JP2015228456A - Organic EL element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機材料の電界発光現象を利用した有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子に関する。 The present invention relates to an organic EL (electroluminescence) element utilizing an electroluminescence phenomenon of an organic material.
有機EL素子は、良好な発光特性を得るため、発光層などの機能層の膜厚が最適化されている。しかし、成膜条件のばらつきなどが原因で機能層の膜厚が最適条件からずれると、発光特性が変化してしまう。
特許文献1は、発光領域に光共振器が形成された発光装置に関するものである。図13に示すように、有機EL素子1300は、光透過性の基板1301、光透過性の電極1302、機能層を構成するホール注入層1303及び発光層1304、光反射性の電極1305、半透過反射膜1306、凹凸形成層1307から成る。半透過反射膜1306からなる下層側反射層と、光反射性の電極1305からなる上層側反射層との間には光共振器1320が構成されている。
In the organic EL element, the thickness of a functional layer such as a light emitting layer is optimized in order to obtain good light emission characteristics. However, if the film thickness of the functional layer deviates from the optimum condition due to variations in film forming conditions, the light emission characteristics change.
有機EL素子1300では、凹凸形成層1307を設けることにより、機能層の膜厚を、発光領域内の位置により異ならせている(一例として、図13中の膜厚d1、d2、d3)。そのため、発光領域からは、各膜厚に対応する発光スペクトルが合成されて出射される。従って、機能層を形成する際の成膜条件によって機能層の膜厚が最適値からずれた場合でも、各膜厚の発光スペクトルが合成されて出射され、その構成比率がシフトするだけである。よって、膜厚変動により出射光の波長がシフトすることを最小限に抑えることができる。
In the
発明者らは、有機EL素子の大面積化を検討する際、機能層の膜厚むらにより、発光領域内において輝度のむらが発生するという課題があることを見出した。本開示の一態様は、機能層の膜厚むらが生じた場合でも、輝度むらが低減された有機EL素子を提供する。 The inventors have found that when examining the increase in the area of the organic EL element, there is a problem that uneven brightness occurs in the light emitting region due to uneven film thickness of the functional layer. One embodiment of the present disclosure provides an organic EL element in which uneven luminance is reduced even when uneven thickness of a functional layer occurs.
本開示の一態様にかかる有機EL素子は、光反射性を有する第1電極層、少なくとも発光層を含む機能層、透光性を有する第2電極層の順に積層されて成る有機EL素子であって、前記機能層は、複数のナノ粒子を有し、前記機能層の膜厚は、前記ナノ粒子が存在しない部分の膜厚よりも大きい。 An organic EL element according to one embodiment of the present disclosure is an organic EL element in which a first electrode layer having light reflectivity, a functional layer including at least a light emitting layer, and a second electrode layer having light transmissivity are stacked in this order. The functional layer has a plurality of nanoparticles, and the thickness of the functional layer is larger than the thickness of the portion where the nanoparticles are not present.
本開示の一態様に係る有機EL素子によれば、機能層の膜厚むらが生じた場合でも、輝度むらの発生を低減できる。 According to the organic EL device according to one embodiment of the present disclosure, even when the thickness of the functional layer is uneven, the occurrence of uneven brightness can be reduced.
<1.実施形態>
<1−1.本実施形態に係る有機EL素子1の概略>
以下、本実施形態に係る有機EL素子1について説明する。有機EL素子1は、いわゆるトップエミッション型の有機EL素子である。有機EL素子1は、図1に示すように、基板11上に積層された第1電極12と、基板11の上方に第1電極12と対向して設けられた第2電極16と、第1電極12と第2電極16との間に配置された機能層15とを備える。図1に示すように、機能層15は、第1電極12側から順に発光層13、第2キャリア注入層14が積層されて成る。
<1. Embodiment>
<1-1. Outline of
Hereinafter, the
第1電極12は、光反射性を有する反射電極である。第2電極16は、光透過性を有する透明電極であり、機能層15上に形成されている。第1電極12は陰極であり、第2電極16は陽極である。有機EL素子1では、第1電極12と第2電極16との間に電圧が印加されると、第1電極12から第1キャリア(具体的には電子)が注入され、第2電極16から第2キャリア(具体的には正孔)が注入される。そして、注入された第1キャリアと第2キャリアとが、発光層13における第2キャリア注入層14との界面付近で再結合し、発光する。発光層13から発せられる光のうち、第2電極16方向に発せられる光(以下「直接光」という。)は、第2電極16を通じて有機EL素子1の外部に出射される。一方、発光層13から第1電極12方向に発せられる光(以下「反射光」という。)は、第1電極12の第1面に到達すると第1面で反射され、第2電極16方向へ進み、第2電極16を通じて有機EL素子1の外部に出射される。第1電極12と第2電極16との間には光共振器が構成されており、光学長が半波長の整数倍に相当する光が出射される。また、直接光と反射光とは干渉し、干渉の度合いに応じて、第2電極16の機能層15と接する面に対向する面(以下「発光面」という。)に現れる輝度(以下「発光輝度」という。)が変化する。直接光と反射光との干渉の度合いは、機能層15の膜厚(或いは第1電極12と第2電極16との間の光学的距離)に応じて定まる。機能層15の膜厚が、均一ではなく機能層15における位置により異なる場合、発光輝度も機能層15における位置により異なる。
The
ここで、発光層13は、一例として、スピンコータ(図2のスピンコータ200参照)を用いて、スピンコート法により成膜される。スピンコート法では、第1電極12が形成された基板11(図2のウェハ202に相当)の、第1電極12が形成された側の面を上向きにして、カップ203内のスピナー201に設置し、スピナー201に付属の真空チャックでウェハ202の第1電極12が形成されていない側の面を固定する。そして、スピナー201を高速回転させながら、ノズル部204から発光層13の材料を所定量滴下することで、ウェハ202上に発光層13を成膜する。
Here, as an example, the
一般的にスピンコート法により成膜した発光層の膜厚は、回転中心及びその近傍部分が最も厚くなり、回転中心から離れるに従い、膜厚が薄くなっていく。
図3は、発光層をスピンコート法により成膜した有機EL素子300の一例を示す模式図である。有機EL素子300は、基板311上に積層された第1電極312と、基板311の上方に第1電極312と対向して設けられた第2電極316と、第1電極312と第2電極316との間に配置された機能層315とを備える。機能層315は、第1電極312側から順に、発光層313、第2キャリア注入層314が積層されて成る。
In general, the thickness of the light emitting layer formed by spin coating is the thickest at the rotation center and the vicinity thereof, and the film thickness decreases as the distance from the rotation center increases.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of an
一例として図3に示すように、発光層313のうち、ウェハ202の回転中心(軸301)に相当する部分(第1部分321)の膜厚が最も厚くなり、回転中心から離れるごとに膜厚が薄くなっている。発光層313における、回転中心に相当する第1部分321の膜厚は80nmであり、回転中心から2.5cm離れた部分の膜厚は75nmであり、回転中心から5cm離れた部分の膜厚は70nmである。
As an example, as shown in FIG. 3, in the
一方、有機EL素子1では、発光層13を、図1に示すように第1電極12上に複数のナノ粒子20a、20b、20cなど(以下、総称して「ナノ粒子20」ともいう。)を予め散在させて、その上に有機材料を塗布することにより形成している。すなわち、発光層13は、ナノ粒子20を含む層である。ここで、有機EL素子1では、発光層13を含む機能層15の膜厚を、ナノ粒子20を用いてもともとばらつかせている。具体的には、有機EL素子1の、第1電極12と第2電極16との間にナノ粒子20が存在する部分(以下「粒子存在部」という。)32における機能層15の膜厚は、粒子存在部の近傍33(一例として33a、33bを含む)以外の、第1電極12と第2電極16との間にナノ粒子20が存在しない部分(以下「粒子非存在部」という。)31における機能層15の膜厚よりも厚くなっている。また、粒子存在部31の近傍33では、機能層15の膜厚が、粒子非存在部31の膜厚以上、粒子存在部32の膜厚以下の範囲で、連続的に変化している。このため、有機EL素子1からは、発光領域のそれぞれの位置の機能層15の膜厚に応じた発光特性の光が射出される。実際に人間の目に観察されるのは、これらの光の合成光である。ここで、発光領域全体で機能層の膜厚が変化したとすると、発光領域内のそれぞれの位置の発光特性も変化する。これらの各位置からの光の合成光の発光特性の変化が、仮に機能層の膜厚を均一とした場合の変化よりも小さくなるように機能層の膜厚等を設定する。これにより、全体としての発光特性の変化を小さくできる。
On the other hand, in the
したがって、成膜法に起因して、視認できるような広い範囲に渡って機能層の膜厚変化が生じたとしても、ナノ粒子による微視的な膜厚変化によって発光特性の変化を緩和し目立たなくすることができる。
また、有機EL素子1では、上述した輝度ムラの度合いの低減を、感光性樹脂の成膜、マスキング、エッチングなどの複雑な工程を要さず、機能層15にナノ粒子を含めるという簡易な方法により実現している。以下、有機EL素子1について詳細に説明する。
<1−2.有機EL素子1の構成>
以下、有機EL素子1の各構成要素について詳細に説明する。
<1−2−1.基板11>
基板11は、例えば、矩形板状のガラス基板である。ガラス基板の材料としては、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。基板11は、リジッドなものでもよいし、フレキシブルなものでもよい。また、基板11は矩形板状に限定されず、例えば、多角形、円形又は楕円形等の矩形状以外の形の板状であってもよい。基板11の縦又は横の寸法は、例えば、数十ミリメートルから数十インチ程度で、必要な発光面の広さ、用途、製造設備のサイズ等に応じて適宜選択すればよい。
Therefore, even if a change in the thickness of the functional layer occurs over a wide range that can be visually recognized due to the film formation method, the change in the light emission characteristics is relieved by the microscopic change in the thickness due to the nanoparticles. Can be eliminated.
In addition, in the
<1-2. Configuration of
Hereinafter, each component of the
<1-2-1.
The
また、基板11は、ガラス基板に限定されず、例えば、プラスチック板等であってもよい。さらに、基板11がプラスチック板である場合は、表面にSiON膜、SiN膜等の保護膜が成膜されたものを用いて水分の透過を抑えることが好ましい。プラスチック板の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリカーボネート等が挙げられる。
<1−2−2.第1電極12>
第1電極12は、機能層15中に第1キャリアを注入するための電極であり、反射電極として機能する。第1電極12が陰極であるため、材料としては、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物、これらの混合物からなる電極材料等を用いることが好ましく、LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)準位との差が大きくなり過ぎないように仕事関数が1.9eV以上5eV以下のものを用いることが好ましい。第1電極12は、反射電極であり、発光層13から放射される光に対する反射率が高く且つ抵抗率の低い金属が好ましいため、アルミニウム又は銀が好ましい。
Moreover, the board |
<1-2-2.
The
また、第1電極12の材料としては、例えば、アルミニウムや銀など、もしくはこれら金属を含む化合物を用いることができる。また、アルミニウムと他の電極材料を組み合わせて積層構造などとして構成するものであってもよい。電極材料の組み合わせとしては、アルカリ金属の薄膜とアルミニウムの薄膜との積層体、アルカリ金属の薄膜と銀の薄膜との積層体、アルカリ金属のハロゲン化物の薄膜とアルミニウムの薄膜との積層体、アルカリ金属の酸化物の薄膜とアルミニウムの薄膜との積層体、アルカリ土類金属や希土類金属の薄膜とアルミニウムの薄膜との積層体、これらの金属種と他の金属との合金などが挙げられる。より具体的には、例えば、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウムなどの薄膜とアルミニウムの薄膜との積層体、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、フッ化リチウムの薄膜とアルミニウムの薄膜との積層体、アルミニウムの薄膜と酸化アルミニウムの薄膜との積層体などである。第1電極12は、真空蒸着法等の薄膜プロセスにより作製してもよく、また、スピンコート法、ディッピング法等の湿式プロセスにより作製してもよい。
<1−2−3.機能層15>
機能層は少なくとも発光層を含む層である。機能層15は、発光層13及び第2キャリア注入層14から成る。
In addition, as a material of the
<1-2-3.
The functional layer is a layer including at least a light emitting layer. The
(1)発光層13
発光層13は、可視光の波長の成分を含む光を放出する機能を有する。発光層13は、ナノ粒子20と、ナノ粒子20以外の発光部21とから成る。
(A)発光部21
発光部21は、赤色、緑色、青色の3種類のドーパント色素をドーピングして構成してもよいし、青色正孔輸送性発光層と緑色電子輸送性発光層と赤色電子輸送性発光層とを積層して構成してもよい。発光部21の材料としては、例えば、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など、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、色素体、金属錯体系発光材料を高分子化したものなどや、アントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム錯体、トリス(4−メチル−8−キノリナート)アルミニウム錯体、トリス(5−フェニル−8−キノリナート)アルミニウム錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、トリ−(p−ターフェニル−4−イル)アミン、ピラン、キナクリドン、ルブレン、およびこれらの誘導体、あるいは、1−アリール−2,5−ジ(2−チエニル)ピロール誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、スチリルアリーレン誘導体、スチリルアミン誘導体、およびこれらの発光性化合物からなる基を分子の一部分に有する化合物などが挙げられる。
(1)
The
(A)
The
また、上記化合物に代表される蛍光色素由来の化合物のみならず、いわゆる燐光発光材料、例えばイリジウム錯体、オスミウム錯体、白金錯体、ユーロピウム錯体などの発光材料、又はそれらを分子内に有する化合物若しくは高分子も好適に用いることができる。これらの材料は、必要に応じて、適宜選択して用いることができる。
発光部21は、塗布法(例えば、スピンコート法、スプレーコート法、ダイコート法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法など)のような湿式プロセスによって成膜することが好ましく、一例として、上述のようにスピンコート法により成膜されている。ただし、発光部21の成膜方法は、塗布法に限らず、例えば、真空蒸着法、転写法などの乾式プロセスによって成膜してもよい。
Further, not only compounds derived from fluorescent dyes typified by the above compounds, but also so-called phosphorescent materials, for example, luminescent materials such as iridium complexes, osmium complexes, platinum complexes, europium complexes, or compounds or polymers having these in the molecule Can also be suitably used. These materials can be appropriately selected and used as necessary.
The
(B)ナノ粒子20
ナノ粒子20は、発光層13の膜厚を、局所的に、連続的に変化させるために用いられる粒子である。ここで「局所的に」と記載したのは、発光層13の膜厚は、図3を用いて説明したように、有機EL素子1を全体としてみた場合、成膜方法に起因して例えば80nm〜70nmの範囲で連続的に変化しており、これと区別するためである。
(B)
The
ナノ粒子20の粒子径は、リークやショート防止のため、発光層13における、第1電極12と第2電極16との間にナノ粒子20が存在しない部分の膜厚と、第2電極16の厚さの和以下、特に10nm以上200nm以下にするのが望ましい。ナノ粒子20の粒子径の平均は、一例として100nmであるとする。ナノ粒子20の総体積は、発光層13の体積全体の25%を占めるものとする。ナノ粒子20の材料は、機能層15に含有できるものであればよく、光を透過して吸収の無いものが望ましい。ナノ粒子20の材料としては、例えば、金属酸化物、特にシリカ粒子を用いることができる。また、機能層15に含有及び分散しやすくすることを考慮すると、表面に官能基を有させやすいものがより好ましく、例えばメソポーラスシリカ粒子を用いることができる。
The particle diameter of the
(2)第2キャリア注入層14
第2キャリア注入層14は、正孔注入層である。第2キャリア注入層14の材料としては、例えば、チオフェン、トリフェニルメタン、ヒドラゾリン、アミールアミン、ヒドラゾン、スチルベン、トリフェニルアミンなどを含む有機材料が挙げられる。具体的には、たとえば、ポリビニルカルバゾール、ポリエチレンジオキシチオフェン:ポリスチレンスルホネート(PEDOT:PSS)、TPDなどの芳香族アミン誘導体などで、これらの材料を単独で用いてもよいし、2種類以上の材料を組み合わせて用いてもよい。このような材料を用いる場合、第2キャリア注入層14は、塗布法(スピンコート法、スプレーコート法、ダイコート法、グラビア印刷法など)のような湿式プロセスによって成膜することができる。
(2) Second
The second
<1−2−4.第2電極16>
第2電極16は、機能層15中に第2キャリアを注入するための、機能層15上に形成される電極である。第2電極16の材料としては、銀、インジウム−錫酸化物(ITO)、インジウム−亜鉛酸化物(IZO)、錫酸化物、金などの金属の微粒子、導電性高分子、導電性の有機材料、ドーパント(ドナーまたはアクセプタ)を含有した有機材料、導電体と導電性有機材料(高分子材料を含む)の混合物、これら導電性材料と非導電性材料の混合物などを用いることができるが、これらに限定されるものではない。非導電性材料としては、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン、ポリアクリルニトリル、ポリビニルアセタール、ポリアミド、ポリイミド、ジアクリルフタレート樹脂、セルロース系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、その他の熱可塑性樹脂や、これらの樹脂を構成する単量体の2種以上の共重合体が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
<1-2-4.
The
また、導電性を高めるためにドーパントを用いたドーピングを行ってもよい。ドーパントとしては、スルホン酸、ルイス酸、プロトン酸、アルカリ金属、アルカリ土類金属などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
<1−3.輝度ムラ低減に関するシミュレーション>
本願発明の発明者らは、発光層の膜厚の偏りが生じる有機EL素子について、機能層にナノ粒子を含めることによる輝度ムラの改善について調べるためのシミュレーションを行った。シミュレーションの方法は、日本国特許第4989366号公報に記載されたものを用いている。
Further, doping using a dopant may be performed in order to increase conductivity. Examples of the dopant include, but are not limited to, sulfonic acid, Lewis acid, proton acid, alkali metal, alkaline earth metal, and the like.
<1-3. Simulation for reducing uneven brightness>
The inventors of the present invention conducted a simulation for examining the improvement in luminance unevenness caused by including nanoparticles in the functional layer of the organic EL element in which the thickness of the light emitting layer is uneven. As a simulation method, the one described in Japanese Patent No. 4989366 is used.
まずシミュレーションに用いる有機EL素子のモデルについて説明する。シミュレーションは、比較のため2つのモデルについて行っている。第1のモデルは、発光層にナノ粒子を含まない有機EL素子(300)である。第2のモデルは、一例として上述の有機EL素子1に対応する、発光層にナノ粒子を含む有機EL素子400である。
シミュレーションでは、有機EL素子300、400のそれぞれについて、スピンコート法の回転中心軸近傍部分(以下「第1部分」という。)、回転中心軸から2.5cm離れた部分(以下「第2部分」という。)、回転中心軸から5cm離れた部分(以下「第3部分」という。)における輝度を測定している。そして、有機EL素子400における第1〜第3部分の輝度間の差異が、有機EL素子300の場合よりも小さくなるか否かについて検討する。
First, an organic EL element model used for simulation will be described. The simulation is performed for two models for comparison. The first model is an organic EL element (300) that does not contain nanoparticles in the light emitting layer. A 2nd model is the
In the simulation, for each of the
以下では、まず有機EL素子300、及び有機EL素子400について説明し、次いでシミュレーション結果について説明する。
<有機EL素子300>
有機EL素子300は、図3に示すように、基板311上に積層された第1電極312と、基板311の上方に第1電極312と対向して設けられた第2電極316と、第1電極312と第2電極316との間に配置された機能層315とを備える。機能層315は、発光層313と、第2キャリア注入層314とを含む。軸301は、スピンコート法における回転中心軸を示している。面302は、発光面である。
Hereinafter, first, the
<
As shown in FIG. 3, the
図5の表500は、有機EL素子300における各層に関する、シミュレーションに用いる光学パラメータ(列511、列512)、構造パラメータ(列521)を示している。列511は、各層等の波長550nmの光に対する屈折率を示す。列512は、各層等の波長550nmの光に対する消衰係数を示す。光学パラメータの値は、第1電極312にはアルミニウムを用い、発光層313には住友化学社製のGreen1302を用い、第2キャリア注入層314にはPEDOT:PSSを用い、第2電極316にはITOを用いるものとして規定している。列521は、構造パラメータとして各層等の膜厚を示している。列521の「発光層313」に対応する欄には、70nm〜80nmと記載している。これは、有機EL素子300では、図3(a)に示すように、発光層313は、スピンコート法における回転中心軸(例えば、軸301)近傍の膜厚が最も厚く、回転中心軸から離れるほど膜厚が連続的に変化し、最も薄い部分が70nmになっているためである。発光層313では、第1部分321における膜厚が80nmで最も厚く、第2部分322における膜厚が75nmであり、第3部分323における膜厚が70nmで最も薄くなっている。
<有機EL素子400>
有機EL素子400は、図4に示すように、基板411上に積層された第1電極412と、基板411の上方に第1電極412と対向して設けられた第2電極416と、第1電極412と第2電極416との間に配置された機能層415とを備える。機能層415は、発光層413と、第2キャリア注入層414とを含む。軸401は、スピンコート法における回転中心軸を示している。面402は、発光面である。
A table 500 in FIG. 5 shows optical parameters (
<
As shown in FIG. 4, the
図5の表500に、有機EL素子400における各層に関する、シミュレーションに用いる光学パラメータ(列511、列512)、構造パラメータ(列522)を示している。列511、列512のパラメータは、ナノ粒子に関するものを除き有機EL素子300と共通である。ナノ粒子についてはシリカ粒子を用いる場合について規定している。
列522は、構造パラメータとして各層等の膜厚、ナノ粒子については粒径を示している。本シミュレーションにおいて、ナノ粒子は、発光層の体積の25%を占めると仮定している。ここで、列522の「発光層413」に対応する欄には、70nm〜180nmと記載している。これは、下記の理由による。すなわち、有機EL素子400では、ナノ粒子が第1電極412と第2電極416との間に存在しない部分については、発光層413は、第1部分421における膜厚が80nmで最も厚く、回転中心軸から離れるほど薄くなっていき、最も薄い部分が70nmになると仮定している。そして、第1部分421については、図3(b)に示すように、ナノ粒子が存在する部分については、膜厚が最大180nmに達するためである。
A table 500 in FIG. 5 shows optical parameters (
A
ここで、第1部分421における発光層413の膜厚は、80nmから180nmの間で連続的に変化する。一例として、粒子存在部分442の膜厚は180nmであり、粒子非存在部分441の膜厚は80nmであり、粒子存在部分442の近傍443(443a、443b)は、膜厚が80nm以上180nm以下の範囲で連続的に変化している。また、第2部分422における発光層413の膜厚についても、第1部分421の場合と同様に75nmから175nmの間で連続的に変化する。また、第3部分423における発光層413の膜厚についても、第1部分421の場合と同様に70nmから170nmの間で連続的に変化する。
<シミュレーション結果>
(1)輝度について
有機EL素子300、有機EL素子400のそれぞれに関し、上述した光学パラメータ、構造パラメータを用いてシミュレーションにより輝度値を算出した。なお、シミュレーションは、発光層313のGreen1302が電子輸送性、第2キャリア注入層314のPEDOT:PSSがホール輸送性であることから、発光層313とホール注入層314との界面で発光するとの想定下で行っている。
Here, the thickness of the
<Simulation results>
(1) Luminance For each of the
有機EL素子300についての輝度に関するシミュレーション結果を、図3に輝度相対値として記載している。図3の輝度相対値は、第1部分321〜第3部分323の、発光面(第2電極316の面302)側からみた各輝度値を、第1部分321の輝度値を基準に正規化した値である。
図3に示すように、有機EL素子300では、第1部分321の輝度相対値は1.0であり、第2部分322の輝度相対値は1.13であり、第3部分323の輝度相対値は1.23である。有機EL素子300では、輝度相対値の最大値(1.23)と、輝度相対値の最小値(1.0)との差異が0.23である。
The simulation result regarding the brightness | luminance about the
As shown in FIG. 3, in the
また、有機EL素子400についての輝度に関するシミュレーション結果は、図4に輝度相対値として記載している。図4の輝度相対値は、第1部分421〜第3部分423の、発光面(第2電極426の面402)側からみた各輝度値を、第1モデルの第1部分321の輝度値を基準に正規化した値である。
図4に示すように、有機EL素子400では、第1部分421の輝度相対値は0.79であり、第2部分422の輝度相対値は0.87であり、第3部分423の輝度相対値は0.94である。有機EL素子400では、輝度相対値の最大値(0.94)と、輝度相対値の最小値(0.76)との差異が0.15であり、有機EL素子300の場合と比べ、差異が小さくなっている。
Moreover, the simulation result regarding the brightness | luminance about the
As shown in FIG. 4, in the
以上より、有機EL素子400では、有機EL素子300と比べた場合、輝度自体は多少暗くなっているが、輝度のムラが小さくなっているといえる。
すなわち、ナノ粒子を含むよう機能層を形成した有機EL素子400は、機能層に成膜方法などに起因する膜厚の差異が生じても、機能層にナノ粒子を含まない有機EL素子300と比べて発生する輝度ムラの度合いを低減することができる。
From the above, it can be said that the
That is, the
(2)色度X座標、色度Y座標について
発明者は、有機EL素子300、有機EL素子400のそれぞれに関し、上述の輝度に関するシミュレーションのほか、色度X座標、色度Y座標についてもシミュレーションを行った。
図6の表600は、シミュレーションにより求めた輝度、色度X座標、色度Y座標それぞれの最大値、最小値、及びそれらの差異を示す。
(2) Chromaticity X-coordinate and chromaticity-Y coordinate In addition to the above-described luminance simulation, the inventor also simulated the chromaticity X-coordinate and chromaticity Y-coordinate for each of the
A table 600 in FIG. 6 shows the maximum value, the minimum value, and the difference between the luminance, the chromaticity X coordinate, and the chromaticity Y coordinate obtained by simulation.
表600の列611が、有機EL素子300についてのシミュレーション結果を示している。表600の列612が、有機EL素子400第2モデルについてのシミュレーション結果を示している。
表600中の輝度についての記載は、上述したシミュレーション結果を表にまとめたものである。
A
The description of the luminance in the table 600 is a summary of the simulation results described above.
色度X座標については、最大値と最小値の差異が、ナノ粒子なし(有機EL素子300)の場合は0.034であるのに対し、ナノ粒子あり(有機EL素子400)の場合は0.020であり、有機EL素子400の方がばらつきが小さくなっている。
色度Y座標についても、最大値と最小値の差異が、ナノ粒子なし(有機EL素子300)の場合は0.030であるのに対し、ナノ粒子あり(有機EL素子400)の場合は0.007であり、有機EL素子400の方がばらつきが小さくなっている。
Regarding the chromaticity X coordinate, the difference between the maximum value and the minimum value is 0.034 when there is no nanoparticle (organic EL element 300), whereas it is 0 when there is nanoparticle (organic EL element 400). The variation of the
Regarding the chromaticity Y coordinate, the difference between the maximum value and the minimum value is 0.030 when there is no nanoparticle (organic EL element 300), whereas it is 0 when there is nanoparticle (organic EL element 400). .007, and the variation of the
以上より、ナノ粒子を含むよう発光層を形成した有機EL素子400は、発光層にナノ粒子を含まない有機EL素子300と比べて、色度X座標、色度Y座標についてもばらつきが小さくなっているといえる。
以上のように、ナノ粒子を機能層に含有することにより、輝度、色度X座標、色度Y座標の最大値と最小値の差異がナノ粒子を含有しない場合に比べていずれも小さくなり、ばらつきが改善されるという効果を奏する。
<まとめ>
有機EL素子1は、機能層15(より詳細には発光層13)にナノ粒子20を散在させて構成している。このように構成しているため、機能層15のうち粒子存在部分の膜厚は、粒子非存在部分(一例として80nm)以上、粒子非存在部分の膜厚にナノ粒子の粒径(一例として100nm)を加算した膜厚(一例として180nm)以下の範囲で連続に変化する。機能層15では、このような局所的な膜厚の変化が、機能層15の全体にわたり粒子存在部分の数だけ生じている。
As described above, the
As described above, by containing the nanoparticles in the functional layer, the difference between the maximum value and the minimum value of the luminance, chromaticity X coordinate, and chromaticity Y coordinate becomes smaller than the case where no nanoparticles are contained, There is an effect that variation is improved.
<Summary>
The
すなわち、機能層15の膜厚は、ナノ粒子20を用いることでもともとばらついている。このため、成膜方法等に起因する膜厚の偏りの有無にかかわらず、機能層15からは、連続的に変化する膜厚それぞれに対応する発光スペクトルが合成された光が射出される。よって、有機EL素子1では、製造方法などに起因する膜厚の偏りが生じても、もともとばらついている膜厚の構成比率が膜厚の偏りに相当する分全体的にシフトするのみであり、発光スペクトルの構成比率の変化は少ない。よって、有機EL素子1では、成膜方法などに起因する膜厚の差異が生じても、発生する輝度ムラの度合いを低減することができる。
That is, the film thickness of the
また、有機EL素子1では、ナノ粒子20の上に発光部21を形成することにより発光層13を形成している。このため、発光層13の直下の層(一例として第1電極12)上に凹凸を設けるために、直下の層上に一旦感光性樹脂を成膜して、凹凸パターンを形成するためにスパッタリングするといった手順は必要ない。すなわち、有機EL素子1は、上述のような凹凸を設けるための手順を要する有機EL素子よりも簡易な方法に製造可能である。
In the
また、ナノ粒子は曲面にも容易に配置できる。このため、機能層の下層が曲面を構成しているような場合に、その曲面上に、上述のように感光性樹脂の成膜、スパッタリングを行う場合よりも容易に機能層(15)を形成することができる。
<1−4.有機EL素子1の製造方法>
有機EL素子1の製造方法について図7(a)〜(d)、及び図8(a)〜(c)を用いて説明する。
Nanoparticles can also be easily placed on curved surfaces. Therefore, when the lower layer of the functional layer forms a curved surface, the functional layer (15) is formed on the curved surface more easily than when the photosensitive resin is formed and sputtered as described above. can do.
<1-4. Manufacturing method of
The manufacturing method of the
まず、基板11の一方の面に、真空蒸着法等の薄膜プロセス又は塗布法等の湿式プロセスに基づき、第1電極12を形成する(図7(a)、(b))。
次に、第1電極12上に、ナノ粒子20を混ぜた溶媒を塗布する(図7(c))。
次に溶媒を乾燥させて、第1電極12上にナノ粒子20が残った状態にする(図7(d))。ここで、ナノ粒子20は、分子間力、静電気力により、第1電極12上に固着した状態となる。よってスピンコート法による発光部21の成膜のため基板11を回転させても、ナノ粒子20は第1電極12上に固着された状態を保つことができる。次に、ナノ粒子20が固着した第1電極12上に、スピンコート法により、インクを塗布し溶媒を乾燥させて発光層13の発光部21を形成する(図8(a))。これにより発光層13が完成する。
First, the
Next, a solvent mixed with
Next, the solvent is dried so that the
次に、発光層13上に、塗布法のような湿式プロセスによって第2キャリア注入層14を形成する(図8(b))。そして機能層15上に、インクを塗布し溶媒を乾燥させて第2電極16を形成する(図8(c))。以上の工程により有機EL素子1を製造することができる。
<2.変形例1>
以上、実施形態に係る有機EL素子について説明したが、例示した有機EL素子を以下のように変形することも可能であり、本発明が上述の実施形態で示した例に限られないことは勿論である。
(1)上述の実施形態では、機能層15が発光層13及び第2キャリア注入層14から成るとしたが、機能層15は、少なくとも発光層13を含んでいれば足りる。機能層15は、単層構造でも多層構造でもよく、発光層13以外の層については必要に応じて設ければよい。例えば、機能層15は、図9に示すように、第1電極12側から順に、第1キャリア注入層901、第1キャリア輸送層902、発光層13、インターレイヤー903、第2キャリア輸送層904、第2キャリア注入層14が積層されたものであってもよい。
(2)上述の実施形態では、ナノ粒子20として、発光部21の材料よりも屈折率の低いシリカ粒子を用いていたが、より屈折率の高い材料を用いるのが望ましい。例えば、ナノ粒子20として、ジルコニアを用いてもよい。シリカの屈折率は1.45であり、ジルコニアの屈折率は2.1である。よって、シリカ粒子と同様の効果を得るためにジルコニア粒子を用いた場合、粒子径を、シリカ粒子を用いる場合の0.69(=1.45/2.1)倍にすることができる。よって、ナノ粒子としてジルコニアを用いた場合、シリカ粒子を用いる場合よりも発光層の膜厚を薄くすることができる。
Next, the second
<2.
The organic EL element according to the embodiment has been described above, but the exemplified organic EL element can be modified as follows, and the present invention is of course not limited to the example shown in the above-described embodiment. It is.
(1) In the above-described embodiment, the
(2) In the above-described embodiment, silica particles having a refractive index lower than that of the
また、発光層中にナノ粒子が過度に凝集した場合、凝集した部分がダークスポットの原因となり得る。ナノ粒子の粒径が小さいほど凝集体は小さくなるので、ナノ粒子としてジルコニア粒子を用いることで、シリカ粒子を用いる場合よりもダークスポット発生のリスクを低減することができる。
(3)上述の実施形態では、発光層(13)を形成する場合、ナノ粒子20を予め発光層13の下層の一例である第1電極12上に固着して、その後、スピンコート法により発光部21を形成するものとして説明した。しかしながら、発光層の形成方法はこれに限るものではなく、ナノ粒子を含む発光層が形成できれば足りる。例えば、発光部21の材料である有機材料にナノ粒子20を混ぜた混合材料を用い、図10〜図11に示す方法で発光層(1102)を形成してもよい。
Further, when the nanoparticles are excessively aggregated in the light emitting layer, the aggregated portion can cause dark spots. Since the aggregate becomes smaller as the particle size of the nanoparticles is smaller, the risk of dark spot generation can be reduced by using zirconia particles as the nanoparticles than when silica particles are used.
(3) In the above-described embodiment, when forming the light emitting layer (13), the
図10、図11のうち、図10(c)、図11(a)が発光層1102の形成方法を示している。図10(a)、(b)は、図7(a)、(b)で説明したものと同様であり、図11(b)、(c)は、図8(b)、(c)で説明したものと同様であるので、これらについての説明は省略する。
本変形例では、発光層1102の成膜を2手順に分けて行う。1つ目の手順として図10(c)に示すように、スピンコート法により上述の混合材料を滴下し、非存在領域の膜厚として予定の目標膜厚(一例として80nm)以下の膜厚(一例として20nm)の膜1001を形成する。このとき、ナノ粒子20の下側20nm分が膜1001に埋没し、上側80nmの部分が露出した状態となる。
10 and 11, FIGS. 10C and 11A show a method for forming the
In this modification, the
次に2つ目の手順として、発光層1102における粒子非存在部分の膜厚が目標膜厚になるよう、ナノ粒子20を混ぜていない有機材料をスピンコート法において滴下する。これにより、図11(a)に示すように、膜1001の上に、膜1101が積層され、粒子非存在部分の膜厚が、図10(c)に示す状態から60nm増加して目標膜厚(一例として80nm)となる。また、発光層1102の粒子存在部分では、粒径100nmのナノ粒子20の上に最大60nmの膜が積層された状態となり、最大膜厚が160nmとなる。
Next, as a second procedure, an organic material not mixed with the
以上説明したように生成した有機EL素子1200(図12参照)をモデル化した第3モデルについても、発明者は、第1モデル、第2モデルの場合と同様のシミュレーションを行った。
有機EL素子1200は、図12に示すように、基板1211上に積層された第1電極1212と、基板1211の上方に第1電極1212と対向して設けられた第2電極1216と、第1電極1212と第2電極1216との間に配置された機能層1215とを備える。機能層1215は、発光層1213と、第2キャリア注入層1214とを含む。軸1201は、スピンコート法における回転中心軸を示している。面1202は、発光面である。
Regarding the third model obtained by modeling the organic EL element 1200 (see FIG. 12) generated as described above, the inventor performed a simulation similar to the case of the first model and the second model.
As shown in FIG. 12, the
図12中に、有機EL素子1200について行った輝度に関するシミュレーション結果を、図3と同様に輝度相対値として記載している。
図12に示すように、有機EL素子1200では、第1部分1221の輝度相対値は0.76であり、第3部分1222の輝度相対値は0.95である。有機EL素子1200では、輝度相対値の最大値(0.95)と、輝度相対値の最小値(0.76)との差異が0.19であり、有機EL素子300の場合と比べ、差異が小さくなっている。
In FIG. 12, the simulation result regarding the brightness | luminance performed about the
As shown in FIG. 12, in the
また、発明者は、有機EL1200に関し、色度X座標、色度Y座標についてのシミュレーションも行った。その結果を、前述した図6の表600に示している。表600の列613が、第3モデルについてのシミュレーション結果を示している。表600の列613における輝度についての記載は、上述したシミュレーション結果を表にまとめたものである。
The inventor also performed a simulation on the chromaticity X coordinate and chromaticity Y coordinate regarding the
色度X座標については、最大値と最小値の差異が、ナノ粒子なし(有機EL素子300)の場合は0.034であるのに対し、ナノ粒子あり(有機EL素子1200)の場合は0.016であり、有機EL素子1200の方がばらつきが小さくなっている。色度Y座標については、最大値と最小値の差異が、ナノ粒子なし(有機EL素子300)の場合は0.030であるのに対し、ナノ粒子あり(有機EL素子1200)の場合は0.030であり、第1モデルとばらつきについては変わらない。
Regarding the chromaticity X coordinate, the difference between the maximum value and the minimum value is 0.034 when there is no nanoparticle (organic EL element 300), whereas it is 0 when there is nanoparticle (organic EL element 1200). .016, and the variation of the
以上より、ナノ粒子を含むよう発光層を形成した有機EL素子は、発光層にナノ粒子を含まない有機EL素子と比べて、色度Y座標については改善がみられないが、色度X座標についてはばらつきが小さくなっている。
以上のように、本変形例に示した製造方法により製造した有機EL素子についても、ナノ粒子を機能層に含有することにより、輝度、色度X座標の最大値と最小値の差異がナノ粒子を含有しない場合に比べていずれも小さくなり、ばらつきが改善されるという効果を奏する。
(4)上述の実施形態では、有機EL素子1は、第1電極12が反射電極であり、第2電極16が透明電極であるトップエミッション型の発光素子としたがこれに限らない。例えば、有機EL素子1は、第1電極12を、透明電極で実現し、第2電極16を、反射電極で実現したボトムエミッション型の発光素子であってもよい。
(5)上述の実施形態では、膜厚の偏りは成膜方法などに起因することとして説明したが、膜厚の偏りが、成膜条件の変化など他の発生要因で生じていたものであっても、本発明を用いることにより輝度ムラの度合いを低減できることはいうまでもない。
(6)上述の実施形態及び各変形例を、部分的に組み合わせてもよい。
As described above, the organic EL element in which the light emitting layer is formed so as to include nanoparticles does not improve the chromaticity Y coordinate as compared with the organic EL element in which the light emitting layer does not include nanoparticles, but the chromaticity X coordinate. The variation is small.
As described above, the organic EL element manufactured by the manufacturing method shown in the present modification also has a difference between the maximum value and the minimum value of the luminance and chromaticity X-coordinate by including the nanoparticles in the functional layer. Compared with the case where no is contained, all become small, and there exists an effect that dispersion | variation is improved.
(4) In the above-described embodiment, the
(5) In the above-described embodiment, it has been described that the deviation in film thickness is caused by the film forming method or the like. However, the deviation in film thickness was caused by other factors such as a change in film forming conditions. However, it goes without saying that the degree of luminance unevenness can be reduced by using the present invention.
(6) You may combine the above-mentioned embodiment and each modification partially.
本発明の有機EL素子は、折り曲げたときに膜厚分布が変化するフレキシブル素子、複雑な3次元形状の発光素子を作製するのに用いることができ、屋内外で使用される照明装置や、公共設備で使用されるデジタルサイネージ、広告塔などに好適である。 The organic EL element of the present invention can be used to produce a flexible element whose film thickness distribution changes when bent, a light-emitting element having a complicated three-dimensional shape, a lighting device used indoors or outdoors, and a public It is suitable for digital signage and advertising towers used in facilities.
1 有機EL素子
11 基板
12 第1電極
13 発光層
14 キャリア注入層
15 機能層
16 第2電極
20 ナノ粒子
21 発光部
200 スピンコータ
201 スピナー
202 ウェハ
203 カップ
204 ノズル部
300 有機EL素子
301 軸
302 面
310 発光層
311 基板
312 第1電極
313 発光層
314 第2キャリア注入層
315 機能層
316 第2電極
400 有機EL素子
401 軸
402 面
411 基板
412 第1電極
413 発光層
414 第2キャリア注入層
415 機能層
416 第2電極
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記機能層は、複数のナノ粒子を有し、前記機能層の膜厚は、前記ナノ粒子が存在する部分の膜厚が、前記ナノ粒子が存在しない部分の膜厚よりも大きい
有機EL素子。 An organic EL element in which a first electrode layer having light reflectivity, a functional layer including at least a light emitting layer, and a second electrode layer having light transmissivity are laminated in this order,
The functional layer includes a plurality of nanoparticles, and the film thickness of the functional layer is larger in the thickness of the portion where the nanoparticles are present than in the portion where the nanoparticles are not present.
請求項1記載の有機EL素子。 The organic EL device according to claim 1, wherein the plurality of nanoparticles are included in the light emitting layer.
請求項2記載の有機EL素子。 The organic EL element according to claim 2, wherein a refractive index of the plurality of nanoparticles is larger than a refractive index of an organic material constituting a portion other than the plurality of nanoparticles in the light emitting layer.
請求項3記載の有機EL素子。 The organic EL device according to claim 3, wherein the nanoparticles are mesoporous silica particles.
請求項1記載の有機EL素子。 The film thickness in the vicinity of the part where the nanoparticles are present is equal to or greater than the first film thickness of the part where the nanoparticles other than the vicinity do not exist, depending on the position in the vicinity. The organic EL element according to claim 1, which continuously changes within a range equal to or less than the sum of the diameter.
請求項1記載の有機EL素子。 The organic EL element according to claim 1, wherein the average particle diameter of the nanoparticles is 10 nm or more and 200 nm or less.
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