JP2007012612A - 一方電極に非晶質炭素から成る多層構造を有する発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】
製造のためのシランの使用を排除することが可能であり、電極機能、マルチミラー機能及び封止機能を果たす多層構造の電極を有する発光ダイオードを提供する。
【解決手段】
ダイオードは基板（1）、及び下部電極と上部電極（4）との間に置かれた有機エレクトロルミネッセント層（3）を有し、これら電極の少なくとも一方は、異なる屈折率n1、n2を有する非晶質炭素から成る隣接するサブレイヤー（21、22）の積層体で形成された多層構造（2）で構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に照明又はイメージ表示用の、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）及び該ダイオードの配列を有するパネルに関する。

基板、及び該基板に接触する下部電極と上部電極との間に置かれた有機エレクトロルミネッセント（electroluminescent；ＥＬ）層を有する発光ダイオードが特許文献１に記載されている。有機ＥＬ層は、電極によって当該有機ＥＬ層に電流が注入されるとき、前記電極の少なくとも一方を介して放射線を放出することが可能である。ダイオードはまた、ミラーを形成する封止多層構造を有し、それは基板と下部電極との間に置かれ、且つ／或いは上部電極の上方に位置付けられており、第１屈折率を有する第１種のサブレイヤー、及び第１屈折率と異なる第２屈折率を有する第２種のサブレイヤーから構成される組を少なくとも１組有する。異なる種の材料から成るサブレイヤー群は、有機ＥＬ層によって放出される放射線を透過するのに適した厚さで互いの頂部に交互に配置され、酸素及び水蒸気の拡散障壁を形成するように協働し、封止機能を果たす。

封止機能は上方位置だけでなく下方位置においても重要であり、下方位置では或る一定の元素に対して基板から有機ＥＬ層への拡散障壁としての役割を果たす。

上記特許文献で述べられた第１種の材料及び／又は第２種の材料は、電気絶縁性の封止マルチミラー層を形成する。従って、この種のダイオード構造の１つの欠点は、封止マルチミラー層と有機ＥＬ層との間への電極の堆積を必要とし、それによってダイオードの製造プロセスが複雑化することである。特に、この封止マルチミラー層が下方位置にある場合、電流を下部電極まで流すために、当該層を貫通するコンタクトホール又はビアを設けることが推奨されるため、この点が問題となる。前記ビアは製造をより複雑化するとともに、多層構造の封止機能を損なう危険を伴うことになる。

下方又は上方位置の不透明な単層電極として、カソード材料にＤＬＣ（diamond-like carbon；ダイヤモンド状炭素）非晶質炭素を使用することが特許文献２によって開示されている。特許文献３では、双方の電極が非晶質炭素から成っている。

有機発光ダイオードとは全く異なる分野であるが、特許文献１と同様に異なる屈折率を有するサブレイヤー群の交互配置に基づく、導電性かつ透明な多層ミラーが非特許文献１に記載されている。しかしながら、これらサブレイヤー群の材料は電気伝導性であり、炭素及び非晶質シリコンの混合物に基づいている。なお、非晶質シリコンはドープ、特に燐でドープされる場合がある。材料中のシリコン量を変えることによって隣接するサブレイヤー間で屈折率が変えられており、例えば、サブレイヤー群がドープされない場合で、サブレイヤー間で最小2.1から最大4.2までといった大きな屈折率差（１８０頁、第２列、第２節参照）が実現可能にされている。非特許文献１には、特に燐でこれらのサブレイヤー群をドーピングすることにより、平行方向の電気抵抗（多層構造の面に平行）の垂直方向の電気抵抗（多層構造の面に垂直）に対する比が調整可能にされることが示されている。

非特許文献１によれば、導電性多層ミラーは、ラジオ周波数（ＲＦ）放射線の下でのメタン／シラン混合物の分解によって製造される。また、光学特性を最適化するためには、隣接するサブレイヤー間で屈折率を可能な限り異ならせることが必要であり、このような屈折率差を有する隣接サブレイヤーを得るために、堆積チャンバ内のシラン含有量を、例えば、高屈折率のサブレイヤーの場合の０％及び低屈折率のサブレイヤーの場合の最大約８０％まで変化させることが教示されている。

しかしながら、メタンと混合されたシランの使用は、特に高濃度の場合には、深刻な危険性を伴う。従って、上記文献に記載された導電性多層ミラーは大きな欠点を有する。

有機発光ダイオードの分野では、導電性ポリマー材料を基礎とした、上部電極として機能する導電性多層ミラーが特許文献４によって開示されているが、その導電率及び封止性能は非晶質炭素のそれらと比較して制限されたものとなっている。
国際公開第ＷＯ０３／０５２８４２号パンフレット 米国特許出願公開第２００４／０２０１３４６号明細書 特開２００３−１０９７７４号公報 米国特許第６７５６７３２号明細書 N.A.Feoktistov、L.E.Morozova、「誘電性及び導電性光学ミラー及びフィルタとしてのアモルファスSi:C:H膜に基づいた多層システム(Multilayer systems based on a-Si:C:H films as dielectric and conducting optical mirrors and filters)」、Technical Physics Letters Vol.20 No.3、1994年3月1日、pp180-181

本発明は、上述の欠点を同時に回避した多層構造を有する発光ダイオードを提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明に係る発光ダイオードは、基板（1）、該基板上の下部電極、上部電極（4）、下部電極と上部電極（4）との間に置かれた有機ＥＬ層であり、これら電極によって該有機ＥＬ層に電流が注入されるとき、これら電極の少なくとも一方を介して放射線を放出することが可能な有機ＥＬ層（3）、及び１組以上（N≧1）の隣接する２つのサブレイヤー（21、22）の組の積層体で形成された少なくとも１つの多層構造（2）であり、各組の２つのサブレイヤー（21、22）が異なる屈折率n₁、n₂を有するところの少なくとも１つの多層構造、を有し：
少なくとも１つの多層構造（2）の中から電極の少なくとも一方が構成されており；かつ
電極を構成する各多層構造（2）のサブレイヤー（21、22）の材料が、シリコン含有量が0.1重量％未満である非晶質炭素である。

電極を形成する各多層構造は、故に、不可避的な不純物に含まれるシリコン以外のシリコンを含まない非晶質炭素からなり、電極として機能するために十分な導電性を有する。本発明に従ったこの多層構造電極がカソードである場合、非晶質炭素は好ましくは、例えば窒素を用いて、ｎ型ドープされる。本発明に従ったこの多層構造電極がアノードである場合、非晶質炭素は好ましくは、例えば燐を用いて、ｐ型ドープされる。ドーピングレベルは所望の導電率の水準に適合される。

本発明は多数の実施形態を包含するが、それらには：
− 下部電極が非晶質炭素の多層構造であり、上部電極は従来からの電極であるもの；
− 上部電極が非晶質炭素の多層構造であり、下部電極は従来からの電極であるもの；及び
− 双方の電極が非晶質炭素の多層構造であり、それらの一方が少なくとも透明又は半透明であるもの；
が含まれる。

好ましくは、本発明に従ったダイオードは電極の一方を構成する多層構造（2）を１つだけ有し、かつ電極の他方（4）が放射線に関して反射性又は半透過性である。

好ましくは、如何なる組の前記隣接する２つのサブレイヤー（21、22）の屈折率差｜n₁−n₂｜も0.5以上である。

隣接サブレイヤー間の屈折率差を堆積チャンバ内のシラン量を変えることによって得る代わりに、好ましくは、この屈折率変化は堆積条件を適切に変化させることによって得られる。この点は、C.Godetによる日本応用物理ジャーナル（ＪＪＡＰ）９１巻７号４１４５頁に示されている。

本発明によりシランの使用が排除され、それによって、これらのダイオードをより安全に製造できるようになる。

好ましくは、λ₀をダイオードによって放出される放射線の最大強度に対応する波長とし、かつ２つのサブレイヤー（21、22）の組の各々に対し、d₁を屈折率n₁のサブレイヤーの厚さ、d₂を屈折率n₂のサブレイヤーの厚さとしたとき、近似的にn₁d₁＝n₂d₂＝λ₀/4である。従って、背景技術にて既に述べたように、多層構造はマルチミラー効果、特にＤＢＲ（回折ブラッグ反射器）型の効果をもたらす。

好ましくは、異なる屈折率の２つのサブレイヤーの組の数Nは４より大きい。これにより、本発明に従った多層電極によってもたらされるマルチミラー効果はより容易に最適化され得る。

一方の電極の、この電極特有の多層構造によって与えられる反射性、及び他方の電極の反射性は、電極間に光キャビティを生成するが、それはＥＬ層によって放出された放射線の抽出レベルを効果的に増大させる。抽出レベルを最適化するように、好ましくは、有機層の厚さが周知の方法で適応される。

好ましくは、１つの多層構造の電極（2）は下部電極である。そのとき、多層電極は下側の封止機能、すなわち、基板に存在する元素であってＥＬ層の有機材料を劣化させる危険を伴う元素に対して拡散障壁機能をもたらす。

また、本発明に係る照明パネル又はイメージ表示パネルは本発明に従ったダイオードの配列を有する。

本発明は、非限定的な例により与えられ、かつ図１を参照する以下の記載を読むことにより、より明瞭に理解されることになる。図１は本発明の一実施形態に従ったダイオードの断面を例示している。

ダイオードが下部電極の配列と上部電極の配列との間に置かれた、ここではパッシブマトリックス型の、本発明に従ったダイオードパネルの典型的な一実施形態について説明する。

堆積されるべき下部電極配列に対応する開口を有する堆積マスクが、透明ガラスから成る基板1に塗布される。そして、このマスクを介して、本発明に従った非晶質炭素の多層構造2が、伝統的な蒸着技術（ＰＥＣＶＤと呼ばれる）を用いてＲＦ放射線の下でシランを含まないメタンを基にして堆積される。非晶質炭素の堆積中、ＲＦ放射線のパワーが変化させられる、すなわち、屈折率n₁=1.7の非晶質炭素のサブレイヤー21を得るためのＲＦパワーなし（すなわちＣＶＤ）と、屈折率n₂=2.35のサブレイヤー22を得るためのＲＦパワー100W（ＰＥＣＶＤ）とが交互に入れ替えられる。この交互入れ替えが多数回繰り返され、多層構造が一連のこれら２つのサブレイヤー21、22を含むようにされる。より詳細には、上述した文献であるC.Godetによる日本応用物理ジャーナル（ＪＪＡＰ）９１巻７号４１４５頁を参照することができる。各々の堆積フェーズ、すなわちＣＶＤフェーズ及びＰＥＣＶＤフェーズの期間は、これ自体周知であるが、サブレイヤー群が所望の厚さを有するように適応され、その結果、λ₀をダイオードの放射線の最大強度に対応する波長とし、かつd₁を屈折率n₁のサブレイヤー群の厚さ、d₂を屈折率n₂のサブレイヤー群の厚さとすると、次の近似方程式が得られる：n₁d₁＝n₂d₂＝λ₀/4。

次に、有機ＥＬ層3が周知な方法で、この層が一般に幾つかのサブレイヤーの積層体、すなわち、カソード側の電子のため及びアノード側の正孔のための２つの電荷注入／輸送サブレイヤー、及びその間に散在させられた厳密な意味でのＥＬサブレイヤーの積層体、を有するように堆積される。これらの注入／輸送サブレイヤーは、ドープされているか否か、及び半導電性か導電性かに拘わらず、有機材料又はポリマーから成ってもよい。これらの材料はそれ自体周知であり、ここでは詳細には説明しない。また、各々の注入／輸送サブレイヤーとＥＬサブレイヤーとの間にキャリア、すなわちカソード側の正孔及びアノード側の電子、を阻止するサブレイヤーを追加することも可能である。続いて、この例ででは下部電極に対して垂直に置かれる上部電極4の配列が周知の方法で堆積される。２つの電極配列のその他の構成も本発明の範囲を逸脱することなく想定される。上部電極は金属、又は、例えば混合されたインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の導電性酸化物から成ってもよい。これらの電極は反射性又は半透過性とされる。好ましくは、多層構造2に作成される下部電極がアノードで、上部電極がカソードとされる。

それから、例えばシリカ又はシリコン窒化物等の絶縁材料から成る封止層5が堆積される。

本発明に従ったダイオード配列を有するパネルが得られる。このパネルの各ダイオードは下部電極と上部電極とが重なる領域に対応する。

基板1と有機層3との間に置かれた多層構造2は、故に、次の３つの機能を有する：
− 下部電極機能 非晶質炭素の高導電率のおかげであり、さらに、ドーピングによって適応及び改善され得る；
− ブラッグミラー機能 サブレイヤー間の屈折率差、及びそれらの厚さのおかげである；及び
− 封止機能すなわち拡散障壁機能 ここでは、基板1と有機層3との間での拡散に対するものである。

有利には、多層構造2の堆積のためのシランの使用が排除される。

本発明に従った非晶質炭素の多層構造2は、不可避的な不純物に含まれるシリコンを除いてシリコンを含まず、一般に、電極として機能するために十分な導電性を有する。また一方、その導電率をドーピング、例えば窒素のドーピング、によって向上させることが可能である。この目的のためには、非晶質炭素前駆体として用いられるメタンとともに、窒素が堆積チャンバ内に導入される。

多層構造が下部電極として機能するパッシブマトリックス型有機発光パネルを参照して本発明について述べてきた。しかし、請求項の範囲を逸脱することなく、本発明が、多層構造が上部電極として機能するダイオード若しくはパネル、又はアクティブマトリックス型ダイオード若しくはパネルに適用可能であることは当業者に明らかなところである。

本発明の一実施形態に従ったダイオードを例示する断面図である。

符号の説明

1…基板
2…多層構造（下部電極）
3…有機エレクトロルミネッセント層
4…上部電極
5…封止層
21、22…サブレイヤー

Claims (6)

1. 基板、該基板上の下部電極、上部電極、前記下部電極と前記上部電極との間に置かれた有機ＥＬ層であり、これら電極によって該有機ＥＬ層に電流が注入されるとき、これら電極の少なくとも一方を介して放射線を放出することが可能な有機ＥＬ層、及び１組以上の隣接する２つのサブレイヤーの組の積層体で形成された少なくとも１つの多層構造であり、各組の前記２つのサブレイヤーが異なる屈折率n₁、n₂を有するところの少なくとも１つの多層構造、を有する発光ダイオードであって：
   前記少なくとも１つの多層構造の中から前記電極の少なくとも一方が構成されており；かつ
   電極を構成する各多層構造の前記サブレイヤーの材料が、シリコン含有量が0.1重量％未満である非晶質炭素である；
   ことを特徴とする発光ダイオード。
2. 請求項１に記載のダイオードであって、当該ダイオードが前記電極の一方を構成する多層構造を１つだけ有し、かつ前記電極の他方が前記放射線に関して反射性又は半透過性であることを特徴とするダイオード。
3. 請求項１又は２の何れかに記載のダイオードであって、如何なる組の前記隣接する２つのサブレイヤーの屈折率差｜n₁−n₂｜も0.5以上であることを特徴とするダイオード。
4. 請求項３に記載のダイオードであって、λ₀を前記放射線の最大強度に対応する波長とし、かつ前記２つのサブレイヤーの組の各々に対し、d₁を屈折率n₁のサブレイヤーの厚さ、d₂を屈折率n₂のサブレイヤーの厚さとしたとき、近似的にn₁d₁＝n₂d₂＝λ₀/４であることを特徴とするダイオード。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載のダイオードであって、前記多層構造の電極が前記下部電極であることを特徴とするダイオード。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載のダイオードの配列を有することを特徴とする照明パネル又はイメージ表示パネル。

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