JP2013539182A - 有機電子素子用基板及びこれを含む有機電子素子 - Google Patents
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Abstract
本発明は、基材と；基材上に形成され、バインダーと光を散乱させる散乱粒子とを含み、かつ、前記基材と反対面に凹凸構造を形成する散乱層と；散乱層上に平坦面を形成する平坦層と；を含み、前記散乱粒子の屈折率（Ｎａ）及び平坦層の屈折率（Ｎｂ）は、｜Ｎａ−Ｎｂ｜≧０．３を満たす基板、前記基板を含む有機電子素子及びその製造方法に関し、素子性能を低下させることがなく、光抽出効率を改善し、製造工程を単純化することができる。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
本発明は、新規な構造の有機電子素子用基板、前記基板を含む有機電子素子及びその製造方法に関する。
有機電子素子（ｏｒｇａｎｉｃ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）は、正孔及び／または電子を利用して電極と有機物との間で電荷の流れを誘導することができる素子を意味する。有機電子素子は、動作原理によって、外部の光源から素子に流入された光子によって有機物層で形成されたエキシトン（ｅｘｉｔｏｎ）が電子と正孔に分離し、分離した電子と正孔がそれぞれ異なる電極に伝達され、電流源として使用される形態の電子素子；または２つ以上の電極に電圧または電流を加えて、有機物に正孔及び／または電子を注入し、注入された電子と正孔によって動作する形態の電子素子がある。有機電子素子の例としては、有機発光素子（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ、ＯＬＥＤ）、有機太陽電池、有機感光体（ＯＰＣ）ドラムまたは有機トランジスタなどが含まれる。
有機発光素子は、発光性有機化合物に電流が流れれば光を出す電界発光現象を利用した自体発光型素子を意味する。有機発光素子は、熱安定性に優れていて、駆動電圧が低いという長所があるので、ディスプレイ、照明など多様な産業分野において次世代素材として関心を集めている。
本発明の目的は、素子性能を低下させることなく、光抽出効率を改善することができる新規な構造の有機電子素子用基板及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、別途の電子注入層（ＥＩＬ）が要求されず、電子輸送効率及び発光効率が向上した有機電子素子及びその製造方法を提供することにある。
本発明は、有機電子素子用基板及びその製造方法を提供し、前記基板は、基材と；基材上に形成され、バインダーと光を散乱させる散乱粒子とを含み、かつ、前記基材と反対面に凹凸構造を形成する散乱層と；散乱層上に平坦面を形成する平坦層と；を含むことができる。また、本発明は、前記基板を含む有機電子素子を提供する。また、前記散乱粒子の屈折率（Ｎａ）及び平坦層の屈折率（Ｎｂ）は、｜Ｎａ−Ｎｂ｜≧０．３を満たすことができる。
また、本発明は、前記基板を含む有機電子素子及びその製造方法を提供する。前記有機電子素子は、前述した基板；第１電極；発光層を含む有機層；及び第２電極が順次積層された構造を含み、前記有機層は、アルカリハライドでドーピングされた電子輸送層を含み、前記アルカリハライドでドーピングされた電子輸送層の厚さは、４０〜１００ｎｍ範囲に形成されることができる。
以上説明したように、本発明による有機電子素子用基板は、光抽出効率を改善することができ、これを含む有機電子素子は、素子性能を低下させることなく、発光效率を改善することができ、製造工程が簡単であるという長所がある。
本発明による有機電子素子用基板は、基材と；基材上に形成され、バインダーと光を散乱させる散乱粒子とを含み、かつ、前記基材と反対面に凹凸構造を形成する散乱層と；散乱層上に平坦面を形成する平坦層と；を含むことができる。また、本発明は、前記基板を含む有機電子素子を提供する。また、前記散乱粒子の屈折率（Ｎａ）及び平坦層の屈折率（Ｎｂ）は、｜Ｎａ−Ｎｂ｜≧０．３を満たすことができる。
また、本発明は、前記基板を製造する方法、前記基板を含む有機電子素子及び前記有機電子素子の製造方法を提供する。
散乱粒子と平坦層の屈折率の差を大きく形成することによって、平坦層側から散乱層側に向かう光の散乱を大きくすることによって、素子内部の屈折率の差による反射損失を最小化することができる。
有機電子素子、例えば、有機発光素子は、素子を構成する各層間の屈折率の差に起因して内部全反射が発生する。具体的には、有機物層で発生する光が、屈折率が１．８以上の透明電極と屈折率が約１．５であるガラス基板との界面で１次全反射が生じるようになる。また、ガラス基板を通過した光も、屈折率が１．８のガラス基板と屈折率が１．０の空気との界面で２次全反射が生じるようになる。このような素子内部の全反射に起因して発光効率が悪くなり、輝度が低下することができる。本発明は、このような有機電子素子の内部全反射に起因する発光効率減少を改善し、優れた発光均一度を提供することができる。
本発明による有機電子素子用基板は、素子の発光均一度を向上させ、光抽出効率を改善することができる。具体的には、一実施例において、前記散乱粒子の屈折率（Ｎａ）は、１．０〜２．０であり、平坦層の屈折率（Ｎｂ）は、１．７〜２．５であることができ、好ましくは、散乱粒子の屈折率（Ｎａ）は、１．２〜１．８であり、平坦層の屈折率（Ｎｂ）は、１．８〜２．０であることができる。他の一実施例において、前記散乱粒子の屈折率（Ｎａ）は、２．０〜３．５であり、平坦層の屈折率（Ｎｂ）は、１．７〜２．５であることができ、好ましくは、散乱粒子の屈折率（Ｎａ）は、２．２〜３．０であり、平坦層の屈折率（Ｎｂ）は、１．８〜２．０であることができる。
本発明において屈折率は、真空条件下で４００〜４５０ｎｍ波長の光に対する屈折率を測定した結果を示すものである。
前記基材は、特に限定されず、透明基材であることができ、例えば、光透過性プラスチック基板またはガラス基板であることができる。
前記散乱粒子は、平坦層との屈折率の差を利用して光を散乱させることができる場合なら特に限定されず、例えば、シリコン、シリカ、ガラス、酸化チタン、フッ化マグネシウム、酸化ジルコニウム、アルミナ、酸化セリウム、酸化ハフニウム、五酸化ニオブ、五酸化タンタル、酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、ケイ素、亜鉛黄、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、シリコンナイトライド及びアルミニウムナイトライドよりなる群から選択される１種以上であることができる。
前記散乱粒子は、バインダーとの結合によって基材上に形成されることができ、単一層または多層構造であるか、または不均一な積層構造を形成することができる。好ましくは、前記散乱粒子は、基材上に単一層で形成された構造であることができる。前記散乱粒子を単一層で形成することによって、光を均一に分散することができるので、発光面全体的に均一な発光が可能であるという利点がある。
前記散乱粒子は、球形、楕円体形または無定形の形状であることができ、好ましくは、球形または楕円体形の形状であることができる。散乱粒子の平均直径は、０．０１μｍ〜２０μｍであることができ、好ましくは、０．１〜５μｍであることができる。
前記散乱層内のバインダーは、特に限定されるものではなく、有機及び無機または有機・無機複合体バインダーであることができる。一実施例において、前記バインダーは、無機または有機・無機複合体バインダーであることができる。無機または有機・無機複合体バインダーは、有機バインダーに比べて耐熱性及び耐化学性に優れていて、素子の性能、特に寿命に有利であり、素子製作過程にあり得る１５０度以上の高温工程、フォト工程及びエッチング工程などにおいて劣化が生じないので、多様な素子の製作に有利であるという長所がある。好ましくは、前記バインダーは、シリコンオキサイド、シリコンナイトライド（ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）、シリコンオキシナイトライド（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）、アルミナ（ａｌｕｍｉｎａ）及びシロキサン（ｓｉｌｏｘａｎｅ）結合（Ｓｉ−Ｏ）を基盤とする無機または有機・無機複合体などの群から選択される１種以上であることができる。例えば、シロキサンを利用して縮重合させて、［Ｓｉ−Ｏ］結合を基盤とする無機バインダーを形成するか、またはシロキサン結合でアルキル基が完全に除去されていない有機・無機複合体の形態も使用可能である。
前記平坦層は、無機物であるか、または無機または有機・無機複合体であるバインダーを含むことができ、例は、特に限定されないが、平坦層は、シリコンナイトライド（ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）、シリコンオキシナイトライド（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）、アルミナ（ａｌｕｍｉｎａ）及びシロキサン（ｓｉｌｏｘａｎｅ）結合（Ｓｉ−Ｏ）を基盤とする無機または有機・無機複合体などの群から選択される１種以上を含むことができる。
前記平坦層は、高屈折フィラーをさらに含むことができる。前記高屈折フィラーは、平坦層と有機物素子の屈折率の差を低減するためのものである。前記高屈折フィラーは、平坦層内に分散し、屈折率を高めることができる場合なら特に限定されず、例えば、アルミナ、アルミニウムナイトライド、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化セリウム、酸化ハフニウム、五酸化ニオブ、五酸化タンタル、酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、ケイ素、亜鉛黄、炭酸カルシウム、硫酸バリウム及びシリコンナイトライドよりなる群から選択された１種以上であることができる。好ましくは、前記高屈折フィラーは、二酸化チタンであることができる。
前記平坦層の厚さは、素子特性に合わせて適宜調節することができる。光抽出効率を高めるために、平坦層の平均厚さは、散乱粒子の平均直径の０．５倍または２倍以上であることができ、例えば、０．５倍〜１０倍または１倍〜５倍範囲であることができる。
本発明は、前述した有機電子素子用基板を含む有機電子素子を提供する。
本発明の一実施例による有機電子素子は、前述した有機電子素子用基板；第１電極；発光層を含む有機層；及び第２電極が順次積層された構造であって、前記有機層は、アルカリハライドでドーピングされた電子輸送層を含み、前記アルカリハライドでドーピングされた電子輸送層の厚さは、４０〜１００ｎｍであることを特徴とする。
本発明の一実施例による有機電子素子は、前述した有機電子素子用基板；第１電極；発光層を含む有機層；及び第２電極が順次積層された構造であって、前記有機層は、アルカリハライドでドーピングされた電子輸送層を含み、前記アルカリハライドでドーピングされた電子輸送層の厚さは、４０〜１００ｎｍであることを特徴とする。
電子輸送層にアルカリハライドをドーピングすることによって、電子に対するキャリア密度を高め、電子注入のためのエネルギー障壁を低めることができる。特にアルカリハライドがドーピングされた電子輸送層を４０〜１００ｎｍ、より具体的には、５５〜８５ｎｍの厚さで形成することによって、既存の有機電子素子では必須的な構成として思われた電子注入層を別に形成しないとしても、有機電子素子が効率的に作動することができる。
本発明による有機電子素子は、基板内に散乱粒子が形成された光抽出構造を含み、基板上に形成される積層構造のうちアルカリハライドドーピングされた電子輸送層を相対的に厚く形成した構造である。これにより、光抽出効率を改善すると同時に、有機電子素子の積層構造を単純化させて、素子の寿命改善及び製造工程の単純化を図ることができる。
前記電子輸送層は、電子輸送材料及びこれにドーピングされたアルカリハライドを含み、前記電子輸送材料は、イミダゾール基、オキサゾール基、チアゾール基、キノリン及びフェナントロリン基よりなる群から選択される１種以上の作用基を有する化合物を含むことができる。電子輸送材料は、特に限定されず、電子の輸送を阻害しないとすれば、必要な物性によって当業者が自由に選択可能である。
前記電子輸送層にドーピングされるアルカリハライドは、電極から発光層への電子注入及び輸送特性を向上させ、好ましくは、素子の寿命を向上させることができる。このようなアルカリハライドの例としては、ＮａＦ、ＣｓＦ、ＬｉＦ、ＫＦ、ＭｇＦ２及びＣａＦ２よりなる群から選択される１種または２種以上の混合物などがある。
前記アルカリハライドが電子輸送層内にドーピングされる量は、素子性能を低下させない範囲で選択可能であり、例えば、電子輸送層の全体重量を基準にして、０．１重量％以上の場合が好ましい。アルカリハライドの含量が過度に少ない場合には、アルカリハライドドーピングによる技術的効果を期待しにくい。
一実施例において、アルカリハライドは、電子輸送層の厚さによって濃度勾配を有するようにドーピングされることができる。電子輸送層の全領域に同一の濃度でアルカリハライドをドーピングする場合より、厚さによって順次にアルカリハライドのドーピング量を増加させることによって、電子輸送特性をさらに向上させることができる。
また、前記電子輸送層は、電子導入と電子輸送を同時に行うことができる。本発明では、電子注入層が別に形成されていない構造、または電子輸送層と電子注入層が１つの層として形成された構造を提供する。すなわち、前記アルカリハライドドーピングされた電子輸送層と第２電極が直接当接する構造であることができる。しかし、電子注入層が別途の層として形成された場合を本発明から除外するものではない。
本発明による有機電子素子内に積層される有機層は、発光層及びアルカリハライドドーピングされた電子輸送層だけを含むことができるが、必要に応じて正孔注入層、正孔輸送層及び電子注入層よりなる群から選択された１つ以上の層を含むことができる。しかし、これに限定されず、一部の層が省略されてもよく、または追加されてもよい。前記正孔輸送層または正孔注入層としては、例えば、アリールアミン系化合物、導電性ポリマー、または共役部分と非共役部分が一緒に存在するブロック共重合体などが使用されることができる。前記有機層は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層が積層された構造を含むことができる。
また、前記有機電子素子は、第１電極と有機層との間に形成された金属配線をさらに含むことができる。前記金属配線は、第１電極の電圧降下を補償するためのものである。これにより、第１電極全面に均一な電圧印加が可能である。
前記第１電極は、透明電極が使用されることができる。例えば、前記第１電極としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｄｉｅ）、ＳｎＯ２、ＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ）またはグラフェン（Ｇｒａｐｈｅｎｅ）などが使用されることができる。また、第２電極としては、多様な種類の金属薄膜が使用されることができ、例えば、アルミニウム薄膜が使用されることができる。本発明において第１電極及び第２電極の種類は、特に限定されず、多様な種類の素材または形態が適用可能である。
本発明は、また、前述した有機電子素子用基板を製造する方法を提供する。
一実施例において、前記製造方法は、バインダー及び散乱粒子を含むコーティング液を使用して基材上に散乱層を形成する段階と；形成された散乱層上に平坦化された面を成すように平坦層を形成する段階と；を含むことができる。
一実施例において、前記製造方法は、バインダー及び散乱粒子を含むコーティング液を使用して基材上に散乱層を形成する段階と；形成された散乱層上に平坦化された面を成すように平坦層を形成する段階と；を含むことができる。
前記散乱層は、ＣＶＤ、ＰＶＤまたはゾルゲルコーティングによって形成することができる。例えば、前記散乱層を形成する段階は、無機または有機・無機複合体バインダー及び散乱粒子を含むコーティング液を基材上に塗布する段階と；コーティング液に含まれたバインダーを縮合反応させてマトリックスを形成する段階と；を含むことができる。コーティング液に含まれたバインダーが縮合される過程で散乱粒子による凹凸構造が形成されることができる。
また、前記平坦層は、ＣＶＤ、ＰＶＤまたはゾルゲルコーティングによって形成することができる。例えば、前記平坦層を形成する段階は、無機バインダー及び高屈折フィラーを含むコーティング液を散乱層上に塗布する段階と；コーティング液に含まれたバインダーを縮合反応させてマトリックスを形成する段階と；を含むことができる。
また、本発明は、前述した方法で製造された基板を利用して有機電子素子を製造する方法を提供する。
一実施例において、前記製造方法は、前記基板上に第１電極を形成する段階と；前記第１電極上に発光層を含む有機層を形成する段階と；前記有機層上に第２電極を形成する段階と；を含み、前記有機層を形成する段階は、アルカリハライドでドーピングされた電子輸送層を４０〜１００ｎｍ厚さで形成することを含むことができる。
前記有機層を形成する段階は、第１電極上に電子輸送層以外に正孔注入層、正孔輸送層、発光層及び電子注入層のうちいずれか１つ以上の層を形成する段階を含むことができる。前記有機層は、電子注入層を省略してもよく、または電子注入層と電子輸送層が１つの層として形成されてもよい。例えば、前記有機層は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層及び電子輸送層で構成されることができる。本発明は、電子注入層が別途の層として形成された場合を本発明から除外するものではない。また、前記発光層を含む有機層は、２スタックまたは３スタックの構造で繰り返し形成されることができる。
有機電子素子を構成する各層を積層する方法は、当該技術分野に知られた方法によって可能である。例えば、蒸着法やソルベントプロセス（ｓｏｌｖｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ）などの方法が適用可能であり、ソルベントプロセスの例としては、スピンコーティング、ディップコーティング、ドクターブレーディング、スクリーンプリンティング、インクジェットプリンティングまたは熱転写法などがある。
また、アルカリハライドがドーピングされた電子輸送層は、４０〜１００ｍｍの厚さで形成することができ、より具体的には、５５〜８５ｎｍの厚さで形成することができる。本発明による有機電子素子は、前述したアルカリハライドドーピングされた電子輸送層を４０〜１００ｎｍ、または５５〜８５ｎｍの厚さで形成することを除いて、当該技術分野に知られた製造方法及び材料によって製造可能である。例えば、本発明による有機電子素子は、有機層が形成された第１のＩＴＯ電極上に、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）または電子ビーム蒸着（ｅ−ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）のようなＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法を利用して、金属または伝導性を有する金属酸化物またはこれらの合金を蒸着させて、第２電極を形成することができる。
本発明による有機電子素子は、基板上に形成された有機層を含む。前記有機層を構成する各層についてより具体的に説明すれば、次の通りである。
正孔注入層（ＨＩＬ）または正孔輸送層（ＨＴＬ）
正孔注入層または正孔輸送層は、陽極と発光層との間に形成され、正孔の輸送を促進する。例えば、前記正孔注入層または正孔輸送層を構成する物質としては、ＮＰＤ（Ｎ、Ｎ'−ジフェニル−Ｎ−Ｎ'−ジ（１−ナフチル）−ベンジジン）、ＴＰＤ（Ｎ、Ｎ'− ジフェニル−Ｎ、Ｎ'−ジ（３−トリ）−ベンジジン）またはＤＮＴＰＤ（Ｎ、Ｎ'−ジフェニル−アミノ）フェニル−Ｎ、Ｎ'−ジフェニルベンジジン）などが使用されることができる。
正孔注入層または正孔輸送層は、陽極と発光層との間に形成され、正孔の輸送を促進する。例えば、前記正孔注入層または正孔輸送層を構成する物質としては、ＮＰＤ（Ｎ、Ｎ'−ジフェニル−Ｎ−Ｎ'−ジ（１−ナフチル）−ベンジジン）、ＴＰＤ（Ｎ、Ｎ'− ジフェニル−Ｎ、Ｎ'−ジ（３−トリ）−ベンジジン）またはＤＮＴＰＤ（Ｎ、Ｎ'−ジフェニル−アミノ）フェニル−Ｎ、Ｎ'−ジフェニルベンジジン）などが使用されることができる。
発光層（ＥＭＬ）
発光層では、正孔伝達と電子伝達が同時に行われ、便宜上、電子輸送が正孔輸送に比べて早い場合には、ｎ−型発光層に分類し、正孔輸送が電子輸送に比べて早い場合には、ｐ−型発光層に分類することができる。
発光層では、正孔伝達と電子伝達が同時に行われ、便宜上、電子輸送が正孔輸送に比べて早い場合には、ｎ−型発光層に分類し、正孔輸送が電子輸送に比べて早い場合には、ｐ−型発光層に分類することができる。
前記ｎ−型発光層は、電子輸送が正孔輸送より早いので、正孔輸送層と発光層との界面近くで発光が行われる。したがって、正孔輸送層のＬΜＭＯ準位が発光層のＬΜＭＯ準位より高い場合、さらに良い発光效率を示すことができる。ｎ−型発光層は、例えば、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）；８−ヒドロキシキノリンベリリウム（ＢＡｌｑ）；ベンゾオキサゾリン系化合物、ベンゾチアゾール系化合物またはベンゾイミダゾール系化合物；ポリフルオレン系化合物；シラシクロペンタジエン系化合物などを含む。
前記ｐ−型発光層としては、正孔輸送が電子輸送より早いので、電子輸送層と発光層との界面近くで発光が行われる。したがって、電子輸送層のＨＯＭＯ準位が発光層のＨＯＭＯ準位より低い場合、さらに優れた発光効率を示すことができる。ｐ−型発光層は、例えば、カルバゾリン系化合物；アントラセン系化合物；ポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）系ポリマー；またはスピロ（ｓｐｉｒｏ）化合物などを含む。
電子輸送層（ＥＴＬ）または電子注入層（ＥＩＬ）
電子輸送層または電子注入層は、陰極から注入された電子を発光層に効率的に輸送することができるように電子移動度（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｏｂｉｌｉｔｙ）が大きい物質を使用することが好ましい。前記電子輸送層または電子注入層は、特に限定されるものではないが、Ａｌｑ３構造を含む有機化合物；ヒドロキシフラボン−金属錯化合物またはシラシクロペンタジエン系化合物などを含む。または、前記電子輸送層は、例えば、Ａｌｑ３（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）、バソフェナントロリン（４、７−ジフェニル−１、１０−フェナントロリン）またはＢＣＰ（２、９−ジメチル−４、７−ジフェニル−１、１０−フェナントロリン）などの物質が使用されることができる。
電子輸送層または電子注入層は、陰極から注入された電子を発光層に効率的に輸送することができるように電子移動度（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｏｂｉｌｉｔｙ）が大きい物質を使用することが好ましい。前記電子輸送層または電子注入層は、特に限定されるものではないが、Ａｌｑ３構造を含む有機化合物；ヒドロキシフラボン−金属錯化合物またはシラシクロペンタジエン系化合物などを含む。または、前記電子輸送層は、例えば、Ａｌｑ３（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）、バソフェナントロリン（４、７−ジフェニル−１、１０−フェナントロリン）またはＢＣＰ（２、９−ジメチル−４、７−ジフェニル−１、１０−フェナントロリン）などの物質が使用されることができる。
以下、図面を参照して本発明をさらに具体的に説明する。しかし、本発明の範囲がそれに限定されるものではない。
図１には、本発明の一実施例による有機電子素子用基板の積層構造を模式的に示した。図１を参照すれば、本発明による有機電子素子用基板１００は、基材１０上にバインダー２１及び散乱粒子３０を含む散乱層が形成されており、前記散乱層は、基材１０との反対面に凹凸構造を形成している。前記散乱層の凹凸構造上には、平坦層２２が形成されている。平坦層２２による平坦面上に有機素子などを追加に積層することが可能である。
図２は、本発明の一実施例による有機電子素子用基板を含む有機電子素子の積層構造を模式的に示したものである。図２を参照すれば、図１で製造された基板１００上に第１電極４０、発光層を含む有機層５０及び第２電極６０を順次に形成することによって、有機電子素子を構成することができる。場合によって、素子の特性を向上させるための追加の積層構造をさらに含むことができる。
図３は、電極上に電子輸送層と電子注入層が一緒に形成された構造を示す模式図である。電極２００で発生する電子が発光層に容易に注入されるように、電子輸送層３０１以外に電子注入層３０２を追加に形成した構造である。
これに対して、本発明の一実施例は、図４に示されたように、電極２００上に、アルカリハライド３１０がドーピングされ、膜厚が厚い電子輸送層３００を形成することによって、別途の電子注入層を形成することなく、電子の輸送特性を向上させることができる。前記電子輸送層３００は、５０〜１００ｎｍの厚さで形成することができる。
また、本発明は、前述した有機電子素子を含む電子装置を提供する。前記装置は、特に限定されず、例えば、照明機器またはディスプレイ装置などを含む。
（発明の実施のための形態）
以下、本発明による実施例などにより本発明をさらに詳述するが、本発明の範囲がこれによって限定されるものではない。
以下、本発明による実施例などにより本発明をさらに詳述するが、本発明の範囲がこれによって限定されるものではない。
実施例１
有機電子素子用基板の製造
ＴＭＯＳ（Ｓｉ（ＯＣＨ３）４、シロキサン）１０ｇに屈折率が約１．５２の高分子ビーズ（ＸＸ７５ＢＱ、直径３μｍ、Ｓｅｋｉｓｕｉ（製））１ｇを充分に分散し、コーティング液を調剤した。分散したコーティング液をガラス基板上に塗布した。塗布さしたコーティング液を硬化させて散乱層を形成した。また、内部に高屈折フィラー（二酸化チタン）が分散している無機バインダー（シロキサン）を散乱層上に塗布及び乾燥させて、平坦層が形成された有機電子素子用基板を製造した。製造された有機電子素子用基板は、平坦層の形成時に高屈折フィラーの含量を調節することによって、平坦層と高分子ビーズの屈折率の差が０．４となるようにした。
有機電子素子用基板の製造
ＴＭＯＳ（Ｓｉ（ＯＣＨ３）４、シロキサン）１０ｇに屈折率が約１．５２の高分子ビーズ（ＸＸ７５ＢＱ、直径３μｍ、Ｓｅｋｉｓｕｉ（製））１ｇを充分に分散し、コーティング液を調剤した。分散したコーティング液をガラス基板上に塗布した。塗布さしたコーティング液を硬化させて散乱層を形成した。また、内部に高屈折フィラー（二酸化チタン）が分散している無機バインダー（シロキサン）を散乱層上に塗布及び乾燥させて、平坦層が形成された有機電子素子用基板を製造した。製造された有機電子素子用基板は、平坦層の形成時に高屈折フィラーの含量を調節することによって、平坦層と高分子ビーズの屈折率の差が０．４となるようにした。
ＯＬＥＤの製造
前記製造された有機電子素子用基板の高屈折層上に第１透明電極、有機層及び第２電極を順次に積層し、２ｘ２ｍｍ２の発光領域を有する白色ＯＬＥＤを製作した。前記第１透明電極としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を使用し、第２電極としては、アルミニウム（Ａｌ）を使用して形成した。また、有機層としては、正孔注入層、正孔伝達層、発光層、電子伝達層及び電子注入層を含む構造で形成した。前記各積層構造で使用された素材は、白色有機電子素子の製造分野において通常的に使用される素材を使用し、その形成方法も一般的な方式を使用した。
前記製造された有機電子素子用基板の高屈折層上に第１透明電極、有機層及び第２電極を順次に積層し、２ｘ２ｍｍ２の発光領域を有する白色ＯＬＥＤを製作した。前記第１透明電極としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を使用し、第２電極としては、アルミニウム（Ａｌ）を使用して形成した。また、有機層としては、正孔注入層、正孔伝達層、発光層、電子伝達層及び電子注入層を含む構造で形成した。前記各積層構造で使用された素材は、白色有機電子素子の製造分野において通常的に使用される素材を使用し、その形成方法も一般的な方式を使用した。
実施例２
コーティング液の製造時に、散乱粒子の量を１．５ｇに変更し、高分子ビーズと平坦層の屈折率の差を０．８に調整したことを除いて、実施例１と同一の方式で基板を製造し、製造された基板上に有機電子素子を形成した。
コーティング液の製造時に、散乱粒子の量を１．５ｇに変更し、高分子ビーズと平坦層の屈折率の差を０．８に調整したことを除いて、実施例１と同一の方式で基板を製造し、製造された基板上に有機電子素子を形成した。
実施例３
有機電子素子用基板を製造する過程でバインダーとしてＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、シロキサン）を使用したことを除いて、実施例１と同一の方式で基板を製造し、製造された基板を利用して有機電子素子を製造した。
有機電子素子用基板を製造する過程でバインダーとしてＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、シロキサン）を使用したことを除いて、実施例１と同一の方式で基板を製造し、製造された基板を利用して有機電子素子を製造した。
比較例１
有機電子素子用基板を製造する過程でシロキサンの代わりにメチルメタクリレートを使用し、平坦層と高分子ビーズの屈折率の差を０．２に調整したことを除いて、実施例１と同一の方式で基板を製造し、製造された基板を利用して有機電子素子を製造した。
有機電子素子用基板を製造する過程でシロキサンの代わりにメチルメタクリレートを使用し、平坦層と高分子ビーズの屈折率の差を０．２に調整したことを除いて、実施例１と同一の方式で基板を製造し、製造された基板を利用して有機電子素子を製造した。
比較例２
有機電子素子用基板を製造する過程で平坦層と高分子ビーズの屈折率の差を０．２に調整したことを除いて、実施例１と同一の方式で基板を製造し、製造された基板を利用して有機電子素子を製造した。
有機電子素子用基板を製造する過程で平坦層と高分子ビーズの屈折率の差を０．２に調整したことを除いて、実施例１と同一の方式で基板を製造し、製造された基板を利用して有機電子素子を製造した。
実験例１：散乱粒子と平坦層の屈折率の差による光抽出効率の比較
実施例１、２及び比較例１で製造された有機電子素子について光抽出効率を比較測定した。具体的には、それぞれの有機電子素子を０．４ｍＡの定電流の駆動条件下で駆動させ、抽出される光束を測定し、光抽出効率を評価した。測定結果は、下記表１に示す。表１においてＮａは、散乱粒子の屈折率、Ｎｂは、平坦層の屈折率を意味し、屈折率の差が実質的にない場合を意味する。
実施例１、２及び比較例１で製造された有機電子素子について光抽出効率を比較測定した。具体的には、それぞれの有機電子素子を０．４ｍＡの定電流の駆動条件下で駆動させ、抽出される光束を測定し、光抽出効率を評価した。測定結果は、下記表１に示す。表１においてＮａは、散乱粒子の屈折率、Ｎｂは、平坦層の屈折率を意味し、屈折率の差が実質的にない場合を意味する。
実施例４
実施例１で製造された基板上にスパッタリング方法で１００ｎｍ厚さの透明ＩＺＯ第１電極を形成し、ＨＡＴ（Ｈｅｘａｎｉｔｒｉｌｅ ｈｅｘａａｚａｔｒｉｐｈｅｎｙｌｅｎｅ）物質を熱真空蒸着し、５０ｎｍ厚さの正孔注入層を形成した。その上にＮＰＤ（Ｎ、Ｎ'−ジフェニル−Ｎ−Ｎ'−ジ（１−ナフチル）−ベンジジン）を真空蒸着し、４０ｎｍ厚さの正孔輸送層で形成した後、Ａｌｑ３（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）を真空蒸着し、３０ｎｍ厚さの発光層を形成した。その後、Ａｌｑ３（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）にＬｉＦを１０％（ｗ／ｗ）ドーピングして製造した電子輸送層を５５ｎｍ厚さで形成した。その上に１７５ｎｍ厚さのアルミニウム電極を形成した。
実施例１で製造された基板上にスパッタリング方法で１００ｎｍ厚さの透明ＩＺＯ第１電極を形成し、ＨＡＴ（Ｈｅｘａｎｉｔｒｉｌｅ ｈｅｘａａｚａｔｒｉｐｈｅｎｙｌｅｎｅ）物質を熱真空蒸着し、５０ｎｍ厚さの正孔注入層を形成した。その上にＮＰＤ（Ｎ、Ｎ'−ジフェニル−Ｎ−Ｎ'−ジ（１−ナフチル）−ベンジジン）を真空蒸着し、４０ｎｍ厚さの正孔輸送層で形成した後、Ａｌｑ３（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）を真空蒸着し、３０ｎｍ厚さの発光層を形成した。その後、Ａｌｑ３（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）にＬｉＦを１０％（ｗ／ｗ）ドーピングして製造した電子輸送層を５５ｎｍ厚さで形成した。その上に１７５ｎｍ厚さのアルミニウム電極を形成した。
実施例５及び６
電子輸送層の厚さをそれぞれ７０及び８５ｎｍで形成したことを除いて、実施例４と同一の方式で有機電子素子を製作した。
電子輸送層の厚さをそれぞれ７０及び８５ｎｍで形成したことを除いて、実施例４と同一の方式で有機電子素子を製作した。
比較例３
電子輸送層の厚さを３５ｎｍで形成したことを除いて、実施例４と同一の方式で有機電子素子を製作した。
電子輸送層の厚さを３５ｎｍで形成したことを除いて、実施例４と同一の方式で有機電子素子を製作した。
比較例４
電子輸送層の厚さを１４０ｎｍで形成したことを除いて、実施例４と同一の方式で有機電子素子を製作した。
電子輸送層の厚さを１４０ｎｍで形成したことを除いて、実施例４と同一の方式で有機電子素子を製作した。
実験例２：発光輝度測定
実施例４〜６、比較例３及び４で製作された有機電子素子に対する発光輝度を測定した。発光強度は、有機電子素子の発光面に屈折率が１．５２の半球形レンズを付着し、積分球を利用して素子から放出される光の量を測定した。測定結果を図５に示す。
実施例４〜６、比較例３及び４で製作された有機電子素子に対する発光輝度を測定した。発光強度は、有機電子素子の発光面に屈折率が１．５２の半球形レンズを付着し、積分球を利用して素子から放出される光の量を測定した。測定結果を図５に示す。
図５を参照すれば、電子輸送層（ＥＴＬ）の厚さによって発光輝度が変わることが分かる。電子輸送層の厚さを５５、７０及び８５ｎｍで形成した実施例４〜６の場合、電子輸送層の厚さを３５及び１４０ｎｍで形成した比較例３及び４に比べて発光輝度が高いものと現われ、特に８５ｎｍで形成した場合、発光輝度が最も高いものと現われた。
本発明による有機電子素子は、素子性能を低下させることなく、発光效率を改善することができ、製造工程が簡単であり、ディスプレイまたは照明分野において多様に活用可能である。
Claims (23)
- 基材と；
前記基材上に形成され、バインダー及び光を散乱させる散乱粒子を含み、かつ、前記基材と反対面に凹凸構造を形成する散乱層と；
前記散乱層上に形成されて表面屈曲を平坦化させる平坦層と；を含み、
前記散乱粒子の屈折率（Ｎａ）及び前記平坦層の屈折率（Ｎｂ）は、
｜Ｎａ−Ｎｂ｜≧０．３を満たす基板。 - 前記散乱粒子の屈折率（Ｎａ）は、１．０〜２．０であり、前記平坦層の屈折率（Ｎｂ）は、１．７〜２．５である、請求項１に記載の基板。
- 前記散乱粒子の屈折率（Ｎａ）は、２．０〜３．５であり、前記平坦層の屈折率（Ｎｂ）は、１．７〜２．５である、請求項１または２に記載の基板。
- 前記散乱粒子は、シリコン、シリカ、ガラス、酸化チタン、フッ化マグネシウム、酸化ジルコニウム、アルミナ、酸化セリウム、酸化ハフニウム、五酸化ニオブ、五酸化タンタル、酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、ケイ素、亜鉛黄、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、シリコンナイトライド及びアルミニウムナイトライドよりなる群から選択される１種以上である、請求項１から３の何れか１項に記載の基板。
- 前記散乱粒子は、前記基材上に単一層〜５層以下の積層構造で形成された、請求項１から４の何れか１項に記載の基板。
- 前記散乱粒子の平均直径は、０．０１μｍ〜２０μｍである、請求項１から５の何れか１項に記載の基板。
- 前記散乱層内の前記バインダーは、無機または有機と無機との複合体バインダーである、請求項１から６の何れか１項に記載の基板。
- 前記散乱層内のバインダーは、シリコン酸化物；シリコンナイトライド；シリコンオキシナイトライド；アルミナ；及びシロキサン結合を基盤とする無機または有機と無機との複合体よりなる群から選択される１種以上である、請求項７に記載の基板。
- 前記平坦層は、無機バインダーまたは有機と無機との複合体のバインダーを含む、請求項１から８の何れか１項に記載の基板。
- 前記平坦層は、シリコン酸化物；シリコンナイトライド；シリコンオキシナイトライド；アルミナ；及びシロキサン結合を基盤とする無機または有機と無機との複合体よりなる群から選択される１種以上を含む、請求項９に記載の基板。
- 前記平坦層は、高屈折フィラーをさらに含む、請求項９または１０に記載の基板。
- 前記高屈折フィラーは、アルミナ、アルミニウムナイトライド、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化セリウム、酸化ハフニウム、五酸化ニオブ、五酸化タンタル、酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、ケイ素、亜鉛黄、炭酸カルシウム、硫酸バリウム及びシリコンナイトライドよりなる群から選択された１種以上である、請求項１１に記載の基板。
- 請求項１から１２の何れか１項に記載の基板；第１電極；発光層を含む有機層；及び第２電極が順次積層された有機電子素子であって、
前記有機層は、アルカリハライドでドーピングされた電子輸送層を含み、前記アルカリハライドでドーピングされた前記電子輸送層の厚さは、４０〜１００ｎｍである有機電子素子。 - 前記電子輸送層は、電子輸送材料及びこれにドーピングされたアルカリハライドを含み、
前記電子輸送材料は、イミダゾール基、オキサゾール基、チアゾール基、キノリン及びフェナントロリン基よりなる群から選択される１種以上の作用基を有する化合物を含む、請求項１３に記載の有機電子素子。 - 前記アルカリハライドは、ＮａＦ、ＣｓＦ、ＬｉＦ、ＫＦ、ＭｇＦ２及びＣａＦ２よりなる群から選択される１種以上である、請求項１３に記載の有機電子素子。
- 前記アルカリハライドは、前記電子輸送層の厚さによって濃度勾配を有する、請求項１３から１５の何れか１項に記載の有機電子素子。
- 前記電子輸送層は、電子導入と電子輸送を同時に行う、請求項１３から１６の何れか１項に記載の有機電子素子。
- 前記第１電極と前記有機層との間に形成された金属配線を含む、請求項１３から１７の何れか１項に記載の有機電子素子。
- バインダー及び散乱粒子を含むコーティング液を使用して基材上に散乱層を形成する段階と；
形成された前記散乱層上に平坦化された面を成すように平坦層を形成する段階と；を含む基板の製造方法。 - 前記散乱層は、ＣＶＤ、ＰＶＤまたはゾルゲルコーティングによって形成する、請求項１９に記載の基板の製造方法。
- 前記平坦層は、ＣＶＤ、ＰＶＤまたはゾルゲルコーティングによって形成する、請求項１９または２０に記載の基板の製造方法。
- 請求項１９から２１の何れか１項に記載の製造方法で製造された基板上に第１電極を形成する段階と；前記第１電極上に発光層を含む有機層を形成する段階と；前記有機層上に第２電極を形成する段階と；を含み、
前記有機層を形成する段階は、アルカリハライドドーピングされた電子輸送層を４０〜１００ｎｍの厚さで形成することを含む有機電子素子の製造方法。 - 前記有機層を形成する段階は、前記第１電極上に電子輸送層以外に正孔注入層、正孔輸送層、発光層及び電子注入層のうちいずれか１つ以上の層を形成する段階を含む、請求項２２に記載の有機電子素子の製造方法。
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