JP2006222082A - 有機発光ダイオードデバイスおよび有機発光ダイオードデバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】OLEDデバイスの光出力部の構造をさらに改善する。
【解決手段】基板と、この基板上に形成されたDBRスタックと、このDBRスタック上に形成されたアノード層と、このアノード層上に形成された平坦化層とを有しており、前記アノード層は前記DBRスタックに接しないレンズ状構造体を形成することによって修正されており、前記平坦化層はレンズ状構造体を充填しており、上方に他の層を堆積するための均一かつ平坦な表面を形成している。
【選択図】図1
【解決手段】基板と、この基板上に形成されたDBRスタックと、このDBRスタック上に形成されたアノード層と、このアノード層上に形成された平坦化層とを有しており、前記アノード層は前記DBRスタックに接しないレンズ状構造体を形成することによって修正されており、前記平坦化層はレンズ状構造体を充填しており、上方に他の層を堆積するための均一かつ平坦な表面を形成している。
【選択図】図1
Description
本発明は一般的に云えば薄膜デバイスまたはその製造方法に関する。より詳細に云えば、本発明は有機発光ダイオードデバイスまたはおよびその製造方法に関する。
発光ダイオードLEDを基礎としたディスプレイおよび照明装置は種々の分野に適用されている。こうしたディスプレイおよび照明装置は例えば個々のLEDから成るアレイなど、複数の光電素子を配列することにより構成される。半導体技術に基づく従来のLEDは無機材料を使用しているが、最近では有機発光ダイオードOLEDがディスプレイおよび照明装置の分野に台頭してきた。有機材料を用いた素子またはデバイスの例として、ソーラセル、有機トランジスタ、有機ディテクタ、バイオチップ、有機レーザーなどが挙げられる。
OLEDは典型的には少なくとも部分的に導電性である薄い2つ以上の有機層と、これを挟む2つの電極つまりアノードおよびカソードとから成る。有機層は、例えば正孔を輸送するアノードバッファ層ABL、および正孔‐電子の再結合に応じて光を発光する発光層(EL層)である。電位が印加されると、アノードは正孔をアノードバッファ層ABLへ注入し、このアノードバッファ層が発光層へ正孔を輸送する。いっぽうカソードは電子を直接に発光層へ注入する。注入された正孔および電子はそれぞれ反対極性にチャージされた電極のほうへ移動し、再結合して発光層内に励起子を形成する。この励起子は放射の放出つまり発光により低いエネルギ状態へ遷移する。アノードは通常は基板上に製造される。ボトムエミッション型OLEDでは基板は透明またはほぼ透明に製造され、光がデバイスから出力される。
OLEDデバイスの光出力は分散ブラッグリフレクタDBRなどのマイクロキャビティ構造を用いることにより微調整することができる。この分散ブラッグリフレクタDBRはサブ層のスタックから成り、各サブ層はそれぞれ隣接する層とは異なる屈折率を有する。DBRスタックはスタック長さ、使用される材料、材料への光の入射角に依存して種々の角度で内部反射する。ボトムエミッション型OLEDデバイスでは、DBRスタックは典型的には基板とアノードとのあいだに配置される。また特定の波長を強調するように設計されたDBRスタックは共振波長の光を増幅するので、発光スペクトルすなわち帯域を狭くし、共振波長での輝度を増大させることができる。さらにDBRスタックは、観察角フォワードコーンへ光をフォーカシングし、光が基板に捕まることによる損失を低減するという効果を有し、光出力を改善する。光出力を改善する他の手法として、内部反射が低減されるよう、基板ガラスの外側表面を修正する(例えばレンズを配置する)ことが挙げられる。ただしDBRスタックによって光がすでに観察角フォワードコーンへ効率的にフォーカシングされているので、基板の外側表面にレンズを付加してもさほどの利得は得られない。
本発明の課題は、OLEDデバイスの光出力部の構造をさらに改善することである。
この課題は、基板と、この基板上に形成された分散ブラッグリフレクタ(DBRスタック)と、このDBRスタック上に形成されたアノード層と、このアノード層上に形成された平坦化層とを有しており、前記アノード層は前記DBRスタックに接しないレンズ状構造体を形成することによって修正されており、前記平坦化層はレンズ状構造体を充填しており、上方に他の層を堆積するための均一かつ平坦な表面を形成しているデバイスを構成して解決される。
課題はまた、基板上に分散ブラッグリフレクタ(DBRスタック)を形成し、このDBRスタック上にアノード層を形成し、ここでこのDBRスタックに接しないレンズ状構造体を形成することによってアノード層を修正し、このアノード層上に前記レンズ状構造体を充填する平坦化層を形成し、上方に他の層を堆積するための均一かつ平坦な表面を形成することにより解決される。
課題はまた、基板と、この基板上に形成された分散ブラッグリフレクタ(DBRスタック)と、このDBRスタック上に形成されたアノード層とを有しており、前記DBRスタックは前記基板に接しないレンズ状構造体を形成することによって修正されているデバイスを構成して解決される。
本発明によれば、DBRスタックが表面の修正されたアノード層とともに用いられ、OLEDデバイスが形成される。表面の修正はアノード層の上面にレンズ状構造体を形成することにより行われ、発光層からDBRスタックへの光の入射角が変更される。レンズ状構造体は光を所望の方向へフォーカシングまたは配向するフィーチャである。これはランダムに配置されても規則的に配置されてもよく、実際にレンズのように見える。OLEDデバイスにおいて、表面の修正されたアノード層上の有機層の一貫性を維持するために、これらの層のあいだに平坦化層が設けられる。これにより有機層に対する均一な堆積面が得られる。
アノード層の表面の修正は適切なパターニング技術または堆積技術、例えばウェットエッチング、リソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、スタンピングまたはスパッタリングによって実現される。表面修正の形状およびパターンにより所望のように光出力を高めることができるが、これは表面の単純な粗面化から得られるランダムフィーチャを含む。これに代えてDBRスタックの上部層の表面が修正され、アノードの堆積前に平坦化層を堆積してもよい。またこのアノード層も平坦化層として機能する。
図1には本発明の少なくとも1つの実施例のOLEDデバイスの製造方法の一部のフローが示されている。まずステップ110でOLEDデバイスの基板上に分散ブラッグリフレクタ(DBRスタック)が形成される。DBRスタックは全体で所定の共振キャビティを形成するように屈折率を調整した複数のサブ層のスタックを含む。DBRスタックの設計および製造の手法はよく知られているので、ここではこれ以上立ち入らない。さらにステップ120でこのDBRスタック上にアノード層が形成される。アノード層の材料、厚さおよび形成方法については図2に則して後述する。典型的にOLEDデバイスでは、アノード層はインジウム錫酸化物ITOから形成される。ITOは透明であり、発光層からの光を通過させる。
本発明によれば、ステップ130において、堆積されたアノード層に対して表面修正が行われ、その表面にレンズ状構造体が形成される。表面修正は堆積プロセス中に意図的な効果として形成される。例えば堆積プロセスにはスパッタリング技術または蒸着技術が含まれるが、これを行う際に、得られるアノード表面が不均一な粗面の所望のフィーチャを呈するようにパターンを設計する。別の実施例として、アノードが均一な厚さで平坦となるよう典型的な方法で形成し、後からその表面をアプレーション、切削、スクラッチなどの技術によって修正してもよい。アプレーションまたはスクラッチにより不均一な粗面の所望のフィーチャが形成される。アノードはボトムエミッション型OLEDデバイスでは典型的に透明または半透明に設計されるので、当該のフィーチャは通過する光に対してレンズに似た効果を奏する。フィーチャパターンは所望のフィーチャサイズ、フィーチャ形状および所望の光特性に依存して規則的に反復するものであってもよいし、ランダムなものであってもよい。
アノードを形成した後、典型的なOLEDデバイスでは1つまたは複数の有機層、例えば電荷輸送層、電荷注入層および発光層などが形成される。これらの有機層はスピンコーティング法、インクジェット法などのプロセスや、気相蒸着法、サブリメーション法などの蒸着技術を介して堆積される。溶液スピンコーティング法が使用される場合、先行して堆積された層の上に溶液を堆積し、乾燥および硬化することにより、有機層が膜として形成される。これらの層の電気的特性(効率など)はこれらの膜の構造的一貫性が維持されるか否か、またパターンを正確かつ規則的に乾燥させ、膜厚を均一にできるか否かにに大きく依存している。ただし、アノード表面が修正されて突起状の構造が形成されるとすれば、このことは実現困難である。有機膜の乾燥のための平坦な堆積面を得るために、ステップ140において、平坦化層が表面修正されたアノード上に付加される。平坦化層は正孔注入のための有機材料を含む溶液または樹脂を表面修正されたアノードのフィーチャに充填することにより形成され、アノード上に平坦な表面が得られる。このように平坦化層が形成されるとOLEDデバイスまたはディスプレイの処理を終了することができる。特に平坦化層を設けることにより、次に堆積される有機溶液に対する平坦な表面が得られる。
図2には本発明の第1の実施例のOLEDデバイス405の断面図が示されている。OLEDデバイス405は1ピクセルまたは大きなOLEDディスプレイのサブピクセルである。OLEDデバイス405はアクティブマトリクスデバイスに備わっているような自律的なスイッチング機構を有さないので、パッシブマトリクスデバイスである。図2に示されているように、OLEDデバイス405は基板408上にDBRスタック410を含む。DBRスタック410上に第1の電極411が形成される。本明細書で“〜上”と云うとき、層どうしが物理的に接触しているケースも1つまたは複数の介在層をはさんでいるケースも含む。第1の電極411はピクセルデバイスの製造分野ではパターニングされるし、後方照明デバイスの製造分野ではパターニングされない。
1つまたは複数の有機材料が有機スタック416の1つまたは複数の有機層を形成するために開口内に堆積される。本発明によれば、有機スタック416は第1の電極411および平坦化層412上に形成される。有機スタック416は正孔注入層HIL417および発光層(EL層)420を含む。第1の電極411がアノードである場合には、正孔注入層417は平坦化層412上に配置される。図1に示されていない他の層、例えばバリア層、電荷輸送層、電荷注入層、平坦化層、回折層、界面層などを既存の層のあいだに設けることもできる。以下に本発明に特徴的な層について詳述する。
基板408
基板408は有機層および金属層を支持できる材料であればどんな材料から成っていてもよい。基板408は透明、または例えばトップエミッション型デバイスでは不透明である。基板408を通過する光の波長を修正またはフィルタリングすることにより、デバイスの発光色を変更することができる。基板408はガラス、石英、ケイ素、プラスティックまたはステンレススチールを含む。有利には基板408は薄いフレキシブルガラスから成る。基板408の有利な厚さは使用される材料およびデバイスの適用分野に依存する。基板408の形状はシートまたは連続フィルムである。連続フィルムは例えばロールツーロールの製造プロセスで使用され、これは特にプラスティック、金属および金属化プラスティックフォイルに適している。1つの基板408は典型的には多数のOLEDデバイス405がピクセルのパターンとして配列される大きなOLEDディスプレイを製造するために用いられる。
基板408は有機層および金属層を支持できる材料であればどんな材料から成っていてもよい。基板408は透明、または例えばトップエミッション型デバイスでは不透明である。基板408を通過する光の波長を修正またはフィルタリングすることにより、デバイスの発光色を変更することができる。基板408はガラス、石英、ケイ素、プラスティックまたはステンレススチールを含む。有利には基板408は薄いフレキシブルガラスから成る。基板408の有利な厚さは使用される材料およびデバイスの適用分野に依存する。基板408の形状はシートまたは連続フィルムである。連続フィルムは例えばロールツーロールの製造プロセスで使用され、これは特にプラスティック、金属および金属化プラスティックフォイルに適している。1つの基板408は典型的には多数のOLEDデバイス405がピクセルのパターンとして配列される大きなOLEDディスプレイを製造するために用いられる。
DBRスタック410
DBRスタック410は適切に選択された厚さのほぼ非吸収性の材料から成る複数の層を含む。1つのコンフィグレーションでは、DBRスタック410の各層は高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜とが交互に対になって重ねられたものである。他のコンフィグレーションでは、DBRスタック410は高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜とが交互に対になって重ねられたものであり、奇数個の層を含む。DBRスタックの反射率は部分的に層数と使用される材料の反射率nとに依存している。交互に重ねられる層は例えばSiO2[n=1.5]およびTiO2[n=2.45]、またはSiO2およびSixNy、またはSiO2およびSiNxである。
DBRスタック410は適切に選択された厚さのほぼ非吸収性の材料から成る複数の層を含む。1つのコンフィグレーションでは、DBRスタック410の各層は高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜とが交互に対になって重ねられたものである。他のコンフィグレーションでは、DBRスタック410は高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜とが交互に対になって重ねられたものであり、奇数個の層を含む。DBRスタックの反射率は部分的に層数と使用される材料の反射率nとに依存している。交互に重ねられる層は例えばSiO2[n=1.5]およびTiO2[n=2.45]、またはSiO2およびSixNy、またはSiO2およびSiNxである。
本発明によれば、ボトムエミッション型デバイスの第1の電極411の上面が修正され、そこにレンズ状構造体が形成される。レンズ状構造体はより多くの光をDBRスタック410へ通し、発光率を高める。或る実施例で例えば58nm/95nm/58nm/95nm/58nmの5つの層が積層される場合、DBRスタックの全厚さは約360nmである。
第1の電極411
ボトムエミッション型デバイスが所望されるコンフィグレーションでは、第1の電極411はアノードとして機能する。アノードは正孔注入層として用いられる導電層であり、約4.5eVよりも大きい仕事関数を有する材料を含む。典型的なアノード材料は金属(例えば白金、金、パラジウム、インジウムその他)、金属酸化物(例えば鉛酸化物、錫酸化物、インジウム錫酸化物ITOその他)、グラファイト、ドープされた無機半導体(例えばケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウムその他)、ドープされた導電性ポリマー(例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンその他)を含む。本発明の実施例では、ITOが第1の電極411として用いられる。ITOの屈折率nは約1.8である。
ボトムエミッション型デバイスが所望されるコンフィグレーションでは、第1の電極411はアノードとして機能する。アノードは正孔注入層として用いられる導電層であり、約4.5eVよりも大きい仕事関数を有する材料を含む。典型的なアノード材料は金属(例えば白金、金、パラジウム、インジウムその他)、金属酸化物(例えば鉛酸化物、錫酸化物、インジウム錫酸化物ITOその他)、グラファイト、ドープされた無機半導体(例えばケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウムその他)、ドープされた導電性ポリマー(例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンその他)を含む。本発明の実施例では、ITOが第1の電極411として用いられる。ITOの屈折率nは約1.8である。
第1の電極411はデバイス内で形成される光の波長に対して透明、半透明または不透明である。第1の電極411の厚さは約10nm〜約1000nmであり、有利には約50nm〜約200nmであり、特に有利には約100nmである。第1の電極411は典型的には周知の薄膜堆積技術、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、電子ビームデポジション法または化学蒸着法を用いて製造される。
ボトムエミッション型OLEDデバイスでは第1の電極411はアノード層であり、透明または半透明または透光性である。第1の電極411は2つの面を有するが、第1の面は基板408に接しており、第2の面は後述する上方の層(例えば平坦化層412)に接している。本発明によれば、第1の電極411の第2の面はレンズ状構造体が生じるように修正される。このフィーチャは第1の電極411の材料をDBRスタック410上に形成した後に表面を切削または鋸歯状化することにより製造される。フィーチャはそれぞれ不均一にさまざまな幅および形状を有しており、その高さは約0〜1000nm、有利には約500nm以下である。またフィーチャのジオメトリはデバイスへの光の入射角の所望の変更効果が得られればどのようなものであってもよい。
フィーチャは電極材料をDBRスタック410上に載置した後、第1の電極411をパターニングすることにより製造される。パターニングはエッチング、ウェットエッチング、リソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、スタンピングまたはスパッタリングにより行われる。形成されたフィーチャの密度および高さの差が光出力を変化させる。フィーチャの密度および高さの選定および設計は、後述の発光層420から出力される光の所望の特性に依存する。一般にフィーチャの密度は薄いよりも濃いほうが発光層から放出される光の投影が有利になる。レンズ状構造体の高さは発光層の波長と同じ次数になるとよい。例えば光の波長の1/100倍〜1倍、有利には光の波長の1/10倍〜1倍である。
平坦化層412
有機層またはその他の層のための平坦な堆積面を得るために、第1の電極411上に平坦化層412が形成される。平坦化層412は第1の電極411の表面に形成されたフィーチャの凹部や溝を充填する。平坦化層の屈折率は正孔注入層のそれに適合化される。実施例では、平坦化層412は正孔注入層に使用されているのと同じポリマーであり、光を正孔注入層から平坦化層へ内部反射なしに通過させる。
有機層またはその他の層のための平坦な堆積面を得るために、第1の電極411上に平坦化層412が形成される。平坦化層412は第1の電極411の表面に形成されたフィーチャの凹部や溝を充填する。平坦化層の屈折率は正孔注入層のそれに適合化される。実施例では、平坦化層412は正孔注入層に使用されているのと同じポリマーであり、光を正孔注入層から平坦化層へ内部反射なしに通過させる。
正孔注入層417
正孔注入層417は良好な正孔の伝導特性を有し、第1の電極411からエレクトロルミネセンス層420へ効率的に正孔を注入するために用いられる。正孔注入層417はポリマーまたは小分子材料から形成される。正孔注入層は酸ドーパントポリマーを有する導電性ポリマーから成る。導電性ポリマーの例としてポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンなどが挙げられる。例えば正孔注入層417は小分子またはポリマー状の第3アミンまたはカルバゾール誘導体、導電性ポリアニリン“PANI”、またはPEDOT:PSS(HCStarck社のBaytronPとして入手可能なポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)“PEDOT”とポリスチレンスルホン酸“PSS”との溶液)から形成される。正孔注入層417は約5nm〜約1000nmの厚さを有しており、従来は約50nm〜約250nmで使用されている。正孔注入層417の屈折率は製造時にPEDOT:PSSが使用される場合、約1.56である。別の実施例の正孔注入層は小分子材料を含み、例えば厚さ0.3nm〜3nmのプラズマポリマー化されたフルオロカーボンフィルムCFx、厚さ10nm〜50nmの銅フタロシアニンフィルムCuPcなどである。
正孔注入層417は良好な正孔の伝導特性を有し、第1の電極411からエレクトロルミネセンス層420へ効率的に正孔を注入するために用いられる。正孔注入層417はポリマーまたは小分子材料から形成される。正孔注入層は酸ドーパントポリマーを有する導電性ポリマーから成る。導電性ポリマーの例としてポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンなどが挙げられる。例えば正孔注入層417は小分子またはポリマー状の第3アミンまたはカルバゾール誘導体、導電性ポリアニリン“PANI”、またはPEDOT:PSS(HCStarck社のBaytronPとして入手可能なポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)“PEDOT”とポリスチレンスルホン酸“PSS”との溶液)から形成される。正孔注入層417は約5nm〜約1000nmの厚さを有しており、従来は約50nm〜約250nmで使用されている。正孔注入層417の屈折率は製造時にPEDOT:PSSが使用される場合、約1.56である。別の実施例の正孔注入層は小分子材料を含み、例えば厚さ0.3nm〜3nmのプラズマポリマー化されたフルオロカーボンフィルムCFx、厚さ10nm〜50nmの銅フタロシアニンフィルムCuPcなどである。
正孔注入層417は選択的な堆積技術または非選択的な堆積技術を用いて形成される。選択的な堆積技術の例としてインクジェットプリンティング、フレックスプリンティング、スクリーンプリンティングなどが挙げられる。非選択的な堆積技術の例としてはスピンコーティング、ディップコーティング、ウェブコーティング、スプレーコーティングなどが挙げられる。正孔注入材料および/またはバッファ材料は第1の電極411上に堆積され、乾燥されて膜となる。乾燥された膜が正孔注入層417である。正孔注入層417の他の堆積法にはCFx層に対するプラズマポリマー化法、CuPcフィルムに対する真空デポジション法または気相デポジション法などが含まれる。
エレクトロルミネセンス層420
有機発光ダイオードOLEDでは、エレクトロルミネセンス層420は少なくとも1つの有機発光材料を含む。この有機発光材料は一般的には2つのカテゴリに分けられる。第1のカテゴリはポリマー発光ダイオードPLEDと称され、エレクトロルミネセンス層420の一部にポリマーを使用している。ポリマーは本質的に有機物または有機金属である。本明細書で有機物というときには有機金属も含まれる。有利にはこれらのポリマーは有機溶剤、例えばトルエンまたはキシレンなどに溶媒化され、デバイスにスピンコーティングされるが、他の堆積法を用いて堆積してもよい。エレクトロルミネセンス層420にポリマー活性電子材料を使用しているデバイスは特に有利である。またエレクトロルミネセンス層420は光吸収に応じてその電気的特性を変化させる光反応性材料を含んでいてもよい。光反応性材料は光エネルギを電気エネルギへ変換するディテクタやソーラーパネルにしばしば使用されている。
有機発光ダイオードOLEDでは、エレクトロルミネセンス層420は少なくとも1つの有機発光材料を含む。この有機発光材料は一般的には2つのカテゴリに分けられる。第1のカテゴリはポリマー発光ダイオードPLEDと称され、エレクトロルミネセンス層420の一部にポリマーを使用している。ポリマーは本質的に有機物または有機金属である。本明細書で有機物というときには有機金属も含まれる。有利にはこれらのポリマーは有機溶剤、例えばトルエンまたはキシレンなどに溶媒化され、デバイスにスピンコーティングされるが、他の堆積法を用いて堆積してもよい。エレクトロルミネセンス層420にポリマー活性電子材料を使用しているデバイスは特に有利である。またエレクトロルミネセンス層420は光吸収に応じてその電気的特性を変化させる光反応性材料を含んでいてもよい。光反応性材料は光エネルギを電気エネルギへ変換するディテクタやソーラーパネルにしばしば使用されている。
エレクトロルミネセンス層420の有機発光ポリマーは例えば共役反復単位を有するエレクトロルミネセンスポリマーである。このポリマーは特に隣接する反復単位が共役結合しているポリマーであり、例えばポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリチオフェンビニレン、またはポリ‐p‐フェニレンビニレン、またはこれらのファミリ、コポリマー、誘導体または混合物である。より詳細に云えば、有機ポリマーは例えば白、赤、青、黄または緑の光を発光するポリフルオレン、ポリ‐p‐フェニレンビニレンであり、2‐または2,5‐置換されたポリ‐p‐フェニレンビニレン、ポリスピロポリマーである。他のポリマーはポリスピロフルオレン状ポリマーを含む。
ポリマーに加えて、蛍光または燐光により発光する有機小分子もエレクトロルミネセンス層420の発光材料として利用することができる。溶液または懸濁液であるポリマー材料とは異なり、小分子の発光材料は有利には蒸着法、サブリメーション法または有機気相デポジション法により堆積される。PLED材料と有機小分子材料とを組み合わせて活性電子層として用いることもできる。例えばPLEDは有機小分子により化学的に誘導されるか、または単純に有機小分子と混合され、エレクトロルミネセンス層420が形成される。
発光する有機材料に加えて、エレクトロルミネセンス層420は電荷を輸送できる材料を含んでいてもよい。電荷輸送材料には電荷担体を輸送可能なポリマーまたは小分子が含まれる。例えば有機材料、例えばポリチオフェン、ポリチオフェン誘導体、ポリチオフェンオリゴマー、ポリチオフェン誘導体オリゴマー、ペンタセンなどの有機物、C60を含む組成物、C60誘導体を含む組成物などが使用される。エレクトロルミネセンス層420は半導体、例えばケイ素またはヒ化ガリウムを含むこともある。エレクトロルミネセンス層420は典型的には80nmよりも大きい厚さを有するが、ここでは有利には40nm〜125nmの厚さを有する。
上述の正孔注入層、エレクトロルミネセンス層などの一部または全ての層は、有機溶液をデポジションするインクジェットプリンティング、スピンコーティングまたはその他の堆積技術により堆積される。有機溶液は液体であってもよいし、圧力をかけられると流動する変形可能な固体であってもよい。またこれは溶液、インク、ペースト、エマルジョン、分散液などであってよい。この液体は、その粘性、接触角、濃厚化、親和性、乾燥、希釈などに作用する他の物質を含んでいてよい。さらに各層は後続の層を堆積するために所定の表面特性を安定化しまた維持しなければならないので、クロスリンクされたり、物理的または化学的に所望に応じて硬化されたりすることもある。
第2の電極423
本発明の1つの実施例で電位が第1の電極411および第2の電極423に印加される場合、第2の電極423はカソードとして機能する。ここで電位がアノードとして用いられる第1の電極411およびカソードとして用いられる第2の電極420に印加されると、光子がエレクトロルミネセンス層420から放出され、第1の電極411および基板408を通過する。
本発明の1つの実施例で電位が第1の電極411および第2の電極423に印加される場合、第2の電極423はカソードとして機能する。ここで電位がアノードとして用いられる第1の電極411およびカソードとして用いられる第2の電極420に印加されると、光子がエレクトロルミネセンス層420から放出され、第1の電極411および基板408を通過する。
カソードとして機能しうる材料はこの分野の技術者に多数知られているが、最も有利には、アルミニウム、インジウム、銀、金、マグネシウム、カルシウム、バリウムまたはこれらの組み合わせを含む組成物、またはこれらの合金を含む組成物が使用される。アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウムおよび銀の組成物、またはこれらの合金を使用することもできる。
第2の電極423の厚さは約10nm〜約1000nmであり、有利には約50nm〜約500nm、特に有利には約100nm〜約300nmである。第1の電極材料を堆積する手法はこの分野の技術者に多く知られているが、有利には真空デポジション法、例えば物理蒸着法PVDが有利である。図示されていないバリア層やゲッタ層などの別の層を用いて電子デバイスを保護することもできる。このような層はこの分野では周知であるので、ここではこれ以上立ち入らない。
図3には本発明のOLEDデバイスを含む種々のタイプのデバイスの発光スペクトルが示されている。第1の曲線310はDBRスタックを有さず、平坦かつ修正されていないアノード層を有する典型的なOLEDデバイスの発光スペクトルである。第2の曲線320はDBRスタックおよび平坦かつ修正されていないアノード層を有する従来のOLEDデバイスの発光スペクトルである。前者のスペクトルは低輝度の領域でわずかに広くなっているが、後者のスペクトルに比べてピーク輝度が低い。第2の曲線320のDBRスタックは輝度を増幅する効果を有する。言い換えれば特定の波長でより多くの光を出力する。DBRスタックの長さおよび組成により増幅のレベルAが定まる。第3の曲線330は、第2の曲線320のデバイスのものと同一または類似のDBRスタックを有し、付加的に表面に意図的にレンズ状構造体を形成されたアノードおよび平坦化層を有するOLEDデバイスの発光スペクトルである。レンズ状構造体は共振波長でのピーク輝度を増幅する効果を有する。第1の曲線310の輝度をLとし、第2の曲線320のデバイスのDBRスタックによる増幅度をAとし、さらに修正されたアノードのレンズ状構造体による増幅効果をKとする。すると第3の曲線330のデバイスのピーク輝度はL×A×Kとなる。第3の曲線330のデバイスの発光スペクトルは第2の曲線320のデバイスの発光スペクトルよりも狭くなるが、特定色の光出力が所望されるところでは、スペクトルの狭さは無視できる。また増幅係数および共振波長は特に所望の光出力特性に適するように設計可能である。
図4には本発明の第2の実施例のOLEDデバイス505の断面図が示されている。OLEDデバイス505は前述したOLEDデバイス405にきわめて類似しており、同様の素子には同様の参照番号を付してあるので、相違点についてのみ説明する。
DBRスタック510
DBRスタック510は前述したDBRスタック410に類似しているが、DBRスタックの上面、つまり基板408に隣接しないほうの表面に鋸歯状化または他の手段による修正が行われ、レンズ状構造体が形成されている点が異なる。DBRスタック510上のレンズ状構造体は前述の第1の電極411の上面に形成されるレンズ状構造体に似た形状および機能を有している。
DBRスタック510は前述したDBRスタック410に類似しているが、DBRスタックの上面、つまり基板408に隣接しないほうの表面に鋸歯状化または他の手段による修正が行われ、レンズ状構造体が形成されている点が異なる。DBRスタック510上のレンズ状構造体は前述の第1の電極411の上面に形成されるレンズ状構造体に似た形状および機能を有している。
第1の電極511
第1の電極511は前述した第1の電極411に類似しているが、上面が修正されない点が異なる。DBRスタック510上に平坦化層を設けない場合には、第1の電極511が平坦化層として機能する。第1の電極511は典型的には無機物であり、DBRスタック510上にレンズ状構造体を形成することによって生じた開口および空隙が種々の堆積法で充填される。したがってこのプロセスは平坦化と同じ作用を有することになる。第1の電極511の上面、つまりDBRスタック510に隣接しないほうの表面は平坦かつ均一であるか、またはその上に有機スタック416を効率的かつ正確に製造できるようにされている。別の実施例として、平坦化層412に似た平坦化層をDBRスタック510と第1の電極511とのあいだに追加してもよい。
第1の電極511は前述した第1の電極411に類似しているが、上面が修正されない点が異なる。DBRスタック510上に平坦化層を設けない場合には、第1の電極511が平坦化層として機能する。第1の電極511は典型的には無機物であり、DBRスタック510上にレンズ状構造体を形成することによって生じた開口および空隙が種々の堆積法で充填される。したがってこのプロセスは平坦化と同じ作用を有することになる。第1の電極511の上面、つまりDBRスタック510に隣接しないほうの表面は平坦かつ均一であるか、またはその上に有機スタック416を効率的かつ正確に製造できるようにされている。別の実施例として、平坦化層412に似た平坦化層をDBRスタック510と第1の電極511とのあいだに追加してもよい。
本発明をOLEDデバイスに則して説明したが、本発明はほぼ全てのタイプのエレクトロルミネセンスデバイスに適用可能である。前述したOLEDデバイスは、例えばコンピュータディスプレイ、車両の情報ディスプレイ、TVモニタ、電話機、プリンタ、照明サイン、一般照明などのディスプレイ内で用いられる。
405,505 OLEDデバイス、 408 基板、 410,510 分散ブラッグリフレクタ(DBRスタック)、 411,511 第1の電極、 412 平坦化層、 416 有機スタック、 417 正孔注入層HIL、 420 エレクトロルミネセンス層、 423 第2の電極
Claims (23)
- 基板(408)と、該基板上に形成された分散ブラッグリフレクタ(DBRスタック)(410)と、該DBRスタック上に形成されたアノード層(411)と、該アノード層上に形成された平坦化層(412)とを有しており、
前記アノード層は前記DBRスタックに接しないレンズ状構造体を形成することによって修正されており、
前記平坦化層は該レンズ状構造体を充填しており、上方に他の層を堆積するための均一かつ平坦な表面を形成している
ことを特徴とする有機発光ダイオードデバイス(405)。 - 前記レンズ状構造体は前記アノード層のうち前記DBRスタックに接しないほうの表面を鋸歯状化することにより形成される、請求項1記載のデバイス。
- 前記平坦化層上に正孔注入層(417)が形成され、該正孔注入層上にエレクトロルミネセンス層(420)が形成され、該エレクトロルミネセンス層から内部の励起子の形成に応じて光が出力される、請求項1または2記載のデバイス。
- 前記DBRスタックは複数のほぼ非吸収性の材料を有し、発光される光の少なくとも幾つかの波長の輝度を増幅することができる、請求項1から3までのいずれか1項記載のデバイス。
- 前記レンズ状構造体は発光される光の少なくとも幾つかの波長の輝度を増幅することができる、請求項1から4までのいずれか1項記載のデバイス。
- 前記平坦化層は透明である、請求項1から5までのいずれか1項記載のデバイス。
- 鋸歯状パターンはランダムである、請求項2記載のデバイス。
- 前記レンズ状構造体は前記アノード層のうち前記DBRスタックに接しないほうの表面をパターニングすることにより形成される、請求項1から7までのいずれか1項記載のデバイス。
- パターニングとはドライエッチング、ウェットエッチング、リソグラフィ、スタンピングおよびスパッタリングを含む、請求項8記載のデバイス。
- 前記レンズ状構造体の高さは増幅すべき特定の光の波長の1%〜100%である、請求項1から9までのいずれか1項記載のデバイス。
- 基板上に分散ブラッグリフレクタ(DBRスタック)を形成し(110)、
該DBRスタック上にアノード層を形成し(120)、ここで該DBRスタックに接しないレンズ状構造体を形成することによって該アノード層を修正し(130)、
該アノード層上に前記レンズ状構造体を充填する平坦化層を形成し、上方に他の層を堆積するための均一かつ平坦な表面を形成する(140)
ことを特徴とする有機発光ダイオードデバイスの製造方法。 - 前記レンズ状構造体を形成する際に、前記アノード層のうち前記DBRスタックに接しないほうの表面を鋸歯状化する、請求項11記載の方法。
- 前記平坦化層上に正孔注入層を形成し、該正孔注入層上にエレクトロルミネセンス層を形成し、該エレクトロルミネセンス層から内部の励起子の形成に応じて光が出力されるようにする、請求項11または12記載の方法。
- 前記DBRスタックは複数のほぼ非吸収性の材料を有し、発光された光の少なくとも幾つかの波長の輝度を増幅することができる、請求項11から13までのいずれか1項記載の方法。
- 前記レンズ状構造体は発光される光の少なくとも幾つかの波長の輝度を増幅することができる、請求項11から14までのいずれか1項記載の方法。
- 前記平坦化層は透明である、請求項11から15までのいずれか1項記載の方法。
- 鋸歯状パターンはランダムである、請求項12記載の方法。
- 前記レンズ状構造体を形成する際に、前記アノード層のうち前記DBRスタックに接しないほうの表面をパターニングする、請求項11から17までのいずれか1項記載の方法。
- パターニングとはドライエッチング、ウェットエッチング、リソグラフィ、スタンピングおよびスパッタリングのうち少なくとも1つを含む、請求項18記載の方法。
- 基板(408)と、該基板上に形成された分散ブラッグリフレクタ(DBRスタック)(510)と、該DBRスタック上に形成されたアノード層(511)とを有しており、
前記DBRスタックは前記基板に接しないレンズ状構造体を形成することによって修正されている
ことを特徴とする有機発光デバイス(505)。 - 前記アノード層が前記DBRスタック上で前記レンズ状構造体を充填する平坦化層として機能し、上方に他の層を堆積するための均一かつ平坦な表面が形成される、請求項20記載のデバイス。
- 前記DBRスタック上にさらに前記レンズ状構造体を充填する平坦化層(412)が形成され、上方に他の層を堆積するための均一かつ平坦な表面が形成される、請求項20または21項記載のデバイス。
- 前記平坦化層は正孔注入層材料を含む、請求項1から10までのいずれか1項記載のデバイス。
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