JP2008016347A - Organic electroluminescent element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、陰極と陽極に挟持された有機発光層に電子と正孔を注入することにより有機発光層から光を取り出す有機エレクトロルミネッセンス素子のうち、ドットマトリクス方式の有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。 The present invention relates to a dot matrix type organic electroluminescent element among organic electroluminescent elements that extracts light from an organic light emitting layer by injecting electrons and holes into an organic light emitting layer sandwiched between a cathode and an anode.
有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極と陰極との間に有機発光層が挟持された構造をもつ発光素子であり、電圧の印加により陽極から正孔が、陰極から電子が注入され、この正孔と電子の対が有機発光層表面あるいは内部で再結合することによって発生したエネルギーを光として取り出す素子である。発光層に有機物を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子は古くから研究されていたが発光効率の問題で実用化が進展しなかった。これに対し、1987年にC.W.Tangにより有機層を発光層と正孔輸送層の2層に分けた積層構造の有機エレクトロルミネッセンス素子が提案され、低電圧で高効率の発光が確認され(非特許文献1等参照)、それ以降、有機エレクトロルミネッセンス素子に関する研究が盛んに行われている。かかる積層構造をとることにより、発光層に注入された電子や正孔が対向電極に流れてしまうことを防ぐことができ、発光層内での再結合の効率が向上する。また、電子や正孔を発光層に注入する効率を高めることができる。そのため、現在では有機エレクトロルミネッセンス素子は積層構造をとるものが一般的で、その構造は発光層と正孔注入層の2層構造、電子注入層と発光層と正孔注入層の3層構造、電子注入層と発光層と正孔輸送層と正孔注入層の4層構造等といった構造の素子が提案されている。
An organic electroluminescence element is a light emitting element having a structure in which an organic light emitting layer is sandwiched between an anode and a cathode. When a voltage is applied, holes are injected from the anode and electrons are injected from the cathode. Is an element that takes out the energy generated as a result of recombination of the pair in the surface or inside of the organic light emitting layer as light. Organic electroluminescence devices using organic substances in the light emitting layer have been studied for a long time, but their practical application has not progressed due to the problem of light emission efficiency. In contrast, in 1987, C.I. W. Tang proposed an organic electroluminescence device with a laminated structure in which the organic layer is divided into a light emitting layer and a hole transport layer, and confirmed high-efficiency light emission at a low voltage (see Non-Patent
しかし、有機エレクトロルミネッセンス素子において、発光層での再結合の際に、蛍光を放つために必要な一重項の生成確率は統計的に25%であることが知られている。そのため、理論的には注入した電子と正孔のうちの1/4しか光として取り出すことができないことになる。これに対し、励起三重項からの燐光を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子が提案され(非特許文献2等参照)、近年では室温で燐光を示す材料の研究が盛んに行われている。
However, it is known that in the organic electroluminescence device, the probability of singlet generation necessary for emitting fluorescence upon recombination in the light emitting layer is statistically 25%. Therefore, theoretically, only 1/4 of the injected electrons and holes can be extracted as light. On the other hand, an organic electroluminescence element using phosphorescence from an excited triplet has been proposed (see Non-Patent
それでも、有機層に用いられる材料の屈折率は比較的高く、有機発光層内部で三次元的に等方に光が放たれるため、基板面に対して臨界角以上の角度で発生した光は全反射を起こし、臨界角以下の光も一部は界面で反射するために外部には取り出すことができない。このため発光層の屈折率を仮に1.6とすると発生した光の約20%程度しか外部に取り出すことができず、発光層の屈折率が高いとさらにこの数値は低下してしまう。 Nevertheless, the refractive index of the material used for the organic layer is relatively high, and light is emitted three-dimensionally and isotropically inside the organic light emitting layer, so light generated at an angle greater than the critical angle with respect to the substrate surface is Total reflection occurs and light below the critical angle is partially reflected at the interface and cannot be extracted outside. For this reason, if the refractive index of the light emitting layer is assumed to be 1.6, only about 20% of the generated light can be extracted to the outside, and if the refractive index of the light emitting layer is high, this numerical value further decreases.
この光取り出し効率を向上させる手法として様々な提案がなされている。その中で比較的容易な手法で光取り出し効率を向上させる手法として基板部分で光の進行方向を変える手法がいくつか提案されている。例えば、特許文献1、特許文献2には基板の外部に散乱性の層を設けたものが提案されている。また特許文献3では基板自体に散乱性を持たせている。更に特許文献4では基板表面にレンズ構造を持たせている。しかしながら、これらの構造は基板まで到達した光に対して有効な手段であり、発光層から基板に入射する光の取り出し効率には影響しない。さらに、これらの手段は、有機エレクトロルミネッセンス素子を面光源として用いる場合には有効であるが、微細なピクセルを持つドットマトリクスの素子では視差を考慮すると有効な手段とはいえない。
Various proposals have been made as methods for improving the light extraction efficiency. Among them, as a technique for improving the light extraction efficiency by a relatively easy technique, several techniques for changing the traveling direction of light at the substrate portion have been proposed. For example,
また特許文献5は基板と光取り出し面との間に屈折率が発光層と同等以上で、かつ散乱性を有する層を設けたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子を提案しているが、この場合、基板までの光取り出し効率は向上するが、基板と外界での臨界角の問題が存在するために、基板まで到達しつつも、外界への臨界角以上の光については光取り出し効率を向上させることができない。この場合に基板内部あるいは外部表面で散乱や回折等の構造をとれば光取り出し効率は向上可能であるが、この場合も前述のようにドットマトリクスディスプレイのように基板上に発光色の異なる画素をもつ素子では有効な手段ではなくなる。 Further, Patent Document 5 proposes an organic electroluminescence element characterized in that a layer having a refractive index equal to or higher than that of the light emitting layer and having a scattering property is provided between the substrate and the light extraction surface. In this case, the light extraction efficiency to the substrate is improved, but there is a problem of the critical angle between the substrate and the outside world, so that the light extraction efficiency is improved for light exceeding the critical angle to the outside world while reaching the substrate. I can't let you. In this case, the light extraction efficiency can be improved by taking a structure such as scattering or diffraction on the inside or outside surface of the substrate, but in this case as well, pixels having different emission colors are formed on the substrate like the dot matrix display as described above. It will not be an effective means with the element.
このように、ドットマトリクスディスプレイの素子の光取り出し効率を向上させるためには、基板の内側に取り出し構造を設ける必要がある。このような構成を提案しているものとしては特許文献6や特許文献7等が挙げられる。これらの提案では、基板上に低屈折率の層を設け、その上に散乱等、光の進行方向を変化させる機能を持つ層を積層することで基板からの光取り出し効率を向上させている。このように散乱構造を基板の内部に設けることで視差をなくし、ドットマトリクスディスプレイに使用する際の画素ボケを防止することが可能になる。このとき、基板上に形成される低屈折率層の臨界角の点から屈折率は低い方が好ましく、この目的を達成するために用いる低屈折率層としてフッ化物の樹脂、フッ化マグネシウムと並んで多孔性シリカ(ポーラスシリカ)を提案しているが、これらの材料のうち、屈折率が最も低く、低屈折率層の材料として好適であるのはポーラスシリカであることが示されている。ポーラスシリカによる低屈折率層の形成の工程は、テトラアルコキシシランあるいはそのオリゴマーを主体とするポーラスシリカ前駆体の溶液を基板上に塗布する工程の後、加熱による縮合反応によってポーラスシリカの膜を形成する工程からなるが、この時、ポーラスシリカ前駆体の組成によって、形成されるポーラスシリカ膜の屈折率を制御することが可能である。 Thus, in order to improve the light extraction efficiency of the elements of the dot matrix display, it is necessary to provide an extraction structure inside the substrate. Patent documents 6, 7, etc. are mentioned as what has proposed such a structure. In these proposals, the light extraction efficiency from the substrate is improved by providing a layer having a low refractive index on the substrate and laminating a layer having a function of changing the traveling direction of light such as scattering. By providing the scattering structure inside the substrate in this manner, it is possible to eliminate parallax and prevent pixel blurring when used in a dot matrix display. At this time, it is preferable that the refractive index is low from the viewpoint of the critical angle of the low refractive index layer formed on the substrate, and the low refractive index layer used to achieve this purpose is aligned with fluoride resin and magnesium fluoride. Among these materials, porous silica (porous silica) is proposed. However, among these materials, it is shown that porous silica is suitable as a material for the low refractive index layer. The process of forming a low refractive index layer with porous silica is performed by applying a porous silica precursor solution mainly composed of tetraalkoxysilane or its oligomer on a substrate, and then forming a porous silica film by a condensation reaction by heating. At this time, it is possible to control the refractive index of the formed porous silica film by the composition of the porous silica precursor.
一方、有機エレクトロルミネッセンス素子において有機発光層は、発光するために必要なエネルギーバンドギャップの大きさから、紫外域に吸収を持ち、その吸収に引きずられる形で可視光域での屈折率が高くなっている分子を用いることが多い。そのため、有機エレクトロルミネッセンス素子が発生させる光の波長における有機層の屈折率は通常1.7から1.9程度となっており、基板等の材料と比較して高くなっている。従って、屈折率が高い発光層から発生する光を効率よく取り出し、散乱等によって光の進行方向を変化させるための層は、臨界角の点から屈折率が高い方が好ましく、特に有機発光層の屈折率よりも高いことが好ましい。 On the other hand, an organic light emitting layer in an organic electroluminescence element has absorption in the ultraviolet region due to the size of the energy band gap necessary for light emission, and the refractive index in the visible light region is increased due to the absorption. Often used. For this reason, the refractive index of the organic layer at the wavelength of light generated by the organic electroluminescence element is usually about 1.7 to 1.9, which is higher than that of a material such as a substrate. Therefore, a layer for efficiently extracting light generated from a light-emitting layer having a high refractive index and changing the traveling direction of light by scattering or the like preferably has a high refractive index from the viewpoint of the critical angle. It is preferable that the refractive index is higher.
屈折率が高く、この用途で好適な膜としてはケイ素の窒化物、酸窒化物、あるいはアルミニウム、チタン、ジルコニウム、ニオブ等の金属の酸化物、窒化物のスパッタリング膜、やCVD膜、蒸着膜等が挙げられる。しかし、スパッタリングやCVD等の気相法を用いて成膜する場合、膜の内部に散乱させるための粒子を含有させることが困難である。一方、チタンやジルコニウム等の金属のアルコキシドの溶液を基板に塗布し、加熱・焼成によって、金属アルコキシドを加水分解、縮合を起こしてチタンやジルコニウム等の非晶質酸化物膜を形成する、いわゆるゾル−ゲル法を用いれば、原料の金属のアルコキシドの溶液に散乱粒子を分散させることで、容易に屈折率の高い散乱膜を作成することが可能である。ゾル−ゲル法によって得られる金属の非晶質酸化物膜は気相法によって形成される同じ金属の酸化物膜と比べると非晶質である分だけ屈折率は低下するが、それでも1.7から1.9の屈折率を得ることは可能である。 Films with a high refractive index and suitable for this application include silicon nitride, oxynitride, oxides of metals such as aluminum, titanium, zirconium and niobium, nitride sputtering films, CVD films, vapor deposition films, etc. Is mentioned. However, when forming a film using a vapor phase method such as sputtering or CVD, it is difficult to contain particles for scattering inside the film. On the other hand, a solution of a metal alkoxide such as titanium or zirconium is applied to a substrate, and the metal alkoxide is hydrolyzed and condensed by heating and baking to form an amorphous oxide film such as titanium or zirconium. -If the gel method is used, a scattering film having a high refractive index can be easily prepared by dispersing scattering particles in a solution of a metal alkoxide as a raw material. The amorphous oxide film of a metal obtained by the sol-gel method has a refractive index lower than that of the same oxide film of the same metal formed by the gas phase method, but it is still 1.7. It is possible to obtain a refractive index of 1.9 from
ゾル−ゲル法によって、基板上に金属の非晶質酸化物膜を作成する場合、加水分解による金属のアルコキシドからのアルコールの脱離や加熱による溶媒の蒸発により、塗布時の組成に対して焼成後の組成は重量が減少し、膜は塗布時に比べて収縮している。そのため、焼成時には収縮の応力が働くことになる。一方、前述のように、低屈折率層に用いるポーラスシリカは前駆体の組成によって、形成されるポーラスシリカ膜の屈折率を制御することが可能であるが、光取り出し効率を向上させるために、ポーラスシリカ膜の屈折率を低くすることは、膜中の空隙の割合を多くすることになるため、膜の機械的強度を低下させてしまい、その膜上にゾル−ゲル法によって金属の非晶質酸化物膜を作成する際に、焼成時の収縮の応力でポーラスシリカの層にクラックを発生させる要因になってしまう。
本発明は前記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光取り出し効率の高いドットマトリクス方式の有機エレクトロルミネッセンス素子および表示素子を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a dot matrix type organic electroluminescence element and a display element having high light extraction efficiency.
本発明者らは前記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は下記(1)〜(13)に示される有機エレクトロルミネッセンス素子および下記(14)に示される表示装置を提供する。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have completed the present invention. That is, this invention provides the organic electroluminescent element shown by following (1)-(13), and the display apparatus shown by following (14).
(1)
基板上に少なくとも、発光領域を有する1層以上の有機発光層と、前記有機発光層に正孔を注入する陽極と、電子を注入する陰極とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記基板には基板側から第1下地層、第2下地層、第3下地層をこの順で備え、前記有機発光層が放出する光の波長における前記第1下地層、第2下地層、第3下地層の屈折率をそれぞれn1、n2、n3とすると、n1<n2かつ、n2<n3であり、かつ、第2下地層及び、第3下地層には、前記有機発光層が放出する光の波長において、各々の下地層の屈折率と異なる屈折率を有する微粒子が分散されていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
(1)
An organic electroluminescent device comprising at least one organic light emitting layer having a light emitting region on a substrate, an anode for injecting holes into the organic light emitting layer, and a cathode for injecting electrons. Includes a first ground layer, a second ground layer, and a third ground layer in this order from the substrate side, and the first ground layer, the second ground layer, and the third bottom layer at the wavelength of light emitted by the organic light emitting layer. Assuming that the refractive indexes of the base layer are n1, n2, and n3, respectively, n1 <n2 and n2 <n3, and the second base layer and the third base layer have wavelengths of light emitted by the organic light emitting layer. In the organic electroluminescence device, fine particles having a refractive index different from the refractive index of each underlying layer are dispersed.
(2)
前記有機発光層が放出する光の波長における前記第1下地層の屈折率が、前記基板の屈折率よりも小さく、かつ1.4以下であることを特徴とする上記(1)に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
(2)
The organic material according to (1) above, wherein a refractive index of the first underlayer at a wavelength of light emitted from the organic light emitting layer is smaller than a refractive index of the substrate and is 1.4 or less. Electroluminescence element.
(3)
前記有機発光層が放出する光の波長における前記第1下地層の屈折率が、1.3以下であることを特徴とする上記(2)に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
(3)
The organic electroluminescent element according to (2) above, wherein the refractive index of the first underlayer at the wavelength of light emitted from the organic light emitting layer is 1.3 or less.
(4)
前記第1下地層が、ポーラスシリカを含むことを特徴とする上記(1)ないし(3
のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
(4)
Said (1) thru | or (3) characterized by the said 1st base layer containing porous silica.
Organic electroluminescent element of any one of these.
(5)
前記第2下地層が、樹脂を含むことを特徴とする上記(1)ないし(4)のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
(5)
The organic electroluminescent element according to any one of (1) to (4), wherein the second underlayer includes a resin.
(6)
前記有機発光層が放出する光の波長における前記第3下地層の屈折率が、1.7以上であることを特徴とする上記(1)ないし(5)のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
(6)
The organic electro of any one of (1) to (5) above, wherein a refractive index of the third underlayer at a wavelength of light emitted from the organic light emitting layer is 1.7 or more. Luminescence element.
(7)
前記有機発光層が放出する光の波長における前記第3下地層の屈折率が、1.8以上であることを特徴とする上記(6)に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
(7)
The organic electroluminescence device according to (6) above, wherein a refractive index of the third underlayer at a wavelength of light emitted from the organic light emitting layer is 1.8 or more.
(8)
前記第3下地層の上に平滑化層をさらに備え、前記有機発光層が放出する光の波長における前記平滑化層の屈折率が1.7以上であることを特徴とする上記(1)ないし(7)のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
(8)
A smoothing layer is further provided on the third base layer, and the refractive index of the smoothing layer at a wavelength of light emitted from the organic light emitting layer is 1.7 or more. The organic electroluminescence device according to any one of (7).
(9)
前記有機発光層が放出する光の波長における前記平滑化層の屈折率が1.8以上であることを特徴とする上記(8)に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
(9)
The organic electroluminescence device according to (8) above, wherein the smoothing layer has a refractive index of 1.8 or more at a wavelength of light emitted from the organic light emitting layer.
(10)
前記平滑化層の上にガスバリア層をさらに備え、前記有機発光層が放出する光の波長における前記ガスバリア層の屈折率が1.7以上であることを特徴とする上記(8)または(9)に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
(10)
(8) or (9), further comprising a gas barrier layer on the smoothing layer, wherein a refractive index of the gas barrier layer at a wavelength of light emitted from the organic light emitting layer is 1.7 or more. The organic electroluminescent element of description.
(11)
前記有機発光層が放出する光の波長における前記ガスバリア層の屈折率が1.8以上であることを特徴とする上記(10)に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
(11)
The organic electroluminescence device according to (10) above, wherein a refractive index of the gas barrier layer at a wavelength of light emitted from the organic light emitting layer is 1.8 or more.
(12)
前記微粒子が、金属、金属化合物、ケイ素化合物、樹脂またはそれらの混合物からなることを特徴とする上記(1)ないし(11)のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
(12)
The organic electroluminescence device according to any one of (1) to (11), wherein the fine particles are made of a metal, a metal compound, a silicon compound, a resin, or a mixture thereof.
(13)
前記金属化合物が、チタン、ジルコニウム、アルミニウムおよびセリウムの酸化物または窒化物であることを特徴とする上記(12)に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
(13)
The organic electroluminescent device as described in (12) above, wherein the metal compound is an oxide or nitride of titanium, zirconium, aluminum and cerium.
(14)
上記(1)ないし(13)のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた表示装置。
(14)
The display apparatus provided with the organic electroluminescent element of any one of said (1) thru | or (13).
本発明によれば、発光領域を有する1層以上の有機発光層と、前記有機発光層に正孔を注入する陽極と、電子を注入する陰極とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記基板には基板側から第1下地層、第2下地層、第3下地層の順に形成し、第2下地層および第3下地層には散乱性を持たせ、各層の屈折率を上記の通り最適化することで、光取り出し効率に優れたドットマトリクス方式の有機エレクトロルミネッセンス素子、およびそれを用いた表示装置を提供することができる。 According to the present invention, there is provided an organic electroluminescent device comprising one or more organic light emitting layers having a light emitting region, an anode for injecting holes into the organic light emitting layer, and a cathode for injecting electrons, On the substrate, the first underlayer, the second underlayer, and the third underlayer are formed in this order from the substrate side. The second underlayer and the third underlayer are provided with scattering properties, and the refractive index of each layer is as described above. By optimizing, it is possible to provide a dot matrix organic electroluminescence element having excellent light extraction efficiency and a display device using the same.
以下、図面を参照して本発明の幾つかの形態を説明する。全図にわたって同一または同様の構成要素は、同一参照符号で示す。 Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Throughout the drawings, the same or similar components are denoted by the same reference numerals.
図1は、本発明の第1の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子100を示す概略断面図である。有機エレクトロルミネッセンス素子100は、基板101上に、基板側から第1下地層102、第2下地層103、第3下地層104をこの順で備え、さらにその上に2つの電極105、107に挟持された有機発光層106が配置されている。また、有機発光層106が放出する光の波長における第1下地層102、第2下地層103、第3下地層104の屈折率をそれぞれn1、n2、n3とすると、n1<n2かつ、n2<n3であり、かつ、第2下地層103及び、第3下地層104には、有機発光層106が放出する光の波長において、各々の下地層の屈折率と異なる屈折率を有する微粒子が分散されている。なお、有機発光層106が放出する光の波長は、ピーク波長として、通常、420nm〜750nmの範囲内にある。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an
有機発光層106で発生した光は基板側の電極105(通常は透明電極)を通過するが、この場合通常は透明である電極105の屈折率は有機発光層106の屈折率よりも高いために臨界角は存在しない。さらに光が電極105を通過し、第3下地層104に入射する場合では、電極105と第3下地層104との界面に到達した光はスネルの法則に従って屈折を起こし、臨界角以上の角度で界面に到達した光は全反射を起こすため、第3下地層104に進入できない。
The light generated in the organic
また通常、電極105は光透過性が必要なため、電極にはITO(インジウム・スズ酸化物)膜、あるいはIZO(インジウム・亜鉛酸化物)膜等が用いられ、その屈折率は1.8〜2.0程度である。また、前述のように有機発光層106の屈折率は1.6あるいは1.7以上であることが多い。そのため、臨界角を大きくするためには第3下地層104の屈折率n3は大きいほうがよく、特に有機発光層106の屈折率よりも高くすることで臨界角をなくすことが可能である。よって第3下地層104の屈折率n3は、有機発光層106が放出する光の波長において、好ましくは1.7以上、更に好ましくは1.8以上である。ただし、あまり大きすぎると第3下地層104と電極105界面での反射が強くなり好ましくない。第3下地層104の屈折率n3は、通常2.5以下である。
In general, since the
更に、第3下地層104から第2下地層103に光が入射するが、第3下地層104は、有機発光層106から発生する光の波長において第3下地層104の屈折率n3と異なる屈折率を有する微粒子が分散されているため、入射した光が第3下地層104に進入すると層内に含有する微粒子によって散乱を起こす。一方、第2下地層103は例えば樹脂で形成することができる。この樹脂層は有機発光層から発生する光を外部に出すためにはその光の波長において吸収のない樹脂を用いる必要がある。ドットマトリクスディスプレイ型の素子の場合、有機発光層106には異なる発光色をもつ複数のピクセル、通常は赤、青、緑の三原色をパターニングしているため、第2下地層103に用いる樹脂は可視光の全ての領域で光の吸収がない、透明な樹脂を用いる必要がある。このような透明な樹脂としてはアクリル樹脂やエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられるが、これらの樹脂を用いる場合、屈折率n2は1.45〜1.6程度と低くなる。そのため第3下地層104から第2下地層103に光が入射する際には臨界角が存在することになるが、第3下地層104で光が散乱を起こすために、臨界角以上の角度で第3下地層104から第2下地層103に入射し、第3下地層104と第2下地層103との界面で全反射を起こして第3下地層104に戻った光は第3下地層104内部で散乱を起こして光の進行方向を変え、別の角度で再度第2下地層103に入射する。このため、臨界角以上の角度で入射した光も散乱を起こす度に角度が変わるため、図2に矢印で示すように第2下地層103に進入することが可能になる。
Further, light is incident on the
第2下地層103を通過した光は更に、第1下地層102へ入射するが、第2下地層103は、有機発光層106が発生する光の波長において第2下地層103の屈折率n2と異なる屈折率を有する微粒子が分散されているため、光は第2下地層103に進入すると層内に含有する微粒子によって散乱を起こす。一方、第1下地層102は例えばポーラスシリカによって形成すると、その屈折率は、有機発光層106が放出する光の波長において、1.4以下、さらに好ましくは1.3以下である。そのため第2下地層103から第1下地層102に光が入射する際には臨界角が存在することになるが、第2下地層103で光が散乱を起こすために、臨界角以上の角度で第2下地層103から第1下地層102に入射し、第2下地層103と第1下地層102との界面で全反射を起こして第2下地層103に戻った光は第2下地層103内部で散乱を起こして光の進行方向を変え、別の角度で再度第1下地層102に入射する。このため、臨界角以上の角度で入射した光も散乱を起こす度に角度が変わるため、図3に矢印で示すように第1下地層102に進入することが可能になる。なお、第1下地層の屈折率は、通常、1.0以上である。
The light that has passed through the
更に第1下地層102を通過した光が基板を経て、最後に屈折率1.0の空気層(外界)に出射する際の臨界角θcはsinθc=1/n(nは基板の屈折率)と表されるが、第1下地層102から基板に入射する際に、その入射角をθ’とすると基板に進入した光の角度θはスネルの法則sinθ=sinθ’・(n1/n)に従って屈折を起こすために、第1下地層102から見た空気層に対する臨界角θ’cはsinθ’c=1/n1と表され、基板の屈折率nに関係なく、n1で臨界角が決まり、第1下地層102の屈折率n1を、1.4以下とすることで外界への臨界角を約46°以上と大きくすることが可能になり、また、n1を1.3以下とすることで外界への臨界角を約50°以上と大きくすることが可能になる。
Furthermore, the critical angle θc when the light that has passed through the
このように、第1下地層102の屈折率n1は低ければ低いほど臨界角を大きくすることができ、光取り出し効率を高めることが可能であるが、前述のようにポーラスシリカは屈折率を低くするほど機械的強度が低下する。
As described above, the lower the refractive index n1 of the
そのため、このポーラスシリカの膜の上にゾル−ゲル法によって直接高屈折率の散乱層である第3下地層を積層する場合、本発明同様の光取り出し効果は得られるが、ポーラスシリカ膜の機械的強度が低いために、ポーラスシリカ層の上にゾル−ゲル法で金属酸化物の非晶質膜を焼成する際に、ポーラスシリカ層にクラックを発生させてしまう。しかし、本発明において、ポーラスシリカの第1下地層102の上に直接成膜されるのは本態様では、樹脂膜である第2下地層103であり、応力の低い樹脂膜を用いることで第1下地層102のクラックの発生を抑止することが可能である。さらに、第2下地層103の上にゾル−ゲル法によって第3下地層104を形成する場合、第3下地層104の焼成の際には同様に収縮による応力が発生するが、第2下地層103が応力を緩和するために第1下地層102のクラック発生を抑止することが可能になる。
Therefore, when the third underlayer which is a scattering layer having a high refractive index is directly laminated on the porous silica film by the sol-gel method, the same light extraction effect as that of the present invention can be obtained, but the mechanical property of the porous silica film Since the mechanical strength is low, cracks are generated in the porous silica layer when a metal oxide amorphous film is baked on the porous silica layer by a sol-gel method. However, in the present invention, in the present embodiment, the
図4は、本発明の第2の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子400を示す概略断面図である。図4に示す有機エレクトロルミネッセンス素子400は、第3下地層104と電極105との間に平滑化層401を設けた以外は、図1に示す有機エレクトロルミネッセンス素子100と同様の構造を有する。
FIG. 4 is a schematic sectional view showing an
上に述べたように、第2下地層103および第3下地層104には各下地層の屈折率と異なる屈折率を持つ微粒子を含有している。そのため、第3下地層104の表面には凹凸がある。この上に2つの電極105、107に挟持された有機発光層106を形成する場合、その下の層の凹凸によって有機発光層106にムラが生じ、局所的に2つの電極105、107がショートする箇所が発生してしまう可能性がある。そこで平滑化層401を第3下地層104と電極105との間に形成することによって下地層の凹凸をなくすことが可能である。しかし、平滑化層401と有機発光層106の屈折率差は前記下地層と有機発光層との屈折率差同様に臨界角の問題と反射の問題を生じさせる。そこで、平滑化層401の屈折率を1.7以上にすれば前述の理由と同じ理由で光取り出し効率を高めることができ、更に好ましくは有機発光層の屈折率が高い場合は、平滑化層401の屈折率を1.8以上にすれば前述の理由と同じ理由で光取り出し効率を更に高めることができる。
As described above, the
図5は、本発明の第3の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子500を示す概略断面図である。有機エレクトロルミネッセンス素子500は、平滑化層401の上にガスバリア層501をさらに設けた以外は図4に示す有機エレクトロルミネッセンス素子400と同様の構造を有する。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an
第2下地層103が上に述べたように樹脂により形成される場合、この樹脂からのアウトガスが有機発光層106及び電極105、107に悪影響を与えることがある。このため、平滑化層401と電極105との間にガスバリア層501を形成することが好ましい。しかし、ガスバリア層501と有機発光層106の屈折率差は前記下地層と有機発光層との屈折率差同様に臨界角の問題を生じさせる。そこでガスバリア層501の屈折率を1.7以上にすれば前述の理由と同じ理由で光取り出し効率を高めることができ、更に好ましくは有機発光層の屈折率が高い場合はガスバリア層501の屈折率を1.8以上にすれば前述の理由と同じ理由で光取り出し効率を高めることができる。
When the
本発明の表示装置は、本発明の光取り出し効率が向上した有機エレクトロルミネッセンス素子を用いており、表示装置の消費電力を低減することができ、また、有機エレクトロルミネッセンス素子に流す電流を低減することができるため、素子の長寿命化を可能にする。 The display device of the present invention uses the organic electroluminescence element with improved light extraction efficiency of the present invention, can reduce the power consumption of the display device, and reduce the current flowing through the organic electroluminescence element. Therefore, the lifetime of the element can be extended.
本発明の有機エレクトロルミネッセンスに用いられる基板は可視光において透光性があるものを用いる。透光性としては基板の透過率が80%以上であることが好ましく、85%以上であることがより好ましく、90%以上あることが更に好ましい。また、屈折率は下地層の屈折率よりも高い屈折率を持っていれば特に制限はないが、屈折率が1.8を超えるような高屈折率の基板の場合、基板表面での外光の反射率が高くなり、外光の映りこみが顕著になるため好ましくない。また、第1下地層の屈折率は基板の屈折率よりも小さいため第1下地層の空気層に対する臨界角θ’cは基板の空気層に対する臨界角θcよりも大きくなる。このため、第1下地層が無いときに比べて、基板と外界の界面で全反射した光が下地層まで戻って各下地層との界面で散乱し、臨界角以下に角度を変えて再度基板に進入して外界まで光が到達する光が減少する。このため、図6のような厚い基板101を介した多重反射と散乱による画素のボケの発生を抑制することが可能である。なお、図6は、本発明において第1下地層102が無い場合、基板101と空気界面で全反射を起こした光が再び第2下地層103に戻って散乱し、進行方向を変えて光源から離れた位置で外部に取り出されてしまう場合を示した図である。
As the substrate used for the organic electroluminescence of the present invention, a substrate having translucency in visible light is used. In terms of translucency, the transmittance of the substrate is preferably 80% or more, more preferably 85% or more, and still more preferably 90% or more. The refractive index is not particularly limited as long as it has a refractive index higher than that of the underlying layer, but in the case of a high refractive index substrate with a refractive index exceeding 1.8, external light on the substrate surface This is not preferable because the reflectance of the light becomes high and the reflection of external light becomes remarkable. Further, since the refractive index of the first underlayer is smaller than the refractive index of the substrate, the critical angle θ′c of the first underlayer with respect to the air layer is larger than the critical angle θc of the substrate with respect to the air layer. For this reason, compared with the case where there is no first underlayer, the light totally reflected at the interface between the substrate and the outside returns to the underlayer and scatters at the interface with each underlayer, changes the angle below the critical angle and changes the substrate again. The light that reaches the outside and enters the outside world decreases. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of pixel blur due to multiple reflection and scattering through the
そのような基板としては、例を挙げると、BK7、BaK1、F2等の光学ガラス、石英ガラス、液晶ディスプレイに用いられる無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス等のガラス基板、PMMA等のアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスチレン等のスチレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂等といった樹脂基板を挙げることができる。また、基板の厚さは通常0.1mm〜10mmのものが用いられるが、機械的強度や、基板の重量を考慮すると0.3〜5mm、好ましくは0.5〜2mmのものが用いられる。 Examples of such substrates include optical substrates such as BK7, BaK1, and F2, quartz glass, glass substrates such as alkali-free glass, borosilicate glass, and aluminosilicate glass used for liquid crystal displays, and acrylics such as PMMA. Examples thereof include resin substrates such as resins, polycarbonate resins, polyethersulfone resins, styrene resins such as polystyrene, polyolefin resins, epoxy resins, and polyester resins such as polyethylene terephthalate. In addition, the thickness of the substrate is usually 0.1 mm to 10 mm, but considering the mechanical strength and the weight of the substrate, a thickness of 0.3 to 5 mm, preferably 0.5 to 2 mm is used.
本発明において第1下地層には屈折率が1.4以下、更に好ましくは1.3以下のポーラスシリカを用いることができる。ポーラスシリカは1992年に米国Mobile社が発表したMCM−41のようなメソポーラスシリカの作成方法等の方法を用いることができる。(C.T.Kresge et al.,Nature、359巻、710頁、1992年等)この方法では鋳型として自己組織能をもつ界面活性剤や液晶とシリカ源となるケイ酸塩の溶液を作成し、pHを調整することでミセルやラメラといった組織構造を作り出し、この組織の隙間にケイ酸塩が網目状に分散している溶液を基板に塗布する。塗布の手段はスピンコート、ディップコート、スリットコート、ダイコート、ロールコート、スプレーコート等の既知の手法を用いることができる。これらの塗布法により基板上に前記のシリカ前駆体溶液を塗布したのち、基板を乾燥させてから常圧あるいは減圧下で200℃〜550℃の温度で焼成し、鋳型になっているミセルあるいはラメラを形成する有機物を除去することでポーラスシリカの薄膜が得られる。 In the present invention, porous silica having a refractive index of 1.4 or less, more preferably 1.3 or less can be used for the first underlayer. For the porous silica, a method such as a method for producing mesoporous silica such as MCM-41 announced by Mobile in the United States in 1992 can be used. (C. T. Kresge et al., Nature, 359, 710, 1992, etc.) In this method, a self-organizing surfactant or liquid crystal and a silicate solution serving as a silica source are prepared as a template. By adjusting the pH, a tissue structure such as micelles and lamellas is created, and a solution in which silicate is dispersed in a mesh shape is applied to the substrate in the gaps between the tissues. As a means for coating, known methods such as spin coating, dip coating, slit coating, die coating, roll coating, spray coating and the like can be used. After applying the above silica precursor solution onto the substrate by these coating methods, the substrate is dried and then fired at a temperature of 200 ° C. to 550 ° C. under normal pressure or reduced pressure to form a micelle or lamella as a mold. A porous silica thin film can be obtained by removing the organic substances forming the.
本発明において第2下地層には可視光の全ての領域で光の吸収がない、透明な樹脂を用いることができる。このような透明な樹脂としてはアクリル樹脂やエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。また、第2下地層には、有機発光層が放出する光の波長において、第2下地層の屈折率と異なる屈折率を有する微粒子が分散されるが、これらの粒子には、特に金属、金属化合物、ケイ素化合物、樹脂を好ましく用いることができる。また、金属化合物は、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、セリウムの酸化物あるいは窒化物は好ましく用いられる。これらの微粒子は光の散乱性を考慮すると50nm以上の粒径を持つことが好ましく、第2下地層の平滑性の点から5μm以下の粒径であることが好ましい。また、分散する粒子の屈折率は第2下地層の樹脂の屈折率より高くても低くても、異なっていれば散乱が発生するため、本発明に用いることが可能であるが、散乱効率を高めるためには第2下地層と粒子の屈折率差は大きいほうがよい。この目的に合致する金属化合物の例を挙げると酸化チタン(Ti02:屈折率2.3〜2.55)、酸化ジルコニウム(ZrO2:屈折率2.0〜2.1)、酸化セリウム(CeO2:屈折率約2.2)等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。これらの微粒子を樹脂に分散には、ロールミル、サンドミル、アトライター、ボールミル、ニーダー、ペイントシェイカー、超音波分散機等の各種分散手段を用いることができる。また、微粒子の分散を良好にし、再凝集を防止するために各種分散助剤を添加することもできる。特に樹脂に無機化合物の微粒子を分散する際、有機/無機材料の親和性を向上させるためにシランカップリング剤を添加してもよい。 In the present invention, a transparent resin that does not absorb light in the entire visible light region can be used for the second underlayer. Examples of such a transparent resin include an acrylic resin, an epoxy resin, and a polyimide resin. In addition, fine particles having a refractive index different from the refractive index of the second underlayer are dispersed in the second underlayer at the wavelength of light emitted from the organic light emitting layer. Compounds, silicon compounds and resins can be preferably used. As the metal compound, an oxide or nitride of titanium, zirconium, aluminum, or cerium is preferably used. These fine particles preferably have a particle size of 50 nm or more in consideration of light scattering properties, and preferably have a particle size of 5 μm or less from the viewpoint of the smoothness of the second underlayer. Moreover, since the scattering occurs if the refractive index of the dispersed particles is higher or lower than the refractive index of the resin of the second underlayer, if it is different, it can be used in the present invention. In order to increase the refractive index, the difference in refractive index between the second underlayer and the particles should be large. Examples of metal compounds that meet this purpose include titanium oxide (Ti02: refractive index 2.3 to 2.55), zirconium oxide (ZrO2: refractive index 2.0 to 2.1), cerium oxide (CeO2: refraction). The ratio is about 2.2), but is not limited thereto. In order to disperse these fine particles in the resin, various dispersing means such as a roll mill, a sand mill, an attritor, a ball mill, a kneader, a paint shaker, and an ultrasonic disperser can be used. Various dispersion aids can also be added to improve the dispersion of the fine particles and prevent reaggregation. In particular, when fine particles of an inorganic compound are dispersed in a resin, a silane coupling agent may be added to improve the affinity of the organic / inorganic material.
また、本発明において第2下地層の膜に安定性、機械的強度を付与するために、下地層形成用分散樹脂組成物に熱硬化性モノマーを加えて熱硬化によって膜を硬化させても良く、下地層形成用分散樹脂組成物に光硬化性モノマー、光重合開始剤を加えて光硬化によって膜を硬化させてもよい。 Further, in the present invention, in order to impart stability and mechanical strength to the film of the second underlayer, the film may be cured by thermosetting by adding a thermosetting monomer to the dispersed resin composition for forming the underlayer. The film may be cured by photocuring by adding a photocurable monomer or a photopolymerization initiator to the dispersion resin composition for forming the underlayer.
さらに本発明の第2下地層を形成するための分散樹脂組成物には各種塗布工程に適した粘度や組成物の安定性、塗布時の塗膜の平滑性を得るために各種溶剤を用いることができる。溶剤の例としては、メタノール、エタノール、トルエン、シクロヘキサン、イソホロン、セロソルブアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、キシレン、エチルベンゼン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、酢酸イソアミル、乳酸エチル、エチルメチルケトン、シクロヘキサノン、アセトン、プロピレングリコールジアセテート、エトキシプロピオン酸エチル、ブチルカルビトール、カルビトールアセテート等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらの各種溶剤は必要に応じて適宜、複数を混合して使用してもよい。また、塗布時の塗膜の平滑性を得る目的で各種添加剤を添加してもよい。また、分散粒子の粒径が大きかったり濃度が高い場合に、塗膜の平滑性が十分に得られない場合があるが、この場合に、さらにオーバーコート層として透明樹脂層を形成してもよいが、この際の透明樹脂の屈折率は第2下地層の屈折率とほぼ等しくなければならない。そのため、オーバーコート層を形成する場合には、第2下地層形成用の分散樹脂組成物から分散粒子を除いたものを用いることが好ましい。 Furthermore, the dispersion resin composition for forming the second undercoat layer of the present invention uses various solvents to obtain viscosity suitable for various coating processes, stability of the composition, and smoothness of the coating film during coating. Can do. Examples of solvents include methanol, ethanol, toluene, cyclohexane, isophorone, cellosolve acetate, diethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, xylene, ethylbenzene, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, Examples include, but are not limited to, isoamyl acetate, ethyl lactate, ethyl methyl ketone, cyclohexanone, acetone, propylene glycol diacetate, ethyl ethoxypropionate, butyl carbitol, carbitol acetate, and the like. Moreover, you may use these various solvents in mixture suitably, as needed. Moreover, you may add various additives in order to obtain the smoothness of the coating film at the time of application | coating. In addition, when the dispersed particles have a large particle size or high concentration, the coating film may not be sufficiently smooth. In this case, a transparent resin layer may be further formed as an overcoat layer. However, the refractive index of the transparent resin at this time must be substantially equal to the refractive index of the second underlayer. Therefore, when forming an overcoat layer, it is preferable to use a dispersion resin composition for forming a second underlayer from which dispersed particles are removed.
第2下地層の上に形成される第3下地層は、有機発光層から発生する光の波長における屈折率n3が好ましくは1.7以上、更に好ましくは1.8以上である。屈折率1.7以上で薄膜形成に適した高屈折率の材料としては、ゾル−ゲル法によって形成した非晶質金属酸化物の薄膜がある。ゾル−ゲル法は簡単な塗布法によって、高い屈折率を持つ薄膜を得ることができ。本発明に好適に用いられる。本発明においては第3下地層を形成する無機材料の原料となるチタンアルコキシドやジルコニウムアルコキシド等の金属アルコキシドとアルコール類、水等を溶媒としてゾル−ゲル法で薄膜を形成するための塗布液を作成し、この塗布液に、有機発光層が放出する光の波長において第2下地層の屈折率と異なる屈折率を有する微粒子を分散させる。分散させる微粒子は第2下地層に分散させる微粒子と同様に金属、金属化合物、ケイ素化合物、樹脂を好ましく用いることができる。また、この金属化合物は、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、セリウムの酸化物あるいは窒化物等が好ましく用いられる。また、第3下地層の屈折率は1.7以上と高いため、シリカの微粒子(屈折率1.46)を分散させても十分に散乱の効果を得ることができる。これらの微粒子は第2下地層同様に光の散乱性を考慮すると50nm以上の粒径を持つことが好ましく、第2下地層の平滑性の点から5μm以下の粒径である。第2下地層と第3下地層の分散粒子は同じものを用いても、異なるものを用いても構わない。これらの微粒子を塗布液に分散させる手段および、基板上に塗布する手段は第2下地層形成の際に用いる手段と同様の手法を用いることができる。次に基板上に塗布された分散塗布液を適切な温度で焼成することによって薄膜を得ることができる。焼成温度は100℃〜400℃であればよいが、あまり高い温度で焼成すると下地の樹脂層が変質する場合があるので焼成温度は100℃〜200℃が好ましい。 The third underlayer formed on the second underlayer preferably has a refractive index n3 at a wavelength of light generated from the organic light emitting layer of 1.7 or more, more preferably 1.8 or more. As a material having a refractive index of 1.7 or more and a high refractive index suitable for thin film formation, there is an amorphous metal oxide thin film formed by a sol-gel method. The sol-gel method can obtain a thin film having a high refractive index by a simple coating method. It is suitably used in the present invention. In the present invention, a coating solution for forming a thin film by a sol-gel method using a metal alkoxide such as titanium alkoxide or zirconium alkoxide as a raw material of the inorganic material for forming the third underlayer, alcohols, water, etc. as a solvent is prepared. Then, fine particles having a refractive index different from the refractive index of the second underlayer at the wavelength of light emitted from the organic light emitting layer are dispersed in this coating solution. As the fine particles to be dispersed, metals, metal compounds, silicon compounds, and resins can be preferably used in the same manner as the fine particles to be dispersed in the second underlayer. The metal compound is preferably titanium, zirconium, aluminum, cerium oxide or nitride. Further, since the refractive index of the third underlayer is as high as 1.7 or more, even if silica fine particles (refractive index 1.46) are dispersed, a sufficient scattering effect can be obtained. These fine particles preferably have a particle size of 50 nm or more in consideration of light scattering properties as in the second underlayer, and have a particle size of 5 μm or less from the viewpoint of the smoothness of the second underlayer. The dispersed particles of the second underlayer and the third underlayer may be the same or different. The means for dispersing these fine particles in the coating solution and the means for coating on the substrate can be the same as the means used for forming the second underlayer. Next, a thin film can be obtained by baking the dispersion coating liquid applied on the substrate at an appropriate temperature. The baking temperature may be 100 ° C. to 400 ° C. However, if the baking is performed at a very high temperature, the underlying resin layer may be altered, and therefore the baking temperature is preferably 100 ° C. to 200 ° C.
第3下地層の分散粒子の粒径が大きかったり濃度が高い場合に、塗膜の平滑性が十分に得られない場合があるが、この場合に、さらに平滑化層を形成してもよいが、前述のように第3下地層の屈折率が高いものが好ましいことと同じ理由で屈折率が高いものが好ましく、有機発光層で発生する光の波長における屈折率が1.7以上、更に好ましくは1.8以上のものを用いる。この場合、平滑化層は第3下地層形成用の分散塗布液から分散粒子を除いたものを用いることが好ましい。 When the particle size of the dispersed particles of the third underlayer is large or the concentration is high, the smoothness of the coating film may not be sufficiently obtained. In this case, a smoothing layer may be further formed. As described above, a high refractive index is preferable for the same reason that a high refractive index of the third underlayer is preferable, and a refractive index at a wavelength of light generated in the organic light emitting layer is 1.7 or more, and more preferable. Use 1.8 or more. In this case, it is preferable to use a smoothing layer obtained by removing dispersed particles from the dispersion coating liquid for forming the third underlayer.
さらに本発明の第3下地層および平滑化層を塗布する時に、塗膜の平滑性を得る目的で塗布液に各種添加剤を添加してもよい。また、第3下地層形成用の組成物または平滑化層形成用の組成物を基板上にコートする手段としてはスピンコート、ディップコート、スリットコート、ダイコート、ロールコート、スプレーコート等の各種塗布手段を挙げることができる。 Furthermore, when applying the 3rd foundation | substrate layer and smoothing layer of this invention, you may add various additives to a coating liquid in order to obtain the smoothness of a coating film. Various coating means such as spin coating, dip coating, slit coating, die coating, roll coating, spray coating, etc. are used as means for coating the substrate with the composition for forming the third underlayer or the composition for forming the smoothing layer. Can be mentioned.
一方、本発明において、第2下地層やその上のオーバーコート層に用いる樹脂が含有している水分が長い時間を経て下地の層から有機発光層に侵出し、この水分が有機層や陰極の金属と反応することで素子寿命低下やダークスポットの原因となることがある。このため本発明では平滑化層の素子側にガスのバリア層を設けることが好ましい。ガスバリア層の材料は、前述の第3下地層の屈折率が高いものが好ましいことと同じ理由で屈折率が高いものが好ましく、屈折率が好ましくは1.7以上、更に好ましくは1.8以上のものを用いる。 On the other hand, in the present invention, the moisture contained in the resin used for the second underlayer and the overcoat layer thereon leaks from the underlayer to the organic light emitting layer after a long time, and this moisture is absorbed into the organic layer and the cathode. Reacting with a metal may cause a reduction in device lifetime or dark spots. Therefore, in the present invention, it is preferable to provide a gas barrier layer on the element side of the smoothing layer. The material of the gas barrier layer preferably has a high refractive index for the same reason as that of the above-mentioned third underlayer having a high refractive index, and the refractive index is preferably 1.7 or higher, more preferably 1.8 or higher. Use one.
一般的に有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられるバリア層は窒化ケイ素、酸窒化ケイ素酸化アルミニウム等の薄膜であり、これらの薄膜の屈折率は有機物の屈折率に比べて十分高いために問題はない。ただし、ガスバリア層によく用いられるシリカは屈折率が1.5程度と低いために本発明においては好ましくない。また、膜厚は0.1〜10μmの範囲が好ましく、膜応力や透明性を考慮すると0.1〜1μmがより好ましい。 In general, a barrier layer used in an organic electroluminescence element is a thin film such as silicon nitride, silicon oxynitride aluminum oxide or the like, and since the refractive index of these thin films is sufficiently higher than the refractive index of an organic substance, there is no problem. However, silica often used in the gas barrier layer is not preferable in the present invention because the refractive index is as low as about 1.5. The film thickness is preferably in the range of 0.1 to 10 μm, and more preferably 0.1 to 1 μm in view of film stress and transparency.
本発明におけるバリア層の形成方法は、この用途に利用可能なものであれば特に制限はないが、DCスパッタ、RFスパッタ、マグネトロンスパッタ、ECRスパッタ、対向ターゲットスパッタ、イオンビームスパッタ等の各種スパッタリング、イオンプレーティング、CVD等を挙げることができる。 The method for forming the barrier layer in the present invention is not particularly limited as long as it can be used for this application, but various sputtering methods such as DC sputtering, RF sputtering, magnetron sputtering, ECR sputtering, counter target sputtering, and ion beam sputtering, Examples thereof include ion plating and CVD.
また、有機発光層で発生した光を取り出す側の電極は透明導電膜が用いられる。透明導電膜としては酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛、酸化亜鉛等の金属酸化物が通常用いられるが、特に透明性や導電性の面から酸化インジウム錫が好ましい。透明電極層の膜厚は透明性と導電性の確保の点から80〜400nm好ましくは100〜200nmである。透明導電膜の形成方法はスパッタリング法やイオンプレーティング法等公知の手法を用いることができる。また、ドットマトリクスディスプレイの場合、透明導電膜は画素や、配線の形状に応じてパターニングする必要がある。本発明においては透明電極のパターニングの方法は公知の手法を用いることができる。代表的な方法としてはフォトリソグラフィによるパターニングが挙げられる。この場合、透明導電膜を形成した基板にフォトレジストをスピンコート等の方法で塗布し電極パターンに応じたフォトマスクを用いてパターン露光を行う。さらに現像を行ってレジストをパターニングした基板をサンドブラストやドライエッチング、王水等の酸を用いたウェットエッチング等の方法で透明電極をパターニングする。また、有機発光層を形成する前にパターニングした透明導電膜上に酸素プラズマ処理やUVオゾン処理を行うことも好ましい。この場合、透明導電膜表面の有機物汚染が除去され、また透明電極が酸化インジウム錫の場合、酸素プラズマ処理やUVオゾン処理によって酸化インジウム錫の仕事関数が高くなるため、有機発光層への正孔の注入が容易になり、素子の性能が向上することが知られている。また、透明電極加工後に電極パターンのエッジ部の形状が素子のショートを引き起こすことがあるが、この場合は電極のエッジ部を覆うように絶縁層のパターンを形成してもよい。 In addition, a transparent conductive film is used as an electrode for extracting light generated in the organic light emitting layer. As the transparent conductive film, metal oxides such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide, and zinc oxide are usually used, and indium tin oxide is particularly preferable from the viewpoint of transparency and conductivity. The film thickness of the transparent electrode layer is 80 to 400 nm, preferably 100 to 200 nm, from the viewpoint of ensuring transparency and conductivity. As a method for forming the transparent conductive film, a known method such as a sputtering method or an ion plating method can be used. In the case of a dot matrix display, it is necessary to pattern the transparent conductive film according to the shape of the pixel and the wiring. In the present invention, a known method can be used as a method for patterning the transparent electrode. A typical method is patterning by photolithography. In this case, a photoresist is applied to the substrate on which the transparent conductive film is formed by a method such as spin coating, and pattern exposure is performed using a photomask corresponding to the electrode pattern. Further, the transparent electrode is patterned by a method such as sandblasting, dry etching, or wet etching using an acid such as aqua regia on the substrate on which the resist has been patterned by development. It is also preferable to perform oxygen plasma treatment or UV ozone treatment on the transparent conductive film patterned before forming the organic light emitting layer. In this case, organic contamination on the surface of the transparent conductive film is removed, and when the transparent electrode is indium tin oxide, the work function of indium tin oxide is increased by oxygen plasma treatment or UV ozone treatment. It has been known that the injection of silicon becomes easy and the performance of the device is improved. In addition, the shape of the edge portion of the electrode pattern may cause a short circuit after processing the transparent electrode. In this case, the insulating layer pattern may be formed so as to cover the edge portion of the electrode.
本発明において、有機発光層に用いる材料については特に限定はなく、低分子系の材料、高分子系の材料共に好適に用いられる。発光層に低分子系の材料を用いる場合は、電極のパターニング加工を行った基板の上にドットマトリクスのパターンに応じた孔あるいはスリットを設けたシャドーマスクを用いて、各発光色に応じた有機発光層を発光色数回蒸着する。また、発光層の下に共通の正孔注入層あるいは輸送層を設けてもよい。また、発光層の陰極側には共通の電子注入層あるいは輸送層を設けてもよい。これらの発光層、輸送層、注入層は単一の材料からなる膜であってもよいし、ドーピングのために複数の材料を共蒸着して形成してもよい。有機発光層を形成した後に蒸着で陰極を形成するが、このときは電極の形状に応じたスリットを設けたシャドーマスクを用いて金属を蒸着する方法が一般的だが、予め、陰極が形成されない箇所に応じてパターニングされた絶縁層の膜(セパレータ)を形成しておき、この絶縁層のパターンの端部を逆テーパ状(ひさし状)にしておくことで、上記シャドーマスクを用いずに陰極の金属を蒸着すれば、セパレータパターン端部の形状によって、セパレータ上の陰極の層と有機発光層上の陰極の層を分断するという方法も知られている。 In the present invention, the material used for the organic light emitting layer is not particularly limited, and both low molecular weight materials and high molecular weight materials are preferably used. When using a low molecular weight material for the light-emitting layer, use a shadow mask with holes or slits according to the dot matrix pattern on the substrate on which the electrodes have been patterned, The light emitting layer is vapor deposited several times. Further, a common hole injection layer or transport layer may be provided under the light emitting layer. A common electron injection layer or transport layer may be provided on the cathode side of the light emitting layer. These light emitting layer, transport layer, and injection layer may be a film made of a single material, or may be formed by co-evaporating a plurality of materials for doping. After forming the organic light-emitting layer, the cathode is formed by vapor deposition. In this case, it is common to deposit metal using a shadow mask with slits according to the shape of the electrode, but where the cathode is not formed beforehand The insulating layer film (separator) patterned according to the above is formed, and the end of the insulating layer pattern is formed in a reverse taper shape (eave shape), so that the cathode mask can be used without using the shadow mask. There is also known a method of separating a cathode layer on a separator and a cathode layer on an organic light emitting layer by depositing a metal depending on the shape of the end of the separator pattern.
また、有機発光層に高分子系の材料を用いる場合、発光層の下に形成される共通の正孔注入層あるいは輸送層の形成を行う場合は注入層や輸送層の材料を溶媒に溶かした、あるいは分散させた溶液をスピンコート、ディップコート、スリットコート、ダイコート、ロールコート、スプレーコート等の各種塗布手段で塗布して乾燥させる方法が一般的である。このようにして形成された共通層の上に発光層をドットマトリクスの画素パターンに応じてパターニングして形成させる必要がある。この際に用いられるパターニング方法としてはインクジェット法や印刷法等が挙げられる。印刷法は高分子発光層の材料と溶剤を混合してなるインクを基板上に印刷する方法である。用いる印刷方式は、グラビア印刷、スクリーン印刷、凸版印刷、平版印刷、反転印刷等既知の手法である。これによって発光層のパターンを得ることが可能である。インクジェット法はインクジェットノズルの吐出部に印刷法は高分子発光層の材料と溶剤を混合してなるインクを供給し、ピエゾ素子の振動や熱エネルギーによってインクの粒をノズルより吐出し、パターン形状に応じて基板上に着滴させることで発光層のパターンを形成する方法である。インクジェット法の場合、特開昭59−75205号公報に記載されているように、ノズルから吐出されたインクの着滴位置の精度に限界があるため、予め基板上の画素の縁になる部分に、フォトリソグラフィ等を用いて、バンクと呼ばれる、撥液性のある材料で形成されたパターンを形成しておき、ノズルから吐出されたインクが着滴する目標の画素から外れた場合に、画素から外れて着滴した部分のバンクでインクがはじいて画素部分にインクを移動させることでパターン形状を正確に形成させている。また、有機発光層を形成する輸送層、注入層、発光層をすべて低分子系、あるいは高分子系の材料で統一する必要は無く、高分子系の材料で注入層を形成した後に、低分子系の材料を用いて発光層は蒸着で形成する等、低分子、高分子を併用してもよい。 In addition, when a polymer material is used for the organic light emitting layer, the material for the injection layer or the transport layer is dissolved in a solvent when the common hole injection layer or the transport layer formed under the light emitting layer is formed. Alternatively, the dispersed solution is generally applied by various coating means such as spin coating, dip coating, slit coating, die coating, roll coating, spray coating, and the like, and dried. It is necessary to form a light emitting layer on the common layer thus formed by patterning according to the pixel pattern of the dot matrix. Examples of the patterning method used at this time include an inkjet method and a printing method. The printing method is a method of printing on a substrate an ink obtained by mixing a material of a polymer light emitting layer and a solvent. The printing method to be used is a known method such as gravure printing, screen printing, letterpress printing, planographic printing, and reversal printing. As a result, a pattern of the light emitting layer can be obtained. The ink jet method supplies the ink jet nozzle ejection part with ink that is a mixture of the polymer light emitting layer material and solvent, and the ink particles are ejected from the nozzle by the vibration and thermal energy of the piezo element, resulting in a pattern shape. Accordingly, the light emitting layer pattern is formed by causing droplets to deposit on the substrate. In the case of the ink jet method, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-75205, there is a limit to the accuracy of the landing position of the ink ejected from the nozzle. Using a photolithographic method or the like, a pattern made of a liquid-repellent material called a bank is formed, and when the ink ejected from the nozzle deviates from the target pixel to be deposited, The ink repels in the bank of the part that has come off and has landed, and the ink is moved to the pixel part to form the pattern shape accurately. In addition, it is not necessary to unify all of the transport layer, injection layer, and light emitting layer that form the organic light emitting layer with a low molecular weight or high molecular weight material. A light emitting layer may be formed by vapor deposition using a system material, and a low molecule or a polymer may be used in combination.
以下に本発明の実施の形態で示した有機エレクトロルミネッセンス素子の作成方法に基づいて素子の作成を行った。ただし、本発明はこの実施例の条件に限定されるものではない。 An element was produced based on the method for producing an organic electroluminescence element shown in the embodiment of the present invention below. However, the present invention is not limited to the conditions of this embodiment.
実施例
〔第1下地層、第2下地層の形成〕
厚さ0.7mmのガラス基板をよく洗浄した後、低屈折率層の第1下地層形成用塗布液としてアルバック製のISM−2(ヘキサメチルジシロキサンやヘキサメチルジシラザン等を含有するポーラスシリカ形成用塗布液)をスピンコートで塗布し、基板を乾燥させた後、5Paまで減圧したオーブンを用いて400℃でベークし、第1下地層を形成した。ベークした基板上の第1下地層の膜厚は350nmであった。次に透明なアクリル樹脂と、硬化剤としてジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(多官能アクリルモノマー)をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに溶解した溶液に平均粒径150nmのチタニア微粒子を分散させ、超音波ホモジナイザーで分散させて第2下地層形成用塗布液を調整した。この塗布液を前記基板上にスピンコートで塗布し、乾燥後ベークした。第2下地層の膜中に含まれるチタニア粒子の重量%は30%であった。また、第2下地層の平均膜厚は500nmであった。
Example [Formation of First Underlayer and Second Underlayer]
After thoroughly cleaning the 0.7 mm thick glass substrate, ULVAC ISM-2 (porous silica containing hexamethyldisiloxane, hexamethyldisilazane, etc.) is used as the first undercoat layer-forming coating solution for the low refractive index layer. The coating liquid for forming) was applied by spin coating, and the substrate was dried, and then baked at 400 ° C. using an oven depressurized to 5 Pa to form a first underlayer. The film thickness of the first underlayer on the baked substrate was 350 nm. Next, titania fine particles with an average particle diameter of 150 nm are dispersed in a solution of transparent acrylic resin and dipentaerythritol hexaacrylate (polyfunctional acrylic monomer) as a curing agent dissolved in propylene glycol monomethyl ether acetate, and dispersed with an ultrasonic homogenizer. The second underlayer forming coating solution was prepared. This coating solution was applied onto the substrate by spin coating, dried and baked. The weight percent of titania particles contained in the second underlayer film was 30%. The average film thickness of the second underlayer was 500 nm.
〔第3下地層の形成〕
チタンテトライソプロポキシドの1%イソプロパノール溶液に2N塩酸の3%エタノール溶液を滴下してゾル液を調整し、これに平均粒径110nmのシリカ微粒子を混合させた後、スターラーでよく攪拌し、分散させた。この溶液をスピンコートで前記基板上に塗布し、200℃のホットプレートで加熱してアモルファスチタニアに
シリカ微粒子が分散された高屈折率散乱層である第3下地層を形成した、第3下地層の膜厚は170nmであった。さらに上記ゾル液から粒子を抜いたものを調整し、同様にスピンコートとベークを行い、高屈折率の平滑化層を得た。平滑化層の膜厚は100nmであった。次いで、この基板にガスバリア層としてシリコンモノオキサイド(SiO)の薄膜を150nm蒸着した。
[Formation of third underlayer]
A 3% ethanol solution of 2N hydrochloric acid is added dropwise to a 1% isopropanol solution of titanium tetraisopropoxide to prepare a sol solution, and silica fine particles having an average particle size of 110 nm are mixed with this, followed by thorough stirring and dispersion. I let you. This solution was applied onto the substrate by spin coating, and heated on a hot plate at 200 ° C. to form a third underlayer which was a high refractive index scattering layer in which silica fine particles were dispersed in amorphous titania. The film thickness was 170 nm. Further, the sol solution from which particles were removed was prepared, and spin coating and baking were similarly performed to obtain a smoothing layer having a high refractive index. The film thickness of the smoothing layer was 100 nm. Next, a 150 nm thick silicon monooxide (SiO) thin film was deposited on the substrate as a gas barrier layer.
〔電極及び有機発光層の形成〕
上記基板にRFスパッタによって150nmのインジウムスズ酸化物(ITO)膜を形成し、画素形状にエッチングすることで陽極を得た。さらに洗剤洗浄及び超音波洗浄を行ったのち、オゾン雰囲気下で低圧紫外線ランプの紫外線を照射して電極面を清浄化した。ついで、この基板を真空蒸着機に入れ、次の順で各有機層を蒸着した。
[Formation of electrode and organic light emitting layer]
An indium tin oxide (ITO) film having a thickness of 150 nm was formed on the substrate by RF sputtering, and an anode was obtained by etching into a pixel shape. Further, after washing with detergent and ultrasonic, the electrode surface was cleaned by irradiating with UV light from a low-pressure UV lamp in an ozone atmosphere. Subsequently, this substrate was put into a vacuum vapor deposition machine, and each organic layer was vapor-deposited in the following order.
正孔注入層:下記式1で示される銅フタロシアニンを蒸着速度0.2nm/秒で15nmの厚さに形成した。
発光層1:下記式2で示されるα−NPDを蒸着速度0.2nm/秒で20nmの厚さに形成した。その際、下記式3で示されるルブレンを1重量%ドープした。
発光層2:下記式4で示されるジナフチルアントラセンを蒸着速度0.2nm/秒で30nmの厚さに形成した。その際、下記式5で示されるペリレンを1重量%ドープした。
電子注入層:下記式6で示されるAlq3を蒸着速度0.2nm/秒で30nmの厚さに形成した。
ついで、電子注入層上に、フッ化リチウムを0.5nm(蒸着速度0.01nm/秒)の厚さに形成し、最後にアルミニウムを陰極のパターンに応じて150nm(蒸着速度5nm/秒)蒸着し、グローブボックス内で封止して素子を得た。作製した素子を顕微鏡で観察したところ、クラックや剥離は見られなかった。また、素子に通電し、量子効率を測定したところ、電流密度が100A/m2のときに2.69%であった。また、正面方向での電流輝度効率は最大で10.5cd/Aであった。 Next, lithium fluoride is formed to a thickness of 0.5 nm (deposition rate 0.01 nm / second) on the electron injection layer, and finally aluminum is evaporated to 150 nm (deposition rate 5 nm / second) according to the cathode pattern. And it sealed in the glove box and obtained the element. When the fabricated device was observed with a microscope, no cracks or peeling was observed. Further, when the device was energized and the quantum efficiency was measured, it was 2.69% when the current density was 100 A / m 2 . Further, the current luminance efficiency in the front direction was 10.5 cd / A at the maximum.
比較例
実施例と比較を行うために比較例の素子を作成した。この素子は第1〜第3下地層を形成せずに、ガラス基板上に直接ITOを実施例と同じ条件で成膜し、その後のパターニング、有機発光層の形成も実施例と同じ条件で行って作成したものである。作製した素子の量子効率を測定したところ、電流密度が100A/m2のときに1.92%であった。また、正面方向での電流輝度効率は最大で6.5cd/Aであった。
Comparative Example A comparative device was prepared for comparison with the example. This element does not form the first to third underlayers, but directly forms ITO on the glass substrate under the same conditions as in the example, and the subsequent patterning and formation of the organic light emitting layer are also performed under the same conditions as in the example. It was created. When the quantum efficiency of the fabricated device was measured, it was 1.92% when the current density was 100 A / m 2 . Further, the current luminance efficiency in the front direction was 6.5 cd / A at the maximum.
100、400、500…有機エレクトロルミネッセンス素子
101…基板
102…第1下地層
103…第2下地層
104…第3下地層
105、107…電極
106…有機発光層
401…平滑化層
501…ガスバリア層
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