム（Ｃｅ）、テルビウム（Ｔｂ）、等の希土類元素を微量含有したものを用いることができる。
【００５１】
３．光電変換素子
光電変換素子は、電極間にｐｎ接合またはｐｉｎ接合した半導体層、Ｘ線照射により電荷を発生するＸ線フォトコンダクタ層等の機能層を含み、光検出器、太陽電池、Ｘ線検出器等に利用できる。それぞれの用途により適宜材料を選択するが、アモロファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、多結晶シリコン、アモロファスセレン（ａ−Ｓｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化鉛（ＰｂＯ）、沃化鉛（ＰｂＩ2）、またはＢｉ12（Ｇｅ，Ｓｉ）Ｏ20、等を用いることができる。これらは、必要に応じて不純物をドープして伝導型を制御することができる。
【００５２】
４．圧電変換素子
圧電変換素子は、電極間に電圧により歪みを発生したり、圧力や歪みにより電圧を発生する層等の機能層を含み、圧力センサ、加速度センサ、超音波発振子、アクチュエータ、等に利用できる。圧電体層の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、水晶（ＳｉＯ2）、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、等を用いることができる。
ガス検出層としては、電極間にガス中で抵抗値が変化するｎ型半導体層、等を含む。ｎ型半導体層の材料としては酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、等を用いることができる。多孔質酸化珪素（ＳｉＯ2）の孔中にＡｇ等の金属ナノ粒子を担持させた複合体を用いることもできる。
【００５３】
４．素子構造
本発明における素子の構成を図面により説明する。
図１は本発明の機能素子の概略模式図である。基板上にストライプ状の第１電極と端部に第２電極端子を有する。ストライプ状の第１電極の端部のストライプ間隙は平坦化絶縁層で充填されている。平面状の第２電極と第１電極との間に機能層を有する。
基板１上には第１電極２と第２電極端子３が設けられる。これらの電極は同一の材料で構成されることが望ましい。また材料は、ＩＴＯ等の透明導電膜でも、Ａｌ等の不透明金属電極でも良い。これら電極を含む基板１上に、第１電極２を横断するように平坦化絶縁層５が、第１電極２のストライプの長手方向の端部に配置されている。概端部に配置された平坦化絶縁層５に挟まれた領域上に、平面状の第２電極４が配置されている。第２電極４は第２電極端子３は直接電気的接続されている。また図示されていないが、ストライプの長手方向の端部に配置された平坦化絶縁層５に挟まれた第１電極２と平面状の第２電極４との間に機能層を有する。
【００５４】
図２は本発明の機能素子の平坦化絶縁層を有する端部の断面の模式図である。
ストライプ状に形成された第１電極２と第２電極端子３を含む基板１上に、平坦化絶縁層５が配置されている。ここで、平坦化絶縁層５は、第１電極２及び第２電極端子３の隙間に充填されるように形成され、且つ第１電極２と、第２電極端子３の一部を被覆するように形成されている。さらに機能層６、第２電極４が順次形成されている。
【００５５】
図３は平坦化絶縁層を有さない端部の断面の模式図であり、比較の素子構造である。
ストライプ状に形成された第１電極２と第２電極端子３を含む基板１上に、機能層６、第２電極４が順次形成されている。この場合、第１電極２及び第２電極端子３の隙間に形成される段差部分において、第１電極２及び第２電極端子３と、第２電極が十分に絶縁することができず、短絡の原因となる。
【００５６】
（平坦化絶縁層）
＜機能＞
本発明における平坦化絶縁層は、ストライプ電極の間隙の段差を埋めて該電極の上面と電極が無い部分の上面とがほぼ同一平面を形成し、その上に設置される機能層および第２電極が平坦な層を形成し得ることを可能にするための層である。この結果、機能層の機能の安定化および第２電極の断線故障の発生が改善される。
好ましくは、平坦化絶縁層は、ストライプ電極の間隙の段差を埋めるだけでなく、ストライプ電極と機能層との間にも絶縁層を形成するのが望ましい。そのためには、平坦化絶縁層の厚みを、ストライプ電極の厚みよりも厚く設置することが好ましい。
【００５７】
＜素材＞
平坦化絶縁層に用いられる素材としては、絶縁材料として用いられる従来公知の素材を利用することができる。好ましくは、感光性樹脂もしくは熱硬化性樹脂であり、溶融もしくは溶剤に溶解して充填後、紫外線や可視光線あるいは加熱により硬化させて物理的強度の強い膜が形成される。
＜感光性樹脂もしくは熱硬化性樹脂の具体例＞
感光性樹脂もしくは熱硬化性樹脂としては、特に限定されることは無く、アクリル樹脂、エポキシ樹脂を用いることができる。中でも水分防止機能の点からエポキシ樹脂が好ましい。
＜作製方法＞
平坦化絶縁層の作製方法は特に限定されることはなく、樹脂を塗布した後、フォトリソ法により所定のパターンを得る方法、或いはディスペンサーを用いて直接所定のパターンを得る方法が挙げられる。
＜層の厚み＞
平坦化絶縁層の厚みは第一電極の厚みよりも厚いことが好ましい。これよりも薄いと、第一電極にパターンエッジ部で、第一電極と第二電極が短絡する恐れがある。
【００５８】
（無機絶縁層）
本発明の機能素子は、平坦化絶縁層と機能層との間にさらに無機絶縁層を設けても良い。
本発明に用いられる無機絶縁層は、水分や酸素等のガスの侵入によって劣化するのを防止する層である。
本発明に用いられる無機絶縁層の素材としては、窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化珪素、および炭化珪素が好ましく用いられる。
本発明に用いられる無機絶縁層は、ＣＶＤ法、イオンンプレーティング法、スパッタリング法もしくは蒸着法により形成することが出来る。
本発明に用いられる無機絶縁層の厚みは、０．０１μｍ〜１０μｍが好ましい。０．０１μｍより薄いと絶縁機能および水分やガス防止機能が不十分となるため好ましくない。また、１０μｍより厚いと製膜に時間がかかり、工程上好ましくない。また膜応力が大きくなる場合があり、膜剥がれ等が生じ好ましくない。さらに厚い膜を得るには製膜を複数回繰り返すことにより可能である。
【００５９】
（樹脂封止層）
本発明に用いられる樹脂封止層は、前記無機膜層と第二の基板との間の気相空間を充填する層である。従って、発明においては前記無機膜層と第二の基板との間の間隙は全て樹脂によって充填され、気相空間を有しないことを大きな特徴とする。
＜素材＞
樹脂封止層の樹脂素材としては、特に限定されることはなく、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂、ゴム系樹脂、またはエステル系樹脂等を用いることができるが、中でも水分防止機能の点からエポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂の中でも熱硬化型エポキシ樹脂、または光硬化型エポキシ樹脂が好ましい。
＜作製方法＞
樹脂封止層の作製方法は特に限定されることはなく、例えば、樹脂溶液を塗布する方法、樹脂シートを圧着または熱圧着する方法、蒸着やスパッタリング等により乾式重合する方法が挙げられる。
＜膜厚み＞
樹脂封止層の厚みは１μｍ以上、１ｍｍ以下が好ましい。更に好ましくは５μｍ以上、１００μｍ以下であり、最も好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下である。これよりも薄いと、第２の基板を装着時に上記無機膜を損傷する恐れがある。またこれよりも厚いと電界発光素子自体の厚みが厚くなり、有機電界発光素子の特徴である薄膜性を損なうことになる。
【００６０】
（封止接着剤）
本発明における有機電界発光素子は二枚の基板でサンドイッチされ、該基板の周辺端部は、防湿性に秀でた封止接着剤で封止される。
本発明における封止接着剤は、端部よりの水分や酸素の侵入を防止する機能を有する。
本発明における有機電界発光素子は、水分およびガス不透過性の二枚の基板で挟まれ、かつ挟まれた内部に全く気相空間を有しないため、外部よりの水分および酸素等のガスの侵入は極めて低く抑えられているが、さらに端部を防湿性に秀でた封止接着剤で封止することにより、より完璧にすることが出来る。
【００６１】
＜素材＞
前記封止接着剤の材料としては、前記樹脂封止層で用いる材料と同じものを用いることができる。中でも、水分防止の点からエポキシ系の接着剤が好ましく、中でも光硬化型エポキシ系接着剤が好ましい。
【００６２】
また、上記材料にフィラーを添加することも好ましい。
封止剤に添加されているフィラーとしては、ＳｉＯ2、ＳｉＯ（酸化ケイ素）、ＳｉＯＮ（酸窒化ケイ素）またはＳｉＮ（窒化ケイ素）等の無機材料が好ましい。フィラーの添加により、封止剤の粘度が上昇し、加工適正が向上し、および耐湿性が向上する。
【００６３】
＜乾燥剤＞
封止接着剤は乾燥剤を含有しても良い。乾燥剤としては、酸化バリウム、酸化カルシウム、または酸化ストロンチウムが好ましい。
封止接着剤に対する乾燥剤の添加量は、０．０１質量％以上２０質量％以下であることが好ましく、更に好ましくは０．０５質量％以上１５質量％以下である。これよりも少ないと、乾燥剤の添加効果が薄れることになる。またこれよりも多い場合には封止接着剤中に乾燥剤を均一分散させることが困難になり好ましくない。
＜封止接着剤の処方＞
・ポリマー組成、濃度、
封止接着剤としては特に限定されることはなく、前記のものを用いることができる。例えば光硬化型エポキシ系接着剤としては長瀬ケムテック（株）製のＸＮＲ５５１６を挙げることができる。そこに直接前記乾燥剤を添加し、分散せしめれば良い。
・厚み
封止接着剤の塗布厚みは１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。これよりも薄いと封止接着剤を均一に塗れなくなり好ましくない。またこれよりも厚いと、水分が侵入する道筋が広くなり好ましくない。
＜封止方法＞
本発明においては、上記乾燥剤の入った封止接着剤をディスペンサー等により任意量塗布し、塗布後第２基板を重ねて、硬化させることにより機能素子を得ることができる。
【実施例】
【００６４】
以下に実施例によって、本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下に記載する実施例によって制限されるものではない。
【００６５】
実施例１
（ストライプ電極の形成）
無アルカリ基板上に、透明導電膜、例えばＩＴＯからなる下部電極を、スパッタリング法により２００ｎｍの膜厚に成膜し、ウェットエッチングにより幅５０μｍで間隔５０μｍのストライプ状に形成した。
【００６６】
（平坦化絶縁層の形成）
次いで、全面に感光性ポリイミドをスピンコート法により塗布したのち、ストライプ状の下部電極の外部接続端子部と機能領域との間に、ストライプ電極と直交するように、フォトリソ法により幅１０ｍｍの絶縁層を形成した。
【００６７】
（有機ＥＬ層の形成）
次いで、所定の位置に開口部を有する蒸着マスクを用いて有機ＥＬ層を堆積した。
この場合の有機ＥＬ層は、層構成及び厚さは、例えば、３０ｎｍのＭＴＤＡＴＡ〔４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェルアミン〕からなる正孔注入層、２０ｎｍのα−ＮＰＤ（Ｎ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−〔１，１’−ビフェニル〕４，４’−ジアミン）からなる正孔輸送層、３０ｎｍのホストＡｌｑ３（トリス（８−ヒドロキシキノニナート）アルミニウム）に発光材料ｔ（ｎｐａ）ｐｙ（１，３，６，８−テトラ〔Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ〕ピレンをドープした発光層、２０ｎｍのＡｌｑ３からなる電子輸送層を順次真空蒸着して形成した。
次いで、所定の位置に開口部を有する上部電極用蒸着マスクを用いて有機ＥＬ層を覆うように、Ａｌからなる上部電極を形成することにより本発明の実施例１の有機ＥＬ素子を用いた表示素子が完成した。
【００６８】
（性能および効果）
本発明の実施例１の有機ＥＬ素子を用いた表示素子では、下部電極と上部電極の間に電圧を印加することによって、下部電極から正孔が有機ＥＬ層に注入されるとともに、上部電極から電子が有機ＥＬ層に注入され、注入された正孔は正孔輸送層により発光層に輸送され、注入された電子は電子輸送層により発光層に輸送された。
こうして発光層に輸送された正孔と電子とが発光層において再結合することにより発光が生じ、発光した光は透光性を有する下部電極側から取り出された。
【００６９】
このように本発明の実施例１においては、ストライプ状の下部電極を横断するように上部電極を設けるが、ストライプ状下部電極の外部接続端子と、機能領域との間に絶縁層を設け平坦化されており、ストライプ状下部電極の厚さや形状により、機能領域において、横断した上部電極が切断されても、平坦化された絶縁層上においては上部電極は接続が保たれる為、断線をなくすことができた。また、機能領域においてストライプ状電極の短辺側には樹脂であるポリイミドが無い為、樹脂から発生するガスによる発光劣化を大幅に抑制することができた。
【００７０】
実施例２
（ストライプ電極の形成）
無アルカリガラス基板上に、ＩＴＯ透明導電膜からなる下部電極を、スパッタリング法により２００ｎｍの膜厚に成膜し、ウエットエッチングにより、幅５０μｍで間隔５０μｍのストライプ電極を形成した。
【００７１】
（平坦化絶縁層の形成）
ストライプ電極の長辺方向の両端部に、コロイダルシリカ（扶桑化学工業社製；ＰＬ−１）を、ストライプ電極と直交するように、幅１０ｍｍで塗布し、乾燥した。次いで、５００℃で１時間の熱処理を実施して平滑化絶縁層を形成した。
【００７２】
（無機ＥＬ層の形成）
基板、ストライプ電極、及び平滑化絶縁層の一部を覆うように、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）からなる第１絶縁膜を、基板温度２００℃で、装置内を１Ｐａの圧力に保持し、酸素を含むアルゴン混合ガス雰囲気中で、１ｋＷの高周波電力で、０．２ｎｍ／ｓｅｃのスパッタレートでスパッタして２００ｎｍの膜厚で成膜した。次いで、マンガン（Ｍｎ）を３モル％添加した硫化亜鉛（ＺｎＳ）からなる発光層を、基板温度３５０℃で、硫化水素（Ｈ2Ｓ）を含むアルゴン混合ガス雰囲気中、同様に高周波スパッタして４００ｎｍの膜厚で成膜した。次いで、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）からなる第２絶縁膜を、第１絶縁層と同様にして２００ｎｍの膜厚で成膜した。
基板上に上記各層を堆積した後、１０-4Ｐａの真空中で、４００℃で１時間の熱処理を実施した。
さらに、その上に、アルミニウムからなる電極を真空蒸着により５０ｎｍの膜厚で成膜し、無機ＥＬ素子を作製した。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施の形態に係る機能素子の概念図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る機能素子のストライプ電極端部の概念図である。
【図３】比較の形態に係る機能素子のストライプ電極端部の概念図である。
【符号の説明】
【００７４】
１．基板
２．第１電極
３．第２電極端子
４．第２電極
５．平坦化絶縁層
６．機能層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数のストライプ電極が並列した第１電極と、該第１電極と対向して配置された第２電極、および前記両電極間に機能層を挟持してなる機能素子であって、前記第１電極のストライプの長手方向の端部に配置され、前記ストライプ間の間隙を充填して該端部を平坦化する平坦化絶縁層を有し、前記長手方向の端部において前記機能層が前記第１電極に対して絶縁されていることを特徴とする機能素子。
【請求項２】
前記長手方向の端部において前記機能層が連続層を形成していることを特徴とする請求項１に記載の機能素子。
【請求項３】
前記平坦化絶縁層が感光性樹脂もしくは熱硬化性樹脂により形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機能素子。
【請求項４】
前記平坦化絶縁層と前記機能層との間に無機絶縁層を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の機能素子。
【請求項５】
前記機能層の少なくとも１層が発光層であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の機能素子。
【請求項６】
前記機能素子が有機電界発光素子であることを特徴とする請求項５に記載の機能素子。
【請求項７】
前記機能素子が無機電界発光素子であることを特徴とする請求項５に記載の機能素子。
【請求項１】
基板上に複数のストライプ電極が並列した第１電極と、該第１電極と対向して配置された第２電極、および前記両電極間に機能層を挟持してなる機能素子であって、前記第１電極のストライプの長手方向の端部に配置され、前記ストライプ間の間隙を充填して該端部を平坦化する平坦化絶縁層を有し、前記長手方向の端部において前記機能層が前記第１電極に対して絶縁されていることを特徴とする機能素子。
【請求項２】
前記長手方向の端部において前記機能層が連続層を形成していることを特徴とする請求項１に記載の機能素子。
【請求項３】
前記平坦化絶縁層が感光性樹脂もしくは熱硬化性樹脂により形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機能素子。
【請求項４】
前記平坦化絶縁層と前記機能層との間に無機絶縁層を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の機能素子。
【請求項５】
前記機能層の少なくとも１層が発光層であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の機能素子。
【請求項６】
前記機能素子が有機電界発光素子であることを特徴とする請求項５に記載の機能素子。
【請求項７】
前記機能素子が無機電界発光素子であることを特徴とする請求項５に記載の機能素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−１９４１１５（Ｐ２００７−１９４１１５Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１２４１９（Ｐ２００６−１２４１９）
【出願日】平成１８年１月２０日（２００６．１．２０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２０日（２００６．１．２０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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