JP2013545249A - 両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイス及びその製造方法 - Google Patents

両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイス及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、光透過基底、陽極、光透過陰極を含み、前記陽極と前記光透過陰極の間に少なくとも2つの有機エレクトロルミネッセンス構造と少なくとも1つの電荷生成層を更に含み、2つずつ隣接する前記有機エレクトロルミネッセンス構造の間に前記電荷生成層を結合させ、前記電荷生成層と前記有機エレクトロルミネッセンス構造とが交互に配列して結合し、前記電荷生成層がN型半導体層と、N型半導体層に結合されるP型半導体層と、を含む両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイス及びその製造方法を開示する。この構造の両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスは、必要な駆動電流が小さく、発光効率、輝度、光出力効率が高く、約360°の全方位照明が実現され、照射範囲と適用範囲が拡大され、寿命が長く、製造プロセスが簡単であり、生産コストが低くなった。
【選択図】図2

Description

本発明は、電気的光源の技術分野に関し、具体的には、両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイス及びその製造方法に関する。
電気的光源産業は、以前から世界各国で競って研究されている人気課題であり、世界経済において非常に重要な地位にある。現在広く用いられている光源がガス放電光源であり、このような光源は、ランプの内部を真空にした後、水銀を含む混合ガスを入れ、ガス放電によって発光させたり、ガス放電によって生じた紫外光で蛍光粉を励起して発光させることを原理とする。しかしながら、ガス放電光源のパルスフラッシュによって視覚疲労を招きやすいと共に、水銀が環境に汚染を与え、社会と科学技術の進歩に伴って、伝統的な光源の代わりに、省エネであり環境にやさしいグリーン光源に対する研究開発を行うことが、各国で競って研究される重要な課題になる。
有機エレクトロルミネッセンスデバイスは電気的光源の1種である。有機エレクトロルミネッセンス(Organic Light Emission Diode)は、OLEDと略称され、輝度が高く、材料選択範囲が広く、駆動電圧が低く、全固体型アクティブ発光である等の特性を有すると共に、高精細、広視野角及び高応答速度等の長所を有し、そして、極めて優れたフレキシビリティーを有して、折り畳んだり曲げたりでき、かなり潜在力を有するフレキシブル表示技術と光源となり、情報時代移動通信と情報表示の発展趨勢及びグリーン照明技術の要求に合っており、現在国内外における多くの研究者に注目される重点である。
有機エレクトロルミネッセンスデバイスは、一般的に、サンドイッチのような構造を有し、通常、陽極、有機エレクトロルミネッセンス構造及び陰極を有し、そのうち、有機エレクトロルミネッセンス構造に正孔注入層と正孔輸送層の少なくとも1種、発光層及び電子輸送層と電子注入層の少なくとも1種を含み、図1は、これらの構造のすべてを有する従来の有機エレクトロルミネッセンスデバイスの構造模式図であり、透明ベース11と、透明ベース11に順に結合される陽極12、有機エレクトロルミネッセンス構造13、陰極14とを有する。そのうち、有機エレクトロルミネッセンス構造13は、正孔注入層131、正孔輸送層132、発光層133、電子輸送層134、電子注入層135を含む。
今まで、全世界各国の科学研究者は、適切な有機材料と合理的なデバイス構造設計を選択することによって、デバイスの性能の各指標を大きく向上させたが、現在では発光デバイスの駆動電流が大きく、発光効率が低く、デバイス寿命が短いので、有機エレクトロルミネッセンスデバイスの実用化を実現するために、駆動電流が小さく、発光効率が高い発光デバイス構造が迫って求められている。
なお、従来の技術のOLEDは、いずれも光を陽極又は陰極の片側からのみ取り出すことができ、ボトム放射又はトップ放射のOLEDデバイスしか製造できない。研究者によって発明されたいくつかの両面発光表示のOLED装置は、二層構造設計を採用しており、即ち、2つのOLED発光表示ユニットを背中合わせ(Back to Back)の方式で結合させて、上記の両面の発光又は表示を実現する。このような構造設計によってOLED装置の構造が複雑になり、厚さや重量が大きくなり、コストが大幅に増加してしまう。
本発明の実施例は、従来の技術の前記不足を克服して、駆動電流が小さく、発光輝度、電流効率が高い両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。
上述した発明目的を実現するために、本発明の実施例の技術方案は以下の通りである。
光透過基底、陽極、光透過陰極を含み、前記陽極と前記光透過陰極の間に少なくとも2つの有機エレクトロルミネッセンス構造と少なくとも1つの電荷生成層を更に含み、
2つずつ隣接する前記有機エレクトロルミネッセンス構造の間に前記電荷生成層を結合させ、前記電荷生成層と前記有機エレクトロルミネッセンス構造とが交互に配列して結合し、
前記電荷生成層がN型半導体層と、N型半導体層に結合されるP型半導体層と、を含む両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイス。
光透過基底を提供するステップと、
前記光透過基底の1つの表面に陽極をめっきするステップと、
前記陽極の前記光透過基底に対する表面に少なくとも2つの有機エレクトロルミネッセンス構造と少なくとも1つの電荷生成層をめっきし、そのうち、前記電荷生成層が、2つずつ隣接する前記有機エレクトロルミネッセンス構造の間に結合され、前記有機エレクトロルミネッセンス構造と交互に配列して結合し、前記電荷生成層がN型半導体層と、N型半導体層に結合されるP型半導体層と、を含むステップと、
最後に光透過陰極をめっきして、前記有機エレクトロルミネッセンスデバイスを得るステップと、を含む両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの製造方法。
本発明の両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスは、電荷生成層を2つ又は複数の有機エレクトロルミネッセンス構造に接続させて、約360°の全方位照明を実現し、照射範囲と適用範囲を拡大すると共に、この構造の両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスに必要な駆動電流が小さく、発光効率、輝度、光出力効率が高く、同時に、必要な駆動電流が小さいので、その寿命を延長させた。この両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの製造方法は、順に各層の構造をめっきすればよく、その製造プロセスが簡単であり、生産効率が向上し、生産コスが低下しており、工業化生産に適用される。
従来の片面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの構造模式図である。 本発明の実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの第1種の構造の模式図である。 本発明の実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの第2種の構造の模式図である。 本発明の実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの第3種の構造の模式図である。 本発明の実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの第4種の構造の模式図である。 本発明の実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの封入後の構造の模式図である。 本発明の実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの製造方法の流れ模式図である。 本発明の実施例1によって製造された両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイス及び対比例5における電荷生成層が設けられていない有機エレクトロルミネッセンスデバイスの発光輝度と電流密度との関係図である。
本発明が解決しようとする技術問題、技術方案及び有益な効果をより明らかにするために、以下、実施例を参照しながら、本発明を更に詳しく説明する。ここで述べた具体的な実施例が本発明を説明するためのものだけであり、本発明を限定しないことを理解すべきである。
有機エレクトロルミネッセンスデバイス(OLED)は、印加電場の作用で、電子が陰極から有機物の最低空軌道(LUMO)に注入され、正孔が陽極から有機物の最高被占軌道(HOMO)に注入されることを発光原理とする。電子と正孔が発光層で会って結合し、励起子を形成し、励起子が電場作用で遷移して、エネルギーを発光材料に伝達し、そして電子を励起させて基底状態から励起状態に遷移させ、励起状態のエネルギーが放射によって失活し、光子を発生させて、光エネルギーを放出する。発した光が基底に照射される時に、基底又は/及び基底に結合された陽極の界面で屈折されたり反射されたりし、屈折された光によって有機エレクトロルミネッセンスデバイスの発した光の損失を招くが、反射された光が有機エレクトロルミネッセンスデバイスのトップの光射出面に反射されて射出され、有機エレクトロルミネッセンスデバイスの発した光の光取り出し効率を増強できる。したがって、光の屈折が発生する界面の特性を変え、元に屈折される光がこの界面に照射された後で全反射又は反射されると、有機エレクトロルミネッセンスデバイスの発した光の光取り出し効率を更に増強できる。
本発明の実施例は、図2〜6に示すように、上述した原理によって駆動電流が小さく、発光輝度、電流効率が高い両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスを提供する。この両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスは、光透過基底21、陽極22、光透過陰極25、少なくとも2つの有機エレクトロルミネッセンス構造23、少なくとも1つの電荷生成層24を含む。各構造の接続関係は以下の通りであり、この電荷生成層24がそれぞれ2つずつ隣接する前記有機エレクトロルミネッセンス構造23の間に結合され、有機エレクトロルミネッセンス構造23と交互に配列して結合し一体に構成し、両端に位置する一方の有機エレクトロルミネッセンス構造23aの電荷生成層24に対する表面が順に陽極22、光透過基底21に結合され、他方の有機エレクトロルミネッセンス構造23bの電荷生成層24に対する表面が光透過陰極25に結合される。この電荷生成層24は、N型半導体層241、N型半導体層241に結合されるP型半導体層242を含む。
このように、この両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスは、電荷生成層を2つ又は複数の有機エレクトロルミネッセンス構造に接続させて、約360°の全方位照明を実現し、照射範囲と適用範囲を拡大すると共に、この構造の両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスに必要な駆動電流が小さく、発光効率、輝度、光出力効率が高く、同時に、必要な駆動電流が小いので、その寿命を有効に延長させた。本発明の実施例における電荷生成層24は、N型半導体層241とP型半導体層242とが結合する構造を採用している。電圧印加後、電荷生成層24に電子と正孔とが生じ、それぞれ外部の陽極と光透過陰極25へ移動して有機エレクトロルミネッセンス構造23に注入され、最終的に外部電極に発生した正孔、電子と結合して励起子を形成し、発光層において放射減衰して発光させる。したがって、この電荷生成層24によって本発明の実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスに必要な作動電流を低下させ、両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの発光輝度を高くし、電流効率を向上させた。
具体的には、上述した電荷生成層24において、N型ドープ有機層241の厚さが、好ましくは10〜30nmであり、P型ドープ有機物又は金属酸化物層242の厚さが、好ましくは3〜30nmである。
上述したN型半導体層241はN型ドープ有機層であり、前記P型半導体層241はP型ドープ有機物層又は金属酸化物層である。
上述した電荷生成層24は、N型ドープ有機層241とP型ドープ有機層242とが結合して構成される場合に、このN型ドープ有機層241の材質が、好ましくはLi:Alq、Li:TPBi、Cs:BPhen、Mg:Alq、F16CuPc、CsCO:Alq、Li:BPhen、Cs:BCP、Li:BCPの少なくとも1種であり、P型ドープ有機層242の材質が、好ましくはFeCl:NPB、F4−TCNQ:NPB、F4−TCNQ:m−MTDATA、CuPcの少なくとも1種である。
上述した電荷生成層24は、N型ドープ有機層241と金属酸化物層242とが結合して構成される場合に、このN型ドープ有機層241の材質が、好ましくはLi:Alq、Li:TPBi、Cs:BPhen、Mg:Alq、F16CuPc、CsCO:Alq、Li:BPhen、Cs:BCP、Li:BCPの少なくとも1種であり、金属酸化物層242の材質が、好ましくはMoO、V、WO、ナノインジウムスズ金属酸化物の少なくとも1種である。
したがって、上述した電荷生成層24がLi:Alq/FeCl:NPB、Li:TPBi/FeCl:NPB、Cs:BPhen/F4−TCNQ:NPB、Mg:Alq/F4−TCNQ:m−MTDATA、F16CuPc/CuPc、CsCO:Alq/MoO、Li:BPhen/MoO、Cs:BCP/ITO、Li:BCP/V、Mg:Alq/WO等の構造であってよい。
上述した電荷生成層24の厚さと材質は電子と正孔の生成に更に有利であると共に、光の透過にも有利である。
具体的には、上述した光透過基底21の材質は、好ましくは光透過ガラス又は透明ポリマー薄膜材料であるが、勿論、代わりに本分野の他の材質を用いてもよい。光透過基底21の厚さは本分野で通常に用いられる厚さを採用してもよいが、優れた光透過性を有することを基準とすべきであり、測定したところ、上述した好ましい材質の光透過率が95%と高い。
具体的には、上述した陽極22の材質が、好ましくはインジウムスズ酸化物(ITO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、インジウムドープ酸化亜鉛(IZO)である。勿論、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)等の本分野で通常に用いられる他の材質を採用してもよい。光透過陽極22の厚さは本分野で通常に用いられる厚さを採用してもよいが、正極22の通電過程での熱量を低下させるために、優れた導電性を有することを基準とすべきであり、同時に、優れた光透過性能を有すべきである。
具体的には、上述した光透過陰極25の材質が、好ましくは金(Au)、銀(Ag)、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、マグネシウムアルミニウム合金又はマグネシウム銀合金であり、光透過陰極25の厚さは本分野で通常に用いられる厚さを採用してもよいが、通電過程での熱量を低下させるために、優れた導電性を有することを基準とすべきであり、同時に、優れた光透過性能を有すべきである。この光透過陰極25は、更に好ましくはAl/Ag二層構造であり、そのうち、Al層の厚さが、好ましくは0.5nmであり、Ag層の厚さが、好ましくは20nmである。
具体的には、上述した有機エレクトロルミネッセンス構造23は、発光層233及び/又は正孔注入層231、正孔輸送層232、電子輸送層234、電子注入層235の少なくとも1種を含む。そのうち、光層は赤、黄、青、緑等の発光材料を採用してよく、発光装置に複数の発光層が存在する時に、同じ又は異なる種類の発光材料を採用してよく、異なる発光材料を採用する場合に、発光材料の類型を調節することによって白光放射を実現でき、また、有機エレクトロルミネッセンス構造23が2つであり、電荷生成層24が1つである場合に、図2に示すように、有機エレクトロルミネッセンス構造23aの一端が陽極22に結合され、他端が電荷生成層24に結合されており、そのうち、有機エレクトロルミネッセンス構造23aにおける発光層233aと陽極22の間に正孔注入層231a、正孔輸送層232aの少なくとも1種を更に有し、発光層233aと電荷生成層24におけるN型半導体層241の間に電子輸送層234a、電子注入層の少なくとも1種を有し、有機エレクトロルミネッセンス構造23bの一端が光透過陰極25に結合され、他端が電荷生産層24に結合されており、有機エレクトロルミネッセンス構造23bにおける発光層233bと光透過陰極25の間に電子輸送層234b、電子注入層235bの少なくとも1種を有し、発光層233bと前記電荷生成層24におけるP型半導体層242の間に正孔注入層231b、正孔輸送層232bの少なくとも1種を有する。
有機エレクトロルミネッセンス構造23が3つであり、電荷生成層24が2つである場合に、図3に示すように、有機エレクトロルミネッセンス構造23と電荷生成層24とが間隔をおいて配列して一体に結合し、有機エレクトロルミネッセンス構造23aの一端が陽極に結合され、他端が電荷生成層24aに結合され、他端の有機エレクトロルミネッセンス構造23bの一端が光透過陰極25に結合され、他端が電荷生成層24bに結合されており、有機エレクトロルミネッセンス構造23aと有機エレクトロルミネッセンス構造23bがそれぞれ発光層233及び/又は正孔注入層231、正孔輸送層232、電子輸送層234、電子注入層235の少なくとも1種を含み、正孔注入層231、正孔輸送層232、電子輸送層234、電子注入層235の結合方式について、上述した有機エレクトロルミネッセンス構造23が2つであり、電荷生成層24が1つである場合の結合方式と同様である。第3の有機エレクトロルミネッセンス構造23cがこの電荷生成層24aと電荷生成層24bの間に結合されており、そのうち、電荷生成層24aにおけるP型半導体層242aと有機エレクトロルミネッセンス構造23cにおける発光層233cの間に正孔注入層231c、正孔輸送層232の少なくとも1種を含み、電荷生成層24bにおけるN型半導体層241bと有機エレクトロルミネッセンス構造23cにおける発光層233cの間に電子輸送層234c、電子注入層235cの少なくとも1種を含む。そのうち、電荷生成層におけるN型半導体層とP型半導体層とを比べると、N型半導体層が正極に近く、P型半導体層が光透過陰極25に近く、即ち、電荷生成層24aと電荷生成層24bが本実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスにおいて同様な方向に結合される。
類推で、有機エレクトロルミネッセンス構造23の数量が3以上であり、電荷生成層24の数量が2以上である場合に、有機エレクトロルミネッセンス構造23と電荷生成層24とが順に間隔をおいて配列して結合する。本実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの構造が図3と同様であり、有機エレクトロルミネッセンス構造23と電荷生成層24とが順に間隔をおいて配列して結合する数量の増加と減少だけを異なる点とする。したがって、本発明の技術方案の範囲内で行った変更であれば、すべて本発明の特許請求の範囲に含まれる。
以上のように、本発明の実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスは、少なくとも以下のいくつかの構造であってよく、勿論、下述の構造のみに限定されない。
第1種の構造:図2に示すように、本発明の実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスは、順に結合する光透過基底21、陽極22、正孔注入層231a、正孔輸送層232a、発光層233a、電子輸送層234a、N型半導体層241、P型半導体層242、正孔注入層231b、正孔輸送層232b、発光層233b、電子輸送層234b、電子注入層235b、光透過陰極25を含む。
第2種の構造:図3に示すように、本発明の実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスは、順に結合する光透過基底21、陽極22、正孔注入層231a、正孔輸送層232a、発光層233a、電子輸送層234a、N型半導体層241a、P型半導体層242a、正孔注入層231c、正孔輸送層232c、発光層233c、電子輸送層234c、電子注入層235c、N型半導体層241b、P型半導体層242b、正孔注入層231b、正孔輸送層232b、発光層233b、電子輸送層234b、電子注入層235b、光透過陰極25を含む。
第3種の構造:図4に示すように、本発明の実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスは、順に結合する光透過基底21、陽極22、正孔輸送層232a、発光層233a、N型半導体層241、P型半導体層242、発光層233b、電子輸送層234b、光透過陰極25を含む。
上述した正孔注入層231の厚さが、好ましくは20〜80nmであり、その材質が、好ましくは遷移金属酸化物であり、更に好ましくは、m−MTDATAであり、勿論、代わりに本分野で通常に用いられる他の材質を用いてもよい。正孔輸送層232の厚さが、好ましくは20〜80nmであり、その材質が、好ましくはNPB、m−MTDATA、TPD、β−NPB、Spiro−NPB、DMF−NPB、α,β−NPB、spiro−TAD、DMF−TPDの少なくとも1種である。電子輸送層234の厚さが、好ましくは20〜80nmであり、その材質が、好ましくはBphen、Alq、BCP、Galq、BeBq、Balq、TPBi、OXD−7、TAZの少なくとも1種である。電子注入層235の厚さが、好ましくは20〜80nmであり、その材質が、好ましくはLiFであり、勿論、代わりに本分野で通常に用いられる他の材質を用いてもよい。例えば、アルカリ土類金属フッ化物(NaF、CsF、CaF、MgF)又は塩化物(NaCl、KCl、RbCl)が挙げられる。
上述した発光層233の厚さが、好ましくは20〜80nmであり、この発光層233には赤、黄、青、緑等の発光材料を採用してよく、上述した有機エレクトロルミネッセンス構造の数が2以上である場合に、同じ又は異なる種類の発光材料を採用してよく、異なる発光材料を採用する場合に、発光材料の類型を調節することによって白光放射又は他の色の光放射を実現できる。この発光層233として、好ましくはC545T:Alq、(F−BT)Ir(acac):CBP、DPVBi、FIrPic:CBP、Ir(ppy):CBP、Ir(piq):CBPの少なくとも1種である。勿論、代わりに本分野の他の材質を採用してもよく、例えば、ジメチルキナクリドン(DMQA)等を採用してもよい。
有機エレクトロルミネッセンスデバイスは、発光過程において、正孔と電子の輸送速度率が一致していないので、電子−正孔の結合確率が通常低く、その輝度と効率の向上ができない。したがって、正孔注入層231、正孔輸送層232、発光層233、電子輸送層234、電子注入層235という配置を採用することによって、電子及び正孔の注入と輸送の速度率を有効に調節し、キャリヤーのバランスをとり、結合領域を制御することができ、好ましい発光輝度と発光効率が得られると同時に、本発明の実施例に係る有機エレクトロルミネッセンスデバイスにおける有機エレクトロルミネッセンス構造のそれぞれと電荷生成層24、陽極22、光透過陰極25の間の良好な付着性を保証しているだけではなく、陽極22と光透過陰極25からのキャリヤーを容易に有機エレクトロルミネッセンス構造に注入できる。例えば、正孔注入層231が、好ましくは遷移金属酸化物であり、このような材料は、エネルギーレベルが有機正孔輸送層232とマッチングしており、陽極22の正孔注入が著しく増強されて、電子及び正孔の注入と輸送の速度率が有効に調節され、キャリヤーのバランスが取られ、結合領域が制御されており、本発明の実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスに好ましい発光輝度と発光効率を持たせた。
更に、本発明の実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスにおいて、図5に示すように、上述した陽極22と光透過基底21の間に一層の水気遮断層26を更に設けてよい。水気遮断層26を設けるのは、使用過程において、大気中の水気が両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスにしみ込んで、両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの効率に影響を与えることを防止するためである。この水気遮断層26の厚さが、好ましくは50〜200nmであり、その材質が、好ましくはSiN、SiO、Si、Al、Taの少なくとも1種である。この材質と厚さの水気遮断層26は、水気のしみ込みをより効果的に阻止できると共に、光透過性能が良好である。例えば、SiNで形成した水気遮断層26は、緻密であり、光透過性が優れ、有効に水気を遮断できる。光透過基底21の材質種類によって水気遮断層26を設けてよく、例えば、光透過基底21の材質が透明ポリマー薄膜材料である場合に、好ましくはこの透明ポリマー薄膜光透過基底21の1つの表面に水気遮断層26を設ける。勿論、光透過基底21の材質が透明ガラスである場合に、この水気遮断層26を増設してもよい。
更に、本発明の実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスにおいて、図5に示すように、上述した光透過陰極25の有機エレクトロルミネッセンス構造23に対する表面に透過率増加膜層27が結合されている。金属光透過陰極25の光透過率が光透過ベースの光透過率よりも低いので、この透過率増加膜層27を設けることによって光透過陰極25の光透過性を更に増強して、光透過陰極25の光出力効率を向上させることができる。この透過率増加膜26の厚さが、好ましくは40〜100nmであり、その材質が、好ましくはAlq、ZnSe、TeO、MoO、BCP、m−MTDATA、ZnSの少なくとも1種である。測定したところ、本発明の実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスに透過率増加膜層27を増設することによって、光透過陰極25での光透過率を8〜10%と増加させた。
透過率増加膜層27の外表面に、又は直接に光透過陰極25の外表面に透明被覆層28を更に増設してよく、この透明被覆層28を設けるのは、光透過陰極25の酸化を更に阻止するためである。図6に示すように、水気が光透過陰極25側から本発明の実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスにしみ込むことを阻止するために、透過率増加膜層27、又は光透過陰極25と透明被覆層28の間に上述した水気遮断層26を更に増設してよい。
更に、本発明の実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスにおける各層の構造に対する更なる保護、及びその発光強度と発光効率に対する保証を図るために、光透過基底21と透明被覆層28の間及び22、23、24、25の周囲、又は22、23、24、25、26、27の周囲に更に一層の透明接着剤29を封入してよく、この透明接着剤29の材質が紫外線硬化接着剤(UV接着剤)であってよく、勿論、代わりに本分野の他の接着剤を採用してもよい。透明接着剤29が封入された本発明の実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの構造が図6に示す通りである。
本発明の実施例は、上述した原理によって上述した両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの製造方法を更に提供し、この方法の工程図が図7に示す通りであり、同時に図2〜6を参照し、この方法が、
S1:光透過基底21を提供するステップと、
S2:光透過基底21の1つの表面に陽極22をめっきするステップと、
S3:陽極22の光透過基底21に対する表面に少なくとも2つの有機エレクトロルミネッセンス構造23と少なくとも1つの電荷生成層24をめっきし、そのうち、電荷生成層24が2つずつ隣接する有機エレクトロルミネッセンス構造23の間に結合され、有機エレクトロルミネッセンス構造23と交互に配列して結合され、電荷生成層24がN型半導体層241と、N型半導体層241に結合されるP型半導体層242と、を含むステップと、
S4:最後に光透過陰極25をめっきして、両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスを得るステップと、を含む。
上述した両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの製造方法は、順に各層の構造をめっきすればよく、その製造プロセスが簡単であり、生産効率が向上し、生産コストが低下しており、工業化生産に適用される。
具体的には、上述した両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの製造方法のステップS1において、光透過基底21の構造、材質及び規格が上述した通りであり、ここでくどくどと述べない。
上述した両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの製造方法のステップS2において、陽極2をめっきする方式が、好ましくは蒸着、スパッタリング又はジェットメッキである。そのうち、スパッタリングはマグネトロンスパッタリングであってよい。陽極2の材質及びめっき厚さについては上述したので、ここでくどくどと述べない。この陽極22の次の蒸着を行う前に、前処理が必要であり、この前処理の方式は洗浄、酸素プラズマ処理等を含む。そのうち、陽極22の表面の異物を徹底的に除去して、陽極22の表面を最大限に清浄にするために、洗浄方式として、順に洗剤、脱イオン水、アセトン、エタノール、イソプロパノールでそれぞれ15min超音波洗浄する方式が好ましく、陽極22に対して洗浄処理を行ってから、酸素プラズマ処理を行い、この酸素プラズマ処理の時間が、好ましくは5−15minであり、電力が、好ましくは10−150Wであり、その主な作用は導電ガラスの表面の粗度と接触角を小さくして、その表面の湿潤性と吸着性の改善を図ることにあり、そして、表面処理によってその表面の有機汚染物を更に除去できる。
上述した両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの製造方法のステップS3において、有機エレクトロルミネッセンス構造23と電荷生成層24をめっきする方式が、好ましくは蒸着、スパッタリング、ジェットメッキ又は化学成長方式である。例えば、この有機エレクトロルミネッセンス構造23が、好ましくは順に結合する正孔注入層231、正孔輸送層232、発光層233、電子輸送層234、電子注入層235を含む場合に、蒸着、スパッタリング、ジェットメッキ又は化学成長方式によって陽極2に順に正孔注入層231、正孔輸送層232、発光層233、電子輸送層234、電子注入層235をめっきする。有機エレクトロルミネッセンス構造23と電荷生成層24の構造等の状況については上述したので、ここでくどくどと述べない。
上述した両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの製造方法のステップS4において、光透過陰極25をめっきする方式が有機発光構造23をめっきする方式と同様であり、或いは、例えば陽極22をめっきする方式を採用してよく、光透過陰極25の厚さと材質が前記の通りである。
この両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの製造は、光透過基底21に順に各層の構造をめっきすれば、最終な製品が得られ、製造プロセスが簡単であり、生産効率が向上し、生産コストが低下しており、工業化生産に適用される。
更に、上述した両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの製造方法のステップS1の後、ステップS2の前に、光透過基底21の1つの表面に更に水気遮断層26をめっきする。
更に、上述した両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの製造方法のステップS4の処理の後、上述した光透過陰極25の外表面に更に透過率増加膜層27をめっきする。
上述した水気遮断層26、透過率増加膜層27のめっきの厚さ、材質及び作用については上述したので、ここでくどくどと述べない。そのうち、水気遮断層26をめっきする方式として、好ましくはN雰囲気で行う。例えば、材質がSiNである水気遮断層26をめっきする場合に、N雰囲気で、高純度のSiターゲット材を用いて、マグネトロンスパッタリングシステムにおいて光透過基底21の1つの表面に材質がSiNである水気遮断層26をめっきする。勿論、水気遮断層26、透過率増加膜層27をめっきする方式として、更に蒸着、ジェットメッキ等の本分野で通常に用いられる方式を採用してよい。
以下、具体的な実例を参照しながら、本発明を更に詳しく説明する。
(実施例1)
本実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの構造は図2、図6に示す通りであり、この両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスは、順に結合する光透過基底21、陽極22、正孔注入層231a、正孔輸送層232a、発光層233a、電子輸送層234a、N型ドープ有機層241、P型ドープ有機層242、正孔注入層231b、正孔輸送層232b、発光層233b、電子輸送層234b、電子注入層235b、光透過陰極25、透過率増加膜層27、水気遮断層26、透明被覆層28、光透過基底21と透明被覆層28の間かつ陽極22〜水気遮断層26の周囲に封入された透明接着剤層29を含む。
そのうち、光透過基底21が厚さ200nmの透明ガラスであり、陽極22が厚さ100nmのインジウムスズ酸化物(ITO)層であり、正孔注入層231aが厚さ30nmのm−MTDATA層であり、正孔輸送層232aが厚さ50nmのNPB層であり、発光層233aが厚さ20nmのC545T:Alq層であり、電子輸送層234aが厚さ40nmのAlq層であり、N型ドープ有機層241が厚さ20nmのLi:Alq層であり、P型ドープ有機層242が厚さ5nmのMoOであり、正孔注入層231bが厚さ30nmのm−MTDATA層であり、正孔輸送層232aが厚さ50nmのNPB層であり、発光層233aが厚さ20nmのC545T:Alq層であり、電子輸送層234aが厚さ40nmのAlq層であり、電子注入層235bが厚さ1nmのLiF層であり、光透過陰極25がAl/Ag層であり、Al層が0.5nmであり、Ag層が20nmであり、水気遮断層26が厚さ50nmのSiNであり、透過率増加膜層27が厚さ80nmのAlqであり、透明被覆層28が透明ガラスであり、接着剤層29の材質がUV接着剤である。
その製造方法は以下の通りであり、
(1)透明ガラスを光透過基底21とし、光透過基底21の1つの表面に一層のITOをスパッタリングして陽極22とし、陽極22を順に洗剤、脱イオン水、アセトン、エタノール、イソプロパノールでそれぞれ15min超音波洗浄することと、
(2)真空度5×10−4Paの膜めっきシステムにおいて、蒸着の方式によって順に正孔注入層231a、正孔輸送層232a、発光層233a、電子輸送層234a、N型ドープ有機層241、P型ドープ有機層242、正孔注入層231b、正孔輸送層232b、発光層233b、電子輸送層234b、電子注入層235b、光透過陰極25をめっきすることと、
(3)電子注入層235bの外表面に順に光透過陰極25、透過率増加膜層27をスパッタリングすることと、
(4)Nの雰囲気で、マグネトロンスパッタリングシステムを用いて、透過率増加膜層27の1つの表面に厚さ50nmのSiNを一層スパッタリングして水気遮断層26とすることと、
(5)水気遮断層26の外表面に透明ガラス層28を増設することと、
(6)光透過基底21と透明被覆層28の間、及び陽極22〜水気遮断層26の周囲に透明接着剤層29を封入して、図6に示す両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスを得ることと、を含む。
本実施例によって製造された両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスにおいて、C545T:Alqのドープ構造を緑光発光層とし、Li:Alq/MoOの積層構造を電荷生成層24とし、Alq薄膜を透過率増加膜とする。この両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの輝度と電流密度の関係を図8に示す。図8から分かるように、本発明の実施例に係る電荷生成層24を増設していない対比例5の有機エレクトロルミネッセンスデバイスに比べて、同じ電流密度条件で、本実施例によって製造された両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの発光輝度が明らかに向上し、約1.9倍と向上した。同時に、本実施例によって製造された両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの駆動電流が小さく、発光効率、輝度、光出力効率が高いことも分かっており、必要な駆動電流が小さいので、対応してこの両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの寿命を延長させた。
(実施例2)
本実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの構造は実施例1および図6に示すものと類似である。
その製造方法は以下の通りであり、
(1)PET薄膜を得て、それに対して洗浄処理を行うことと、
(2)Nの雰囲気で、マグネトロンスパッタリングシステムを用いて、光透過基底21の1つの表面に厚さ50nmのSiNをスパッタリングして水気遮断層26とすることと、
(3)水気遮断層26の外表面に厚さ150nmのAZOをスパッタリングして陽極22とし、それに対して洗浄処理を行い、洗浄方式が実施例1における製造方法のステップ(1)と同様であることと、
(4)真空度4×10−4Paの膜めっきシステムにおいて、蒸着の方式によって順に厚さ30nmのm−MTDATA層231a、厚さ50nmのNPB層232a、厚さ30nmのDPVBi233a、厚さ20nmのBphen層234a、厚さ20nmのAlq層235a、厚さ30nmのMg:Alq層241、厚さ3nmのMoO層242、厚さ30nmのm−MTDATA層231b、厚さ50nmのNPB層232b、厚さ30nmの(F−BT)Ir(acac):CBP層233b、厚さ20nmのBphen層234b、厚さ1nmのLiF層235bをめっきすることと、
(5)電子注入層235bの外表面に順に0.5nmのAl層、20nmのAg層を蒸着して光透過陰極25、100nmのBCP透過率増加膜層27とすることと、
(6)Nの雰囲気で、マグネトロンスパッタリングシステムを用いて、透過率増加膜層27の1つの表面に厚さ50nmのSiNをスパッタリングして他方の水気遮断層26とすることと、
(7)水気遮断層26の外表面にPET薄膜層28を増設することと、
(8)光透過基底21と透明被覆層28の間、及び陽極22〜他方の水気遮断層26の周囲に透明接着剤層29を封入して、両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスを得ることと、を含む。
本実施例によって製造された両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスにおいて、(F−BT)Ir(acac):CBPのドープ構造を黄光発光層とし、DPVBiを青光発光層とし、Mg:Alq/MoOの積層構造を電荷生成層とする。測定したところ、この両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの輝度と電流密度の関係が図7と類似な変化趨勢になった。
(実施例3)
本実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの構造は、図2に示す通りである。この両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスは、順に結合する光透過基底21、陽極22、正孔注入層231a、正孔輸送層232a、発光層233a、電子輸送層234a、N型ドープ有機層241、P型ドープ有機層242、正孔注入層231b、正孔輸送層232b、発光層233b、電子輸送層234b、電子注入層235b、光透過陰極25を含む。
そのうち、光透過基底21が厚さ200nmの透明ガラスであり、陽極22が厚さ150nmのIZO層であり、正孔注入層231aが厚さ30nmのm−MTDATA層であり、正孔輸送層232aが厚さ50nmのNPB層であり、発光層233aが厚さ20nmのDPVBi層であり、電子輸送層234aが厚さ40nmのAlq層であり、N型ドープ有機層241が厚さ25nmのCs:BPhen層であり、P型ドープ有機層242が厚さ10nmのWOであり、正孔注入層231bが厚さ30nmのm−MTDATA層であり、正孔輸送層232bが厚さ50nmのNPB層であり、発光層233bが厚さ20nmのRubrene:Alq層であり、電子輸送層234bが厚さ40nmのAlq層であり、電子注入層235bが厚さ1nmのLiF層であり、光透過陰極25が20nmのCa層である。
その製造方法は以下の通りであり、
(1)透明ガラスを得て、それに対して洗浄処理を行うことと、
(2)水気遮断層26の外表面に厚さ150nmのIZOをスパッタリングして陽極22とし、それに対して洗浄処理を行い、洗浄方式が実施例1における製造方法のステップ(1)と同様であることと、
(4)真空度4×10−4Paの膜めっきシステムにおいて、蒸着の方式で順に厚さ30nmのm−MTDATA層231a、厚さ50nmのNPB層232a、厚さ20nmのDPVBi層233a、厚さ40nmのAlq層234a、厚さ25nmのCs:BPhen層241、厚さ10nmのWO層242、厚さ30nmのm−MTDATA層231b、厚さ50nmのNPB層232b、厚さ30nmのRubrene:Alq層233b、厚さ40nmのAlq層234b、厚さ1nmのLiF層235bをめっきすることと、
(5)電子注入層235bの外表面に順に0.5nmのAl層、20nmのAg層を蒸着して光透過陰極25、透過率増加膜層27とすることと、
(6)透過率増加膜層27の外表面に厚さ50nmのSiOを蒸着して他方の水気遮断層26とすることと、
(7)水気遮断層26の外表面に透明ガラス盖板28を増設することと、
(8)光透過基底21と透明被覆層28の間、及び陽極22〜他方の水気遮断層26の周囲に透明接着剤層29を封入して、両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスを得ることと、を含む。
本実施例によって製造された両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスにおいて、Rubrene:Alqのドープ構造を黄光発光層とし、DPVBiを青光発光層とし、Cs:BPhen/WOの積層構造を電荷生成層とする。測定したところ、この両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの輝度と電流密度の関係が図8と類似な変化趨勢になった。
(実施例4)
本実施例に係る両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの構造は、図3と図6に示す通りである。この両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスは、順に結合する光透過基底21、陽極22、正孔注入層231a、正孔輸送層232a、発光層233a、電子輸送層234a、N型ドープ有機層241a、P型ドープ有機層242a、正孔注入層231c、正孔輸送層232c、発光層233c、電子輸送層234c、電子注入層235c、N型ドープ有機層241b、金属酸化物242b、正孔注入層231b、正孔輸送層232b、発光層233b、電子輸送層234b、電子注入層235b、光透過陰極25、透過率増加膜層27、水気遮断層26、透明被覆層28、光透過基底21と透明被覆層28の間かつ陽極22〜水気遮断層26の周囲に封入された透明接着剤層29を含む。
その製造方法は以下の通りであり、
(1)透明ガラスを得て、それに対して洗浄処理を行い、洗浄方式が実施例1における製造方法のステップ(1)と同様であることと、
(2)Nの雰囲気で、マグネトロンスパッタリングシステムを用いて、光透過基底21の1つの表面に水気遮断層26として厚さ50nmのSiNをスパッタリングすることと、
(3)水気遮断層26の外表面に陽極22として厚さ150nmのITOをスパッタリングすることと、
(4)真空度3×10−4Paの膜めっきシステムにおいて、蒸着の方式で順に厚さ30nmのm−MTDATA層231a、厚さ50nmのNPB層232a、厚さ20nmのFIrPic:CBP233a、厚さ20nmのTPBi層234a、厚さ20nmのLi:Alq層241、厚さ30nmのFeCl:NPB層242、厚さ40nmのm−MTDATA層231c、厚さ40nmのNPB層232c、厚さ20nmのIr(ppy):CBP層233c、厚さ20nmのTPBi層234c、厚さ1nmのNaF235c、厚さ10nmのLi:TPBi層241b、厚さ5nmのV層242b、厚さ40nmのm−MTDATA層231b、厚さ40nmのNPB層232b、厚さ20nmのIr(piq):CBP層233b、厚さ20nmのTPBi層234b、厚さ1nmのLiF層235bをめっきすることと、
(5)電子注入層235bの外表面に順に0.5nmのAl層、20nmのAg層をスパッタリングして光透過陰極25、厚さ40nmのm−MTDATA層27とすることと、
(6)Nの雰囲気で、マグネトロンスパッタリングシステムを用いて、透過率増加膜層27の表面に厚さ50nmのSiNをスパッタリングして他方の水気遮断層26とすることと、
(7)水気遮断層26の外表面に透明ガラス層28を増設することと、
(8)光透過基底21と透明ガラス層28の間、及び陽極22〜他方の水気遮断層26の周囲にUV透明接着剤層29を封入して、両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスを得ることと、を含む。
本実施例によって製造された有機エレクトロルミネッセンスデバイスの性能を測定したところ、実施例1によって製造された有機エレクトロルミネッセンスデバイスの性能に類似する。
(対比例5)
本実施例の有機エレクトロルミネッセンスデバイスの構造は、順に結合する透明ガラス21、ITO陽極22、30nmのm−MTDATA正孔注入層、50nmのNPB正孔輸送層、20nmのC545T:Alq(20nm)発光層、40nmのAlq電子輸送層、1nmのLiF電子注入層、Al(0.5nm)/Ag(20nm)の陰極、80nmのAlq透過率増加膜層、50nmのSiN水気遮断層、透明ガラスの透明被覆層、光透過基底と透明被覆層の間、及び陽極〜水気遮断層の周囲に封入されたUV透明接着剤層29を含む。
測定したところ、本対比例の有機エレクトロルミネッセンスデバイス及び実施例1によって製造された両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの発光強度と電流密度の関係は図8に示される通りである。
以上で述べたのは本発明の好ましい実施例だけであり、本発明を制限するためのものではなく、本発明の精神及び原則内に行ったいかなる修正や同等な変更、改善等も、本発明の特許請求の範囲に含まれるべきである。

Claims (11)

  1. 光透過基底、陽極、光透過陰極を含む両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスであって、前記陽極と前記光透過陰極の間に少なくとも2つの有機エレクトロルミネッセンス構造と少なくとも1つの電荷生成層を更に含み、
    2つずつ隣接する前記有機エレクトロルミネッセンス構造の間に前記電荷生成層を結合させ、前記電荷生成層と前記有機エレクトロルミネッセンス構造とが交互に配列して結合し、
    前記電荷生成層がN型半導体層と、N型半導体層に結合されるP型半導体層と、を含むことを特徴とする両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイス。
  2. 前記N型半導体層の厚さが10〜30nmであり、前記P型半導体層の厚さが3〜30nmであることを特徴とする請求項1に記載の両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイス。
  3. 前記N型半導体層がN型ドープ有機層であり、前記P型半導体層がP型ドープ有機層又は金属酸化物層であることを特徴とする請求項1に記載の両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイス。
  4. 前記電荷生成層は、N型ドープ有機層とP型ドープ有機層とが結合して構成する場合に、前記N型ドープ有機層がLi:Alq、Li:TPBi、Cs:BPhen、Mg:Alq、F16CuPc、CsCO:Alq、Li:BPhen、Cs:BCP、Li:BCPの少なくとも1種であり、
    前記P型ドープ有機層がFeCl:NPB、F4−TCNQ:NPB、F4−TCNQ:m−MTDATA、CuPcの少なくとも1種であることを特徴とする請求項3に記載の両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイス。
  5. 前記電荷生成層は、N型ドープ有機層と金属酸化物層とが結合して構成する時に、前記N型ドープ有機層がLi:Alq、Li:TPBi、Cs:BPhen、Mg:Alq、F16CuPc、CsCO:Alq、Li:BPhen、Cs:BCP、Li:BCPの少なくとも1種であり、
    前記金属酸化物層における金属酸化物がMoO、V、WO、ナノインジウムスズ金属酸化物の少なくとも1種であることを特徴とする請求項3に記載の両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイス。
  6. 前記陽極と前記有機エレクトロルミネッセンス構造の発光層の間に順に正孔注入層、正孔輸送層の少なくとも1種を設け、前記有機エレクトロルミネッセンス構造の発光層と前記電荷生成層におけるN型半導体層の間に順に電子輸送層、電子注入層の少なくとも1種を含み、前記有機エレクトロルミネッセンス構造の発光層と前記電荷生成層におけるP型半導体層の間に順に正孔注入層、正孔輸送層の少なくとも1種を含み、前記有機エレクトロルミネッセンス構造の発光層と前記光透過陰極の間に順に電子輸送層、電子注入層の少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1に記載の両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイス。
  7. 前記光透過陰極の外表面に、厚さが40〜100nmであり、材質がAlq、ZnSe、TeO、MoO、BCP、m−MTDATA、ZnSの少なくとも1種である透過率増加膜層が更に結合されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイス。
  8. 前記陽極と光透過基底の間及び/又は光透過陰極の外表面に、厚さが50〜200nmであり、材質がSiN、SiO、Si、Al、Taの少なくとも1種である水気遮断層が更に設けられていることを特徴とする請求項7に記載の両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイス。
  9. 光透過基底を提供するステップと、
    前記光透過基底の1つの表面に陽極をめっきするステップと、
    前記陽極の前記光透過基底に対する表面に少なくとも2つの有機エレクトロルミネッセンス構造と少なくとも1つの電荷生成層をめっきし、そのうち、前記電荷生成層が、2つずつ隣接する前記有機エレクトロルミネッセンス構造の間に結合され、前記有機エレクトロルミネッセンス構造と交互に配列して結合し、前記電荷生成層がN型半導体層と、N型半導体層に結合されるP型半導体層と、を含むステップと、
    最後に光透過陰極をめっきして、前記有機エレクトロルミネッセンスデバイスを得るステップと、を含むことを特徴とする請求項1に記載の両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの製造方法。
  10. 前記光透過陰極の外表面に透過率増加膜層が更にめっきされていることを特徴とする請求項9に記載の両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの製造方法。
  11. 前記陽極と光透過基底の間及び/又は光透過陰極の外表面に水気遮断層をめっきするステップを更に含むことを特徴とする請求項9に記載の両面発光有機エレクトロルミネッセンスデバイスの製造方法。
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