JP2005317208A - Organic electroluminescent display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機エレクトロルミネセンス表示装置に関し、とくにそれに用いられる透明導電膜基板に関する。 The present invention relates to an organic electroluminescence display device, and more particularly to a transparent conductive film substrate used therefor.
近年、陰極線管(Cathode Ray Tube、CRT)にかわる表示装置として、軽量、低消費電力、大面積化に有利とされる平面パネル表示装置(Flat Panel Display、FPD)の需要が急速に拡大している。代表的なFPDには、液晶表示装置(LCD)、プラズマ表示パネル(PDP)、有機エレクトロルミネセンス(有機EL)表示装置(OLED)、電界放出型表示装置(FED)などが挙げられるが、このうち特に有機EL表示装置は自発光型であること、高速応答が可能であること、軽量であることなどの特徴を有しているために、理想的なFPDとして製品開発が活発に行われている。 In recent years, the demand for flat panel display (FPD), which is advantageous for light weight, low power consumption, and large area as a display device replacing a cathode ray tube (CRT), has rapidly expanded. Yes. Typical FPDs include a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel (PDP), an organic electroluminescence (organic EL) display (OLED), a field emission display (FED), etc. In particular, organic EL display devices are self-luminous, have a high-speed response, and are lightweight, and therefore are actively developed as ideal FPDs. Yes.
有機ELの素子構造については多くの文献で開示されており(例えば、非特許文献1参照)、有機発光層の材料の違いから低分子型有機ELと高分子型有機ELに分類される。基本的な素子構造は図1に示す通り、ガラス基板などの透明基体1上にアノード電極層2としての透明導電膜、正孔注入層3、正孔輸送層4、発光層5、電子輸送層6、カソード電極層7としての金属電極を順次積層した構造を有する。ここで、正孔注入層3、正孔輸送層4、発光層5、電子輸送層6をまとめて有機発光層8と総称される。
The element structure of the organic EL is disclosed in many literatures (see, for example, Non-Patent Document 1), and is classified into a low molecular weight organic EL and a high molecular weight organic EL depending on the material of the organic light emitting layer. As shown in FIG. 1, the basic element structure is a transparent conductive film as an
有機ELは、有機発光層8内で行われる正孔と電子の再結合による光エネルギーへの変換によって、発光させることを基本原理としている。発光層5内で発生したエレクトロルミネセンス光9を、透明基板1を透過させ外部に取り出すことによって表示素子として応用されている。
The basic principle of the organic EL is to emit light by conversion into light energy by recombination of holes and electrons performed in the organic
また、有機ELは電気的な駆動方式によって、2種類に大別される。1つはストライプ状の透明導電膜と金属電極とを直交するように配し、電圧を印加した時に直交するストライプ状電極の交点を発光させるパッシブ型(ドットマトリクス型)である。もう1つは低温成長多結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタ(TFT)や非晶質シリコンのTFTを透明基板上にアレイ状に形成し、トランジスタのスイッチングによってオン状態のTFTに接続される画素のみ発光させるアクティブ型である。 Moreover, organic EL is divided roughly into two types according to an electric drive system. One is a passive type (dot matrix type) in which a stripe-shaped transparent conductive film and a metal electrode are arranged so as to be orthogonal to each other, and light is emitted at the intersection of the orthogonal stripe-shaped electrodes when a voltage is applied. The other is to form thin film transistors (TFTs) using low-temperature-grown polycrystalline silicon and amorphous silicon TFTs in an array on a transparent substrate, so that only the pixels connected to the on-state TFTs emit light by switching the transistors. Active type.
いずれの方式においても有機EL素子の発光機構は同じである。このように、有機EL表示素子は、有機発光層8で発光したエレクトロルミネセンス光9を、アノード電極層(透明導電膜)2および透明基板1を透過させ外部に取り出すことを基本としているので、発光輝度を高めるための方法の一つとして、発光層で発光した光の透明導電膜、透明基板に対する透過率を高くすることが要求される。
In any method, the light emission mechanism of the organic EL element is the same. As described above, the organic EL display element is based on taking out the
有機ELで用いられる透明導電膜としては、In2O3にSnO2を添加したITO膜(インジウム錫酸化膜)やIn2O3にZnOを添加したIZO膜(インジウム亜鉛酸化膜)、Al2O3(酸化アルミニウム)あるいは酸化ガリウム(Ga2O3)を添加したZnO膜などがある。
しかしながら、有機ELの素子構造を構成する有機発光層8(正孔注入層3、正孔輸送層4、発光層5、電子輸送層6)、アノード電極層(透明導電膜)2、透明基板1は互いに屈折率が異なるために、図1に示したように発光層内で発光したエレクトロルミネセンス光9は、有機発光層8とアノード電極(透明導電膜)2との界面、アノード電極(透明導電膜)2と透明基板1との界面でそれぞれの屈折率差に起因する強度で反射される。この反射光10が光学的干渉を起こすために、透明基板1への出射光量が減少し、発光輝度の低下あるいは発光効率の低下を引き起こすという問題がある。
However, the organic light-emitting layer 8 (
このような光学的干渉効果による出射光量の低下を改善するためには、透明導電膜の膜厚を薄くすることが効果的ではあるが、透明導電膜の電気抵抗が高くなって、有機エレクトロルミネセンス表示の画質が悪化するという問題が生じる。 In order to improve the decrease in the amount of emitted light due to such an optical interference effect, it is effective to reduce the film thickness of the transparent conductive film, but the electrical resistance of the transparent conductive film is increased and the organic electroluminescence is increased. There arises a problem that the image quality of the sense display is deteriorated.
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、発光輝度あるいは発光効率を改善するために有効な素子構造を有する有機エレクトロルミネセンス表示素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an organic electroluminescence display element having an element structure effective for improving light emission luminance or light emission efficiency. .
本発明の有機エレクトロルミネセンス装置は、透明基板上にエレクトロルミネセンス光に対し実質的に透明なアノード電極層と有機発光層を順次積層し、さらにその上部にカソード電極層を形成し、このアノード電極層とカソード電極層との間に直流電圧を印加し有機発光層に直流電流を注入することによって励起発光した光を、透明基板の有機発光層が形成されている面とは反対側の面から取り出すように構成されている。このような有機エレクトロルミネッセンス表示装置において、透明基板とアノード電極層との間にエレクトロルミネセンス光に対し透明な誘電体材料からなる光干渉層を挿入する。 The organic electroluminescence device of the present invention comprises an anode electrode layer and an organic light emitting layer, which are substantially transparent to electroluminescence light, sequentially laminated on a transparent substrate, and a cathode electrode layer formed on the anode electrode layer. The surface of the transparent substrate opposite to the surface on which the organic light emitting layer is formed is made to emit light excited by applying a direct current voltage between the electrode layer and the cathode electrode layer and injecting a direct current into the organic light emitting layer. It is configured to be taken out from. In such an organic electroluminescence display device, a light interference layer made of a dielectric material transparent to electroluminescence light is inserted between the transparent substrate and the anode electrode layer.
光干渉層を設けることにより、光の取り出し効率が高く、広い視野角を有した有機エレクトロルミネセンス表示装置を提供することができる。 By providing the light interference layer, it is possible to provide an organic electroluminescence display device having high light extraction efficiency and a wide viewing angle.
上記の光干渉層を、透明誘電体層1層のみにより構成し、誘電体層は、波長550nmにおける屈折率を1.6〜1.8、幾何学的な膜厚を75nm〜85nmとすることが望ましい。 The optical interference layer is composed of only one transparent dielectric layer, and the dielectric layer has a refractive index of 1.6 to 1.8 at a wavelength of 550 nm and a geometric film thickness of 75 to 85 nm. Is desirable.
また、光干渉層を、屈折率の異なる2種類の透明誘電体層を交互に積層した3層により構成し、誘電体層は透明基板側より、波長550nmにおける屈折率が2.0〜2.4、幾何学的な膜厚が20nm〜25nmである第1の誘電体層、幾何学的な膜厚が27nm〜33nmの酸化シリコンからなる第2の誘電体層、波長550nmにおける屈折率が2.0〜2.4で幾何学的な膜厚が32nm〜39nmである第3の誘電体層の順で積層することがより好ましい。 Further, the optical interference layer is constituted by three layers in which two types of transparent dielectric layers having different refractive indexes are alternately laminated, and the dielectric layer has a refractive index of 2.0 to 2 at a wavelength of 550 nm from the transparent substrate side. 4. A first dielectric layer having a geometric thickness of 20 nm to 25 nm, a second dielectric layer made of silicon oxide having a geometric thickness of 27 nm to 33 nm, and a refractive index of 2 at a wavelength of 550 nm More preferably, the third dielectric layer having a thickness of 0.0 to 2.4 and a geometric thickness of 32 to 39 nm is stacked in this order.
さらに、光干渉層を、屈折率の異なる2種類の透明誘電体層を交互に積層した4層により構成し、誘電体層は透明基板側より、波長550nmにおける屈折率が2.0〜2.4で幾何学的な膜厚が14nm〜18nmである第1の誘電体層、幾何学的な膜厚が36nm〜42nmの酸化シリコンからなる第2の誘電体層、波長550nmにおける屈折率が2.0〜2.4で幾何学的な膜厚が27nm〜33nmの第3の誘電体層、幾何学的な膜厚が8nm〜13nmの酸化シリコンからなる第4の誘電体層の順で積層することがさらに好ましい。 Further, the optical interference layer is constituted by four layers in which two types of transparent dielectric layers having different refractive indexes are alternately laminated, and the dielectric layer has a refractive index of 2.0 to 2 at a wavelength of 550 nm from the transparent substrate side. 4, a first dielectric layer having a geometric thickness of 14 nm to 18 nm, a second dielectric layer made of silicon oxide having a geometric thickness of 36 nm to 42 nm, and a refractive index of 2 at a wavelength of 550 nm. A third dielectric layer having a geometric thickness of 27 nm to 33 nm and a fourth dielectric layer made of silicon oxide having a geometric thickness of 8 nm to 13 nm are stacked in this order. More preferably.
さらにまた、光干渉層を、屈折率の異なる2種類の透明誘電体層を交互の積層した5層により構成し、誘電体層は透明基板側より、波長550nmにおける屈折率が2.0〜2.4で幾何学的な膜厚が10nm〜14nmである第1の誘電体層、幾何学的な膜厚が44nm〜50nmの酸化シリコンからなる第2の誘電体層、波長550nmにおける屈折率が2.0〜2.4で幾何学的な膜厚が30nm〜38nmである第3の誘電体層、幾何学的な膜厚が18nm〜24nmの酸化シリコンからなる第4の誘電体層、波長550nmにおける屈折率が2.0〜2.4で幾何学的な膜厚が39nm〜47nmである第5の誘電体層の順で積層することがさらにより好ましい。 Furthermore, the optical interference layer is composed of five layers in which two types of transparent dielectric layers having different refractive indexes are alternately laminated, and the dielectric layer has a refractive index of 2.0 to 2 at a wavelength of 550 nm from the transparent substrate side. 4. A first dielectric layer having a geometric thickness of 10 nm to 14 nm, a second dielectric layer made of silicon oxide having a geometric thickness of 44 nm to 50 nm, and a refractive index at a wavelength of 550 nm A third dielectric layer having a geometric film thickness of 30 nm to 38 nm and a fourth dielectric layer made of silicon oxide having a geometric film thickness of 18 nm to 24 nm; a wavelength; Even more preferably, the fifth dielectric layer having a refractive index at 550 nm of 2.0 to 2.4 and a geometric thickness of 39 nm to 47 nm is laminated in this order.
上記のような膜構成の光干渉膜を設けることにより、光の取り出し効率が高く、広い視野角を有した有機エレクトロルミネセンス表示装置を提供することができる。 By providing the optical interference film having the above-described film configuration, an organic electroluminescence display device having high light extraction efficiency and a wide viewing angle can be provided.
また、透明基板と光干渉層との間に、幾何学的な膜厚が10nm〜50nmの酸化シリコンからなる層を挿入することが望ましい。この層を設けることにより、透明基板から有機発光層へのアルカリ拡散の防止や透明基板と光干渉層との密着性を高める効果が生じる。
上記のアノード電極層は、インジウム錫酸化物膜あるいはインジウム亜鉛酸化物膜を含む幾何学的膜厚が80nm〜110nmである透明導電層であることが望ましい。これらの材料によりアノード電極層を構成することにより、アノード電極層における光の透過率を高くすることができる。
Further, it is desirable to insert a layer made of silicon oxide having a geometric film thickness of 10 nm to 50 nm between the transparent substrate and the optical interference layer. By providing this layer, the effect of preventing alkali diffusion from the transparent substrate to the organic light emitting layer and improving the adhesion between the transparent substrate and the light interference layer are produced.
The anode electrode layer is preferably a transparent conductive layer having a geometric film thickness of 80 nm to 110 nm including an indium tin oxide film or an indium zinc oxide film. By constituting the anode electrode layer with these materials, the light transmittance in the anode electrode layer can be increased.
本発明によれば、光干渉膜の採用により、光の取り出し効率が高く、広い視野角を有した有機エレクトロルミネセンス表示装置を提供することができる。 According to the present invention, an organic electroluminescence display device having high light extraction efficiency and a wide viewing angle can be provided by employing an optical interference film.
本発明の発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、つぎのことを見出した。すなわち、透明基板上に形成されたエレクトロルミネセンス光に対して実質的に透明なアノード電極層、有機発光層(正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層)、カソード電極層から構成される有機エレクトロルミネセンス表示素子において、透明基板とアノード電極層との間に、エレクトロルミネセンス光に対して透明な誘電体材料からなる1層あるいは多層構造の光干渉層を挿入することにより、発光表示駆動に必要なアノード電極層の電気抵抗を損なうことなく、発光層で発生したエレクトロルミナセンス光が、発光層、アノード層、光干渉層、透明基板を透過する際に起こる発光波長での光学的干渉効果に基づいて、透過率が増加し実質的に発光輝度が増大する。 The inventor of the present invention has intensively studied to solve the above problems, and as a result, has found the following. That is, an anode electrode layer, an organic light-emitting layer (a hole injection layer, a hole transport layer, a light-emitting layer, and an electron transport layer) that is substantially transparent to electroluminescence light formed on a transparent substrate, a cathode electrode layer In an organic electroluminescence display device comprising: a single-layer or multi-layered light interference layer made of a dielectric material transparent to electroluminescence light, between a transparent substrate and an anode electrode layer Therefore, the emission wavelength generated when the electroluminescent light generated in the light-emitting layer passes through the light-emitting layer, the anode layer, the light interference layer, and the transparent substrate without impairing the electrical resistance of the anode electrode layer required for driving the light-emitting display. Based on the optical interference effect at, the transmittance is increased and the emission luminance is substantially increased.
ここで本発明により追加された光干渉層は、前述した出射光量が増加するように機能し、その機能が最大となるように最適な構造に設計されるものであり、一般的には積層構造が多くなるほど優れた機能を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態に係る有機エレクトロルミネセンス表示素子を図面を参照しながら詳細に説明する。
Here, the optical interference layer added according to the present invention functions so as to increase the amount of emitted light described above, and is designed to have an optimum structure so that the function is maximized. As the number increases, an excellent function can be obtained.
Hereinafter, an organic electroluminescence display element according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図2は、本発明の実施の形態に係る有機エレクトロルミネセンス表示装置の構造の概略を示す断面図である。図2において、有機エレクトロルミネセンス素子100は、透明基板1上に、アノード電極層2としての透明導電膜層、正孔注入層3、正孔輸送層4、発光層5、電子輸送層6、カソード電極層7としての金属電極がこの順に積層して成膜された積層膜を備えている。上記の構造は図1に示した従来の有機エレクトロルミネセンス表示装置と同様である。本発明の有機エレクトロルミネセンス装置の特徴は、透明基板1とアノード電極層2の間に光干渉層11が挿入されている点にある。この光干渉層は単層膜であってもよいが、多層膜で構成してもよい。これらの積層膜は、減圧下の雰囲気で、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等によって形成することができる。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the organic electroluminescence display device according to the embodiment of the present invention. In FIG. 2, the organic
有機エレクトロルミネセンス素子100は、有機発光層8に定電流を流すことができるように、アノード電極層2およびカソード電極層7を介して直流電源20に接続される。
The organic
以下に本発明の光干渉層の効果を評価するために用いた有機エレクトロルミネセンス素子について、作製手順に沿って説明する。
(1)厚さ0.7mmのソーダライムガラスをアルカリ洗浄、純水超音波洗浄する。
(2)上記ソーダライムガラスを基板とし、石英ターゲットから混合比95/5(流量%)のAr/O2混合ガス雰囲気で、SiO2膜を膜厚約30nmとなるようにスパッタリングにより成膜する。
(3)SiO2膜上に、光干渉層をスパッタリングにより成膜する(膜構成については後述の実施例参照)。
The organic electroluminescent element used in order to evaluate the effect of the optical interference layer of the present invention will be described below along the production procedure.
(1) Soda lime glass having a thickness of 0.7 mm is subjected to alkali cleaning and pure water ultrasonic cleaning.
(2) Using the soda lime glass as a substrate, a SiO 2 film is formed by sputtering from a quartz target in an Ar / O 2 mixed gas atmosphere with a mixing ratio of 95/5 (flow rate%) to a film thickness of about 30 nm. .
(3) A light interference layer is formed on the SiO 2 film by sputtering (see the examples described later for the film configuration).
(4)光干渉層上に膜厚85nmのITO透明導電膜をスパッタリング成膜する。スパッタガスは、混合比95/5(流量比)のAr/O2混合ガスとした。
(5)上記ITO膜をアノード電極としてパターニングする。
(6)ITO膜付きガラス基板を、中性洗剤、アルコール(アセトン、エタノール)を用い超音波洗浄し、乾燥後、ITO膜表面を紫外光/オゾン洗浄する。
(7)上記のITO膜付きガラス基板を、有機発光層を形成するための真空蒸着装置内に挿入し、真空蒸着装置内を0.7×10-4Pa以下になるまで真空排気する。
(4) An ITO transparent conductive film having a film thickness of 85 nm is formed on the optical interference layer by sputtering. The sputtering gas was an Ar / O 2 mixed gas having a mixing ratio of 95/5 (flow rate ratio).
(5) The ITO film is patterned as an anode electrode.
(6) The glass substrate with ITO film is subjected to ultrasonic cleaning using a neutral detergent and alcohol (acetone, ethanol), and after drying, the surface of the ITO film is subjected to ultraviolet light / ozone cleaning.
(7) The glass substrate with the ITO film is inserted into a vacuum vapor deposition apparatus for forming an organic light emitting layer, and the inside of the vacuum vapor deposition apparatus is evacuated to 0.7 × 10 −4 Pa or less.
(8)ITO膜上に、正孔注入層として、4,4’,4”−トリス[N−(3メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(m−MTDATA)を約35nmの膜厚となるように蒸着する。
(9)次いで、正孔輸送層として、減圧状態を保ったまま、N,N’−ジフェニル−N,N’−m−トリル−4,4”−ジアミノ−1,1’−ビフェニル(TPD)を約30nmの膜厚となるように蒸着する。
(8) As a hole injection layer on the ITO film, a film of about 4 nm as 4,4 ′, 4 ″ -tris [N- (3methylphenyl) -N-phenylamino] triphenylamine (m-MTDATA) Vapor is deposited to a thickness.
(9) Next, as a hole transport layer, N, N′-diphenyl-N, N′-m-tolyl-4,4 ″ -diamino-1,1′-biphenyl (TPD) is maintained while maintaining a reduced pressure state. Is deposited to a thickness of about 30 nm.
(10)さらに、電子輸送層として減圧を保ったまま、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq3)を約55nmの膜厚となるように蒸着する。
(11)さらに、電子注入電極(カソード電極)としてアルミリチウム電極を約60nmの膜厚となるように成膜する。
(12)成膜されたガラス基板を乾燥空気で満たされたグローブボックス内に移動させ、ガラス製の封止容器を用い、有機EL層を完全に外気から封止できるように、紫外線硬化樹脂を用いてガラス基板と封止容器を接着する。
(10) Further, tris (8-quinolinolato) aluminum (Alq3) is vapor-deposited to a film thickness of about 55 nm while maintaining the reduced pressure as the electron transport layer.
(11) Further, an aluminum lithium electrode is formed as an electron injection electrode (cathode electrode) so as to have a film thickness of about 60 nm.
(12) Move the formed glass substrate into a glove box filled with dry air, and use a glass-made sealing container to seal the organic EL layer completely from the outside air. Use to adhere the glass substrate and the sealing container.
以上の工程によって作製された有機エレクトロルミネセンス素子のカソード電極、アノード電極間に直流電圧を印加し、10mA/cm2の定電流密度で駆動し、発光輝度を測定する。 A direct-current voltage is applied between the cathode electrode and the anode electrode of the organic electroluminescence element produced by the above process, and the light emission luminance is measured by driving at a constant current density of 10 mA / cm 2 .
なお、透明基板と光干渉層との間に挿入したSiO2からなる追加層は、基板から有機エレクトロルミネセンス層へのアルカリ拡散防止や透明基板と光干渉層との密着性を高めるために有効である。 The additional layer made of SiO 2 inserted between the transparent substrate and the light interference layer is effective for preventing alkali diffusion from the substrate to the organic electroluminescence layer and improving the adhesion between the transparent substrate and the light interference layer. It is.
以下に本発明の光干渉層について実施例に基づいて詳細に説明する。なお、各層の屈折率はいずれも波長550nmにおける値とし、膜厚は幾何学的な膜厚とする。 The optical interference layer of the present invention will be described in detail below based on examples. The refractive index of each layer is a value at a wavelength of 550 nm, and the film thickness is a geometric film thickness.
[実施例1]
光干渉層としてSiSnOxの単層膜を用いる。SiSnOxはシリコン/スズ合金の酸化物で、屈折率は1.70である。
SiSn金属ターゲットを用い、混合比60/40(流量%)のAr/O2混合ガス雰囲気で反応性スパッタリングによって形成した。膜厚は81nmとした。
膜材料はこれに限られない。例えばAl2O3(屈折率:1.63)を膜厚84nmとして用いてもよい。Ai2O3膜は金属Alターゲットを用い、混合比30/70(流量%)のAr/O2混合ガス雰囲気で反応性スパッタリングによって形成できる。
[Example 1]
A single layer film of SiSnOx is used as the optical interference layer. SiSnOx is an oxide of a silicon / tin alloy and has a refractive index of 1.70.
The SiSn metal target was used and formed by reactive sputtering in an Ar / O 2 mixed gas atmosphere with a mixing ratio of 60/40 (flow rate%). The film thickness was 81 nm.
The film material is not limited to this. For example, Al 2 O 3 (refractive index: 1.63) may be used with a film thickness of 84 nm. The Ai 2 O 3 film can be formed by reactive sputtering in a Ar / O 2 mixed gas atmosphere having a mixing ratio of 30/70 (flow rate%) using a metal Al target.
[実施例2]
高屈折率材料としてTa2O5、低屈折率層としてSiO2の2種類の誘電体層を用いた以下のような3層構成で、屈折率の高い層を透明基板に接する第1層とする。
[Example 2]
A first layer contacting a transparent substrate with a high refractive index layer having the following three layers using Ta 2 O 5 as a high refractive index material and SiO 2 as a low refractive index layer. To do.
<第1層>
屈折率2.20のTa2O5(酸化タンタル)膜で、膜厚は22nmとした。
Ta金属ターゲットを用い、混合比30/70(流量%)のAr/O2混合ガス雰囲気で反応性スパッタリングによって形成した。
<First layer>
A Ta 2 O 5 (tantalum oxide) film having a refractive index of 2.20 and a film thickness of 22 nm.
A Ta metal target was used and formed by reactive sputtering in an Ar / O 2 mixed gas atmosphere with a mixing ratio of 30/70 (flow rate%).
<第2層>
屈折率1.46のSiO2膜で、膜厚は30nmとした。
Si金属ターゲット(Bドープ)を用い、混合比30/70(流量%)のAr/O2混合ガス雰囲気で反応性スパッタリングによって形成した。
<Second layer>
A SiO 2 film having a refractive index of 1.46 and a film thickness of 30 nm.
A Si metal target (B-doped) was used and formed by reactive sputtering in an Ar / O 2 mixed gas atmosphere having a mixing ratio of 30/70 (flow rate%).
<第3層>
第1層と同じTa2O5膜で、膜厚は35nmとした。成膜法は第1層と同様である。
<Third layer>
The same Ta 2 O 5 film as the first layer, and the film thickness was 35 nm. The film forming method is the same as that for the first layer.
[実施例3]
Ta2O5/SiO2/Ta2O5/SiO2の4層構成で、屈折率の高い層を透明基板に接する第1層とする。膜構成は以下に示す通りである。各層の成膜法は上記の実施例2と同様である。
[Example 3]
In the four-layer structure of Ta 2 O 5 / SiO 2 / Ta 2 O 5 / SiO 2, a layer having a high refractive index is a first layer in contact with the transparent substrate. The film configuration is as shown below. The method for forming each layer is the same as that in the second embodiment.
<第1層>
Ta2O5膜、膜厚:16nm
<第2層>
SiO2膜、膜厚:39nm
<第3層>
Ta2O5膜、膜厚:30nm
<第4層>
SiO2膜、膜厚:11nm
<First layer>
Ta 2 O 5 film, film thickness: 16 nm
<Second layer>
SiO 2 film, film thickness: 39 nm
<Third layer>
Ta 2 O 5 film, film thickness: 30 nm
<Fourth layer>
SiO 2 film, film thickness: 11 nm
[実施例4]
Ta2O5/SiO2/Ta2O5/SiO2/Ta2O5の5層構成で、屈折率の高い層を透明基板に接する第1層とする。膜構成は以下に示す通りである。各層の成膜法は上記の実施例2と同様である。
[Example 4]
In the five-layer structure of Ta 2 O 5 / SiO 2 / Ta 2 O 5 / SiO 2 / Ta 2 O 5 , the layer having a high refractive index is the first layer in contact with the transparent substrate. The film configuration is as shown below. The method for forming each layer is the same as that in the second embodiment.
<第1層>
Ta2O5膜、膜厚:12nm
<第2層>
SiO2膜、膜厚:47nm
<第3層>
Ta2O5膜、膜厚:34nm
<第4層>
SiO2膜、膜厚:21nm
膜厚<18nm〜24nm>
<第5層>
Ta2O5膜、膜厚:43nm
<First layer>
Ta 2 O 5 film, film thickness: 12 nm
<Second layer>
SiO 2 film, film thickness: 47 nm
<Third layer>
Ta 2 O 5 film, film thickness: 34 nm
<Fourth layer>
SiO 2 film, film thickness: 21 nm
Film thickness <18nm-24nm>
<5th layer>
Ta 2 O 5 film, film thickness: 43 nm
なお、上記実施例2〜4では高屈折率材料として酸化タンタルを用いたが、これに限られない。酸化チタン(屈折率2.40)、チタンタンタル複合酸化物(屈折率2.35)、酸化ニオブ(屈折率2.25)、酸化ジルコニウム(屈折率2.10)などを用いることができる。有機ELの場合、有機EL層と透明導電膜との界面平坦性を良好にすることが望ましいので、光干渉層材料としては、非晶質構造をとる材料が望ましく、酸化タンタルやチタンタンタル複合酸化物、酸化ニオブなどがとくに好ましい。 In Examples 2 to 4, tantalum oxide was used as the high refractive index material, but the present invention is not limited to this. Titanium oxide (refractive index 2.40), titanium tantalum composite oxide (refractive index 2.35), niobium oxide (refractive index 2.25), zirconium oxide (refractive index 2.10), or the like can be used. In the case of organic EL, since it is desirable to improve the interface flatness between the organic EL layer and the transparent conductive film, the light interference layer material is preferably a material having an amorphous structure, such as tantalum oxide or titanium tantalum composite oxide. Particularly preferred are niobium oxide and the like.
上記各実施例の光干渉膜を用いた有機エレクトロルミネセンス素子の発光輝度を測定した。結果を表1に示す。いずれの場合も光干渉層が無い場合(表中に比較例として示す)と比較して、10%以上の輝度の改善効果を確認することができた。 The light emission luminance of the organic electroluminescence device using the optical interference film of each of the above examples was measured. The results are shown in Table 1. In any case, a luminance improvement effect of 10% or more could be confirmed as compared with the case without the light interference layer (shown as a comparative example in the table).
本発明において光干渉層によって発光の取り出し効率が増加する原理は、新たに追加した光干渉層によって発光層から出射した光が、有機EL層/透明導電層との界面における反射、透明導電膜/ガラス基板との界面における反射を低減させ、透過損失を生じないようにするというものである。ガラス基板(屈折率が1.46〜1.52)/透明導電膜(屈折率:1.90〜1.95、膜厚80nm〜110nm)/有機発光層(全体として屈折率が約1.8と見なせる)の構造体において、ある発光を考えた場合、入射媒質(=有機発光層、n=1.8)、出射媒質(=ガラス基板、n=1.46〜1.52)として、
入射媒質/透明導電膜/光干渉層/出射媒質
の光学的構造体を前提に、透明導電膜と光干渉層の両者で入射媒質と出射媒質間の光学的整合層(マッチング層=反射防止層)を形成することを基本的な考えとする。
In the present invention, the principle that the light extraction efficiency is increased by the light interference layer is that light emitted from the light emitting layer by the newly added light interference layer is reflected at the interface between the organic EL layer / transparent conductive layer, the transparent conductive film / This is to reduce reflection at the interface with the glass substrate and prevent transmission loss. Glass substrate (refractive index of 1.46 to 1.52) / transparent conductive film (refractive index: 1.90 to 1.95, film thickness of 80 nm to 110 nm) / organic light emitting layer (refractive index of about 1.8 as a whole) In the structure of the structure, which can be regarded as a light emission, when an emission medium is considered, an incident medium (= organic light emitting layer, n = 1.8), an emission medium (= glass substrate, n = 1.46 to 1.52),
Assuming an optical structure of incident medium / transparent conductive film / light interference layer / output medium, an optical matching layer (matching layer = antireflection layer) between the incident medium and output medium in both the transparent conductive film and the light interference layer. ) Is the basic idea.
また、発光層で発光する光は発光層内で発光点を起点に全方位的に出射されるので、前記光学的整合層を形成する場合、入射媒質から透明導電膜に入射する光の入射角度が0°〜±30°の範囲で全て反射防止条件が成立するように最適な光干渉層の構造を決定した。これが実施例1〜4に相当する。この広い入射角度の範囲で反射防止条件を成立させることによって、発光層からの発光を外部に取り出す効率を増大させることができる。また、視認者が表示素子を見る場合の視角依存性を低減させることができる。 In addition, since light emitted from the light emitting layer is emitted in all directions from the light emitting point in the light emitting layer, when the optical matching layer is formed, the incident angle of light incident on the transparent conductive film from the incident medium The optimum structure of the optical interference layer was determined so that the antireflection conditions were all satisfied in the range of 0 ° to ± 30 °. This corresponds to Examples 1 to 4. By establishing the antireflection condition in this wide incident angle range, the efficiency of extracting light emitted from the light emitting layer to the outside can be increased. Further, it is possible to reduce the viewing angle dependency when the viewer looks at the display element.
光干渉層の層数は原理的には層数が増加しても実現可能であるが、製造コストの観点と5層以上の層数にしても、その改善効果は微増にとどまるので、本発明では最大5層までとした。 The number of optical interference layers can be realized in principle even if the number of layers is increased, but the improvement effect is only slightly increased even from the viewpoint of manufacturing cost and the number of layers of 5 layers or more. Then, the maximum was 5 layers.
光干渉層の基本構造は、屈折率の異なる2つの透明な薄膜の交互積層体である。実施例1の場合は、特殊なケースであり、透明導電膜とガラス基板との中間的な屈折率を持つことが必要であり、こうすることによって、各界面の屈折率差が小さくなり界面の反射を抑えることができる。屈折率が1.6より小さくなると、透明導電膜との屈折率差が大きくなり界面反射が増加する。 The basic structure of the optical interference layer is an alternating laminate of two transparent thin films having different refractive indexes. In the case of Example 1, it is a special case, and it is necessary to have an intermediate refractive index between the transparent conductive film and the glass substrate. Reflection can be suppressed. When the refractive index is smaller than 1.6, the refractive index difference with the transparent conductive film is increased, and the interface reflection is increased.
また屈折率が1.8よりも大きくなるとガラス基板との屈折率差が大きくなり反射強度が増加してしまう。実施例1における光干渉層に必要な反射防止条件は、上記で説明した光学的構造体において、マクセルの電磁方程式に基づいた光学膜設計から導き出せ、その最適解は光学膜厚(屈折率×幾何学的膜厚)で表して136.5nmである。 On the other hand, if the refractive index is higher than 1.8, the difference in refractive index from the glass substrate increases, and the reflection intensity increases. The antireflection condition necessary for the optical interference layer in Example 1 can be derived from the optical film design based on Maxell's electromagnetic equation in the optical structure described above, and the optimal solution is the optical film thickness (refractive index × geometry). The film thickness is 136.5 nm.
今、屈折率の最適範囲が1.6〜1.8であるので、幾何学的な膜厚は、75nm〜85nmの範囲となる。膜厚がこの範囲から外れた場合、すなわち75nmより膜厚が小さくなったり、85nmより膜厚が大きくなると反射防止条件が崩れるために、反射率低減効果が減少し、その結果として光の取り出し効果が小さくなってしまう。 Since the optimum range of the refractive index is 1.6 to 1.8, the geometric film thickness is in the range of 75 nm to 85 nm. When the film thickness is out of this range, that is, when the film thickness is smaller than 75 nm, or when the film thickness is larger than 85 nm, the antireflection condition is lost, so the reflectance reduction effect is reduced, and as a result, the light extraction effect Will become smaller.
つぎに実施例2〜4における光干渉層が多層構造を有する場合の屈折率、膜厚を限定した根拠について述べる。本発明では、低屈折率材料は酸化シリコン(SiO2)に限定している。その理由は、非晶質構造を有する無機材料膜であり、表面平滑な薄膜が得られ有機エレクトロルミネセンス素子にとって望ましいためである。 Next, the grounds for limiting the refractive index and film thickness when the optical interference layer in Examples 2 to 4 has a multilayer structure will be described. In the present invention, the low refractive index material is limited to silicon oxide (SiO 2 ). The reason is that it is an inorganic material film having an amorphous structure, and a thin film having a smooth surface is obtained, which is desirable for an organic electroluminescence device.
低屈折率層と高屈折率層の交互積層構造で反射防止構造を形成する場合、両材料の屈折率比が重要である。高屈折率材料の屈折率が2.0より小さくなると、SiO2との屈折率比が小さくなり多層膜界面における反射強度が低下し、十分な光学干渉効果(反射防止効果)が得られない。十分な光学干渉効果を得るために積層数を増加させる必要が生じ、製造コストの上昇を来たし好ましくない。 When an antireflection structure is formed by an alternately laminated structure of a low refractive index layer and a high refractive index layer, the refractive index ratio of both materials is important. When the refractive index of the high refractive index material is smaller than 2.0, the refractive index ratio with SiO 2 becomes small, the reflection intensity at the multilayer film interface is lowered, and a sufficient optical interference effect (antireflection effect) cannot be obtained. In order to obtain a sufficient optical interference effect, it is necessary to increase the number of stacked layers, which increases the manufacturing cost, which is not preferable.
また、屈折率が2.4より大きくなると逆にSiO2との屈折率比が大きくなり過ぎるため、多層膜界面の反射強度が強くなりすぎ、十分な光学干渉効果(反射防止効果)が得られず好ましくない。この場合も十分な光学干渉効果を得るために積層数を増やし、干渉の自由度を増やすという操作が必要となり製造コストの観点で本発明の目的にそぐわない。 On the other hand, if the refractive index is larger than 2.4, the refractive index ratio with SiO 2 becomes too large, so that the reflection intensity at the multilayer film interface becomes too strong, and a sufficient optical interference effect (antireflection effect) is obtained. Not preferable. In this case as well, an operation of increasing the number of stacked layers and increasing the degree of freedom of interference is necessary to obtain a sufficient optical interference effect, which is not suitable for the purpose of the present invention from the viewpoint of manufacturing cost.
したがって、実施例2〜4における光干渉層の高屈折率材料に必要な屈折率として2.0〜2.4の屈折率範囲が望ましい。膜厚の限定に関しては、実施例1と同様に、前述した光学的構造体において、光干渉層の総膜厚が小さくかつ優れた反射防止性能を得るための最適解を導き出し、得られた各層の光学膜厚の最適解と前述した高屈折率材料の屈折率範囲から、望ましい幾何学的な膜厚範囲が定められる。SiO2膜の幾何学的な膜厚範囲については、SiO2膜の屈折率が小さいために、幾何学的膜厚が最適解(設計中心)から、±3nm以内であれば特性に大きく影響を与えないといえる。 Therefore, the refractive index range of 2.0 to 2.4 is desirable as the refractive index necessary for the high refractive index material of the optical interference layer in Examples 2 to 4. Regarding the limitation of the film thickness, in the same manner as in Example 1, in the optical structure described above, an optimum solution for obtaining an excellent antireflection performance with a small total film thickness of the optical interference layer was derived, and each layer obtained A desirable geometric film thickness range is determined from the optimal solution of the optical film thickness and the above-described refractive index range of the high refractive index material. The geometrical film thickness range of the SiO 2 film, for the refractive index of the SiO 2 film is small, from the geometric film thickness optimal solutions (design center), a large influence on the characteristics if it is within ± 3 nm It can be said not to give.
本発明で使用できる透明基板としては、通常のディスプレイ用途として使用されているソーダライムガラス、無アルカリガラス、石英ガラスなどが適用でき、透明樹脂基板も適用できる。その屈折率範囲は、1.46〜1.55が望ましい。 As the transparent substrate that can be used in the present invention, soda lime glass, alkali-free glass, quartz glass, and the like, which are used for normal display applications, can be applied, and a transparent resin substrate can also be applied. The refractive index range is desirably 1.46 to 1.55.
1 透明基板
2 アノード電極層
3 正孔注入層
4 正孔輸送層
5 発光層
6 電子輸送層
7 カソード電極層
8 有機発光層
9 エレクトロルミネセンス光
10 反射光
11 光干渉層
20 直流電源
100 有機エレクトロルミネセンス素子
DESCRIPTION OF
Claims (7)
The organic electro layer according to claim 1, wherein the anode electrode layer is a transparent conductive layer having a geometric film thickness of 80 nm to 110 nm including an indium tin oxide film or an indium zinc oxide film. Luminescence display device.
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