JP2015076602A - トップエミッション型青色発光ｏｌｅｄおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トップエミッション型青色発光ＯＬＥＤの発光効率と色純度を向上し、駆動電圧を下げ、次第に製品のフルカラー表示のバランスと全体性能を向上すること。
【解決手段】本発明は、トップエミッション型青色発光ＯＬＥＤおよびその製造方法を提供し、前記トップエミッション型青色発光ＯＬＥＤは、陽極とする反射電極と、前記反射電極の上に形成される正孔注入層と、前記正孔注入層の上に形成される発光層と、前記発光層の上に形成される電子輸送層と、陰極として前記電子輸送層の上に形成される透明電極とを備え、前記正孔注入層は金属フタロシアニン化合物を含む。
【選択図】図２

Description

この発明は、ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）の技術分野に係り、特に、トップエミッション型青色発光ＯＬＥＤおよびその製造方法に関する。

近年、ＯＬＥＤはディスプレイ技術分野や照明技術分野などで幅広く応用されている。ＯＬＥＤは、アクティブ発光、高輝度、広い視野角、高コントラスト、低消費電力、薄型軽量、高速応答、簡単な製造プロセスおよび低コストなどの利点を有し、特に、画像高品質性および携帯便利さおよび可撓性などの利点を有するので、次世代のフラットパネルディスプレイの主流技術の一つとして公認されている。

ＯＬＥＤ技術の最終的目的はフルカラー表示を実現することであるが、フルカラー表示のためには、優れた性能を有するＲＧＢ三原色の発光材料が必要となる。従来技術では、緑色発光ＯＬＥＤの効率がもっとも高く、次は赤色発光ＯＬＥＤであり、青色発光ＯＬＥＤの効率が一番低い。青色発光ＯＬＥＤは、その発光輝度、効率、安定性および色純度が緑色発光ＯＬＥＤに比べられないほど低いので、フルカラー表示の際の各色発光ＯＬＥＤの効率バランスが取れなくなり、比較的複雑なパネル設計や駆動IC 設計により補わなければならない。

一般的に、有機発光ダイオードＯＬＥＤは、光を取り出す方向により、ボトムエミッション型ＯＬＥＤとトップエミッション型ＯＬＥＤの二種類に分けられる。その中、ボトムエミッション型ＯＬＥＤは基板方向に光を取り出すことに対して、トップエミッション型ＯＬＥＤは基板と逆の方向に光を取り出す。ＯＬＥＤは、フルカラー表示パネルの高い開口率と色飽和度を実現するために、よくトップエミッション方式を採用するとともに、なるべく高い色純度が要求されている。トップエミッション型青色発光ＯＬＥＤは、ボトムエミッション型ＯＬＥＤと比べて、その発光効率が更に低い。

図１は従来のトップエミッション型ＯＬＥＤの構成を示す模式図である。この図に示されているように、従来のトップエミッション型ＯＬＥＤにおいて、不透明な反射電極（すなわち、陽極）１１が基板（図面には示めされてない）上を覆うように形成され、反射電極１１上に順に第１の正孔注入層１２、第２の正孔注入層１３、正孔輸送層１４、発光層１５、電子輸送層１６と透明電極（すなわち、陰極）１７が成長されている。ＯＬＥＤの発光層１５から発された光は、その一部が電子輸送層１６を透過してトップ側にある透明電極１７から出射され、ほかの一部が正孔輸送層１４、第２の正孔注入層１３と第１の正孔注入層１２を透過して反射電極１１に出射されてから、反射電極１１により反射され、トップ側にある透明電極１７から出射される。従来技術におけるトップエミッション型ＯＬＥＤの場合、反射電極（すなわち、陽極）としてＡｇ、Ａｌなどの金属が用いられることが多く、これらの反射電極ほどんとの青色波長に対する反射率が６０%未満であるため、多量の光損失が発生することにより、青色発光ＯＬＥＤの発光率が低下される。

以上により、トップエミッション型ＯＬＥＤの性能、特にトップエミッション型の青色発光ＯＬＥＤの発光効率および出射光の色純度の向上が、製品全体の性能の向上へ大きく影響することがわかる。

本発明は、従来技術の上記のような問題点を補うためになされたものであり、その目的は、青色発光ＯＬＥＤの発光効率と出射光の色純度が向上できるトップエミッション型の青色発光ＯＬＥＤおよびその製造方法を提供することである。

上述した目的を実現するため、本発明の一側面によれば、陽極とする反射電極と、前記反射電極の上に形成される正孔注入層と、前記正孔注入層の上に形成される発光層と、前記発光層の上に形成される電子輸送層と、陰極として前記電子輸送層の上に形成される透明電極とを備え、前記正孔注入層は金属フタロシアニン化合物を含むことを特徴とするトップエミッション型青色発光ＯＬＥＤを提供する。

本発明のもう一つ側面によれば、基板の上に陽極とする反射電極を設けるステップと、前記反射電極の上に正孔注入層を設けるステップと、前記正孔注入層の上に発光層を設けるステップと、前記発光層の上に電子輸送層を設けるステップと、前記電子輸送層の上に陰極とする透明電極を設けるステップとを含み、前記正孔注入層は金属フタロシアニン化合物を含むことを特徴とするトップエミッション型青色発光ＯＬＥＤの製造方法を提供する。

上述した通り、本発明のトップエミッション型青色発光ＯＬＥＤでは、青色発光ＯＬＥＤの光を陽極まで伝送する前に第２の正孔注入層により反射する。従って、トップエミッション型青色発光ＯＬＥＤの発光効率と色純度を向上し、駆動電圧を下げ、次第に製品のフルカラー表示のバランスと全体性能を向上することが可能となる。

図１は、従来のトップエミッション型ＯＬＥＤの構成を示す図である。 図２は、本発明のトップエミッション型青色発光ＯＬＥＤの構成を示す模式図である。 図３は本発明のトップエミッション型青色発光ＯＬＥＤの製造方法の手順を示すフローチャートである。

次から本発明の実施例について詳しく説明する。ここで説明する実施例は単なる例とするだけであり、本発明に限るものではない。

図２は本発明のトップエミッション型青色発光ＯＬＥＤの構成を示す図である。該図に示すように、前記トップエミッション型青色発光ＯＬＥＤは、陽極とする反射電極２１と、反射電極２１の上に形成される第２の正孔注入層２３と、第２の正孔注入層２３の上に形成される発光層２５と、発光層２５の上に形成される電子輸送層２６と、陰極として電子輸送層２６の上に形成される透明電極２７とを備え、その中、第２の正孔注入層２３は、金属フタロシアニン化合物を含み、発光層２５から発される光を反射するものである。

一実施例において、トップエミッション型青色発光ＯＬＥＤは、更に、反射電極２１と第２の正孔注入層２３の間に設けられる第１の正孔注入層２２、および／または、第２の正孔注入層２３と発光層２５の間に設けられる正孔輸送層２４を備える。但し、第１の正孔注入層２２と正孔輸送層２４は、必要に応じて設けられるものである。

具体的に、本発明では、用いられる第２の正孔注入層２３の青色有機半導体材料と陽極２１の金属材料の仕事関数のマッチング特性が良ければ（ここで、説明しておくべきなのは、陽極の仕事関数が青色材料のHOMO 値に近づいていれば、そのマッチング特性がよくなるが、それらの差が大きければそのマッチング特性が悪くなる）、第１の正孔注入層２２を省略することができる。逆に、反射電極２１の注入が理想的でなければ（通常では、金属の仕事関数と有機材料のHOMO 値との差が大きいため、電極と有機材料の接触バリアが大きくなり、反射電極２１の注入が理想的でなくなる）、第１の正孔注入層２２を設けることによって正孔の注入が向上することができる。すなわち、本発明では、青色有機半導体材料と陽極金属材料の仕事関数のマッチング特性に基づいて、第１の正孔注入層２２を設けるべきか否かを決める。

主に、用いられる有機半導体材料と発光層２５の材料とのエネルギーレベルのマッチング特性に基づいて、金属フタロシアニン化合物を含む第２の正孔注入層２３の上に正孔輸送層２４を設けるか否かを決める。マッチング特性が良ければ、本発明では正孔輸送層２４を省略できる。マッチング特性が悪ければ、正孔輸送層２４を設けることによって比較的良いマッチング特性を得ることで、エキシトン消光現象を減らすようにすることができる。ここで、注意すべきなのは、正孔輸送層２４を設ける必要がある場合、その厚さを１００Å〜２００Åの範囲にすることが好ましい。

電子と正孔の輸送特性が異なるため、各層の材料を選ぶ際には、電子と正孔との輸送特性に適し、各層間の相性が良く、電子と正孔の輸送および注入に有利になるような材料を選択する必要がある。

具体的に、一実施例において、通常、反射電極（すなわち、陽極）２１の材料としてＡｇ、Ａｌの中の少なくとも一種類を採用し、発光層２５の材料としてDPVBiなどを採用し、電子輸送層２６の材料としてＡｌq_３などを採用する。また、透明電極（すなわち、陰極）２７の材料としてSm、Ａｇの中の少なくとも一種類を採用し、第１の正孔注入層２２、第２の正孔注入層２３および正孔輸送層２４の材料としてＮＰＢ、ＴＰＤ、Ｆ４ＴＣＮＱ、ＭＴＤＡＴＡの中の少なくとも一種類を採用する。

本発明の実施例において、前記第２の正孔注入層２３は、金属フタロシアニン化合物を含む材料により構成されてもよく、金属フタロシアニン化合物を含む材料層とＮＰＢ、ＴＰＤ、Ｆ４ＴＣＮＱ、ＭＴＤＡＴＡの中の少なくとも一種類を含む材料層から構成されてもよい。

すなわち、第２の正孔注入層２３の材料として、少なくとも青色系の金属フタロシアニン化合物の材料を含まなければならず、前記金属フタロシアニン化合物は、銅フタロシアニン（CuPc）、亜鉛フタロシアニン（ZnPc）、チタンフタロシアニン（TiOPc）、バナジウムフタロシアニン（VOPc）、自由フタロシアニン（Pc）の中の少なくとも一種類である。

これらの材料のいずれもが、青色金属化合物が混合されている有機半導体材料であるため、第２の正孔注入層２３の上に蒸着または塗布すれば、発光層２５からの青色の光の大部分を反射し、青色の光以外の光を吸収することができる。従って、発光層２５からの青色の光の大部分は、反射電極２１まで届かず、直接第２の正孔注入層２３により反射される。これによって、青色の光の発光効率と出射光の色純度を向上することができるだけでなく、透明電極２７の出光効率をも著しく強化されるので、発光効率が大幅に向上されて、駆動電圧を低下させることが可能になる。

第２の正孔注入層２３が二層の材料で構成される場合、必要に応じて、金属フタロシアニン化合物を含む材料層を、ＮＰＢ、ＴＰＤ、Ｆ４ＴＣＮＱ、ＭＴＤＡＴＡの中の少なくとも一種類を含む材料層の上方または下方に設けることができるが、上方に設けることが好ましい。ここで、注意すべきことは、金属フタロシアニン化合物を含む材料層の厚さの範囲は１００ｎｍ〜２００ｎｍであり、ＮＰＢ、ＴＰＤ、Ｆ４ＴＣＮＱ、ＭＴＤＡＴＡの中の少なくとも一種類を含む材料層の厚さ範囲は１０ｎｍ〜３０ｎｍである。

本実施例では、第２の正孔注入層２３を内反射層として機能させるために、その厚さを１００ｎｍより大きくする必要があるが、１００ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にすることが好ましい。ここで、注意すべきことは、その厚さが小さすぎると、第２の正孔注入層２３の青色の光に対する反射効果が理想的でなくなる。

従来のＯＬＥＤ（図１を参照）において、発光層１５から発される光は、その一部が電子輸送層１６を直接透過してトップ側にある透明電極１７から出射され、ほかの一部が正孔輸送層１４、第２の正孔注入層１３と第１の正孔注入層１２を透過して反射電極１１に至り、反射電極１１によって反射されて、順に第１の正孔注入層１２、第２の正孔注入層１３、正孔輸送層１４、発光層１５、電子輸送層１６などを透過して、トップ側にある透明電極１７から出射される。すなわち、従来のＯＬＥＤでは、反射電極１１の反射によって発光層１５から光が出射されるが、本発明では、第２の正孔注入層２３の反射によって発光層１５から光が出射される。

上述したように、本発明のトップエミッション型青色発光ＯＬＥＤでは第１の正孔注入層と正孔輸送層が省略できるので、その厚さがもっと薄くなるので、製造プロセスがより簡単で、製造コストがより低くなる。また、青色の金属化合物を含む有機半導体材料の第２の正孔注入層により青色の光の発光効率と出射光の色純度を向上させるので、陰極の出光効率が著しく強化されて、発光効率が大幅に向上され、駆動電圧を低下させることが可能になる。

図３は本発明のトップエミッション型青色発光ＯＬＥＤの製造方法の手順を示すフローチャートである。該図に示すように、当該製造方法は、基板の上に陽極とする反射電極を設けるステップと、前記反射電極の上に第２の正孔注入層を設けるステップと、前記第２の正孔注入層の上に発光層を設けるステップと、前記発光層の上に電子輸送層を設けるステップと、前記電子輸送層の上に陰極とする透明電極を設けるステップとを備え、その中、前記正孔注入層は金属フタロシアニン化合物を含む。

本発明の一実施例において、第２の正孔注入層２３の青色の有機半導体材料と陽極２１の金属材料との仕事関数のマッチング特性に基づいて、第１の正孔注入層２２を選択的に設けることができるとともに、また、第２の正孔注入層２３の青色の有機半導体材料と発光層２５の材料とのエネルギーレベルマッチング特性に基づいて、正孔輸送層２４を選択的に設けることができる。

本発明の実施例において、従来の蒸着や塗布プロセスによって、順に反射電極（すなわち、陽極）、第２の正孔注入層、発光層、電子輸送層、透明電極（すなわち、陰極）、第１の正孔注入層および正孔輸送層などを形成することができる。

前記各層の蒸着や塗布の作業を終えば、ＯＬＥＤデバイスの製造が完成されるが、最後に、ＯＬＥＤデバイスに対するパッケージング作業を通じて、最終的にＯＬＥＤ製品が出来上がる。

なお、第２の正孔注入層およびほかの各層の構成、材料とその機能について既に詳しく説明したので、ここではその説明を省略する。

上述したように、本発明のトップエミッション型青色発光ＯＬＥＤとその製造方法によれば、トップエミッション型青色発光ＯＬＥＤの発光効率と出射光の色純度を向上させるだけでなく、駆動電圧を低下させることができ、製品の全体的性能を向上することが可能となる。

以上、本発明の典型的な実施例を参照しながら本発明について詳しく説明したが、説明に用いた用語は説明および例示のためのものであって、限定として捕らえてはいけない、とのことを理解すべきである。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であり、これらの改良変形が本発明の本質および思想を逸脱しないことを理解
すべきである。

Claims (8)

1. 陽極とする反射電極と、
   前記反射電極の上に形成される正孔注入層と、
   前記正孔注入層の上に形成される発光層と、
   前記発光層の上に形成される電子輸送層と、
   陰極として前記電子輸送層の上に形成される透明電極と
   を備え、
   前記正孔注入層は金属フタロシアニン化合物を含む
   ことを特徴とするトップエミッション型青色発光ＯＬＥＤ。
2. 前記正孔注入層は、第１の正孔注入層と第２の正孔注入層を含み、
   前記第１の正孔注入層は、前記反射電極と前記第２の正孔注入層との間に位置し、
   前記金属フタロシアニン化合物は、前記第２の正孔注入層に含まれ、
   さらに、前記第２の正孔注入層と前記発光層との間に位置する正孔輸送層を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のトップエミッション型青色発光ＯＬＥＤ。
3. 前記第２の正孔注入層は、金属フタロシアニン化合物を含む材料から構成されるか、または、金属フタロシアニン化合物を含む材料層とＮＰＢ、ＴＰＤ、Ｆ４ＴＣＮＱ、ＭＴＤＡＴＡの中の少なくとも一種類を含む材料層から構成される
   ことを特徴とする請求項２に記載のトップエミッション型青色発光ＯＬＥＤ。
4. 前記金属フタロシアニン化合物は、銅フタロシアニン、亜鉛フタロシアニン、チタンフタロシアニン、バナジウムフタロシアニン、自由フタロシアニンの中の少なくとも一種類である
   ことを特徴とする請求項１または３に記載のトップエミッション型青色発光ＯＬＥＤ。
5. 基板の上に陽極とする反射電極を設けるステップと、
   前記反射電極の上に正孔注入層を設けるステップと、
   前記正孔注入層の上に発光層を設けるステップと、
   前記発光層の上に電子輸送層を設けるステップと、
   前記電子輸送層の上に陰極とする透明電極を設けるステップと
   を含み、
   前記正孔注入層は金属フタロシアニン化合物を含む
   ことを特徴とするトップエミッション型青色発光ＯＬＥＤの製造方法。
6. 前記正孔注入層は、第１の正孔注入層と第２の正孔注入層を含み、
   前記反射電極と前記第２の正孔注入層との間に前記第１の正孔注入層を設け、
   前記金属フタロシアニン化合物は、前記第２の正孔注入層に含まれ、
   さらに、前記第２の正孔注入層と前記発光層との間に正孔輸送層を設けるステップを含む
   ことを特徴とする請求項５に記載のトップエミッション型青色発光ＯＬＥＤの製造方法。
7. 前記第２の正孔注入層は、金属フタロシアニン化合物を含む材料から構成されるか、または、金属フタロシアニン化合物を含む材料層とＮＰＢ、ＴＰＤ、Ｆ４ＴＣＮＱ、ＭＴＤＡＴＡの中の少なくとも一種類を含む材料層から構成される
   ことを特徴とする請求項６に記載のトップエミッション型青色発光ＯＬＥＤの製造方法。
8. 蒸着や塗布プロセスによって、順に前記反射電極、前記第１および第２の正孔注入層、前記正孔輸送層、前記発光層、前記電子輸送層および前記透明電極を形成する
   ことを特徴とする請求項６に記載のトップエミッション型青色発光ＯＬＥＤの製造方法。