端面発光型発光素子
【課題】光取り出し効率の改良された端面発光型発光素子を提供する。
【解決手段】光透過性の基板の一方の平面上に一対の電極4、および該電極間に少なくとも1層の発光層を挟持した積層構造体の少なくとも1つの端面より発光を取り出す端面発光型発光素子であって、前記平面上に電極端子部を有し、前記基板の平面上の前記電極によって被覆されていない領域もしくは前記電極端子部の少なくとも一方が光反射層6,7によって被覆されていることを特徴とする。
【解決手段】光透過性の基板の一方の平面上に一対の電極4、および該電極間に少なくとも1層の発光層を挟持した積層構造体の少なくとも1つの端面より発光を取り出す端面発光型発光素子であって、前記平面上に電極端子部を有し、前記基板の平面上の前記電極によって被覆されていない領域もしくは前記電極端子部の少なくとも一方が光反射層6,7によって被覆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、端面発光型発光素子に関する。特に光取り出し効率の改良された端面発光型発光素子に関する。
【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(以後有機EL素子と称することがある。)、および無機電解発光素子(以後無機EL素子と称することがある。)などの電圧を印加す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EL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】
発光素子の課題の一つが発光の取り出し効率が低いことである。発光層で発生した光は取り出し面の透明基板もしくは透明電極を通過して外部に取り出される。しかしながら、基板や電極と発光層もしくはその他の機能層との屈折率の差、および基板や電極と外部の空気との屈折率の差が大きいために、発光した光は素子内で全反射を繰り返し内部で吸収されるために、有効に外部に取り出される光の割合は、一般的に発光光量の30%以下である。
【0004】
一方、発光した光を基板や電極を通過してではなく、積層体の端面より取りだす端面発光型発光素子が知られている。端面発光型発光素子は基板の平面からは取り出せない導波光を効果的に外部へ取り出すことができれば、面発光型の発光素子よりも発光効率を高められる可能性があった。しかしながら、端面発光型発光素子の場合、光取り出し端面以外からの光の漏れがあって、有効に光取り出し端面からのみ発光を取り出すことが困難であった。
【0005】
従来、光取り出し端面以外の端面からの光の漏れに注目し、その防止手段が開示されている。例えば、導光部材上に有機EL素子を形成する特許文献において(例えば、特許文献1参照。)、光を取り出さない端面が基板の積層構造体を担持する面、或いは、それと反対の基板面に対して、垂直に形成され、この垂直な端面に光反射剤としてAlが蒸着される。しかしながら、薄層基板の垂直な端面は面積が微少であり、この垂直端面にアルミニウム反射層を蒸着して設けることは技術的に容易ではなく、仮に実現可能であるとしても、プロセス数が増加したり、装置が大型化したりするなど工業的生産性の観点から非効率であり、実現性に乏しいものであった。
光を取り出さない部分に光反射部材として酸化チタンや酸化亜鉛などの光反射材を練り込んだプラスチックシートを貼り付けることが提案されている(例えば、特許文献2参照。)。しかしながら、薄層基板の端面は面積が微少であり、プラスチックシートを必要な接着強度で貼り付けることは容易なことではなく、実現性に乏しい。また、このようなプラスチックシートは絶縁性であって、透明電極の引き出し部分等の電極部は駆動回路へ接続を阻害する問題があった。
【0006】
一方、透明基板内で反射を繰り返して消失する光をより少なくするための手段も開示されている。例えば、透明基板の発光素子を担持する面とは反対面の表面に鋸状の凹凸形状を設け、且つ該凹凸形状部分を光反射層で覆うことにより繰り返し反射することによる光の減衰を抑制し光取りだし効率を改善する手法が提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
しかしながら、これらの手段を持ってしても端面からの光取出し効率は十分ではなく、さらなる改良が望まれている。
【特許文献1】特開平10−208874号公報
【特許文献2】特開2001−244067号公報
【特許文献3】特開2003−168553号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の課題は、所望の端面からの発光輝度を増大させることを可能とする端面発光型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】
【0008】
本発明の上記課題は、下記の手段によって解決された。
<1> 光透過性の基板の一方の平面上に一対の電極、および該電極間に少なくとも1層の発光層を挟持した積層構造体の少なくとも1つの端面より発光を取り出す端面発光型発光素子であって、前記平面上に電極端子部を有し、前記基板の平面上の前記電極によって被覆されていない領域もしくは前記電極端子部の少なくとも一方が光反射層によって被覆されていることを特徴とする端面発光型発光素子。
<2> 前記電極端子部が光反射層によって被覆されていることを特徴とする<1>に記載の端面発光型発光素子。
<3> 前記電極によって被覆されていない領域が光反射層によって被覆されていることを特徴とする<1>に記載の端面発光型発光素子。
<4> 前記電極によって被覆されていない領域および前記電極端子部が光反射層によって被覆されていることを特徴とする<1>に記載の端面発光型発光素子。
<5> 前記光反射層が導電性であることを特徴とする<1>〜<4>のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
<6> 前記光反射層で被覆される前記電極端子が透明電極の端子であることを特徴とする<1>〜<5>のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
<7> 前記透明電極が酸化インジウム錫(以後の説明に於いて、ITOと略記する。)であることを特徴とする<6>に記載の端面発光型発光素子。
<8> 前記電極端子が金属薄膜であることを特徴とする<1>〜<5>のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
<9> 前記積層構造体の発光を取り出さない端面の少なくとも1つが光反射層によって被覆されていることを特徴とする<1>〜<8>のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
<10> 前記光反射層によって被覆されている端面において、前記基板の前記積層構造体を担持する面、あるいは、該基板の前記積層構造体を担持する面とは反対の面に対して該端面が成す角度が鋭角であることを特徴とする<9>に記載の端面発光型発光素子。
<11> 前記積層構造体の1つの端面より発光を取り出し、他の3つの発光を取り出さない端面が光反射層によって被覆されていることを特徴とする<9>または<10>に記載の端面発光型発光素子。
<12> 前記端面が成す角度が30°以上60°以下であることを特徴とする<10>または<11>に記載の端面発光型発光素子。
<13> 前記光反射層がアルミニウム、銀、金、クロム、もしくはこれらの合金を含有することを特徴とする<1>〜<12>のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
<14> 前記光反射層が蒸着によって形成された膜であることを特徴とする<13>に記載の端面発光型発光素子。
<15> 前記発光素子が有機電界発光素子であることを特徴とする<1>〜<14>のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
<16> 前記発光素子が無機電界発光素子であることを特徴とする<1>〜<14>のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
【発明の効果】
【0009】
本発明により、光取り出し効率の改良された端面発光型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】
【0010】
本発明の端面発光型発光素子は、面発光型の発光素子においては基板の平面からは取り出せない導波光を効果的に外部へ取り出すことができる。
基板内に閉じ込められてしまう光を基板の端面から光を取り出す場合、高い取り出し効率を実現するためには、光取り出し端面以外からの光の漏れを効果的に防ぎ、光取り出し端面からのみ発光が出射できる構造とすることが重要である。本発明者らは、光取り出し端面以外からの光漏れを鋭意解析した結果、以下の部分からの光漏れがが明らかとなり、これに対する光漏れ防止構造を施すことにより、光取り出し端面からの発光輝度が飛躍的に向上することを見出した。
・光取り出し端面以外の端面
・基板(導光部材)の表面の内、反射性部材が設けられていない部分
・発光素子の電極の内、透明電極の引き出し部分
【0011】
本発明の発光素子は、光透過性の基板の一方の平面上に一対の電極、および該電極間に少なくとも1層の発光層を挟持した積層構造体の少なくとも1つの端面より発光を取り出す端面発光型発光素子であって、前記平面上に電極端子部を有し、前記基板の平面上の前記電極によって被覆されていない領域もしくは前記電極端子部の少なくとも一方が光反射層によって被覆されている。
好ましくは、前記電極端子部が光反射層によって被覆されている。
好ましくは、前記電極によって被覆されていない領域が光反射層によって被覆されている。
さらに好ましくは、前記電極によって被覆されていない領域および前記電極端子部が光反射層によって被覆されている。
好ましくは、前記光反射層が導電性である。
好ましくは、前記光反射層で被覆される前記電極端子が透明電極の端子である。さらに好ましくは、前記透明電極がITOである。
好ましくは、前記電極端子が金属薄膜である。
【0012】
好ましくは、前記積層構造体の発光を取り出さない端面の少なくとも1つが光反射層によって被覆されている。
好ましくは、前記光反射層によって被覆されている端面において、前記基板の前記積層構造体を担持する面、あるいは、該基板の前記積層構造体を担持する面とは反対の面に対して該端面が成す角度が鋭角である。
好ましくは、前記積層構造体の1つの端面より発光を取り出し、他の3つの発光を取り出さない端面が光反射層によって被覆されている。
【0013】
好ましくは、前記光反射層が蒸着によって形成された膜である。好ましくは、前記蒸着膜が金属もしくは金属酸化物である。
好ましくは、前記発光素子が有機電界発光素子、もしくは無機電界発光素子である。
【0014】
1.有機電界発光素子
【0015】
以下、詳細に説明する。本発明における有機電界発光素子としては、従来公知のものを用いることができる。
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。
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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頁〜77頁、135頁〜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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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、および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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
本発明においては、生じた発光を導光部材となる透明基板に効率良く導光させるために、透明基板にあらかじめ設けられる電極は光透過性電極であることが好ましい。特に好ましい陽極電極はITOである。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
2.無機電界発光素子
本発明における無機電界発光素子としては、従来公知のものを用いることができる。
例えば、本発明に用いられる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。
【0057】
3.光電変換素子
本発明における光電変換素子としては、従来公知のものを用いることができる。
例えば、本発明に用いられる光電変換素子は、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。
【0058】
4.その他の素子構成部材
(樹脂封止層)
本発明の機能素子は樹脂封止層により大気との接触により、酸素や水分による素子性能の劣化を抑制することが好ましい。
<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。
【0059】
(封止接着剤)
本発明に用いられる封止接着剤は、端部よりの水分や酸素の侵入を防止する機能を有する。
<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、中でも光硬化型接着剤あるいは熱硬化型接着剤が好ましい。
【0060】
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。
【0061】
<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。
【0062】
5.素子構造
本発明の素子構造を図面により説明する。以降の説明に於いて、本発明の趣旨を説明する上で直接関係の無い封止構造やリード線等は簡単のために図から省略してある。
図1は、従来の端面発光素子の概略図である。図1aは平面図、図1bはA−A’線断面図、および図1cはB−B’ 線断面図である。光透過性基板1の一方の面上に光透過性電極2(陽極)、有機機能層3、および光不透過性電極4(陰極)を積層して有する。前記基板の他方の面上に光反射層7を有する。光透過性電極2の一端に端子部2aを構成し配される。4つの端面の内、端面Sが光取り出し端面であり、他の3端面R1、R2、およびR3は光取り出しを意図しない端面である。
【0063】
図2は、本発明の端面発光素子の1例の概略図である。図2aは平面図、図2bはA−A’ 線断面図、および図2cはB−B’ 線断面図である。図1の従来の素子と同様の積層構造で、端子部に絶縁層5を配し、さらに端子部の電極の存在しない部分および光不透過性電極4の存在しない部分を被覆するように光反射層6を有する。
【0064】
図3は、本発明の端面発光素子の別の例の概略図である。図3aは平面図、図3bはA−A’ 線断面図、および図3cはB−B’ 線断面図である。図1の従来の素子と同様の積層構造で、図2の素子と同様に端子部に絶縁層5および光反射層6を有する。さらに、光取り出し端面S以外の3端面R1、R2、およびR3はテーパー加工が施され、基板の積層構造を有する面に対して鋭角に端面が削ぎ落とされている。基板の積層構造を有しない面、および端面R1、R2、およびR3上に絶縁層8を有し、さらにその上に光反射層7が積層されている。
【0065】
端面発光素子において、光透過性電極と陰極間に電圧を印加すると、電極で挿まれた部分の有機薄膜が発光する。生じた発光は光反射層7と光反射性である光不透過性電極4の間で反射を繰り返し、透明基板1内を導波し、素子の光透過性部分から放射される。従来の端面発光素子の場合は、光取り出し端面Sに加えて、他の3つの端面R1、R2、およびR3から意図しない方向へ光漏れが生じる。また、素子の光非透過性電極で覆われていない部分や、透明電極の引き出し部分からも光漏れが生じる。これらの光漏れは端面発光素子の取り出し効率を著しく低下させる原因となる。
【0066】
図2に示す本発明の端面発光素子の一例において、従来素子では光透過性であった光透過性電極の引き出し部分と電極で覆われていない光透過性基板の端子部が光反射層6により被覆され、この部分からの光漏れが防止される。絶縁層5は、発光素子の陽極2と陰極4がショートするのを防止するために設けられる絶縁層である。本態様においては、透明電極の引き出し部分や、電極で覆われていない基板の一部からの光漏れが防止されているため、光取り出し端面Sからの発光が強められる。
【0067】
図3に示す本発明の端面発光素子の別の例において、光反射層7は、発光素子が設けられている基板表面と反対側の表面に加えて、光取り出し端面以外の端面R1、R2、およびR3を覆うように形成される。これにより光取り出し端面S以外の端面からの光漏れが防止される。光取り出しを意図しない端面をテーパー形状とすることによって、端面へ光反射層を真空蒸着で設ける工程を容易に行うことができる。光反射層を設ける前に端面をテーパー形状に加工し、基板裏面の光反射層7とテーパー部分の光反射層を同時に設置することができる。反射層7が導電性の場合は、陽極と陰極が反射層7を介してショートしないように、絶縁層8によって電極間が完全に絶縁された構造とすることができる。また、透明基板被覆反射層6は陽極2と導通し、光漏れ防止と同時に陽極の引き出し電極の役割を果たすことができる。
【0068】
基板端面のテーパー加工は、透明基板の機能層を担持する面あるいは、該基板の機能層を担持する面とは反対の面に対して該端面が成す角度を鋭角に加工することを意味し、この形状をテーパー形状と呼ぶことがある。好ましくは、前記発光を取り出す端面以外の端面の3面において前記基板面に対して該端面が成す角度が鋭角に加工される。好ましくは、端面が成す角度が30°以上60°以下、より好ましくは40°以上50°以下である。好ましくは、端面の面積が該端面の断面積より15%以上、より好ましくは30%以上大きい。端面の面積が増えることにより、光反射層が安定して、十分な厚みに設置される。端面が成す角度が60°を超えると、端面面積が減少するため光反射層を設けることが困難になるので好ましくない。一方、30°を下回ると基板の端部の強度が低下し、欠けたり割れたりするために好ましくない。該端面の上記角度は平均的角度である。該端面の傾斜面の形状は、必ずしも平面である必要はない。筋状、階段状、および波状あるいはリップル形状のような曲線を描いた形状でもよい。傾斜面の面積が大きく、蒸着時に蒸着源から陰になる部位が少ないほど光反射層を設けることが容易になるので上記傾斜角度、端面形状を端面が断面面積よりより広い面積で蒸着源に面するように選択するのが好ましい。全ての端面が同一のテーパー形状であっても、異なっても良い。また、一方の端面を基板の発光層を有する面に対して鋭角にテーパー加工し、もう一方の端面を該基板の発光層を有する面とは反対の面に対して鋭角にテーパー加工しても良く(逆テーパー加工)、またそれらの形状が異なっても良い。
【0069】
テーパー加工は、端部の断面を切削してなされる。
テーパー加工の工程は発光素子の作製後にも作製前にも行うことができる。端面のテーパー加工は所望の端面形状が実現できればどんな方法を用いても良い。たとえば砥石を用いた研磨による方法が本発明に好適に適用可能である。方法としては、回転する砥石に対して所望の角度で傾けた状態で基板端を接触させる。砥石によって端面が削れて、基板平面に対してテーパー形状となった基板端面が実現できる。この時、端面は通常スリガラス状態になるので、必要に応じてさらに研磨して平滑な平面を形成することも可能である。他のテーパー加工方法としては、サンドブラスト法やプレス加工法などが挙げられる。サンドブラスト法では砥石の細かい粒子を基板端面に吹き付けることでテーパー加工する。
プレス加工ではガラス基板を作製する段階で金型を用いて端面をテーパー形状に加工される。
【0070】
本発明に用いられる光反射層は、発生した光を反射し、効率良く光取りだし端面より取り出すことを可能にするものであって、該光反射層の光反射率は、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上である。好ましくは、金属もしくは金属酸化物であり、より好ましくは、アルミニウム、銀、金、およびクロムなどの金属である。
光反射層としては、基板の他方の平面に裏面反射層、電極端子部あるいは電極によって被覆されていない部分の光反射層、および光取り出し端面以外の端面の光反射層があるが、これらの光反射層の材料は同一であっても互いに異なっても良い。
光反射層は、いかなる手段によって形成しても良い。本発明においては、光反射層は好ましくは蒸着によって形成される。光反射層は、好ましくは、厚み0.01μm〜1μm、より好ましくは、0.05μm〜0.2μmに蒸着される
【0071】
基板上への電極および機能層の形成、および光反射層の形成の手順はいかなる手順であっても良い。例えば、基板の一方の平面に裏面反射層を設置した後に基板の他方の平面へ電極および機能層を設けて、その後に電極端子部あるいは電極によって被覆されていない部分への光反射層の蒸着、および光取り出し端面以外の端面への光反射層の蒸着を行っても良い。あるいは、基板の一方の平面に電極および機能層を設けて後に、基板の他方の平面に裏面反射層の蒸着、電極端子部あるいは電極によって被覆されていない部分への光反射層の蒸着、および光取り出し端面以外の端面への光反射層の蒸着を行っても良い。
【0072】
光反射層としては、基板の他方の平面に裏面反射層、電極端子部あるいは電極によって被覆されていない部分の光反射層、および光取り出し端面以外の端面の光反射層があるが、これらの光反射層の材料は逐次の工程で設けても、発光素子または蒸着源を回転したり、あるいはマルチステーション蒸着源を用いるなどによって同時に行っても良い。
【0073】
絶縁層5および絶縁層8は、電極間のショートを防止する目的を達成できればどんなものを用いてもよく、乾式成膜による方法でも、湿式成膜による方法でも良い。また、反射層が導電性を持たない場合には絶縁層は無くても良い。
【0074】
本発明は、図2および図3に例示された透明基板被覆反射層6による光取り出し効率の向上、さらには光取り出し端面以外の端面Rを覆う光反射層7による端面発光素子の光取り出し効率の向上を意図したものであり、この発想に基づく素子構造であれば上記の説明に関係なく、本発明の範疇である。
【実施例】
【0075】
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。
【0076】
実施例1
1.素子の作製
(比較の素子:比較例1)
従来の端面発光素子1Aの作製例である。関連する図は、図4〜図7である。
30mm(縦)×40mm(横)×1mm(厚み)の無アルカリガラス基板11上に、ITOからなる透明陽極電極12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整形した。得られた構造を図4に示す。図4aは概略平面図、図4bはA−A’線断面図である。12aで示される部分がITO電極の引き出し部分である。
【0077】
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13を堆積した。得られた構造を図5に示す。図5aは概略平面図、図5bはA−A’線断面図である。
有機EL層の層として、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。
【0078】
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、アルミニウム(Al)からなる陰極電極14を形成することにより有機EL素子を作製した。得られた構造を図6に示す。図6aは概略平面図、図6bはA−A’線断面図である。
次いで、有機EL素子部を覆うようにガラスキャップを熱硬化接着剤で接着し封止とした(図示せず)。
【0079】
次いで、図7に示すように、発光素子が設けられたのとは反対側の基板表面にアルミ蒸着膜からなる光反射層15を形成した。
次いで、光取り出し端面を光学研磨して、清浄な光取り出し端面を形成することで素子1Aを得た。
【0080】
(本発明の素子:端面発光有機EL素子1B)
下記により本発明による端面発光有機EL素子1Bを作製した。関連する図は、図8〜図10である。
陰極電極14の形成までは比較例1と同様に行った。
次いで、所定の位置に開口部を有する絶縁層用蒸着マスクを用いて1,3−ビス(9−カルバゾリル)ベンゼン(mCP)からなる電極間ショート防止の絶縁層16を真空蒸着法により形成した。得られた構造を図8に示す。図8aは概略平面図、図8bはA−A’線断面図である。
次いで、透明電極の引き出し部分と透明基板の電極で覆われていない部分を50nmのアルミ蒸着膜17で覆い光反射層を形成した。光反射層17は素子の陽極引き出し部と導通しており、陽極引き出し部として機能する。得られた構造を図9に示す。図9aは概略平面図、図9bはA−A’線断面図である。
次いで、有機EL素子部を覆うようにガラスキャップを熱硬化接着剤で接着し封止とした(図示せず)。
【0081】
次いで、図10に示すように、発光素子が設けられたのとは反対側の基板表面にアルミ蒸着膜からなる光反射層15を形成した。
次いで、光取り出し端面を光学研磨して、清浄な光取り出し端面を形成することで素子1Bを得た。
【0082】
(本発明の素子:端面発光有機EL素子1C)
下記により本発明による端面発光有機EL素子1Cを作製した。関連する図は、図11〜図15である。
陰極電極14の形成までは比較例1と同様に行った。ただし、図11に示すように、基板として光取り出し端面以外の3端面を予めテーパー加工したガラス基板を用いた。テーパー加工は、回転させたガラス研磨装置の砥石部に対して、基板平面を45°傾けた状態で端面を接触させ、端面が基板平面に対して45°の角度を持つように形成した。研磨装置の砥石部は平面形状のものを使用して、ガラス基板の端面は平面形状とした。
次いで、所定の位置に開口部を有する絶縁層用蒸着マスクを用いて1,3−ビス(9−カルバゾリル)ベンゼン(mCP)からなる電極間ショート防止の絶縁層16を真空蒸着法により形成した。得られた構造を図12に示す。図12aは概略平面図、図12bはA−A’線断面図である。
次いで、透明電極の引き出し部分と透明基板の電極で覆われていない部分を50nmのアルミ蒸着膜で覆って光反射層17を形成した。得られた構造を図13に示す。図13aは概略平面図、図13bはA−A’線断面図である。
次いで、有機EL素子部を覆うようにガラスキャップを熱硬化接着剤で接着し封止とした(図示せず)。
次いで、図14に示すように、発光素子が設けられたのとは反対側の基板表面と光取り出し端面以外の端面を覆うように、1,3−ビス(9−カルバゾリル)ベンゼン(mCP)からなる電極間ショート防止の絶縁層18を真空蒸着法により100nm形成した。
次いで、図15に示すように、発光素子が設けられたのとは反対側の基板表面と光取り出し端面以外の端面を覆うように、アルミ蒸着膜からなる光反射層15を形成した。
次いで、光取り出し端面を光学研磨して、清浄な光取り出し端面を形成することで素子1Cを得た。
【0083】
2.性能評価
(光取り出し部以外からの発光の漏れの評価)
《測定方法》
完成した発光素子に電圧を印加して、光取り出し部以外からの発光の漏れが無いかを目視確認した。
《結果》
素子1Aおよび素子1Bおよび素子1Cの電極に7Vの電圧を印加し、発光の様子を確認した。素子1Cは光取り出し端面以外からは顕著な光漏れは観測されなかった。素子1A、1Bでは、光取り出し端面以外の端面で光の漏れが認められた。さらに、素子1Aでは、電極端子部からも発光漏れが明瞭に観測された。
【0084】
(端面発光強度の測定)
《測定方法》
素子1A、素子1B、素子1Cに7Vの電圧を印加し、端面からの発光をそれぞれ輝度計で測定した。
《結果》
光取り出し端面からの発光強度は、素子1Aでは1050cd/m2、素子1Bでは1430cd/m2、素子1Cでは2450cd/m2であった。本発明の素子は、意図しない部分からの光の漏れが減少し、光取り出し端面からの発光強度が改善された。
【0085】
実施例2
1.端面発光無機EL素子の作製
(端面発光無機EL素子2Bの作製)
実施例1の有機EL素子1Bの代わりに下記の無機EL素子を用いてその他は、実施例1と同様にして端面発光素子2Bを作製した。
<無機EL層>
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。
【0086】
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無機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無機EL素子を作製した。
【0087】
次いで、実施例1と同様に封止後、反射層を透明電極の引き出し部分と電極に覆われていない部分に蒸着した。
【0088】
(端面発光無機EL素子2Cの作製)
実施例1Cと同様の端面をテーパー加工した基板を用いて素子2Cを作製した。
(比較の素子:比較例2)
比較のために、電極端子部あるいは電極によって被覆されていない部分への蒸着を行わず、端面のテーパー加工も行わない素子2Aを作製した。
【0089】
2.性能評価
(光取り出し部以外からの発光の漏れの評価)
《測定方法》
完成した発光素子に電圧を印加して、光取り出し部以外からの発光の漏れが無いかを目視確認した。
《結果》
素子2Aおよび素子2Bおよび素子2Cの電極に150Vの交流電圧を印加し、発光の様子を確認した。素子2Cは光取り出し端面以外からは顕著な光漏れは観測されなかった。素子2A、2Bでは、光取り出し端面以外の端面で光の漏れが認められた。さらに、素子2Aでは、電極端子部からも発光漏れが明瞭に観測された。
【図面の簡単な説明】
【0090】
【図1−A】従来の端面発光素子の概略図である。 1a:平面概略図、1b:A−A’線断面概略図
【図1−B】従来の端面発光素子のB−B’線断面概略図である。
【図2−A】本発明の発光素子の断面概略図である。 2a:平面概略図、2b:A−A’線断面概略図
【図2−B】本発明の発光素子のB−B’線断面概略図である。
【図3−A】本発明の別の態様の発光素子の断面概略図である。 3a:平面概略図、3b:A−A’線断面概略図
【図3−B】本発明の別の態様の発光素子のB−B’線断面概略図である。
【図4】従来の端面発光素子の製造工程における中間構造の概略図である。
【図5】従来の端面発光素子の製造工程における中間構造の概略図である。
【図6】従来の端面発光素子の製造工程における中間構造の概略図である。
【図7】従来の端面発光素子の製造工程における中間構造の概略図である。
【図8】本発明による一例の端面発光素子の製造工程における中間構造体の概略図である。
【図9】本発明による一例の端面発光素子の製造工程における中間構造体の概略図である。
【図10】本発明による一例の端面発光素子の製造工程における中間構造体の概略図である。
【図11】本発明による別の態様の端面発光素子の製造工程における中間構造体の概略図である。
【図12】本発明による別の態様の端面発光素子の製造工程における中間構造体の概略図である。
【図13】本発明による別の態様の端面発光素子の製造工程における中間構造体の概略図である。
【図14】本発明による別の態様の端面発光素子の製造工程における中間構造体の概略図である。
【図15】本発明による別の態様の端面発光素子の製造工程における中間構造体の概略図である。
【符号の説明】
【0091】
1:光透過性基板
2:光透過性電極(陽極)
3:有機機能層
4:非透過性電極(陰極)
5:絶縁層
6、7:光反射層
8:絶縁層
S:光取り出し端面
R1、R2,R3:光取り出しを意図しない端面
11:ガラス基板
12:ITO電極
12a:ITO電極引き出し部
13:有機EL層
14:陰極
15:光反射層
16:絶縁層
17:光反射層
18:絶縁層
【技術分野】
【0001】
本発明は、端面発光型発光素子に関する。特に光取り出し効率の改良された端面発光型発光素子に関する。
【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(以後有機EL素子と称することがある。)、および無機電解発光素子(以後無機EL素子と称することがある。)などの電圧を印加す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EL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】
発光素子の課題の一つが発光の取り出し効率が低いことである。発光層で発生した光は取り出し面の透明基板もしくは透明電極を通過して外部に取り出される。しかしながら、基板や電極と発光層もしくはその他の機能層との屈折率の差、および基板や電極と外部の空気との屈折率の差が大きいために、発光した光は素子内で全反射を繰り返し内部で吸収されるために、有効に外部に取り出される光の割合は、一般的に発光光量の30%以下である。
【0004】
一方、発光した光を基板や電極を通過してではなく、積層体の端面より取りだす端面発光型発光素子が知られている。端面発光型発光素子は基板の平面からは取り出せない導波光を効果的に外部へ取り出すことができれば、面発光型の発光素子よりも発光効率を高められる可能性があった。しかしながら、端面発光型発光素子の場合、光取り出し端面以外からの光の漏れがあって、有効に光取り出し端面からのみ発光を取り出すことが困難であった。
【0005】
従来、光取り出し端面以外の端面からの光の漏れに注目し、その防止手段が開示されている。例えば、導光部材上に有機EL素子を形成する特許文献において(例えば、特許文献1参照。)、光を取り出さない端面が基板の積層構造体を担持する面、或いは、それと反対の基板面に対して、垂直に形成され、この垂直な端面に光反射剤としてAlが蒸着される。しかしながら、薄層基板の垂直な端面は面積が微少であり、この垂直端面にアルミニウム反射層を蒸着して設けることは技術的に容易ではなく、仮に実現可能であるとしても、プロセス数が増加したり、装置が大型化したりするなど工業的生産性の観点から非効率であり、実現性に乏しいものであった。
光を取り出さない部分に光反射部材として酸化チタンや酸化亜鉛などの光反射材を練り込んだプラスチックシートを貼り付けることが提案されている(例えば、特許文献2参照。)。しかしながら、薄層基板の端面は面積が微少であり、プラスチックシートを必要な接着強度で貼り付けることは容易なことではなく、実現性に乏しい。また、このようなプラスチックシートは絶縁性であって、透明電極の引き出し部分等の電極部は駆動回路へ接続を阻害する問題があった。
【0006】
一方、透明基板内で反射を繰り返して消失する光をより少なくするための手段も開示されている。例えば、透明基板の発光素子を担持する面とは反対面の表面に鋸状の凹凸形状を設け、且つ該凹凸形状部分を光反射層で覆うことにより繰り返し反射することによる光の減衰を抑制し光取りだし効率を改善する手法が提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
しかしながら、これらの手段を持ってしても端面からの光取出し効率は十分ではなく、さらなる改良が望まれている。
【特許文献1】特開平10−208874号公報
【特許文献2】特開2001−244067号公報
【特許文献3】特開2003−168553号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の課題は、所望の端面からの発光輝度を増大させることを可能とする端面発光型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】
【0008】
本発明の上記課題は、下記の手段によって解決された。
<1> 光透過性の基板の一方の平面上に一対の電極、および該電極間に少なくとも1層の発光層を挟持した積層構造体の少なくとも1つの端面より発光を取り出す端面発光型発光素子であって、前記平面上に電極端子部を有し、前記基板の平面上の前記電極によって被覆されていない領域もしくは前記電極端子部の少なくとも一方が光反射層によって被覆されていることを特徴とする端面発光型発光素子。
<2> 前記電極端子部が光反射層によって被覆されていることを特徴とする<1>に記載の端面発光型発光素子。
<3> 前記電極によって被覆されていない領域が光反射層によって被覆されていることを特徴とする<1>に記載の端面発光型発光素子。
<4> 前記電極によって被覆されていない領域および前記電極端子部が光反射層によって被覆されていることを特徴とする<1>に記載の端面発光型発光素子。
<5> 前記光反射層が導電性であることを特徴とする<1>〜<4>のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
<6> 前記光反射層で被覆される前記電極端子が透明電極の端子であることを特徴とする<1>〜<5>のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
<7> 前記透明電極が酸化インジウム錫(以後の説明に於いて、ITOと略記する。)であることを特徴とする<6>に記載の端面発光型発光素子。
<8> 前記電極端子が金属薄膜であることを特徴とする<1>〜<5>のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
<9> 前記積層構造体の発光を取り出さない端面の少なくとも1つが光反射層によって被覆されていることを特徴とする<1>〜<8>のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
<10> 前記光反射層によって被覆されている端面において、前記基板の前記積層構造体を担持する面、あるいは、該基板の前記積層構造体を担持する面とは反対の面に対して該端面が成す角度が鋭角であることを特徴とする<9>に記載の端面発光型発光素子。
<11> 前記積層構造体の1つの端面より発光を取り出し、他の3つの発光を取り出さない端面が光反射層によって被覆されていることを特徴とする<9>または<10>に記載の端面発光型発光素子。
<12> 前記端面が成す角度が30°以上60°以下であることを特徴とする<10>または<11>に記載の端面発光型発光素子。
<13> 前記光反射層がアルミニウム、銀、金、クロム、もしくはこれらの合金を含有することを特徴とする<1>〜<12>のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
<14> 前記光反射層が蒸着によって形成された膜であることを特徴とする<13>に記載の端面発光型発光素子。
<15> 前記発光素子が有機電界発光素子であることを特徴とする<1>〜<14>のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
<16> 前記発光素子が無機電界発光素子であることを特徴とする<1>〜<14>のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
【発明の効果】
【0009】
本発明により、光取り出し効率の改良された端面発光型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】
【0010】
本発明の端面発光型発光素子は、面発光型の発光素子においては基板の平面からは取り出せない導波光を効果的に外部へ取り出すことができる。
基板内に閉じ込められてしまう光を基板の端面から光を取り出す場合、高い取り出し効率を実現するためには、光取り出し端面以外からの光の漏れを効果的に防ぎ、光取り出し端面からのみ発光が出射できる構造とすることが重要である。本発明者らは、光取り出し端面以外からの光漏れを鋭意解析した結果、以下の部分からの光漏れがが明らかとなり、これに対する光漏れ防止構造を施すことにより、光取り出し端面からの発光輝度が飛躍的に向上することを見出した。
・光取り出し端面以外の端面
・基板(導光部材)の表面の内、反射性部材が設けられていない部分
・発光素子の電極の内、透明電極の引き出し部分
【0011】
本発明の発光素子は、光透過性の基板の一方の平面上に一対の電極、および該電極間に少なくとも1層の発光層を挟持した積層構造体の少なくとも1つの端面より発光を取り出す端面発光型発光素子であって、前記平面上に電極端子部を有し、前記基板の平面上の前記電極によって被覆されていない領域もしくは前記電極端子部の少なくとも一方が光反射層によって被覆されている。
好ましくは、前記電極端子部が光反射層によって被覆されている。
好ましくは、前記電極によって被覆されていない領域が光反射層によって被覆されている。
さらに好ましくは、前記電極によって被覆されていない領域および前記電極端子部が光反射層によって被覆されている。
好ましくは、前記光反射層が導電性である。
好ましくは、前記光反射層で被覆される前記電極端子が透明電極の端子である。さらに好ましくは、前記透明電極がITOである。
好ましくは、前記電極端子が金属薄膜である。
【0012】
好ましくは、前記積層構造体の発光を取り出さない端面の少なくとも1つが光反射層によって被覆されている。
好ましくは、前記光反射層によって被覆されている端面において、前記基板の前記積層構造体を担持する面、あるいは、該基板の前記積層構造体を担持する面とは反対の面に対して該端面が成す角度が鋭角である。
好ましくは、前記積層構造体の1つの端面より発光を取り出し、他の3つの発光を取り出さない端面が光反射層によって被覆されている。
【0013】
好ましくは、前記光反射層が蒸着によって形成された膜である。好ましくは、前記蒸着膜が金属もしくは金属酸化物である。
好ましくは、前記発光素子が有機電界発光素子、もしくは無機電界発光素子である。
【0014】
1.有機電界発光素子
【0015】
以下、詳細に説明する。本発明における有機電界発光素子としては、従来公知のものを用いることができる。
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。
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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頁〜77頁、135頁〜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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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、および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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
本発明においては、生じた発光を導光部材となる透明基板に効率良く導光させるために、透明基板にあらかじめ設けられる電極は光透過性電極であることが好ましい。特に好ましい陽極電極はITOである。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
2.無機電界発光素子
本発明における無機電界発光素子としては、従来公知のものを用いることができる。
例えば、本発明に用いられる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。
【0057】
3.光電変換素子
本発明における光電変換素子としては、従来公知のものを用いることができる。
例えば、本発明に用いられる光電変換素子は、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。
【0058】
4.その他の素子構成部材
(樹脂封止層)
本発明の機能素子は樹脂封止層により大気との接触により、酸素や水分による素子性能の劣化を抑制することが好ましい。
<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。
【0059】
(封止接着剤)
本発明に用いられる封止接着剤は、端部よりの水分や酸素の侵入を防止する機能を有する。
<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、中でも光硬化型接着剤あるいは熱硬化型接着剤が好ましい。
【0060】
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。
【0061】
<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。
【0062】
5.素子構造
本発明の素子構造を図面により説明する。以降の説明に於いて、本発明の趣旨を説明する上で直接関係の無い封止構造やリード線等は簡単のために図から省略してある。
図1は、従来の端面発光素子の概略図である。図1aは平面図、図1bはA−A’線断面図、および図1cはB−B’ 線断面図である。光透過性基板1の一方の面上に光透過性電極2(陽極)、有機機能層3、および光不透過性電極4(陰極)を積層して有する。前記基板の他方の面上に光反射層7を有する。光透過性電極2の一端に端子部2aを構成し配される。4つの端面の内、端面Sが光取り出し端面であり、他の3端面R1、R2、およびR3は光取り出しを意図しない端面である。
【0063】
図2は、本発明の端面発光素子の1例の概略図である。図2aは平面図、図2bはA−A’ 線断面図、および図2cはB−B’ 線断面図である。図1の従来の素子と同様の積層構造で、端子部に絶縁層5を配し、さらに端子部の電極の存在しない部分および光不透過性電極4の存在しない部分を被覆するように光反射層6を有する。
【0064】
図3は、本発明の端面発光素子の別の例の概略図である。図3aは平面図、図3bはA−A’ 線断面図、および図3cはB−B’ 線断面図である。図1の従来の素子と同様の積層構造で、図2の素子と同様に端子部に絶縁層5および光反射層6を有する。さらに、光取り出し端面S以外の3端面R1、R2、およびR3はテーパー加工が施され、基板の積層構造を有する面に対して鋭角に端面が削ぎ落とされている。基板の積層構造を有しない面、および端面R1、R2、およびR3上に絶縁層8を有し、さらにその上に光反射層7が積層されている。
【0065】
端面発光素子において、光透過性電極と陰極間に電圧を印加すると、電極で挿まれた部分の有機薄膜が発光する。生じた発光は光反射層7と光反射性である光不透過性電極4の間で反射を繰り返し、透明基板1内を導波し、素子の光透過性部分から放射される。従来の端面発光素子の場合は、光取り出し端面Sに加えて、他の3つの端面R1、R2、およびR3から意図しない方向へ光漏れが生じる。また、素子の光非透過性電極で覆われていない部分や、透明電極の引き出し部分からも光漏れが生じる。これらの光漏れは端面発光素子の取り出し効率を著しく低下させる原因となる。
【0066】
図2に示す本発明の端面発光素子の一例において、従来素子では光透過性であった光透過性電極の引き出し部分と電極で覆われていない光透過性基板の端子部が光反射層6により被覆され、この部分からの光漏れが防止される。絶縁層5は、発光素子の陽極2と陰極4がショートするのを防止するために設けられる絶縁層である。本態様においては、透明電極の引き出し部分や、電極で覆われていない基板の一部からの光漏れが防止されているため、光取り出し端面Sからの発光が強められる。
【0067】
図3に示す本発明の端面発光素子の別の例において、光反射層7は、発光素子が設けられている基板表面と反対側の表面に加えて、光取り出し端面以外の端面R1、R2、およびR3を覆うように形成される。これにより光取り出し端面S以外の端面からの光漏れが防止される。光取り出しを意図しない端面をテーパー形状とすることによって、端面へ光反射層を真空蒸着で設ける工程を容易に行うことができる。光反射層を設ける前に端面をテーパー形状に加工し、基板裏面の光反射層7とテーパー部分の光反射層を同時に設置することができる。反射層7が導電性の場合は、陽極と陰極が反射層7を介してショートしないように、絶縁層8によって電極間が完全に絶縁された構造とすることができる。また、透明基板被覆反射層6は陽極2と導通し、光漏れ防止と同時に陽極の引き出し電極の役割を果たすことができる。
【0068】
基板端面のテーパー加工は、透明基板の機能層を担持する面あるいは、該基板の機能層を担持する面とは反対の面に対して該端面が成す角度を鋭角に加工することを意味し、この形状をテーパー形状と呼ぶことがある。好ましくは、前記発光を取り出す端面以外の端面の3面において前記基板面に対して該端面が成す角度が鋭角に加工される。好ましくは、端面が成す角度が30°以上60°以下、より好ましくは40°以上50°以下である。好ましくは、端面の面積が該端面の断面積より15%以上、より好ましくは30%以上大きい。端面の面積が増えることにより、光反射層が安定して、十分な厚みに設置される。端面が成す角度が60°を超えると、端面面積が減少するため光反射層を設けることが困難になるので好ましくない。一方、30°を下回ると基板の端部の強度が低下し、欠けたり割れたりするために好ましくない。該端面の上記角度は平均的角度である。該端面の傾斜面の形状は、必ずしも平面である必要はない。筋状、階段状、および波状あるいはリップル形状のような曲線を描いた形状でもよい。傾斜面の面積が大きく、蒸着時に蒸着源から陰になる部位が少ないほど光反射層を設けることが容易になるので上記傾斜角度、端面形状を端面が断面面積よりより広い面積で蒸着源に面するように選択するのが好ましい。全ての端面が同一のテーパー形状であっても、異なっても良い。また、一方の端面を基板の発光層を有する面に対して鋭角にテーパー加工し、もう一方の端面を該基板の発光層を有する面とは反対の面に対して鋭角にテーパー加工しても良く(逆テーパー加工)、またそれらの形状が異なっても良い。
【0069】
テーパー加工は、端部の断面を切削してなされる。
テーパー加工の工程は発光素子の作製後にも作製前にも行うことができる。端面のテーパー加工は所望の端面形状が実現できればどんな方法を用いても良い。たとえば砥石を用いた研磨による方法が本発明に好適に適用可能である。方法としては、回転する砥石に対して所望の角度で傾けた状態で基板端を接触させる。砥石によって端面が削れて、基板平面に対してテーパー形状となった基板端面が実現できる。この時、端面は通常スリガラス状態になるので、必要に応じてさらに研磨して平滑な平面を形成することも可能である。他のテーパー加工方法としては、サンドブラスト法やプレス加工法などが挙げられる。サンドブラスト法では砥石の細かい粒子を基板端面に吹き付けることでテーパー加工する。
プレス加工ではガラス基板を作製する段階で金型を用いて端面をテーパー形状に加工される。
【0070】
本発明に用いられる光反射層は、発生した光を反射し、効率良く光取りだし端面より取り出すことを可能にするものであって、該光反射層の光反射率は、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上である。好ましくは、金属もしくは金属酸化物であり、より好ましくは、アルミニウム、銀、金、およびクロムなどの金属である。
光反射層としては、基板の他方の平面に裏面反射層、電極端子部あるいは電極によって被覆されていない部分の光反射層、および光取り出し端面以外の端面の光反射層があるが、これらの光反射層の材料は同一であっても互いに異なっても良い。
光反射層は、いかなる手段によって形成しても良い。本発明においては、光反射層は好ましくは蒸着によって形成される。光反射層は、好ましくは、厚み0.01μm〜1μm、より好ましくは、0.05μm〜0.2μmに蒸着される
【0071】
基板上への電極および機能層の形成、および光反射層の形成の手順はいかなる手順であっても良い。例えば、基板の一方の平面に裏面反射層を設置した後に基板の他方の平面へ電極および機能層を設けて、その後に電極端子部あるいは電極によって被覆されていない部分への光反射層の蒸着、および光取り出し端面以外の端面への光反射層の蒸着を行っても良い。あるいは、基板の一方の平面に電極および機能層を設けて後に、基板の他方の平面に裏面反射層の蒸着、電極端子部あるいは電極によって被覆されていない部分への光反射層の蒸着、および光取り出し端面以外の端面への光反射層の蒸着を行っても良い。
【0072】
光反射層としては、基板の他方の平面に裏面反射層、電極端子部あるいは電極によって被覆されていない部分の光反射層、および光取り出し端面以外の端面の光反射層があるが、これらの光反射層の材料は逐次の工程で設けても、発光素子または蒸着源を回転したり、あるいはマルチステーション蒸着源を用いるなどによって同時に行っても良い。
【0073】
絶縁層5および絶縁層8は、電極間のショートを防止する目的を達成できればどんなものを用いてもよく、乾式成膜による方法でも、湿式成膜による方法でも良い。また、反射層が導電性を持たない場合には絶縁層は無くても良い。
【0074】
本発明は、図2および図3に例示された透明基板被覆反射層6による光取り出し効率の向上、さらには光取り出し端面以外の端面Rを覆う光反射層7による端面発光素子の光取り出し効率の向上を意図したものであり、この発想に基づく素子構造であれば上記の説明に関係なく、本発明の範疇である。
【実施例】
【0075】
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。
【0076】
実施例1
1.素子の作製
(比較の素子:比較例1)
従来の端面発光素子1Aの作製例である。関連する図は、図4〜図7である。
30mm(縦)×40mm(横)×1mm(厚み)の無アルカリガラス基板11上に、ITOからなる透明陽極電極12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整形した。得られた構造を図4に示す。図4aは概略平面図、図4bはA−A’線断面図である。12aで示される部分がITO電極の引き出し部分である。
【0077】
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13を堆積した。得られた構造を図5に示す。図5aは概略平面図、図5bはA−A’線断面図である。
有機EL層の層として、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。
【0078】
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、アルミニウム(Al)からなる陰極電極14を形成することにより有機EL素子を作製した。得られた構造を図6に示す。図6aは概略平面図、図6bはA−A’線断面図である。
次いで、有機EL素子部を覆うようにガラスキャップを熱硬化接着剤で接着し封止とした(図示せず)。
【0079】
次いで、図7に示すように、発光素子が設けられたのとは反対側の基板表面にアルミ蒸着膜からなる光反射層15を形成した。
次いで、光取り出し端面を光学研磨して、清浄な光取り出し端面を形成することで素子1Aを得た。
【0080】
(本発明の素子:端面発光有機EL素子1B)
下記により本発明による端面発光有機EL素子1Bを作製した。関連する図は、図8〜図10である。
陰極電極14の形成までは比較例1と同様に行った。
次いで、所定の位置に開口部を有する絶縁層用蒸着マスクを用いて1,3−ビス(9−カルバゾリル)ベンゼン(mCP)からなる電極間ショート防止の絶縁層16を真空蒸着法により形成した。得られた構造を図8に示す。図8aは概略平面図、図8bはA−A’線断面図である。
次いで、透明電極の引き出し部分と透明基板の電極で覆われていない部分を50nmのアルミ蒸着膜17で覆い光反射層を形成した。光反射層17は素子の陽極引き出し部と導通しており、陽極引き出し部として機能する。得られた構造を図9に示す。図9aは概略平面図、図9bはA−A’線断面図である。
次いで、有機EL素子部を覆うようにガラスキャップを熱硬化接着剤で接着し封止とした(図示せず)。
【0081】
次いで、図10に示すように、発光素子が設けられたのとは反対側の基板表面にアルミ蒸着膜からなる光反射層15を形成した。
次いで、光取り出し端面を光学研磨して、清浄な光取り出し端面を形成することで素子1Bを得た。
【0082】
(本発明の素子:端面発光有機EL素子1C)
下記により本発明による端面発光有機EL素子1Cを作製した。関連する図は、図11〜図15である。
陰極電極14の形成までは比較例1と同様に行った。ただし、図11に示すように、基板として光取り出し端面以外の3端面を予めテーパー加工したガラス基板を用いた。テーパー加工は、回転させたガラス研磨装置の砥石部に対して、基板平面を45°傾けた状態で端面を接触させ、端面が基板平面に対して45°の角度を持つように形成した。研磨装置の砥石部は平面形状のものを使用して、ガラス基板の端面は平面形状とした。
次いで、所定の位置に開口部を有する絶縁層用蒸着マスクを用いて1,3−ビス(9−カルバゾリル)ベンゼン(mCP)からなる電極間ショート防止の絶縁層16を真空蒸着法により形成した。得られた構造を図12に示す。図12aは概略平面図、図12bはA−A’線断面図である。
次いで、透明電極の引き出し部分と透明基板の電極で覆われていない部分を50nmのアルミ蒸着膜で覆って光反射層17を形成した。得られた構造を図13に示す。図13aは概略平面図、図13bはA−A’線断面図である。
次いで、有機EL素子部を覆うようにガラスキャップを熱硬化接着剤で接着し封止とした(図示せず)。
次いで、図14に示すように、発光素子が設けられたのとは反対側の基板表面と光取り出し端面以外の端面を覆うように、1,3−ビス(9−カルバゾリル)ベンゼン(mCP)からなる電極間ショート防止の絶縁層18を真空蒸着法により100nm形成した。
次いで、図15に示すように、発光素子が設けられたのとは反対側の基板表面と光取り出し端面以外の端面を覆うように、アルミ蒸着膜からなる光反射層15を形成した。
次いで、光取り出し端面を光学研磨して、清浄な光取り出し端面を形成することで素子1Cを得た。
【0083】
2.性能評価
(光取り出し部以外からの発光の漏れの評価)
《測定方法》
完成した発光素子に電圧を印加して、光取り出し部以外からの発光の漏れが無いかを目視確認した。
《結果》
素子1Aおよび素子1Bおよび素子1Cの電極に7Vの電圧を印加し、発光の様子を確認した。素子1Cは光取り出し端面以外からは顕著な光漏れは観測されなかった。素子1A、1Bでは、光取り出し端面以外の端面で光の漏れが認められた。さらに、素子1Aでは、電極端子部からも発光漏れが明瞭に観測された。
【0084】
(端面発光強度の測定)
《測定方法》
素子1A、素子1B、素子1Cに7Vの電圧を印加し、端面からの発光をそれぞれ輝度計で測定した。
《結果》
光取り出し端面からの発光強度は、素子1Aでは1050cd/m2、素子1Bでは1430cd/m2、素子1Cでは2450cd/m2であった。本発明の素子は、意図しない部分からの光の漏れが減少し、光取り出し端面からの発光強度が改善された。
【0085】
実施例2
1.端面発光無機EL素子の作製
(端面発光無機EL素子2Bの作製)
実施例1の有機EL素子1Bの代わりに下記の無機EL素子を用いてその他は、実施例1と同様にして端面発光素子2Bを作製した。
<無機EL層>
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。
【0086】
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無機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無機EL素子を作製した。
【0087】
次いで、実施例1と同様に封止後、反射層を透明電極の引き出し部分と電極に覆われていない部分に蒸着した。
【0088】
(端面発光無機EL素子2Cの作製)
実施例1Cと同様の端面をテーパー加工した基板を用いて素子2Cを作製した。
(比較の素子:比較例2)
比較のために、電極端子部あるいは電極によって被覆されていない部分への蒸着を行わず、端面のテーパー加工も行わない素子2Aを作製した。
【0089】
2.性能評価
(光取り出し部以外からの発光の漏れの評価)
《測定方法》
完成した発光素子に電圧を印加して、光取り出し部以外からの発光の漏れが無いかを目視確認した。
《結果》
素子2Aおよび素子2Bおよび素子2Cの電極に150Vの交流電圧を印加し、発光の様子を確認した。素子2Cは光取り出し端面以外からは顕著な光漏れは観測されなかった。素子2A、2Bでは、光取り出し端面以外の端面で光の漏れが認められた。さらに、素子2Aでは、電極端子部からも発光漏れが明瞭に観測された。
【図面の簡単な説明】
【0090】
【図1−A】従来の端面発光素子の概略図である。 1a:平面概略図、1b:A−A’線断面概略図
【図1−B】従来の端面発光素子のB−B’線断面概略図である。
【図2−A】本発明の発光素子の断面概略図である。 2a:平面概略図、2b:A−A’線断面概略図
【図2−B】本発明の発光素子のB−B’線断面概略図である。
【図3−A】本発明の別の態様の発光素子の断面概略図である。 3a:平面概略図、3b:A−A’線断面概略図
【図3−B】本発明の別の態様の発光素子のB−B’線断面概略図である。
【図4】従来の端面発光素子の製造工程における中間構造の概略図である。
【図5】従来の端面発光素子の製造工程における中間構造の概略図である。
【図6】従来の端面発光素子の製造工程における中間構造の概略図である。
【図7】従来の端面発光素子の製造工程における中間構造の概略図である。
【図8】本発明による一例の端面発光素子の製造工程における中間構造体の概略図である。
【図9】本発明による一例の端面発光素子の製造工程における中間構造体の概略図である。
【図10】本発明による一例の端面発光素子の製造工程における中間構造体の概略図である。
【図11】本発明による別の態様の端面発光素子の製造工程における中間構造体の概略図である。
【図12】本発明による別の態様の端面発光素子の製造工程における中間構造体の概略図である。
【図13】本発明による別の態様の端面発光素子の製造工程における中間構造体の概略図である。
【図14】本発明による別の態様の端面発光素子の製造工程における中間構造体の概略図である。
【図15】本発明による別の態様の端面発光素子の製造工程における中間構造体の概略図である。
【符号の説明】
【0091】
1:光透過性基板
2:光透過性電極(陽極)
3:有機機能層
4:非透過性電極(陰極)
5:絶縁層
6、7:光反射層
8:絶縁層
S:光取り出し端面
R1、R2,R3:光取り出しを意図しない端面
11:ガラス基板
12:ITO電極
12a:ITO電極引き出し部
13:有機EL層
14:陰極
15:光反射層
16:絶縁層
17:光反射層
18:絶縁層
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光透過性の基板の一方の平面上に一対の電極、および該電極間に少なくとも1層の発光層を挟持した積層構造体の少なくとも1つの端面より発光を取り出す端面発光型発光素子であって、前記平面上に電極端子部を有し、前記基板の平面上の前記電極によって被覆されていない領域もしくは前記電極端子部の少なくとも一方が光反射層によって被覆されていることを特徴とする端面発光型発光素子。
【請求項2】
前記電極端子部が光反射層によって被覆されていることを特徴とする請求項1に記載の端面発光型発光素子。
【請求項3】
前記電極によって被覆されていない領域が光反射層によって被覆されていることを特徴とする請求項1に記載の端面発光型発光素子。
【請求項4】
前記電極によって被覆されていない領域および前記電極端子部が光反射層によって被覆されていることを特徴とする請求項1に記載の端面発光型発光素子。
【請求項5】
前記光反射層が導電性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項に記載の端面発光型発光素子。
【請求項6】
前記光反射層で被覆される前記電極端子が透明電極の端子であることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
【請求項7】
前記透明電極が酸化インジウム錫(ITO)であることを特徴とする請求項6に記載の端面発光型発光素子。
【請求項8】
前記電極端子が金属薄膜であることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
【請求項9】
前記積層構造体の発光を取り出さない端面の少なくとも1つが光反射層によって被覆されていることを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
【請求項10】
前記光反射層によって被覆されている端面において、前記基板の前記積層構造体を担持する面、あるいは、該基板の前記積層構造体を担持する面とは反対の面に対して該端面が成す角度が鋭角であることを特徴とする請求項9に記載の端面発光型発光素子。
【請求項11】
前記積層構造体の1つの端面より発光を取り出し、他の3つの発光を取り出さない端面が光反射層によって被覆されていることを特徴とする請求項9または請求項10に記載の端面発光型発光素子。
【請求項12】
前記端面が成す角度が30°以上60°以下であることを特徴とする請求項10または請求項11に記載の端面発光型発光素子。
【請求項13】
前記光反射層がアルミニウム、銀、金、クロム、もしくはこれらの合金を含有することを特徴とする請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
【請求項14】
前記光反射層が蒸着によって形成された膜であることを特徴とする請求項13に記載の端面発光型発光素子。
【請求項15】
前記発光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1〜請求項14のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
【請求項16】
前記発光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1〜請求項14のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
【請求項1】
光透過性の基板の一方の平面上に一対の電極、および該電極間に少なくとも1層の発光層を挟持した積層構造体の少なくとも1つの端面より発光を取り出す端面発光型発光素子であって、前記平面上に電極端子部を有し、前記基板の平面上の前記電極によって被覆されていない領域もしくは前記電極端子部の少なくとも一方が光反射層によって被覆されていることを特徴とする端面発光型発光素子。
【請求項2】
前記電極端子部が光反射層によって被覆されていることを特徴とする請求項1に記載の端面発光型発光素子。
【請求項3】
前記電極によって被覆されていない領域が光反射層によって被覆されていることを特徴とする請求項1に記載の端面発光型発光素子。
【請求項4】
前記電極によって被覆されていない領域および前記電極端子部が光反射層によって被覆されていることを特徴とする請求項1に記載の端面発光型発光素子。
【請求項5】
前記光反射層が導電性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項に記載の端面発光型発光素子。
【請求項6】
前記光反射層で被覆される前記電極端子が透明電極の端子であることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
【請求項7】
前記透明電極が酸化インジウム錫(ITO)であることを特徴とする請求項6に記載の端面発光型発光素子。
【請求項8】
前記電極端子が金属薄膜であることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
【請求項9】
前記積層構造体の発光を取り出さない端面の少なくとも1つが光反射層によって被覆されていることを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
【請求項10】
前記光反射層によって被覆されている端面において、前記基板の前記積層構造体を担持する面、あるいは、該基板の前記積層構造体を担持する面とは反対の面に対して該端面が成す角度が鋭角であることを特徴とする請求項9に記載の端面発光型発光素子。
【請求項11】
前記積層構造体の1つの端面より発光を取り出し、他の3つの発光を取り出さない端面が光反射層によって被覆されていることを特徴とする請求項9または請求項10に記載の端面発光型発光素子。
【請求項12】
前記端面が成す角度が30°以上60°以下であることを特徴とする請求項10または請求項11に記載の端面発光型発光素子。
【請求項13】
前記光反射層がアルミニウム、銀、金、クロム、もしくはこれらの合金を含有することを特徴とする請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
【請求項14】
前記光反射層が蒸着によって形成された膜であることを特徴とする請求項13に記載の端面発光型発光素子。
【請求項15】
前記発光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1〜請求項14のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
【請求項16】
前記発光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1〜請求項14のいずれか1項に記載の端面発光型発光素子。
【図1−A】
【図1−B】
【図2−A】
【図2−B】
【図3−A】
【図3−B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図1−B】
【図2−A】
【図2−B】
【図3−A】
【図3−B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【公開番号】特開2007−324062(P2007−324062A)
【公開日】平成19年12月13日(2007.12.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−155267(P2006−155267)
【出願日】平成18年6月2日(2006.6.2)
【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12月13日(2007.12.13)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年6月2日(2006.6.2)
【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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