JP2006505909A - 反射防止コーティングを有する有機エレクトロルミネッセント光源 - Google Patents

Abstract

フロントパネル１、フロント電極部材８、３、対極部材５、前記フロント電極部材と前記対極部材との間の有機エレクトロルミネッセント部材６、７、およびメソポアを有する有機高分子材料で構成される反射防止層２、を有する有機エレクトロルミネッセント光源である。

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセント光源に関し、特に光ディスプレイ、照明、半導体画像倍増管またはスクリーン用の有機エレクトロルミネッセントダイオードに関する。有機エレクトロルミネッセント光源は、透明フロントパネル、フロント電極部材、対極部材、フロント電極部材と対極部材との間の有機エレクトロルミネッセント部材、およびポアを有する材料で構成される反射防止層を有する。

エレクトロルミネッセント光源には、通電下で電圧を印加した場合、光を透過するという特徴がある。その際、以下の発光過程が進行する。電子がp型ドープ半導体に注入された場合、放射される放射線によって電子がホールと再結合して、光が照射される。反対に、n型ドープ半導体材料にホールが注入された場合、放射される光によってホールが電子と再結合して、光が放射される。

従来のLEDは、通常無機半導体ダイオードであって、ドープされた硫化亜鉛、シリコン、ゲルマニウムまたはIII-V半導体のような無機半導体がダイオードの構成材料として用いられる。III-V半導体は、例えば適当なドーパントを有するInP、GaAs、GaAlAs、GaPまたはGaNである。点状の表示素子は、そのような物質を基本として構成することができる。しかし大表面積の配置は難しい。

数年来、ルミネッセント放射源の開発が進められており、そのエミッタ材料は、無機半導体ではなく、有機エレクトロルミネッセント材料である。

有機材料で構成される発光層を有するエレクトロルミネッセント光源は、無機材料で構成される光源に比べて、いくつかの特性において特に優れている。一つの特徴は、その光源の変形許容性と高い弾性であって、これは例えば照明、光ディスプレイおよびスクリーンのような、新規分野に適用することができる。これらの発光層は、大表面積の平坦な薄膜層として容易に形成することができ、材料の使用量は少なくて済む。またこれらの発光層は、低い駆動電圧でも高い輝度を有するという特徴を有する。

エレクトロルミネッセント光源の光束出力は、全発光過程における量子効率によって定められる。内部量子効率は、再結合して放射線を放射する注入電荷担体の百分率で表される。外部量子効率は、内部量子効率に、半導体から実際に生じる光の百分率を乗じて得ることができる。

ガス放電またはプラズマ放電によって開始される従来の光源における発光過程と比べて、エレクトロルミネッセント光源における実際の発光過程は、損失が少ない。

従って、エレクトロルミネッセント光源の内部量子効率は極めて高いものの、外部量子効率に関しては一連の損失因子が存在する。

損失因子の一つは、低光デカップリング性であり、これは、異なる屈折率の多数の層で構成されるエレクトロルミネッセント光源の複雑な層構造によるものである。

光が、異なる屈折率の2層間界面に、より高い屈折率（n2＞n1）の層から入射角Rで入射する場合、反射光線と回折光線が生じる。好ましくない条件下では、光の回折光線は生じず、光の反射光線のみが生じる。

有機エレクトロルミネッセント光源において光の屈折率が材料によって異なることにより、光源の活性層内に生じた光は、有機エレクトロルミネッセント材料が高屈折率であるため、出現時に全反射され、大気のような通常低い屈折率を持つ外部空間には、数％のみがデカップリングされる。エレクトロルミネッセント光源を流れる所定の給電によって光が生じるため、光源の輝度は制限される。

光のデカップリングを改善するため、エレクトロルミネッセント光源の層構成に低屈折率の層を加えることが知られている。

例えば欧州特許第EP1153739号には、エレクトロルミネッセント光学部材が示されており、その基板は機能層、エローゲル層および機能層とエローゲル層との間の中間層を有する。エローゲルは、屈折率が1.008から1.3の間のシリカゲルであっても良い。

液体および気体状のシリカゲルの高吸収性能には、問題がある。そのようなエローゲル層の水分および蒸気の透過性は、エレクトロルミネッセント光学部材の品質と寿命には限界があることを意味する。
欧州特許第1153739号明細書

本発明の課題は、量産に適し、できる限り光デカップルを生じさせることができ、耐環境性のある、異なる材料系のエレクトロルミネッセント光源についての仕様を定めることである。

本課題を解決するため、本発明では、フロントパネル、フロント電極部材、対極部材、前記フロント電極部材と前記対極部材との間の有機エレクトロルミネッセント部材、および前記フロントパネルと前記フロント電極部材の間にあって、メソポアを有する有機高分子材料で構成される反射防止層を有する、有機エレクトロルミネッセント光源が提供される。

メソポアのポア径は、50乃至100nmの範囲にある。このポア径の場合、エレクトロルミネッセント部材にこれらの光子がトラップされることにより生じる、フロント電極部材と反射防止層の界面の消失波を、反射防止層に有効に結合させることができる。

メソポアを有する反射防止層は、低い実効屈折率を有するため、メソポアを有する反射防止層から隣接するフロントパネルへの光デカップリングは、有意に改善される。

本発明の反射防止層は、十分な光透過性と、素子の長期安定性と、温度変化に対する長期安定性とを有し、ニーズに合致する。

本発明の好適実施例では、メソポアは独立気泡を有し、反射防止層内に均一に分散される。

本発明の別の実施例では、反射防止層の有機高分子材料は撥水性高分子である。

独立気泡のポアを有し、撥水性有機高分子からなる反射防止層は、エレクトロルミネッセント光源内への酸素および水分の吸着を防止する。それにより反射防止層は、有機エレクトロルミネッセント光源の使用寿命の低下につながる、有機半導体層およびベース金属で構成される電極の酸化を防ぐ。

本発明において、ポアはさらにマクロポアを有しても良い。

反射防止層内のポアは、ポロゲンによって形成されることが好ましい。

さらに有機エレクトロルミネッセント光源の発光領域は、光を実質的に2次元的に放射する領域であることが好ましい。

本発明を添付図面に示された実施例を参照して、詳しく説明する。ただし本発明はこれに限定されるものではない。

本発明による有機エレクトロルミネッセント光源は、通常以下のように構成される。コアピースは、フロント電極部材としての正極と対極部材としての負極の間の有機エレクトロルミネッセント部材である。電極部材の一方または両方は、透明および／またはセグメント化されていても良い。

有機エレクトロルミネッセント光源は、フロントパネルと通常リアパネルとを備える。

本発明によると、反射防止層は、メソポアを有する多孔質高分子有機材料からなり、フロント電極部材とフロントパネル間に配置される。

この構造は、多くの一般的な場合を示したものであるが、別の層が追加されても良い。例えば有機エレクトロルミネッセント部材は、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入層のような、異なる機能を有する個々の層に分割されても良い。

例えば、1または2以上の電子注入および／または電子輸送層は、エレクトロルミネッセント層と正極との間に配置されても良い。同様に、1または2以上のホール注入層および／またはホール輸送層は、エレクトロルミネッセント層と負極との間に配置されても良い。

完成状態の有機エレクトロルミネッセント光源は、さらに接触部、被覆部および外囲部を有しても良い。

一般にそのような光源は、相互に上部に設置され、時折相互に隣合わせで設置される個々の層の複合体で構成される。層の全体構造およびこれらの層の材料としては、当業者に明らかなものが使用される。

この層複合体は、ガラス、石英、セラミック、人工樹脂または透明柔軟性プラスチックで構成されるフロントパネルを出発部材として構成されても良い。

フロントパネルを構成する材料としては、ガラスおよびプラスチックが好ましい。ガラスは化学的および光化学的に不活性であり、光学的に等方性を有し、機械的に安定で硬い表面を持つため、特に好ましい。しかしながらガラスは比較的密度が高く、脆く、従って壊れやすい。例えばポリイミド、ポリエチレンテレフタレートおよびポリテラフルオロエチレンのようなプラスチックは、密度が低く、弾性があり、破損に対する抵抗がある。

負極は電子を供給し、電子は、正極から到達するホールと有機エレクトロルミネッセント層内で結合し、エキシトンが形成され、再結合時に光子が放射される。

少なくとも1の電極部材は、透明であるか、少なくとも半透明である必要がある。通常、正極は、フロント電極であり、非化学量論的もしくはドープされたスズ酸化物、例えばITOで、または高い仕事関数を持つ金属、例えば金もしくは銀で構成される。これらの電極材料は、容易に透明層として製作することができる。ITOは良好な導電性を有し、透明であることから、特に適している。

同様に透明正極として、導電性ポリアニリンまたはポリ-3、4-エチレンジオキシチオフェンの層を、単独でまたはITO層とともに利用することができる。

負極は、有機エレクトロルミネッセント層に電子を注入する。有機エレクトロルミネッセント層は低仕事関数を有する必要がある。負極に適した材料は、例えばインジウム、アルミニウム、カルシウム、バリウムまたはマグネシウムである。負極が反応性バリウムで構成される場合、この電極層は、エポキシ樹脂または不活性金属のような別の保護層で被覆されることが好ましい。これらの保護層には、金属層のように反応性が高くないという特徴がある。

芳香族の、ポリ（パラフェニレン）タイプの共役ラダー式ポリマー（LPPP）は、オリゴ-またはポリフェニレンと化学的特性が似ており、有機エレクトロルミネッセント光源に利用される有機エレクトロルミネッセント部材として、特に適していることが示されている。LPPPは、共役二重結合の連続鎖を有する。例えば、可溶性ポリ（フェニレン エチレン ビニレン）および可溶性ポリチオフェンは、特に適しており、また2-および5-位置のフェニル環がアルキル基またはアルコキシ基ラジカルでさらに置換された、ポリ（フェニレン ビニレン）が適している。そのようなラダー式ポリマーは容易に処理することができ、アモルファス構造の層を形成することができる。適当なポリ（フェニレン ビニレン）の例は、ポリ（2-メチル-5-（n-ドデシル）-p-フェニレン ビニレン）、ポリ（2-メチル-5-(3、5-ジメチルオクチル)-p-フェニレン ビニレン）、ポリ（2-メチル-5-(4、6、6-トリメチルヘプチル)-p-フェニレン ビニレン）、ポリ（2−メトキシ-5-ドデシルオキシ-p-フェニレン ビニレン）およびポリ（2-メトキシ-5-(エチルヘキシルオキシ)-p-フェニレン ビニレン）（MEH-PPV）である。

2の異なるエレクトロルミネッセント層を有する装置は、単一のエレクトロルミネッセント層を有する有機エレクトロルミネッセント光源よりも極めて良好に作動する。ある層、例えばPPVはホールを効率的に輸送し、ある層、例えばオキサジアゾールは電子を効率的に輸送する。その結果、ホールおよび電子は、より容易に再結合され得る。

ポリエチレンジオキシチオフェンPEDOTおよびポリエチレンジオキシチオフェンポリスチレンスルフォン酸PEDOT-SSは、正電荷担体の輸送に特に有意である。放射および電子輸送材料として、4、4’、4’’-トリ[N-（1-ナフチル）-N-フェニルアミノ]トリフェニルアミンとヒドロキシキノリンアルミニウムIII塩Alq₃は、正電荷担体の輸送に極めて適している。

有機エレクトロルミネッセント光学部材については、時折文献では、ポリLEDとOLEDが区別される。OLEDは、スパッタされた低分子量有機化合物を基本とする有機エレクトロルミネッセント部材を有する。ポリLEDは、長鎖有機エレクトロルミネッセントポリマーを基本とする有機エレクトロルミネッセント部材を有し、長鎖有機エレクトロルミネッセントポリマーは、浸漬、スピンコートまたは印刷法で塗布される。

本発明では、有機エレクトロルミネッセント光源は、有機高分子材料からなる反射防止層を有し、その内部にはメソポアが導入される。メソポアは均一に分散されることが好ましい。

本発明の範囲において、有機高分子、共重合体、および例えばポリアクリルアミド、ポリアクリレート、ビニルポリマーまたはポリスチレン／ジビニルベンゼン共重合体のような高分子混合体は、有機高分子材料として用いることができる。例えばポリ（メタ）アクリル酸の誘導体、ポリスチレンの誘導体、ポリエステル、ポリアミドまたはポリエチレンを用いても良い。

本発明の範囲において、有機高分子材料は、特に合成撥水性の非低位高分子、共重合体および高分子混合体であっても良い。高分子混合体は、ポリメチルメタクリレート、ポリ炭酸塩、ポリプロピレン酸化物、ポリアミド、ポリビニリデンフッ化物、ポリブチレンおよびポリアクリロニトリルの混合体である。

これらの高分子は、例えば遊離ラジカル、イオン性または熱的重合によって、モノマーから形成される。高分子を形成するある方法では、出発化合物としてモノマーが用いられず、オリゴマーまたは高分子化合物が用いられる。従って、本発明において「モノマー」という言葉は、高分子化することができ、有機材料の重合用の出発化合物として利用されるオリゴマーまたは低高分子化合物を含む。

使用されるモノマーは、有機高分子の分野において当業者には既知のものである。

有機高分子材料の屈折率を低下させるため、材料の内部にはメソポアが導入される。

多孔質材料は、ポア径によって分類できる。IUPAC命名法によれば、極めて微細なポアで粒径が2nm未満のものは、ミクロポアと呼ばれる。一方極めて大きなポアで粒径が50nmより大きなものは、マクロポアと呼ばれる。

粒径が2乃至50nmの中間の径のポアは、メソポアと呼ばれ、本発明の一態様を構成する。本発明の層に使用されるメソポアを有する有機系撥水性材料は、均一に分散された独立気泡のメソポアのみを有するが、マクロポアをある程度有する多孔質材料であっても良い。開放気泡のネットワークがあっても良い。

ポアの数が増大して、粒径が小さくなると、屈折率は低下し良好な光透過性が得られる。

ポア径は、気体吸着法および電子顕微鏡によって測定される。メソポアの径は、メジアン値が少なくとも1nmであって最大50nmである必要があるが、少なくとも30nmであって最大50nmであることが好ましい。ポア径は、コーティングの透明度に影響を及ぼす。

透明コーティングには、例えば最大100nmの径の小さなメソポアが形成されることが好ましく、最大50nmであることがより好ましい。反射防止層の屈折率は、ポア径およびポア数で定まる。

本発明のある実施例では、反射防止層はさらにマクロポアを有し、マクロポアの量はメソポアと同程度であることが好ましい。

反射防止層は、ポア形成剤を用いて、所定のポロシティで多孔質有機高分子を形成する方法によって形成されても良い。

ポア形成剤としては、物理的に活性な発泡体、化学的に活性な推進剤および膨張剤、ならびにポロゲンが適している。

本発明の範囲において、高分子に対して不活性な材料の存在下で重合を行い、メソポアを有する高分子材料でコーティングを形成することが好ましい。前記材料は、しばしばポロゲンと呼ばれる。重合化後に、ポロゲンは高分子から溶解除去され、結果的に高分子内に空孔が形成される。

ポロゲンの材料は、自然および合成材料から選択され、この材料は、重合中、その形状を維持しまたは寸法安定な分離相を形成し、重合後に再度除去することができる。一例を挙げると、ポロゲンは水溶性、または高分子を劣化させない溶媒に可溶性であることが好ましい。

本発明に適したポロゲンは、塩化ナトリウム、塩化カリウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、ヨウ化ナトリウム、硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、ヨウ素酸ナトリウムおよびそれらの混合物のような水溶性塩であっても良く、水酸化ナトリウムのような他の水溶性化学化合物、ならびにサッカリン、グルコースおよびフルクトースのような各種水溶性糖類であっても良い。

水溶性ポロゲンは、いかなる所望の幾何学形状にも利用することができ、例えば球形、繊維状、層状および従来の通常のまたは特殊な結晶状で利用することができる。

またポロゲンは、（反射防止層を形成する）第1の有機高分子とは混合しない別の有機高分子であっても良く、両者は不混合分散液相を形成する。

反射防止層の形態およびポロシティは、第1の有機高分子に対する不混合ポロゲンの比によって、制御される。ポロゲンの比が高くなると、開放されたスポンジ状構造が得られ、中程度の比では、多少の連結された気泡によるネットワークが得られる。ポア構造を定める独立気泡は、ポロゲンの比が小さいときに得られる。

反射防止層を形成するためのコーティング溶液は、通常、有機高分子または高分子の前駆体を有し、さらに溶媒中にポロゲンを有する。通常コーティング溶液は、30乃至80%の体積比のポロゲンを有する。

有機不混合高分子状態のポロゲンを用い、コーティング溶液が溶媒中に2種類の不混合高分子を含むように調製されると、ポロゲンの大部分は、分離相として残り、重合が始まる前に、第1の高分子とともに分散剤を形成する。通常第1の高分子は、少なくとも50%のポロゲンを有するため、重合後にはポアによる開放気泡のネットワークが形成される。

当業者には、各種高分子またはモノマーを適切な方法で部材み合わせることができ、適切なラジカル開始剤または重合開始剤を選定して、モノマー溶液を形成することができる。重合の時間および温度は、従来の経験に基づいて各モノマー溶液に適合される。

コーティング溶液は、既知のスピン塗布法によって、または単に供試体全体を浸漬させることによって、フロントパネルの内側に塗布される。

重合ステップの停止後、得られた有機マトリクス高分子およびポロゲンからなるコーティングから、ポロゲン材料が溶出される。

溶出過程は、蒸発、溶媒抽出または溶脱工程を有しても良く、これは選択されたポロゲンの種類によって変更される。

次の洗浄ステップ後に、洗浄液が除去され、メソポアを有する有機高分子反射防止層が得られる。
（実施例）
図1には、有機エレクトロルミネッセント光源の実施例を示す。この光源は、メソポア有機高分子材料からなる反射防止層を有し、実質的にフロントパネル1で構成され、フロントパネル1上には、フロント電極として、接触部3を備える透明および導電性ITO層8が設置される。ITO層上には、PDOTのエレクトロルミネッセント層7と、PPVの第2のエレクトロルミネッセント層6と、アルミニウム製の対極5が設置される。この構造は、リアパネル4によって覆われている。有機エレクトロルミネッセント光源は、さらに光学的に透明なフロントパネル1とエレクトロルミネッセント層6、7との間にメソポア反射防止層2を有する。

有機エレクトロルミネッセント層6、7の屈折率は1.8であって、ITO電極層の屈折率は1.7である。メソポア反射防止層は、厚さが数ミクロンであって、屈折率は1.25よりも小さい。またフロントパネルのガラスは、屈折率が1.46乃至1.5である。

別の実施例がなくても、上述の記載を広い範囲に適用することが可能であることは当業者には明らかである。従って好適実施例および例示は、単に説明のために参照されるに過ぎず、発明を限定するものではない。

本発明による有機エレクトロルミネッセント光源の概略構造を示す図である。

Claims (6)

1. フロントパネル、フロント電極部材、対極部材、前記フロント電極部材と前記対極部材との間の有機エレクトロルミネッセント部材、およびメソポアを有する有機高分子材料で構成される反射防止層を有する、有機エレクトロルミネッセント光源。
2. 前記メソポアは独立気泡を有し、前記反射防止層内に均一に分散されていることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセント光源。
3. 前記ポアはマクロポアを有することを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセント光源。
4. 前記有機高分子材料は、撥水性であることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセント光源。
5. 前記反射防止層内の前記ポアは、ポロゲンによって形成されることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセント光源。
6. 前記発光領域は、光を実質的に2次元的に放射する領域であることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセント光源。

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