JP2010067464A - 有機発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ガラス基板21上に、第1反射電極22、電子輸送層23、発光層24、正孔輸送層25、正孔注入層26、及び第2透明電極27を形成し、第2透明電極27上に、屈折率2.6、平均粒径150nmのチタニア粒子とシリカゾルからなる平均屈折率が1.4の光取出し層28を形成する。
【選択図】 図5
Description
また、有機発光素子は、下部電極、キャリア輸送層、発光層、上部電極を積層した構造となっており、例えば、下部電極から電子輸送層を通して発光層に注入された電子と、上部電極から正孔輸送層を通して発光層に注入された正孔との再結合によって発光する。
そのため、発光層で発光した光が空気層へ出射される強度は20%程度といわれており、発光光の大部分は透明電極と空気層の界面で全反射されて、有機層或いは透明電極層を導波する。
そのため、低消費電力な有機発光素子を実現するには、有機発光素子の導波による損失を低減し、光取出し効率を向上することが重要である。
また、有機発光素子を高効率化する事により、一定輝度を得るのに必要な電流値を低下させる事が可能となる。有機発光素子の寿命は、駆動電流の逆数のべき乗に比例する事が知られており、高効率化による低電流駆動は有機発光素子の長寿命化につながる。
第二電極と光染み出し拡散層の界面において、臨界角より深い角度で入射する光は全反射するが、界面に沿って伝播する染み出し光が存在する。そのため、光染み出し拡散層に染み出した光は、分散された微粒子により散乱し、光染み出し拡散層を伝播する。
我々の検討結果から、特許文献1に開示されている構造では、光取出し効率向上の条件に合致しないことがわかった。詳細は後ほど説明する。
この特許文献2は、透明微粒子を屈折率が異なる2種類のマトリックスで包理されており、製造技術が高度であり、コストがかかってしまう。
また、本発明によれば、光取出し効率向上により、駆動電流の低電流化が可能となり、有機発光素子、有機発光素子を用いた有機発光表示装置及び有機発光装置の長寿命化を図ることができる。
さらに、本発明によれば、対向基板等で覆った実用的な有機発光素子においても、光取出し効率の向上を図ることができる。
すなわち、順次、基板/下部電極/第1注入層/第1輸送層/発光層/第2輸送層/第2注入層/上部電極/保護層又は封止基板(対向基板)から構成される。
下部電極と上部電極は2通りの組合せがある。
まず、下部電極が陽極、上部電極が陰極の構成である。
この場合、第1注入層、第1輸送層は、それぞれ、正孔注入層、正孔輸送層となる。また、第2輸送層、第2注入層は、それぞれ、電子輸送層、電子注入層となる。
この場合、第1注入層、第1輸送層は、それぞれ、電子注入層、電子輸送層となる。また、第2輸送層、第2注入層は、それぞれ、正孔輸送層、正孔注入層となる。
前記構成において、第1注入層、或いは第2注入層を有さない構造も考えられる。また、第1輸送層、或いは第2輸送層が発光層に兼ねられる構造も考えられる。
上部電極と下部電極では、一方の電極が発光光の透過性を有し、他方の電極が発光光の反射性を有する組合せが望ましい。その場合、透過性を有する電極から光を取出すため、同電極を光取出し電極と称する。一方、反射性を有する電極を反射電極と称する。
ここでいう基板とは、絶縁性の材料であれば広い範囲から選択することが可能である。
具体的には、ガラス、アルミナ焼結体等の無機材料、ポリイミド膜、ポリエステル膜、ポリエチレン膜、ポリフェニルレンスルフィド膜、ポリパラキシレン膜等の各種絶縁性プラスチック等が使用可能である。
また、上記絶縁性の材料を表面上に形成すれば、金属材料でも問題ない。具体的には、ステンレス、アルミ、銅、上記金属が含まれた合金が挙げられるが、これらの材料に限定されるわけではない。
また、陽極として、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化インジウムゲルマニウム等の2元系、あるいは酸化インジウムスズ亜鉛等の3元系であってもよい。
また、酸化インジウム以外にも酸化スズ、酸化亜鉛等を主成分とした組成であってもよい。また、ITOであれば、酸化インジウムに対して5−10wt%の酸化スズを含む組成が良く用いられる。酸化物半導体の製造法は、スパッタ法、EB蒸着法、イオンプレーティング法等が挙げられる。
ITO膜では、スパッタ法において、基板温度を200℃程度まで高めた条件で作製すると多結晶状態になる。多結晶状態では、結晶粒により、表面平坦性が悪いため、表面を研磨したものが望ましい。また、他の方法として、アモルファス状態で形成したものを加熱して多結晶状態にしたものが望ましい。
具体的には、アルミニウム、インジウム、モリブテン、ニッケル、等の金属や、これら金属を用いた合金や、ポリシリコン、アモルファスシリコン、錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物(ITO)等の無機材料が望ましい。
また、陽極を反射電極として用いる場合、金属膜の反射電極の上に透明導電膜を形成した積層膜も考えられる。各層は上記材料が望ましい。また、もちろんこれらの材料に限られるわけではなく、また、これらの材料を2種以上併用しても差し支えない。
ここでいう正孔注入層とは、陽極と正孔輸送層の注入障壁を下げるため、適当なイオン化ポテンシャルを有する材料が望ましい。また、下地層の表面凹凸を埋める役割を果たすことが望ましい。
具体的には、銅フタロシアニン、スターバーストアミン化合物、ポリアニリン、ポリチオフェン、酸化バナジウム、酸化モリブテン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウム、等が挙げられるが、これらに限定されない。
また、化学的に安定であることが望ましい。
また、イオン化ポテンシャルが陽極の仕事関数と同等の大きさであることが望ましい。
また、電子親和力が小さいことが望ましい。
また、ガラス転移温度が高いことが望ましい。
具体的なホスト材料としては、ジスチリルアリーレン誘導体(DPVBi)、骨格にベンゼン環を有するシロール誘導体(2PSP)、トリフェニルアミン構造を両端に有するオキソジアゾール誘導体(EM2)、フェナンスレン基を有するペリノン誘導体(P1)、トリフェニルアミン構造を両端に有するオリゴチオフェン誘導体(BMA−3T)、ペリレン誘導体(tBu−PTC)、トリス(8−キノリノール)アルミニウム、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体が望ましい。また、もちろんこれらの材料に限られず、また、これらの材料を2種以上併用しても差し支えない。
また、電子輸送層は、上記電子輸送性材料に還元剤を含有して、陰極との障壁を低くすること、あるいは電気伝導度を向上させることが望ましい。
還元剤の具体例としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類酸化物、希土類酸化物、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類ハロゲン化物、希土類ハロゲン化物、アルカリ金属と芳香族化合物で形成される錯体である。
特に、好ましいアルカリ金属はCs、Li、Na、Kである。もちろんこれらの材料に限られず、また、これらの材料を2種以上併用しても差し支えない。また、以下の述べる電子注入層に用いる材料を用いてもよい。
また、前述の電子注入層あるいは還元剤を含有した電子輸送層を設ければ、陰極の条件として、低仕事関数の材料を用いる必要がなくなり、一般的な金属材料や陽極であげた透明導電膜を用いることが可能となる。具体的には、銀、アルミニウム、インジウム、モリブテン、ニッケル、等の金属や、これら金属を用いた合金や、ITO、IZO、酸化インジウムゲルマニウム等の2元系、あるいは酸化インジウムスズ亜鉛等の3元系、酸化スズ、酸化亜鉛等を主成分とした組成、ポリシリコン、アモルファスシリコンが望ましい。
具体的に、SiO2、SiNx、Al2O3等の無機材料やポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリイミド等の有機材料が挙げられるが、これらの材料に限定されるわけではない。
ここでいう有機発光表示装置とは、有機発光素子を画素に用いた表示装置をさす。有機発光表示装置には、単純マトリクス有機発光表示装置とアクティブマトリクス有機発光表示装置がある。
また、サブ画素とは、カラー表示を行う表示装置において、画素をさらに分割する最小単位のものをいう。
カラー画像では、緑、赤、青の3色のサブ画素で構成される構造が一般的である。また、表示領域とは、表示装置において、画像が表示される領域をいう。
以下、本発明を実施するための最良の形態の第1の実施形態について説明する。
第1の実施形態では、光取出し層の粒径を変化させた時の光取出し効率のシミュレーション結果を示す。シミュレーションは、時間領域差分法(FDTD法)を用いて空間の各点における電磁界の時間変化を計算して求めた。計算負荷を低減するため2次元空間にて実施した。
図1において、有機発光素子は、下部反射電極1及び透明電極2の上に、キャリア輸送層、発光層を模擬した有機層3、上部透明電極4となる構造を有している。
透明電極2、有機層3、上部透明電極の屈折率は、それぞれ、2,1.8,2とした。また、膜厚は、それぞれ、10nm,200nm,30nmとした。
有機層で発光した全光量に対して、空気層へ取り出される光量の割合Iextは20%と仮定する。その場合、上部透明電極4、有機層3を伝播する光量の割合Igmは80%となる。
図2において、上部透明電極4と光を射出する空気層5の界面に、粒径d、屈折率nの微粒子6を1層未満となる様に配列し、光取出し層7として用いた。
以下。粒子の配列を説明する。
図2に示したように、粒子をおいた領域は10μmである。端部からdの間隔で区切っていく。i番目の領域に粒子を置くかは0,1の乱数表で決め、置く場合は、中心位置から±10%の範囲内にランダムに置いた。総粒子数は、後述する充填率及び平均屈折率から決定した。
本シミュレーションでは面積比となる。実際の系は3次元であるので、体積比となる。屈折率1.5の微粒子においてηext〜1.5、屈折率が大きくなるにつれてηextは、増加し、屈折率2.6の微粒子において光取出し効率が3.4倍まで向上している。
次に、平均屈折率が1.4以上必要であることがわかる。
一般的に、光導波路は、クラッド層の屈折率に応じて、導波光がクラッド層に染み出す(参考文献:「光集積回路」、著者 西原浩、春名正光、栖原敏明、オーム社1985年発行、2・2章)。
参考文献に基づき、発光波長を500nm、クラッド層の屈折率を1.4、コア厚を300nm、コア屈折率を1.8、非対称性尺度を0とすると、染み出し距離は80nmとなる。
特許文献1は、1.1〜1.9未満の低屈折率なホスト材料に、微粒子を含有された構造をとる。一方、本発明では、屈折率2以上の微粒子を高濃度に配列した構造であり、異なる構造となる。
第2の実施形態で説明するが、微粒子の密着性を高めるため、保持体を添加する場合もあるが、体積率では数%以下である。また、特許文献1では、光を取り出す領域は低屈折ホスト材料、あるいは同ホスト材料以上の屈折率を有する媒体であるのに対して、第1の実施形態では、空気層への光を取り出す。
以上より、本発明は、特許文献1と異なる発明と結論付けられる。
以下、本発明を実施するための最良の形態の第2の実施形態について説明する。
第2の実施形態では、トップアノード型の有機発光素子にチタニア微粒子を用いた光取出し層を形成することを特長とする。
図5において、有機発光素子は、ガラス基板21上に、反射膜として機能する第1電極22、電子輸送層23、発光層24、正孔輸送層25、正孔注入層26、及び透明電極である第2電極27を有し、第2電極27上に光取出し層28を形成した構造となっている。
ガラス基板21上にスパッタリング法を用いて、厚さ150nmのAg膜及び厚さ20nmのIZO膜を形成した。ホトリソグラフィ工程によりAg膜及びIZO膜をパターン化し、第1電極22(反射膜)とした。
次に、第1電極22上に、真空蒸着法により膜厚20nmのトリス(8−キノリノール)アルミニウム膜(以下「Alq3」という。)を電子輸送層23として形成した。
その上に、二元同時真空蒸着法にて、膜厚40nmの4,4’−N,N’−ジカルバゾール−ビフェニル(以下「CBP」という。)とイリジム錯体(以下「Ir(ppy)3」という。)の共蒸着膜を発光層24として形成した。蒸着速度は100:7.5に制御した。
その上に、真空蒸着法により膜厚50nmの銅フタロシアニン層を正孔注入層26として形成した。
その上に、スパッタリング法により、膜厚100nmのIn−Zn−O膜(以下、IZO膜と略記)を形成した。In/(In+Zn)=0.83であるターゲットを用いた。
成膜条件は、Ar:O2混合ガスを雰囲気として真空度0.8Pa、スパッタリング出力を0.2W/cm2とした。このIZO膜は非結晶酸化物膜であり、第2電極27(透明電極)として機能する。
第2の実施形態では、光取出し層を形成する微粒子に球状のチタニ粒子を用いた。前述した様に、微粒子の屈折率は2以上である事が望ましい。具体的には、ジルコニア、チタン酸バリウム、ZnS等の硫化物が挙げられるが、特に限定されない。粒子の形状は球状以外にも、柱状、針状、棒状にしてもかまわない。光取出し層の平均屈折率は、1.4以上であることが好ましい。特に、有機発光素子を構成する有機層の屈折率と同等の1.7〜1.8以上である事が望ましい。
アルコキシシランとしては、メチルトリメトキシシラン,エチルトリメトキシシラン,ブチルトリメトキシシラン,テトラメトキシシラン,テトラエトキシシラン等が挙げられる。
なお、液性や溶媒が合えばアルコキシシランの代わりにアルコキシチタンを用いても良い。
アルコキシチタンとしては、テトラ−i−プロピルチタネート,テトラ−n−ブチルチタネート,テトラステアリルチタネート,トリエタノールアミンチタネート,チタニウムアセチルアセトネート,チタニウムエチルアセトアセテート,チタニウムラクテート,テトラオクチレングリコールチタネート等が挙げられる。
また、これらの化合物が数分子重合したものも用いることが可能である。
このような材料としては、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン,3−アミノプロピルトリエトキシシラン,3−アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
その結果、光取出し層を積層しない素子に比べて2.1倍の光取出し効率が向上した。
第2の実施形態で示したように、光取出し層の平均屈折率が1.4なので、染み出し距離は、80nmとなる。第2の実施形態で光取出し層に用いたチタニア粒子の平均粒径は、150nmであるため、染み出し領域において、光を散乱し、空気層に取り出すことが可能である。
シリカゾルの屈折率は、1.5程度である。シリカゾルの有無による光取り出し効率の変化は、シミュレーションからは認められず、第2の実施形態の結果でも光取出し効率に影響を与えていない。
以下、本発明を実施するための最良の形態の第3の実施形態について説明する。
第3の実施形態では、異なる平均粒径からなる微粒子を用いた光取出し層を用いる事を特長とする。
図6において、第3の実施形態の有機発光素子は、ガラス基板31上に第1電極32、電子輸送層33、発光層34、正孔輸送層35、正孔注入層36、第2電極37が形成されている。この第3の実施形態の有機発光素子の作製条件は、第2の実施形態と同様である。
チタニア粒子とシリカゾルの濃度は、それぞれ、2.2重量%、0.3重量%とした。チタニア粒子の平均粒径は、100nmと150nmであった。スピンコート法の作製条件は、第2の実施形態と同様である。光取出し層の表面形態は、SEMで観察した結果、平均粒径が100nmの微粒子と150nmの微粒子は非周期的に配列していた。
第3の実施形態における、第2電極と光取出し層40の界面から距離100nmにおける平均屈折率は1.9であった。この値は、第2電極37、有機層33〜36の屈折率に近いため、OLED導波光は光取出し層内を伝播し、チタニア微粒子で散乱され、空気層に射出される。光取り出し効率は3.1倍まで向上した。
以下、本発明を実施するための最良の形態の第4の実施形態について説明する。
第4の実施形態では、50nm以下の粒径からなるチタニア微粒子を用いた光取出し層を用いることを特長とする。
図7において、第4の実施形態の有機発光素子は、ガラス基板41上に第1電極42、電子輸送層43、発光層44、正孔輸送層45、正孔注入層46、第2電極47を形成されている。この第4の実施形態の有機発光素子の作製条件は、第2の実施形態と同様である。
最後に、OLED基板500と対向基板を封止する。封止条件は、第2の実施形態と同様である。
第2の実施形態同様、第2電極と光取出し層50の界面において、光取出し層への染み出し距離は80nmである。この領域には、光取出し層の微粒子が配列されており、微粒子と空気の屈折率差1.6により、光が散乱されて空気層に取り出されて、光取出し効率の向上が起っていると考えられる。
以下、本発明に係る有機発光表示装置の最良の形態を第5の実施形態として説明する。
図8には示されていないが、ガラス基板101と有機発光素子の下部電極103,104,105の間には、駆動層102が形成されている。
駆動層には、複数の走査線が一定の間隔で配置されているとともに、各走査線に対して交差する方向に、画像情報を伝送するための信号線が一定の間隔で配置されている。
すなわち、各走査線と各信号線は格子状に配置され、各走査線と各信号線で囲まれた領域が、1画素分あるいは1サブ画素分の表示領域になっている。
さらに、ガラス基板上には、電源に接続された複数の第1電流供給線が、信号線と平行になって配置されている。
走査線、信号線、第1電流供給線、配線層に属する配線として、層間絶縁膜を介してガラス基板上に形成されている。
下部電極103,104,105は、サブピクセル(サブ画素)のサイズに形成されている。
その上に、正孔輸送層107,108,111、発光層109,112,114、電子輸送層110,113,115、を含む有機層と、上部電極116を備えて構成されている。
各画素に属する有機発光素子の下部電極103〜105は、駆動素子として後述する第2トランジスタを介して、第1電流供給線に接続され、各画素に属する有機発光素子の上部電極116は、電源に接続されている。
この駆動層は、駆動素子としての第1トランジスタと第2トランジスタと容量とを備えて構成されている。
第1トランジスタのゲート電極は走査線に接続され、ソース電極は信号線に接続され、ドレイン電極は第2トランジスタのゲート電極と容量の下部電極に接続されている。
第2トランジスタのドレイン電極は容量の上部電極と第1電流供給線に接続され、ソース電極は下部電極103〜105に接続されている。
駆動層102の上に、スパッタ法を用いて、Ag、IZOからなる下部電極103〜105を形成する。
膜厚は、それぞれ、150nm,20nmである。
次に、下部電極のエッジを隠すために、層間絶縁膜106を形成する。本実施例では、層間絶縁膜106にポリイミド絶縁膜を用いたが、これに限定されず、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、アクリル等の有機絶縁材料が挙げられる。
また、SiO2、SiNx、Al2O3等の無機材料を用いる事も可能である。また、有機絶縁膜上に無機絶縁膜を積層した構成も可能である。
次に、赤色発光色のサブ画素(以下「Rサブ画素」という。)における有機層の形成に関して説明する。
α−NPD膜107上に、真空蒸着法により膜厚20nmのα−NPD膜108を形成する。これは、後述するように、Rサブ画素における光干渉条件の調整として行う。
このCBP、Brp2Ir(acac)の蒸着速度は、それぞれ0.20nm/sec、0.02nm/secとした。
前記共蒸着した膜は、R発光層109として機能する。
また、R発光層109の中で、Brp2Ir(acac)が発光色を決定するエミッターとして機能する。その上に、膜厚45nmのAlq3を蒸着した膜110を形成する。この蒸着膜は電子輸送層として機能する。
また、Alq3膜110は光学干渉条件の調整用である。α−NPD膜108、CBPとBrp2Ir(acac)の共蒸着膜109、Alq3膜110は、サブ画素と同等のサイズの開口パターンを有する精密マスクを用いてパターン化する。
α−NPD膜107上に、真空蒸着法により膜厚10nmのα−NPD膜111を形成する。その上に、真空蒸着法により膜厚40nmのCBP及びIr(ppy)3を共蒸着した膜を形成する。
このCBP、Ir(ppy)3の蒸着速度は、それぞれ0.20nm/sec、0.02nm/secとした。
前記共蒸着膜はG発光層112として機能する。
また、G発光層の中で、Ir(ppy)3が発光色を決定するエミッターとして機能する。その上に、膜厚20nmのAlq3蒸着膜113を形成する。
α−NPD膜111、Alq3膜113は、Gサブ画素における光干渉条件調整用である。また、α−NPD膜111、CBPとIr(ppy)3の共蒸着膜112、Alq3膜113は、サブ画素と同等のサイズの開口パターンを有する精密マスクを用いてパターン化する。
α−NPD膜107上に、真空蒸着法により、膜厚40nmの9,10−ジ−(2−ナフチル)アントラセン(以下「ADN」という。)と2,5,8,11−テトラ−t−ブチルペリレン(以下「TBP」という。)を共蒸着した膜114を形成する。
このADNとTBPの蒸着速度は、それぞれ、0.20nm/sec、0.01nm/secとした。ADNとTBPの共蒸着膜114は、サブ画素と同等のサイズの開口パターンを有する精密マスクを用いてパターン化する。
次に、Alq3蒸着膜115の上に、真空蒸着法により、膜厚2nmのCuPc、及び、スパッタ法により、膜厚40nmのIZO膜を形成する。これらの膜は発光表示エリア全面に形成され、上部透明電極116として機能する。
上部透明電極116の上に、保護膜117を形成する。保護膜117は、イオンプレーティング法を用いて、膜厚50nmのSiNx膜を形成する。
第5の実施形態では、イオンプレーティング法にて作製したが、リアクティブプラズマ法等の低温成膜法でもよい。また、第5の実施形態で用いたSiNx膜だけでなく、シリコンの酸化窒化膜でもよい。
その後、OLED基板119と対向基板120と接着し封止する。形成方法は第2の実施形態と同様である。以上より、有機発光表示装置が完成する。
赤発光、青発光での染み出し距離は、それぞれ、100nm、70nmであり、平均粒径150nmのチタニア粒子を用いた光取出し層118の光取出し効率は向上する。
以下、本発明に係る別の有機発光表示装置の最良の形態を第6の実施形態として説明する。
本発明の第6の実施形態に係る別の有機発光表示装置は、OLED基板と対向基板が密着した構造であり、OLED基板と対向基板の間に第2の光取出し層を有する構造となっている。
図9において、ガラス基板201上に、駆動層202、Rサブ画素、Gサブ画素、Bサブ画素を構成する有機発光素子の作製条件は、第5の実施形態と同様である。各サブ画素の共通電極となる上部透明電極216の上に、保護膜217を形成する。作製条件も第5の実施形態と同様である。
これにより、OLED基板219が完成する。
次に、対向基板の作製法について説明する。
対向基板となるガラス基板220上に、第2の光取出し層222を形成する。屈折率がおよそ1.8の粒子表面にアルコール系の有機溶剤への分散性を向上させるため、末端にアルキル基、あるいはフエニル基を有するシランカップリング剤を結合する。粒子の種類としてはアルミナ等が考えられる。
こうして低屈折率光取出し層を形成するための塗料を調製する。
この塗料を透明電極表面にスピンコート等で塗布する。溶剤が揮発すると粒子が透明電極表面に残り、所望の低屈折率光取出し層が形成される。
低屈折率光取出し層は粒子の平均粒子径の半分程度となるよう、塗料濃度と塗布条件を調整することにより、低屈折率光取出し層の粒子の充填率は約50%とすることができる。
第2の光取出し層222の全面に、熱硬化樹脂を塗布した。OLED基板219と対向基板220を接着し、100℃で熱硬化樹脂を硬化させ、OLED基板219と対向基板220を密着させた。
高分子フィルムとしてはねキャスティング法により成膜したポリカーボネートフィルムや、トリアセチルセルロースフィルム等のポリマーフィルム、あるいは射出成形により形成した脂環式アクリル樹脂等の光学的に等方なプラスチックシートやプラスチックフィルムなどを用いることができる。
なお、高分子フィルムや樹脂板を用いる場合は、ガスバリア層を形成するなどのガスバリア処理を施すか、厚さ数十μm程度のガラスを貼り合わせてガスバリア性を持たせることが必要である。
第6の実施形態では、第2の実施形態同様、光取出し層218により、上部透明電極216及び保護膜217からの光取出し効率が増大する。
しかし、光取出し層218は、熱硬化樹脂層223と密着している。熱硬化樹脂層223の屈折率は、1.5程度である。そのため、取り出された光は、屈折率1.5の媒質のみを伝播することが可能となる。
そのため、第2の光取出し層がない構造では、対向基板220と空気層界面で全反射が起こり、光取出し効率の向上が望めない。
正面方向における輝度、電流密度―電圧特性、及び定電流におけるELスペクトル放射パターンの極角角度依存性を測定し、量子効率を算出した。その結果、光取出し層を積層しない素子に比べて2.1倍の光取出し効率が向上した。
しかし、特許文献1では、平均屈折率が1.01〜1.3の低屈折率層を用いて、空気層への光取出しを行っている。第6の実施形態では、平均屈折率が1.5の第2の光取出し層を用いるみことにより、熱硬化樹脂層223と第2の光取出し層222の界面での全反射が生じない構造をとっており、異なる発明である。
以下、本発明に係る別の有機発光表示装置の最良の形態を第7の実施形態として説明する。
本発明の第7の実施形態に係る別の有機発光表示装置は、OLED基板と対向基板が密着した構造であり、対向基板の出射面に第2の光取出し層が設けられている。
図10において、ガラス基板301上に、駆動層302、Rサブ画素、Gサブ画素、Bサブ画素を構成する有機発光素子、保護膜317、光取出し層318の作製条件は、第5の実施形態と同様である。
対向基板となるガラス基板319上に、第2の光取出し層321を形成する。第2の光取出し層321の作製条件は第6の実施形態と同様である。
また、別形態の第2の光取出し層321形成方法として、下記手法が挙げられる。屈折率がおよそ1.8の粒子表面にアルコール系の有機溶剤への分散性を向上させるため、末端にアルキル基、あるいはフエニル基を有するシランカップリング剤を結合する。粒子の種類としてはアルミナ等が考えられる。
なお、t−ブタノールは融点が25℃程度のため、塗布の際は、概ね30℃前後まで加温した後に塗布する。また、OLED素子は10℃以下に冷却しておく。塗布後溶剤であるt−ブタノールが固化し、粒子と溶剤の混合膜となる。
この状態で、OLED素子を減圧下、加熱することによりt−ブタノールが蒸発し、バインダによって透明電極に保持された粒子のみが残る。こうして所望の低屈折率光取出し層が形成される。
第7の実施形態では、第6の実施形態同様、光取出し層318により、上部透明電極316及び保護膜317から、屈折率1.5の熱硬化樹脂層320及び対向基板319への光取出し効率を増大させる。
正面方向における輝度、電流密度―電圧特性、及び定電流におけるELスペクトル放射パターンの極角角度依存性を測定し、量子効率を算出した。その結果、光取出し層を積層しない素子に比べて2.1倍の光取出し効率が向上した。
以下、本発明に係る別の有機発光表示装置の最良の形態を第8の実施形態として説明する。
本発明の第8の実施形態に係る別の有機発光表示装置は、OLED基板と対向基板が密着した構造であり、OLED基板と対向基板の間に第2の光取出し層を有する構造となっている。
図11において、ガラス基板201上に、駆動層202、Rサブ画素、Gサブ画素、Bサブ画素を構成する有機発光素子の作製条件は、第6の実施形態と同様である。各サブ画素の共通電極となる上部透明電極216の上に、保護膜217を形成する。作製条件も第6の実施形態と同様である。
予め、アクリル系のモノマを用いてアクリル系の高分子粒子の分散液を作製する。この例としてメチルメタクリレートとn−ヘキシルアクリレートからなる分散液を下記する。
メチルメタクリレートとn−ヘキシルアクリレートを同じモル数用いて、乳化重合を行い、メチルメタクリレートとn−ヘキシルアクリレートからなる高分子粒子の分散液を作製する。
メチルメタクリレートの代わりにエチルメタクリレート、ピロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート等でもかまわない。またn−ヘキシルアクリレートの代わりにn−オクチルアクリレート、n−デシルアクリレート等でもかまわない。
次に屈折率が2.4以上の粒子表面に(1)の分散液への分散性を向上させるため、末端にアミノ基、あるいはグリシジル基を有するシランカップリング剤を結合する。粒子の種類としては酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化ジルコニウム等が考えられる。
(1)で作製した分散液中に(2)で作製した高屈折率粒子を添加し、分散させる。その際、添加する粒子の体積と分散液中の高分子の体積はほぼ同じになるよう調整する。
この液を透明電極に塗布後、加温し、溶剤が揮発すると、高屈折率粒子と屈折率が約1.5程度のアクリル樹脂からなる部分が混在する光取出し層が形成される。
次に、対向基板の作製法について説明する。対向基板となるガラス基板220上に、第2の光取出し層222、熱硬化樹脂層223の形成方法は、第6の実施形態と同様である。
OLED基板219と対向基板220の封止条件も第6の実施形態と同様である。
正面方向における輝度、電流密度―電圧特性、及び定電流におけるELスペクトル放射パターンの極角角度依存性を測定し、量子効率を算出した。その結果、光取出し層を積層しない素子に比べて2.1倍の光取出し効率が向上した。
以下、本発明に係る別の有機発光表示装置の最良の形態を第9の実施形態として説明する。
本発明の第9の実施形態に係る別の有機発光表示装置は、OLED基板と対向基板が密着した構造であり、OLED基板と対向基板の間に第2の光取出し層を有する構造となっている。
図12において、ガラス基板301上に、駆動層302、Rサブ画素、Gサブ画素、Bサブ画素を構成する有機発光素子の作製条件は、第7の実施形態と同様である。各サブ画素の共通電極となる上部透明電極316の上に、保護膜317を形成する。作製条件も第7の実施形態と同様である。
次に、対向基板の作製法について説明する。対向基板となるガラス基板320上に、第2の光取出し層322、熱硬化樹脂層323の形成方法は、第7の実施形態と同様である。
OLED基板319と対向基板320の封止条件も第7の実施形態と同様である。
正面方向における輝度、電流密度―電圧特性、及び定電流におけるELスペクトル放射パターンの極角角度依存性を測定し、量子効率を算出した。その結果、光取出し層を積層しない素子に比べて2.1倍の光取出し効率が向上した。
2……………………………………………………………………透明電極
3……………………………………………………………………有機層
4……………………………………………………………………上部透明電極
5……………………………………………………………………空気層
6,38,39,48……………………………………………微粒子
7,28,40,50……………………………………………光取出し層
21,31,41,101,201,301…………………基板
22,32,42…………………………………………………第1電極
23,33,43,110,113,115,210,213,215,310,313,315…………………電子輸送層
24,34,44…………………発光層
25,35,45,107,108,111,207,208,211,307,308,311…………………正孔輸送層
26,36,46…………………………………………………正孔注入層
27,37,47…………………………………………………第2電極
29,400,500,119,219,319……………OLED基板
102,202,302…………………………………………駆動層
106,206,306…………………………………………絶縁膜
109,209,309…………………………………………R発光層
110,210,310…………………………………………G発光層
111,211,311…………………………………………B発光層
116,216,316…………………………………………上部透明電極
117,217,317…………………………………………保護膜
118,218,318…………………………………………光取出し層
120,220,319…………………………………………対向基板
222,321……………………………………………………第2の光取出し層
223,320……………………………………………………熱硬化樹脂層
418,518……………………………………………………第3の光取出し層
Claims (9)
- 基板上に、少なくとも、発光層を有し、前記発光層を挟んで設けられる一対の電極と、前記一対の電極のうちいずれかが透明電極である構成を特徴とする有機発光素子において,
前記透明電極の上に形成された光取出し層の平均屈折率が、前記透明電極と前記光取出し層の界面から、前記透明電極から前記光取出し層への光の染み出し距離までの領域において1.4以上であり,
前記光取出し層を構成する微粒子の屈折率が2以上であることを特徴とする有機発光素子。 - 前記光取出し層は,
前記微粒子が保持体で結合されているものである請求項1に記載の有機発光素子。 - 前記保持体の膜厚は,
0.1〜10nmの範囲である請求項2に記載の有機発光素子。 - 前記光取出し層は,
少なくとも、2種類以上の平均粒径を有する前記微粒子から構成したものである請求項1に記載の有機発光素子。 - 前記微粒子は、平均径が80nm以下の微粒子から構成されたクラスター構造を有するものである請求項1に記載の有機発光素子。
- 前記光取出し層は、対向基板と密着した構造を有し,
前記対向基板と前記光取出し層を密着させる樹脂層と前記対向基板の界面において、平均屈折率が1.5以上となる第2の光取出し層が形成され,
前記光取出し層を構成する微粒子の屈折率が1.8以上であることを特徴とする請求項1に記載の有機発光素子。 - 前記光取出し層は、対向基板と密着した構造を有し,
前記対向基板と前記光取出し層である空気層の界面において、平均屈折率が1.5以上となる第2の光取出し層が形成され、
前記光取出し層を構成する微粒子の屈折率が1.8以上であることを特徴とする請求項1に記載の有機発光素子。 - 基板上に、少なくとも、発光層を有し、前記発光層を挟んで設けられる一対の電極と、前記一対の電極のうちいずれかが透明電極である構成を特徴とする有機発光素子において,
前記透明電極の上に形成された光取出し層の平均屈折率が、前記透明電極と前記光取出し層の界面から、前記透明電極から前記光取出し層への光の染み出し距離までの領域において1.4以上であり,
前記光取出し層は対向基板と密着した構造を有し,
前記対向基板と前記光取出し層を密着させる樹脂層と前記対向基板の界面において、平均屈折率が1.5以上となる第2の光取出し層が形成され,
前記光取出し層を構成する微粒子の屈折率が1.8以上であることを特徴とする有機発光素子。 - 基板上に、少なくとも、発光層を有し、前記発光層を挟んで設けられる一対の電極と、前記一対の電極のうちいずれかが透明電極である構成を特徴とする有機発光素子において,
前記透明電極の上に形成された光取出し層の平均屈折率が、前記透明電極と前記光取出し層の界面から、前記透明電極から前記光取出し層への光の染み出し距離までの領域において1.4以上であり,
前記光取出し層は対向基板と密着した構造を有し,
前記対向基板と光取出し層である空気層の界面において、平均屈折率が1.5以上となる第2の光取出し層が形成され,
前記光取出し層を構成する微粒子の屈折率が1.8以上であることを特徴とする有機発光素子。
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