(57)【要約】【課題】封止用の基板として、「ざぐり」加工がされた基板を用いる必要がない、新たな構造をもった有機デバイスを提供すること。【解決手段】有機デバイスを、対向する二つの電極と、前記二つの電極間に配置された有機層とを含む有機デバイス素子と、前記有機デバイス素子を挟み込むように配置された対向する二つの基板と、とから構成するとともに、前記二つの基板間にスペーサを配置する。【選択図】図１
2015197510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する二つの電極と、前記二つの電極間に配置された有機層とを含む有機デバイス素子と、
前記有機デバイス素子を挟み込むように配置された対向する二つの基板と、を有し、
前記二つの基板は、その間に配置されたスペーサによって支持されていることを特徴とする有機デバイス。
【請求項２】
前記二つの基板間には、さらに乾燥材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の有機デバイス。
【請求項３】
前記有機デバイス素子を構成する二つの電極のうち少なくとも一方が、前記基板よりも融点の低い金属材料によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンスデバイス、有機トランジスタ、有機薄膜太陽電池などの有機デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機物を用いた有機デバイスは、有機エレクトロルミネッセンスデバイス（以下、「有機ＥＬデバイス」とする場合がある。）、有機トランジスタ、有機薄膜太陽電池など、広範な用途への展開が期待されている。
【０００３】
有機ＥＬデバイスにあっては、ガラスやプラスチックからなる基板上に、透明電極、有機発光層、対向電極を順次積層し、さらにその上に封止用の基板を積層した構成を有している。
【０００４】
ここで、封止基板としては、例えば以下の特許文献１〜５に開示されているように、前記透明電極、有機発光層、および対向電極を積層してなる有機デバイス素子の厚さ以上の「ざぐり」加工がなされたガラス基板が用いられることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１００１８７号公報
【特許文献２】特開２０１０−０８６７０２号公報
【特許文献３】特開２０１２−２０４３２８号公報
【特許文献４】特開２０１３−１２２９０３号公報
【特許文献５】特開２０１３−１６８３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ガラス基板に「ざぐり」加工をするにあっては、エッチングを行わなければならず、製造工程は煩雑となりその分だけ高価になってしまう。また、「ざぐり」加工されたガラス基板は、当該部分の強度が低下してしまうため、取り扱いに注意を要し、その分だけ歩留まりが低下してしまい、さらには、大型化が難しいといった不具合も生じ得る。
【０００７】
本発明は、このような状況下においてなされた発明であり、封止用の基板として、「ざぐり」加工がされた基板を用いる必要がない、新たな構造をもった有機デバイスを提供することを主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の有機デバイスは、対向する二つの電極と、前記二つの電極間に配置された有機層とを含む有機デバイス素子と、前記有機デバイス素子を挟み込むように配置された対向する二つの基板と、を有し、前記二つの基板は、その間に配置されたスペーサによって支持されていることを特徴とする。
【０００９】
上記の発明にあっては、前記二つの基板間には、さらに乾燥材が配置されていてもよい。
【００１０】
上記の発明にあっては、前記有機デバイス素子を構成する二つの電極のうち少なくとも一方が、前記基板よりも融点の低い金属材料によって形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の有機デバイスによれば、有機デバイス素子を挟み込むように配置された対向する二つの基板間に、これら二つの基板を支持するためのスペーサが配置されているため、これらの基板に「ざぐり」加工をすることなく、有機デバイス素子を配置するための空間を確保することができる。したがって、種々の有機デバイスを安価かつ歩留まり良く製造することができ、大型化の要請にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態にかかる有機デバイスの概略断面図である。
【図２】図１に示す有機デバイスの概略正面図である。
【図３】本発明の別の実施形態にかかる有機デバイスの概略正面図である。
【図４】本発明の別の実施形態にかかる有機デバイスの概略断面図である。
【図５】本発明の別の実施形態にかかる有機デバイスの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施形態にかかる有機デバイスについて、図面を用いて詳細に説明する。
【００１４】
・有機デバイス
図１は、本発明の実施形態にかかる有機デバイスの概略断面図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態にかかる有機デバイス１００は、対向する二つの電極１１、１２と、前記二つの電極１１、１２間に配置された有機層１３とを含む有機デバイス素子１０と、前記有機デバイス素子１０を挟み込むように配置された対向する二つの基板２０、２１と、を有し、前記二つの基板２１、２２は、その間に配置されたスペーサ３０、３０によって支持されている。
【００１６】
本実施形態にかかる有機デバイス１００は、有機デバイス素子１０を挟み込むように配置された対向する二つの基板２０、２１間に、これら二つの基板２０、２１を支持するためのスペーサ３０、３０が配置されているため、例えば上側の基板２１に「ざぐり」加工をすることなく、有機デバイス素子１０を配置するための空間を確保することができる。したがって、有機デバイス１００を安価かつ歩留まり良く製造することができ、大型化の要請にも対応することができる。また、スペーサ３０の高さや配置箇所については比較的自由に設計可能であるため、乾燥材などを設置するための空間を適宜設けることも可能であり、さらには、有機デバイス素子１０を構成する各層、つまり電極１１、１２や有機層１３の厚さをも比較的自由に設計可能とすることができる。
【００１７】
以下、本実施形態にかかる有機デバイス１００の各構成について説明する。
【００１８】
・有機デバイス素子
有機デバイス素子１０は、対向する二つの電極１１、１２と、前記二つの電極１１、１２間に配置された有機層１３とを含む。
【００１９】
・電極
有機デバイス素子１０を構成する二つの電極１１、１２にあっては、有機デバイス１００の種類に応じて適宜設計可能である。
例えば、有機デバイス１００が有機ＥＬデバイスまたは有機薄膜太陽電池である場合には、二つの電極１１、１２は、それぞれ陽極および陰極となる。また有機デバイス１００が、有機トランジスタである場合は、これら二つの電極１１、１２は、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極のいずれかとなる。
【００２０】
電極１１、１２は、光透過性を有していても有していなくてもよく、有機デバイスの種類や用途などに応じて適宜選択することができる。
また、電極１１、１２の材料についても特に限定することはなく、有機デバイス１００の種類や用途に応じて従来公知の材料から適宜選択することができる。たとえば、有機デバイス１００が有機ＥＬデバイスや有機薄膜太陽電池である場合には、一方の電極１１をＩＴＯ（酸化インジウムスズ）やＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）などの透明電極材料とし、もう一方の電極１２を金、白金、銀、銅、アルミニウムなどの金属電極材料や、各種合金材料としてもよい。一方で、有機デバイス１００が有機トランジスタの場合であっても、前記と同様の材料を用いることができ、さらには、従来公知の有機トランジスタにおいて用いられいる電極材料の中から適宜選択してもよい。
【００２１】
本実施形態にかかる有機デバイス１００の電極１１、１２の材料としては、基板２０、２１よりも融点の低い金属材料を用いることが好ましい。このような材料を用いることにより、電極１１、１２を蒸着法を用いずに形成することができるからである。したがって、有機デバイス素子１０の上側に形成される電極１２においては、特に当該材料を用いることが好ましい。
【００２２】
・Ｇａ系合金
基板２０、２１よりも融点の低い金属材料としては、例えば融点以上の温度でペースト状態となるＧａ系合金であって、常温で液体のＧａ系液体金属と、アルカリ金属又はアルカリ土類金属とを少なくとも含んでなり、電子注入機能を有するものを挙げることができる。
【００２３】
一般的に、「金属ペースト」は、にバインダーとして樹脂を使用して、この樹脂中に金属粉を分散させてペースト（糊）化したものを意味するが、本願明細書における「ペースト状態」とは、樹脂を含有せず、金属のみでペースト状態にあるものを意味する。このように、このペースト状の金属から構成した電極は、樹脂等を含有しないため、優れた電子注入機能を有する。なお、本願明細書中の「電子注入機能」とは、電界印加時に陽極又は正孔注入層より正孔を注入することができ、陰極又は電子注入層より電子を注入することができる機能を意味する。
【００２４】
Ｇａ系液体金属は、常温（目安としては５〜４５℃）において液体状態であり、常温又は加熱するとしても金属温度５０℃程度までの比較的低温で十分な流動性を示すものを意味する。その融点は５０℃以下であることが好ましい。Ｇａ系液体金属は、Ｇａ、又は、ＧａとＩｎ、Ｓｎ及びＺｎから選ばれる１種又は二種以上の金属との合金が好適に使用できる。
【００２５】
Ｇａ系合金は常温での流動性及び毒性が少ない点から好ましく用いられる。本実施形態において合金とは、二種類以上の金属からなる外見上均一な金属であり、必ずしも異種金属間に金属結合が形成されていることを要しない。また、本実施形態においてＧａ系合金はＧａを主成分とし、好ましくはＧａ系合金を構成する金属の４０質量％、更に好ましくは５０質量％をＧａが占める。
【００２６】
Ｇａ単体は融点が３０℃、沸点が２４００℃と室温から高温にわたり広い温度範囲で液体である。より低温で液体状態を維持し得る金属として、Ｇａと共に、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｚｎのうちの少なくとも１種類の他金属を必須成分として含むＧａ系液体金属を使用することができる。本実施形態において使用可能なＧａ及びＧａ系液体金属の一例の組成比と融点を表１に例示する。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
なお、本実施形態のＧａ系合金を構成する各成分の組成は、予め秤量した各金属成分の仕込み質量か、又はＸ線回折法、ＸＰＳ法もしくはその他の適切な方法により測定された組成を意味する。
【００２９】
本実施形態のＧａ系合金を構成するアルカリ金属又はアルカリ土類金属は、Ｃａ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｂｅ、及びＳｒから選ばれる１種以上の金属であることが好ましい。
【００３０】
アルカリ金属やアルカリ土類金属は、その融点によって、低融点であるＬｉ（１８０℃），Ｎａ（９８℃），Ｋ（６４℃），Ｒｂ（３９℃），Ｃｓ（２９℃）と、高融点であるＣａ（８３９℃），Ｍｇ（６５０℃），Ｂａ（７２５℃），Ｂｅ（１２８４℃），Ｓｒ（７７０℃）に大別される。アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属は大気中での酸化燃焼性が強く危険であるため、通常は不活性気体に置換したグローブボックス内で取り扱うことが好ましい。
【００３１】
上記の低融点グループは、比較的安全にグローブボックス内で加熱溶融することができるため、Ｇａ系液体金属に秤量混合する事ができる。一方、高融点グループは、グローブボックス内であっても加熱溶融して直接Ｇａ系液体金属に混合することは熱量が大きいため非常に危険である。このため、予め他の金属との合金を、燃焼を防ぐことができる真空溶融炉内で作製しておき、安定な状態にしてから取り扱う事が好ましい。
【００３２】
アルカリ金属又はアルカリ土類金属は、いずれも仕事関数が低く高い電子注入機能を発現させることができるので好ましく、Ｃa（仕事関数２．８７ｅＶ）、Ｌｉ（仕事関数２．４ｅＶ）、Ｎａ（仕事関数２．３６ｅＶ）、Ｋ（仕事関数２．２８ｅＶ）、Ｍｇ（仕事関数３．６６ｅＶ）、Ｒｂ（仕事関数２．１６ｅＶ）、Ｃｓ（仕事関数２．１４ｅＶ）、Ｂａ（仕事関数２．５２ｅＶ）、Ｂｅ（仕事関数２．４５ｅＶ）、及び、Ｓｒ（仕事関数２．５９ｅＶ）を好適に使用できる。なお、本実施形態において各元素の「仕事関数」の値は『Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．第４８巻』（１９７７年）の第４７２９頁に記載されているデータ、及びイオン化ポテンシャル測定装置の実測データに基づくものである。
【００３３】
これらの中でも、ＣａはＧａ系液体金属に容易に大量混合することができることから特に好ましい。Ｃａは他の金属よりもモル体積が非常に大きく、Ｇａ系液体金属に多量に溶け込むことができると考えられる。また、電力変換効率が高く、素子寿命も長い陰電極を容易に得ることができる。なお、各金属のモル体積の一例を以下に示す。
Ｃａ  ２６．２×１０3（ｍ3／ｍｏｌ）、
Ｌｉ  １３．０×１０-6（ｍ3／ｍｏｌ）
Ｎａ  ２３．８×１０-3（ｍ3／ｍｏｌ）
Ｋ    ４５．９×１０-3（ｍ3／ｍｏｌ）
Ｍｇ  １４．０×１０-3（ｍ3／ｍｏｌ）
Ｒｂ  ５５．８×１０-6（ｍ3／ｍｏｌ）
Ｃｓ  ７０．９×１０-3（ｍ3／ｍｏｌ）
Ｂａ  ３８．２×１０-3（ｍ3／ｍｏｌ）
Ｂｅ  ４．９×１０-3（ｍ3／ｍｏｌ）
Ｓｒ  ３３．９×１０-3（ｍ3／ｍｏｌ）
【００３４】
Ｃａを５〜３０質量％含有することにより、下記に説明するように適当なペースト性が得られるとともに、電子注入機能を発現させることができる。また、少量の他のアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属を混合することで更に高い電子注入機能を付与することができる。
【００３５】
アルカリ金属やアルカリ土類金属と合金を形成する他の金属としては、Ｉｎ又はＳｎが好ましい。アルカリ金属又はアルカリ土類金属とＩｎ又はＳｎとの合金は、大気中、室温でＧａ系液体金属に溶融するので容易に秤量混合することができる。また、Ｉｎ又はＳｎはＧａに溶融しやすいため、上記の合金がＧａ系液体金属に溶解しても、Ｉｎ又はＳｎが固相として分離するとこはなく、均一なペースト状態のＧａ系合金を製造できる。
【００３６】
高融点グループのアルカリ金属やアルカリ土類金属であっても、直接、真空溶融炉でＧａ系液体金属と合金化することもできることはいうまでもないが、予め、アルカリ金属又はアルカリ土類金属とＩｎ又はＳｎとの合金を準備しておいて、Ｇａ系液体金属にこの合金を混合する方が、濃度調整など条件変更が容易である。
【００３７】
このような方法により得られたＧａ系合金は、Ｇａ単体よりも低温で液体状態となる（融点が低下する）ため、取り扱いが容易となる。
【００３８】
Ｇａ系液体金属を粘性の強いペースト状にするためには、特に、Ｃａを５〜３０質量％含有することが好ましい。Ｃａ濃度をこの範囲とすることで、各種印刷法に適した５〜１００Ｐａ・ｓの粘度とすることができるとともに、電極として有機デバイスに必要な十分な電子注入機能を発現させることができる。粘度はＣａ濃度とともにＧａ系液体合金の種類によっても多少変動する。
【００３９】
本実施形態におけるＧａ系合金は、融点が３００℃以下の金属を更に含んでなり、常温では固体であり、融点以上の温度でペースト状態となるものであることが好ましい。このように、上記のＧａ系合金に、融点が３００℃以下の金属を更に含有することにより、常温では固体であり、融点以上の温度でペースト状態となるＧａ系合金を得られる。このようなＧａ系合金を電極形成に使用することにより、上記のような接着剤層を形成しなくてもよくなる。
【００４０】
上記の好ましい態様のＧａ系合金は、常温において固体である。加熱するとある温度で軟化し始め、更に加熱すると粘性を有するペースト状態を経て、液体状態に転移する。本願明細書中で「融点」とは、金属が液体状態に転移する温度ではなく、軟化し始める温度（軟化温度）を意味するものとする。
【００４１】
融点が３００℃以下の金属を添加するには、アルカリ金属又はアルカリ土類金属と、Ｉｎ又はＳｎとの合金を、常温で液体のＧａ系液体金属に溶解させてペースト状のＧａ系合金を形成した後、融点が３００℃以下の金属が溶融する温度まで加熱し、そのペースト合金中に、前記融点が３００℃以下の金属を混合させる。
【００４２】
融点が３００℃以下の金属としては、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、又はこれらを主成分とする合金が挙げられが、これらの中でもＩｎＳｎを好適に使用できる。なお、「合金」とは、二種類以上の金属からなる外見上均一な金属であり、必ずしも異種金属間に金属結合が形成されていることを要しない。
【００４３】
本実施形態におけるＧａ系合金に使用できる、融点が３００℃以下の金属の一例を表２に示す。
【００４４】
【表２】
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【００４５】
Ｇａ系合金は、その融点を更に超えるような高温においては完全な液体状態となる。従って、「ペースト状態」とは、液体状態と固体状態との中間の粘性領域にある状態と考えられる。本実施形態においては、ペースト状態にある温度範囲が５℃以上であることが好ましい。この程度の温度幅を有することにより、有機デバイス素子の製造を安定的に行う
ことができる。
【００４６】
また、本実施形態におけるＧａ系合金は、融点５０℃以上を有することが好ましい。融点が５０℃よりも低温にあると、製造した有機デバイス素子の電極が、環境変化等により溶融剥離する場合がある。常温では固体であり融点以上の温度でペースト状態となり、上記のような温度特性を有するためには、Ｇａ系合金にＣａが５〜３０質量％含有していることが好ましい。なお、ペーストの粘度は、Ｃａの含有量だけでなく、融点３００℃以下の金属の種類のよっても変化する。
【００４７】
本実施形態におけるＧａ系合金は、上記表１に示すようなＧａ系液体金属と、上記表２に示すような融点３００℃以下の金属と、Ｃａ等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属とを溶融混合することにより得られるが、Ｃａを用いた場合には、Ｃａの燃焼・爆発を防ぐために、真空溶融炉や不活性気体溶融炉内で溶融混合することが好ましい。
【００４８】
具体的には、Ｇａ金属に溶融し易い金属であるＩｎやＳｎとＣａとの合金を予め真空溶融炉内で作製し、これらのＣａＩｎ又はＣａＳｎ合金をＧａ系液体金属に溶融させることが、安全面、取り扱い性の観点から好ましい。
【００４９】
Ｇａ系液体金属に、ＣａＩｎやＣａＳｎ合金を浸漬すると、溶解して常温でペースト状態にあるＧａ系合金を得ることができる。このＧａ系合金は良好な電子注入機能を有するので、例えば、有機ＥＬ層上に塗布すると良好な発光特性を示す。すなわち、有機ＥＬ素子やその他の有機デバイス素子においては、より大きな電流を制御し得るようにするために、電荷注入効率（陽電極では正孔注入効率、陰電極では電子注入効率）が良好な電極であることが好ましく、陰電極には電子を放出し易いという観点から仕事関数の低い金属が使用される。従来の陰電極では代表的な金属として仕事関数４．２ｅＶのＡｌが好適に使用されている。本実施形態におけるＧａ系合金にあっては、Ｇａの仕事関数が４．３ｅＶとＡｌに近いため、ペースト金属としての利点とともに、陰電極としてＧａ系合金を用いると、陰電極からＥＬ層への電子注入が良好となる利点もある。
【００５０】
また、本実施形態におけるＧａ系合金を構成する、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｇａ等の各金属の仕事関数は、それぞれ４．１ｅＶ、４．４ｅＶ、４．３ｅＶ、４．３ｅＶとＡｌの仕事関数に近いため、本実施形態におけるＧａ系合金は、上記のような電極形成の製造面の有利さだけでなく、電子注入機能の面から有利である。
【００５１】
本実施形態におけるＧａ系合金にあっては、必要に応じて他の金属が含まれていても良く、例えば、陰電極の電子注入効率を向上させるために、仕事関数が低い物質として、Ｃａ以外のアルカリ金属及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種類を陰電極に混合することができる。これらの中でも、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｂｅ、及びＳｒから選ばれる１種以上の金属が好ましい。また、添加量は、１質量％以下が好ましく、０．０５〜２質量％がより好ましい。この範囲の添加量であれば、Ｇａ系合金のペースト性に影響を与えない。これら金属を添加する方法は、上記した通りである。
【００５２】
・Ｂｉ系合金
また一方で、基板２０、２１よりも融点の低い金属材料としては、例えばＢｉとＩｎおよびＳｎの少なくともいずれか１種とからなるＢｉ合金中に、Ａｌが分散されたＢｉ合金を挙げることができる。
当該合金は、Ｂｉ合金中にＡｌが分散されているので、Ｂｉ合金のみを用いた場合と比較して仕事関数を低くすることができる。したがって、このようなＢｉ合金電極を有する本実施形態にかかる有機デバイスでは、Ｂｉ合金電極とＢｉ合金電極に接する層との界面にて電子注入障壁を低減することができ、電子注入特性を向上させることが可能である。また、Ｂｉ合金はＢｉとＩｎおよびＳｎの少なくともいずれか１種とからなるので、ＰｂやＣｄを含まず、環境に配慮した有機デバイスとすることが可能である。さらにＢｉ合金はＢｉとＩｎおよびＳｎの少なくともいずれか１種とからなり、通常はＢｉ合金の融点が所定の範囲内となるので、電極をウェットプロセスで形成可能であり、有機デバイスの大型化および製造コストの低減を実現し、電極形成時の有機層へのダメージを防ぐことができる。また、環境変化に対する信頼性を高めることができる。
【００５３】
本実施形態に用いられるＢｉ合金は、ＢｉとＩｎおよびＳｎの少なくともいずれか１種とからなるものであれば特に限定されるものではなく、ＢｉとＩｎとＳｎとからなるものであってもよく、ＢｉとＩｎとからなるものであってもよく、ＢｉとＳｎとからなるものであってもよい。
なお、本願明細書において、「Ｂｉ合金」とはＢｉを含む合金をいい、Ｂｉ含有量が最も多いＢｉ含有合金だけでなく、Ｉｎ含有量やＳｎ含有量が最も多いＢｉ含有合金も含まれる。
【００５４】
Ｂｉ合金の融点としては、有機層にダメージを与えることなくウェットプロセスによりＢｉ合金電極を形成可能な温度であればよく、６０℃〜１８０℃の範囲内であることが好ましく、より好ましくは７０℃〜１６０℃の範囲内、さらに好ましくは７２℃〜１３８℃の範囲内である。Ｂｉ合金の融点が高すぎると、Ｂｉ合金電極形成時に有機層に大きなダメージを与えてしまうおそれがあるからである。また、有機デバイスを高温環境下でも安定して使用するためには、実用的にはＢｉ合金の融点は上記範囲内であることが好ましく、Ｂｉ合金の融点が低すぎると、有機デバイスの使用時にＢｉ合金電極が融解してしまうおそれがあるからである。特に、本実施形態にかかる有機デバイスが有機ＥＬ素子である場合には、有機ＥＬ素子は駆動時に発熱することから、Ｂｉ合金の融点が上記範囲より低いと、熱によりＢｉ合金電極が融解してしまうおそれがある。また、本発明の有機デバイスが有機薄膜太陽電池である場合には、Ｂｉ合金の融点が上記範囲より低いと、太陽光の照射によりＢｉ合金電極が融解してしまうおそれがある。
なお、Ｂｉ合金にＡｌを添加しても、Ｂｉ合金の融点は変化しない。
【００５５】
Ｂｉ合金の組成および融点について表３に例示する。
【００５６】
【表３】
2015197510.tif 000005
【００５７】
なお、本願明細書において、Ｂｉ合金を構成するＢｉ、Ｉｎ、Ｓｎの組成は、予め秤量した各成分の仕込質量であるか、あるいはＸ線回折法（ＸＲＤ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）もしくはその他の適切な方法により測定された組成を意味する。
【００５８】
Ｂｉ合金電極中のＡｌの含有量は、電子注入特性を改善することができれば特に限定されるものではなく、０．０００１質量％以上１００質量％未満の範囲内とすることができ、好ましくは０．０００１質量％〜５０質量％の範囲内、より好ましくは０．０００６質量％〜１０質量％の範囲内である。Ａｌ含有量が少なすぎると電子注入特性の改善効果が十分に得られない可能性があり、またＡｌ含有量を多くしても電子注入特性の改善効果に変化がないからである。
【００５９】
本実施形態においては、Ｂｉ合金電極中のＡｌの濃度が、有機層側の反対側から有機層側に向かって増加していることが好ましい。このような構成であれば、Ｂｉ合金電極において有機層側の反対側から有機層側に向かって仕事関数を低くすることができ、Ｂｉ合金電極とＢｉ合金電極に接する層との界面にて電子注入障壁をより一層低減することができるからである。
Ｂｉ合金においてＡｌは不純物の溶質元素である。溶質元素の溶解度は、液体中に比べ固相中の方が低い。したがって、凝固の進行にともない液体中に、溶質元素が偏析され濃化する。つまり、凝固過程におけるＡｌの移動は、合金凝固時に不純物であるＡｌが偏析されるために生じる。この原理を用いて、有機層の反対側から凝固させることによって、有機層の反対側から有機層側に向かってＡｌの濃度を増加させることが可能となる。
なお、Ｂｉ合金電極中のＡｌの濃度が有機層側の反対側から有機層側に向かって増加していることは、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）にて、試料をＸ線源と分析器に対して傾斜させる角度分解による深さ方向測定、またはイオンビームスパッタリングを用いた深さ方向測定により確認することができる。
【００６０】
Ｂｉ合金電極の仕事関数としては、Ｂｉ合金のみの仕事関数よりも低ければ特に限定されるものではない。また、Ｂｉ合金電極の仕事関数の下限は、Ａｌの仕事関数と同程度であればよい。具体的に、Ｂｉ合金電極の仕事関数は、３．９ｅＶ〜４．６ｅＶの範囲内であることが好ましく、より好ましくは３．９ｅＶ〜４．３ｅＶの範囲内、さらに好ましくは３．９ｅＶ〜４．１ｅＶの範囲内である。
なお、仕事関数は、理研計器（株）製の光電子分光装置ＡＣ−３を用いて測定した仕事関数の値を適用した。測定は、基板上に、測定しようとする材料で形成した層を単層として形成し、上記の光電子分光装置ＡＣ−３で光電子が放出されるエネルギー値で決定した。測定条件としては、５０ｎＷの光量で０．０５ｅＶ刻みで行った。
【００６１】
Ｂｉ合金にＡｌを添加する方法としては、溶融した状態のＢｉ合金にＡｌを混合する方法を用いることができる。具体的には、溶融状態のＢｉ合金に、ワイヤ、棒、シート、塊等の任意の形状のＡｌを浸漬させることで、Ｂｉ合金にＡｌを添加することができる。溶融状態のＢｉ合金にＡｌを混合しても、Ｂｉ合金の融点程度であればＡｌは溶融しないので、合金にはならず、Ｂｉ合金に分散した状態となる。
【００６２】
Ｂｉ合金電極の形成方法としては、Ｂｉ合金中にＡｌが分散された電極を形成可能な方法であれば特に限定されるものではないが、溶融状態のＢｉ合金とＡｌとからなる電極材料を塗布する方法が好ましく用いられる。塗布法等のウェットプロセスであれば、Ｂｉ合金電極形成時の有機層へのダメージを防ぐことができる。また、蒸着法等のドライプロセスを用いることなく有機デバイスの全ての層を塗布法等のウェットプロセスにより形成することができるようになり、有機デバイスの大型化、製造コストの低減を実現することができる。さらに、溶融状態のＢｉ合金とＡｌとからなる電極材料を塗布する方法は、Ｂｉ合金電極の厚みを制御し易いという利点を有する。
【００６３】
溶融状態のＢｉ合金とＡｌとかららなる電極材料を塗布する方法としては、ノズル等の吐出部に加熱機構を有する塗布装置を用いる方法であれば特に限定されるものではなく、一般的な塗布方法が使用でき、例えば、ディスペンサを用いる方法、スプレーコート法、ブレードコート法、キャスト法、バーコート法、ダイコート法、インクジェット法等が挙げられる。塗布装置において、ノズル等の吐出部が有する加熱機構はＳＵＳ等の安定性に優れる合金で加工されていることが好ましい。さらに、溶融状態の金属浴に基板を浸漬することで塗布することも可能である。
溶融状態のＢｉ合金とＡｌとからなる電極材料を塗布した後は、冷却され、Ｂｉ合金電極が形成される。
Ｂｉ合金電極形成時の雰囲気としては、例えば、窒素、アルゴン等の不活性ガスが挙げられる。
また、後述するスペーサ３０で二枚の基板２０、２１が支持された状態において、毛細管現象を用いて、当該融状態のＢｉ合金とＡｌとからなる電極材料を注入し、その後冷却することによりＢｉ合金電極が形成してもよい。
【００６４】
電極１１、１２の形成方法についても特に限定することはなく、たとえばスパッタリング法、真空蒸着法などのドライプロセスを用いてもよく、塗布法などのウェットプロセスを用いてもよい。
なお、本実施形態の有機デバイス１００にあっては、有機デバイス素子１０を挟み込むように設置される二つの基板２０、２１がスペーサ３０によって支持されているため、有機デバイス素子１０を形成するための空間を自由に設計することができる。したがって、特に上側の電極１２を形成するにあたり、その形成方法を自由に選択することができる。
【００６５】
電極１１、１２の厚みついても特に限定することはなく、有機デバイス１００の種類や用途、さらには電極１１、１２に求められる性能に応じて適宜設計することができる。電極に光透過性が要求される場合には、電極の厚みを１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度としてもよく、２０ｎｍ〜５００ｎｍ程度が好ましい。
一方で前述の通り、スペーサ３０が存在していることの効果により、電極の厚さを従来よりも厚く設計することもでき、塗布で形成可能な厚みであれば特に上限について限定されることはないが、材料の利用効率を考慮すると、例えば、上側の電極１２の厚さを５０ｎｍ〜３０００μｍ程度としてもよい。
【００６６】
・有機層
有機デバイス素子１０を構成する有機層１３は、上述の対向する二つの電極１１、１２間に配置されるものであり、電子注入により、有機デバイス１００の種類に応じて様々な機能を発揮する層である。
有機層１３は、単層であってもよく、複数の層を積層した積層構造体であってもよい。
【００６７】
たとえば、本実施形態にかかる有機デバイス１００が有機ＥＬデバイスである場合、有機層１３としては、正孔注入輸送層、有機発光層、および電子注入輸送層を順次積層した積層構造体などが挙げられる。
また、本実施形態にかかる有機デバイス１００が有機薄膜太陽電池である場合、有機層１３としては、正孔取出し層、光電変換層、および電子取出し層を順次積層した積層構造体などが挙げられる。
さらに、本実施形態にかかる有機デバイス１００が有機トランジスタである場合、有機層１３としては、有機半導体層などが挙げられる。
【００６８】
なお、前述の有機層１３を構成する各層の詳細、つまりその材料や層の厚さ、さらにはその製造方法などについては、本発明は特に限定することはなく、従来公知の各層を適宜選択することができる。したがって、有機層１３は分子量が１０００以上の高分子化合物から構成されていてもよく、分子量が１０００未満の低分子化合物から構成されていてもよい。さらに、有機層１３を製造するにあっては、蒸着によってもよく、塗布によってもよい。
【００６９】
また、本実施形態における有機層１３が複数の層を積層した積層構造体である場合にあっては、当該複数の層の中に無機物や金属錯体からなる層が含まれていてもよい。つまり、例えば、本実施形態にかかる有機デバイス１００が有機ＥＬデバイスであり、当該有機層１３が、正孔注入輸送層、有機発光層、および電子注入輸送層を順次積層した積層構造体である場合、正孔注入輸送層や電子注入輸送層が無機物や金属錯体からなる層であってもよい。またさらに、必要に応じて電荷発生層が追加されてもよい。
【００７０】
・基板
本実施形態にかかる有機デバイス１００は、対向する二つの基板２０、２１を有している。基板２０、２１は、前述の有機デバイス素子１０を支持し、または封止する役割を果たしている。
【００７１】
このような基板２０、２１は、フレキシブルな基板であってもよく、リジッドな基板であってもよい。
基板２０、２１は、光透過性を有していてもよく有していなくてもよく、本実施形態にかかる有機デバイス１００の種類や用途等に応じて適宜選択される。
【００７２】
基板２０、２１の材料としては、有機デバイス１００の種類や用途等に応じて適宜選択されるものであり、例えば、石英、アルカリガラス、無アルカリガラス等のガラスやこれらの薄ガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフッ化ビニル、ポリオレフィン、フッ素系樹脂等の樹脂、さらにはＳＵＳ基板を挙げることができる。
また、基板２０、２１は、単層のみならず、前述の材料を複数積層した積層構造体であってもよい。特に、第１基板２０として、樹脂を用いる場合にあっては、水や酸素の侵入を防ぐためのバリア層が積層された構造であることが好ましい。
基板２０、２１の厚さは特に限定されないが、通常０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。
【００７３】
・スペーサ
本実施形態にかかる有機デバイス１００は、前述の二つの基板２０、２１間に配置されており、当該二つの基板２０、２１を支持するためのスペーサ３０を有していることを特徴とする。本実施形態は、「ざぐり」加工された基板を用いて有機デバイス素子を覆うという従来からの発想を転換し、スペーサによって有機デバイス素子を挟み込むように設置される二枚の基板を支持している点において斬新である。
【００７４】
このようなスペーサ３０の形状は特に限定されることはなく、上記の作用効果、つまり二つの基板２０、２１を支持することができる形状であればよく、適宜設計可能である。具体的には、例えば、図１に示すような柱状に加え、球状、壁状、さらには粒子を積み重ねた形状、などを採用することができる。また、柱状の場合であっても、図１に示すような矩形状の他、台形状や円柱状としてもよい。
また、スペーサ３０の高さについても特に限定されることはなく、二枚の基板２０、２１の間隔をどの程度にするか、換言すれば二つの基板２０、２１の間に挟まれる有機デバイス素子１０の大きさにを考慮して、自由に設計可能である。具体的には、例えば１μｍ〜３０００μｍ程度としてもよい。
【００７５】
このようなスペーサ３０の材質についても特に限定されることはない。例えば、前記基板２０、２１において用いることができる各種樹脂、つまり、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフッ化ビニル、ポリオレフィン、フッ素系樹脂等の樹脂を用いてもよく、一方で、シリカ、無アルカリガラス、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、チタンバリウム系ガラスなどの無機材料を用いてもよい。
【００７６】
また、スペーサ３０の形成方法にあっても特に限定されることはなく、従来公知の形成方法から適宜選択することができる。例えば、スペーサ３０を個別の製造しておき、これを基板２０、２１に接着剤を用いて設置してよく、基板２０、２１を形成するのと同時に、スペーサ３０を形成してもよい。さらには、厚手の基板材料を用意しておき、エッチングなどによってスペーサ３０を形成してもよい。なお、接着剤を用いる場合にあっては、当該接着剤は熱硬化性の接着剤であっても、光硬化性の接着剤であってもよい。
【００７７】
スペーサ３０を形成するタイミングについても特に限定されることはない。例えば、下側の基板２０に有機デバイス素子１０を形成し、次いで下側の基板２０にスペーサ３０を形成し、最後に上側の基板２１を載置して、当該上側の基板２１とスペーサ３０とを接着してもよく、有機デバイス素子１０の形成とスペーサ３０の形成との順序を入れ替えてもよい。さらには、上側の基板２１にスペーサ３０を設けておき、最後に下側の基板２０と接着するようにしてもよい。
【００７８】
次に、スペーサが設けられる位置について説明する。
【００７９】
図２は、図１に示す有機デバイスの概略正面図である。
【００８０】
スペーサ３０は、有機デバイス素子１０の周囲を完全に包囲するように形成する必要はなく、図２に示すように四隅にのみ設けてもよい。スペーサ３０は、有機デバイス素子１０を挟み込むように設けられる基板２０、２１を支持することにより、有機デバイス素子１０が設置される空間を形成するものであり、したがって、当該作用効果を奏することができれば、設置箇所については特に限定されることはない。
このように、所定の間隔を空けてスペーサ３０を設けることにより、スペーサ３０同士の間（図２中の矢印参照）を利用して、有機デバイス素子１０を構成する種々の層を形成したり、基板２０、２１との間に存在する空間を利用して乾燥材を設置したりすることができる。
一方で、図示はしないが、例えば、有機デバイス素子１０の周囲を取り囲むように壁状にスペーサを設けることもできる。このように壁状にスペーサを設けることにより、有機デバイス素子１０の気密性を向上することができ、有機デバイス素子１０に水分等が侵入することを防止することができる。
【００８１】
図３は、本発明の別の実施形態にかかる有機デバイスの概略正面図である。なお、図１と同じ構成については同じ符号を用いている。
【００８２】
図３に示すように、本実施形態にかかる有機デバイスは、いわゆる「多面付け」、つまり、基板２０、２１の間に複数の有機デバイス素子１０、１０・・・が配置される場合もある。この場合において、スペーサ３０は、有機デバイス素子１０同士の間に、適当に設置することができる。
【００８３】
図４は、本発明の別の実施形態にかかる有機デバイスの概略断面図である。なお、図１と同じ構成については同じ符号を用いている。
【００８４】
図４に示すように、本実施形態にかかる有機デバイス１００にあっては、スペーサ３０に支持されている二つの基板２０、２１間に存在する空間に乾燥材４０が配置されている。
このように、本実施形態にかかる有機デバイス１００にあっては、前述の通り、スペーサの設置位置を適宜設計することにより、基板２０、２１間に適当な空間を作ることができ、当該空間を有効利用することができる。当該空間に乾燥材４０を配置することにより、有機デバイス素子１０が水分に侵されることを防止することができ、有機デバイス素子１０の長寿命化を図ることができる。
【００８５】
乾燥材４０については、特に限定されることはなく、有機デバイスの分野において既に用いられている各種乾燥材の中から適宜選択して用いることができる。
また、乾燥材４０の配置方法についても特に限定されることはなく、図４に示すように上側の基板２１に乾燥材４０を接着することで配置してもよい。なお、図示はしないが、下側の基板２０に乾燥材を設置してもよく、両方の基板２０、２１に設置してもよい。
【００８６】
図５は、本発明の別の実施形態にかかる有機デバイスの概略断面図である。なお、図１と同じ構成については同じ符号を用いている。
【００８７】
図５に示すように、本実施形態にかかる有機デバイス１００にあっては、これを構成する上側の基板２１にざぐり部２２が設けられており、当該ざぐり部２２に乾燥材４０が配置されている。このように、基板２１の一部にざぐり部２２を設け、当該部分に乾燥材４０を配置してもよい。ざぐり部２２を設け、当該部分に乾燥材４０を配置することにより、有機デバイス１０と乾燥材とが接触し難くなり、製造時の歩留まりを向上することができる。
この場合であっても、図示はしないが、下側の基板２０にざぐり部を設け、当該ざぐり部に乾燥材を設置してもよく、両方の基板２０、２１にざぐり部を設け、当該ざぐり部に乾燥材を設置してもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１００…有機デバイス
１０…有機デバイス素子
１１、１２…電極
１３…有機層
２０、２１…基板
３０…スペーサ
４０…乾燥材
【図１】
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【図２】
2015197510.tif 000007
【図３】
2015197510.tif 000008
【図４】
2015197510.tif 000009
【図５】
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