JP2016035888A - 逆構造トップエミッション型デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＯＬＥＤデバイスの使用寿命を向上する。【解決手段】順次積層するＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ基板１０、陰極２０、電子注入層３０、電子輸送層４０、発光層４０、正孔輸送層５０及び陽極６０を備え、前記陰極２０の材料が炭酸セシウムである逆構造トップエミッション型デバイス。このように、従来のような陰極に低仕事関数金属であるＭｇを使用することを避けることにより、パッケージが理想的ではない状況が出現しても、デバイスが水と酸素で酸化されにくいことを確保することができ、それにより比較的に理想的なデバイス寿命を取得できる。【選択図】図２
Description
本発明は、有機エレクトロルミネセントデバイス（ＯＬＥＤ）の分野に属し、具体的には、逆構造トップエミッション型デバイス及びその製造方法に関する。
近年、ＯＬＥＤの発展は科学研究業界と工業界の広範な注目を集め、ＯＬＥＤディスプレイは既に人々の生活に入っているが、その寿命がまだ重要な問題として存在している。従来のＯＬＥＤデバイスは一般的に高仕事関数の金属を陽極とし、低仕事関数の金属を陰極とするが、低仕事関数の金属には酸化されやすい問題が存在し、且つパッケージにおいて、一般的にパッケージ面が低仕事関数部にあるので、デバイスの密封は特に重要になり、それでも、ＯＬＥＤデバイスの寿命は依然として低い。
現在、有機発光ダイオードは広範に発展しており、従来の工業的生産のデバイス構造において、図１に示すように、一般的にＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯを陽極とし、低仕事関数の金属Ｍｇと高仕事関数で化学的性質が比較的に安定する金属Ａｇとを共蒸着してなるＭｇ：Ａｇ合金を陰極とするトップエミッション型デバイス構造を採用し、そしてパッケージを行い、ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ基板は前のＡｒｒａｙプロセスで完成され、次に、ＯＬＥＤの蒸着プロセスに入り正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などの修飾層の蒸着を行い、最後に陰極Ｍｇ：Ａｇ合金の蒸着を行い、次に、デバイスのパッケージを行う。Ｍｇが低仕事関数の活性金属であるので、水と酸素と反応してデバイスの陰極を損壊しやすく、ＯＬＥＤデバイスの使用寿命を低下させる。
本発明は、デバイスの構造をＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ／Ｃｓ２ＣＯ３／ＥＴＬ／ＥＭＬ／ＨＴＬ／ＭｏＯ３／Ａｇに変更することにより、酸化されやすいＭｇの使用を避けて、それによりＯＬＥＤデバイスの使用寿命が低下する問題を解決する逆構造トップエミッション型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。
本発明が解決しようとする技術問題は以下の技術案で達成する。
逆構造トップエミッション型デバイスであって、順次積層するＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ基板、陰極層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層及び陽極層を備え、前記陰極の材料は炭酸セシウムである。
好ましくは、前記陰極層には、フッ化セシウム、アジ化セシウム又はフッ化リチウムを含むアルカリ金属塩がさらにドーピングされる。
好ましくは、炭酸セシウムの厚さが１ｎｍ〜５ｎｍである。
好ましくは、前記電子輸送層に使用される材料が１，３，５−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）ベンゼンであり、前記発光層に使用される材料がＩｒ（ｐｐｙ）３をドーピングした４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニルであり、Ｉｒ（ｐｐｙ）３のドーピング割合が２％であり、前記正孔輸送層に使用される材料がＮ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４−４’−ジアミンである。
好ましくは、前記陽極層に使用される材料が酸化モリブデン／銀である。
好ましくは、前記電子輸送層の厚さが３０ｎｍ〜３５ｎｍであり、前記発光層の厚さが３５ｎｍ〜４０ｎｍであり、前記正孔輸送層の厚さが５５ｎｍ〜６０ｎｍであり、酸化モリブデンの厚さが１ｎｍ〜２０ｎｍであり、銀の厚さが１０ｎｍ〜２０ｎｍである。
逆構造トップエミッション型デバイスの製造方法であって、ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ基板を製造するステップ（１）と、ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ基板に炭酸セシウムを材料として陰極層を製造するステップ（２）と、前記陰極層に電子輸送層、発光層、及び正孔輸送層を順次形成するステップ（３）と、前記正孔輸送層に陽極層を形成するステップ（４）とを含む。
好ましくは、ステップ（１）において、前記ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ基板はまず洗浄剤、脱イオン水で超音波洗浄され、次に乾燥処理した後使用可能になり、ステップ（２）において、前記炭酸セシウムは蒸着により前記使用可能なＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ基板に蒸着され、前記炭酸セシウムの厚さが１ｎｍ〜５ｎｍであり、前記陰極層にはフッ化セシウム、アジ化セシウム又はフッ化リチウムを含むアルカリ金属塩がさらにドーピングされる。
好ましくは、ステップ（３）において、前記電子輸送層の材料が１，３，５−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）ベンゼンであり、前記電子輸送層の厚さが３０ｎｍ〜３５ｎｍであり、前記発光層の材料がＩｒ（ｐｐｙ）３をドーピングした４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニルであり、Ｉｒ（ｐｐｙ）３のドーピング割合が２％であり、前記発光層の厚さが３５ｎｍ〜４０ｎｍであり、前記正孔輸送層の材料がＮ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４−４’−ジアミンであり、前記正孔輸送層の厚さが５５ｎｍ〜６０ｎｍである。
好ましくは、ステップ（４）において、前記陽極層の材料が酸化モリブデン／銀であり、酸化モリブデンの厚さが１ｎｍ〜２０ｎｍであり、銀の厚さが１０ｎｍ〜２０ｎｍである。
本発明による逆構造トップエミッション型デバイス及びその製造方法は、従来のＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ／ＨＴＬ／ＥＭＬ／ＥＴＬ／Ｍｇ：Ａｇ構造に基づいて、デバイス構造をＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ／Ｃｓ２ＣＯ３／ＥＴＬ／ＥＭＬ／ＨＴＬ／ＭｏＯ３／Ａｇに変更し、このように低仕事関数金属であるＭｇの使用を避ける。このような場合に、パッケージが理想的ではない状況が出現しても、デバイスが水と酸素で酸化されにくいことを確保することができ、それにより比較的に理想的なデバイス寿命を取得することを確保する。
本発明の構造を容易に理解するために、以下、図面及び実施例を参照しながら説明する。
図２は本発明による逆構造トップエミッション型デバイスの構造模式図である。
図２に示すように、逆構造トップエミッション型デバイスであって、順次積層するＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ基板１０、陰極層２０、電子輸送層３０、発光層４０、正孔輸送層５０及び陽極６０を備え、前記陰極層２０の材料が炭酸セシウムである。
ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ基板１０は、導電性透明ＩＴＯと高反射性、高導電性の金属Ａｇとを多層複合してなる多層複合薄膜構造であり、該ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ基板１０は内層ＩＴＯ薄膜、銀膜及び外層ＩＴＯ薄膜を順次備え、銀が酸化されやすいので、銀膜を両層のＩＴＯ薄膜の間に挟んで、該銀膜の一方の面が内層ＩＴＯ薄膜に付着し、且つ外層ＩＴＯ薄膜を銀膜の他方の面の保護層とするので、酸化の発生を避けることができる。
陰極層２０は炭酸セシウム（Ｃｓ２ＣＯ３）を採用し、炭酸セシウムの電子注入原理が陰極部に双極子層を形成することであるので、良好な電子注入を達成することができ、同様に、炭酸セシウムをＩＴＯに蒸着することにより、ＩＴＯの仕事関数を低下して理想的な電子注入性能を取得し、且つここで本発明者らは炭酸セシウムをＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ基板１０に蒸着してデバイスの陰極層２０とし、このように低仕事関数金属であるＭｇの使用を避けることができ、それにより水と酸素の侵食を減少し、使用寿命を向上させる。本実施例において、炭酸セシウムの厚さは１ｎｍ〜５ｎｍであり、厚さは３ｎｍであることが好ましい。
さらに、陰極層の電子注入材料とするために、陰極層２０にアルカリ金属塩をさらにドーピングする。該アルカリ金属塩は、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、アジ化セシウム（ＣｓＮ３）又はフッ化リチウム（ＬｉＦ）から選ばれたものであり、本実施例において、ＬｉＦであることが好ましく、電子注入層の厚さは０．５ｎｍ〜１０ｎｍであり、厚さは１ｎｍであることが好ましい。
電子輸送層３０に使用される材料の英語の略語はＴＰＢＩであり、その完全な名称は、１，３，５−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）ベンゼンである。
発光層に使用される材料４０は、Ｉｒ（ｐｐｙ）３をドーピングした４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）であり、Ｉｒ（ｐｐｙ）３のドーピング割合は２％である。
本実施例において、Ｉｒ（ｐｐｙ）３は燐光錯体であり、その日本語の名称は、燐光染料トリス（２−フェニルピリジン）イリジウムであり、具体的には発光特性に優れた発光材料である。
正孔輸送層５０に使用される材料は、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４−４’−ジアミンである。
陽極６０に使用される材料は、ＭｏＯ３／Ａｇであり、該材料の日本語の名称は酸化モリブデン／銀である。具体的には酸化モリブデン薄膜に一層の銀膜を付着してなる複合薄膜層である。
本実施例において、電子輸送層の厚さは３０ｎｍ〜３５ｎｍであり、前記発光層の厚さは３５ｎｍ〜４０ｎｍであり、前記正孔輸送層の厚さは５５ｎｍ〜６０ｎｍであり、ＭｏＯ３の厚さは１ｎｍ〜２０ｎｍであり、銀の厚さは１０ｎｍ〜２０ｎｍである。最適な実施例として、好ましくは、電子輸送層３０の厚さが３０ｎｍであり、発光層４０の厚さが４０ｎｍであり、正孔輸送層５０の厚さが６０ｎｍであり、ＭｏＯ３の厚さが１０ｎｍであり、Ａｇの厚さが１５ｎｍである。
図３は本発明による逆構造トップエミッション型デバイスの製造フローチャートである。
図３に示すように、上記逆構造トップエミッション型デバイスの製造方法は、以下のステップを含む。
Ｓ１．ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ基板を製造する。
本実施例において、好ましくは、まず洗浄剤、脱イオン水でＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ基板を超音波洗浄し、次に乾燥処理した後使用可能になる。
Ｓ２．ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ基板に炭酸セシウムを材料として陰極層を製造する。
本実施例において、蒸着により炭酸セシウムをＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ基板に蒸着して、且つＣｓＦ、ＬｉＦアルカリ金属塩をドーピングして電子注入材料とし、前記炭酸セシウムの厚さは１ｎｍ〜５ｎｍであり、さらに、炭酸セシウムの厚さは５ｎｍであることが好ましい。
さらに、陰極層の電子注入材料とするために、陰極層にアルカリ金属塩をさらにドーピングする。該アルカリ金属塩は、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、アジ化セシウム（ＣｓＮ３）又はフッ化リチウム（ＬｉＦ）から選ばれたものであり、本実施例において、ＬｉＦであることが好ましく、電子注入層の厚さは０．５ｎｍ〜１０ｎｍであり、厚さは１ｎｍであることが好ましい。
Ｓ３．前記陰極層に電子輸送層、発光層、及び正孔輸送層を順次形成する。
具体的には、電子輸送層、発光層、及び正孔輸送層は蒸着により積層され、電子輸送層の材料は、１，３，５−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）ベンゼンであり、前記電子輸送層の厚さは３０ｎｍ〜３５ｎｍである。
発光層の材料は、Ｉｒ（ｐｐｙ）３をドーピングした４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニルであり、Ｉｒ（ｐｐｙ）３のドーピング割合は２％であり、前記発光層の厚さは３５ｎｍ〜４０ｎｍである。
正孔輸送層の材料は、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４−４’−ジアミンであり、前記正孔輸送層の厚さは５５ｎｍ〜６０ｎｍである。
Ｓ４．前記正孔輸送層に陽極層を形成する。
本実施例において、ＭｏＯ３／Ａｇを蒸着して陽極とし、ＭｏＯ３の厚さは１〜２０ｎｍの間にあり、Ａｇの厚さは１０〜２０ｎｍ程度である。
以下、図１と図２を参照して、本発明の好ましい実施例をさらに詳しく説明する。
図１と図２に示すように、それぞれ従来の技術に使用されるデバイス構造と改善されたデバイス構造である。この両種のデバイス構造において、正孔輸送材料ＨＴＬは、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４−４’−ジアミンであり、発光層は、Ｉｒ（ｐｐｙ）３をドーピングした４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）であり、ゲスト材料であるＩｒ（ｐｐｙ）３のドーピング割合は２％であり、電子輸送層は１，３，５−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）ベンゼンである。本発明者らによる主な設計はデバイスの陰極と陽極の構造であるので、陰極と陽極以外の他の層の材料の選択が唯一ではなく、従来の技術においてよく使用される材料で置き換えることができる。逆構造のデバイス構造において、Ｃｓ２ＣＯ３の厚さは１〜５ｎｍ程度であり、ここで、Ｃｓ２ＣＯ３の厚さは３ｎｍであることが好ましく、Ｃｓ２ＣＯ３は正構造のＯＬＥＤデバイスに幅広く応用される効果的な電子注入材料であり、その電子注入原理は陰極部に双極子層を形成することであるので、良好な電子注入を達成することができ、同様に、それをＩＴＯに蒸着してもよく、それによりＩＴＯの仕事関数を低下させて理想的な電子注入性能を取得する。このため、ここで、本発明者らはＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ／Ｃｓ２ＣＯ３をデバイスの陰極とすることで、低仕事関数金属であるＭｇの使用を避けることができ、それにより水と酸素の侵食を減少し、寿命を向上させる。両種のデバイス構造において、ＥＴＬの厚さは３０ｎｍであり、ＥＭＬの厚さは４０ｎｍであり、ＨＴＬの厚さは６０ｎｍであり、ＭｏＯ３の厚さは１０ｎｍであることが好ましく、Ａｇの厚さは１５ｎｍであることが好ましい。さらに、光出射面としてＭｏＯ３／Ａｇ面を選択し、ＭｏＯ３は可視光領域での吸収が少ないので、光出射率に大きな影響を生じさせないからである。
本発明による逆構造トップエミッション型デバイス及びその製造方法は、従来のＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ／ＨＴＬ／ＥＭＬ／ＥＴＬ／Ｍｇ：Ａｇ構造に基づいて、デバイス構造をＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ／Ｃｓ２ＣＯ３／ＥＴＬ／ＥＭＬ／ＨＴＬ／ＭｏＯ３／Ａｇに変更し、このように低仕事関数金属であるＭｇの使用を避ける。このような場合に、パッケージが理想的ではない状況が出現しても、デバイスが水と酸素で酸化されにくいことを確保することができ、それにより比較的に理想的なデバイス寿命を取得することを確保する。
以上、図面と実施例を参照しながら本発明を詳しく説明し、当業者は、上記の説明に基づいて本発明に対して種々の変形例を作ることができる。このため、実施例におけるいくつかの細部は本発明を限定すべきではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲で定義された範囲を請求範囲とする。
Claims (6)
- 順次積層するＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ基板、陰極層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層及び陽極層を備え、前記陰極の材料が炭酸セシウムであることを特徴とする逆構造トップエミッション型デバイス。
- 前記陰極層には、フッ化セシウム、アジ化セシウム又はフッ化リチウムを含むアルカリ金属塩がさらにドーピングされ、
前記炭酸セシウムの厚さは１ｎｍ〜５ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の逆構造トップエミッション型デバイス。 - 前記電子輸送層に使用される材料は、１，３，５−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）ベンゼンであり、
前記発光層に使用される材料は、Ｉｒ（ｐｐｙ）３をドーピングした４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニルであり、
Ｉｒ（ｐｐｙ）３のドーピング割合は２％であり、
前記正孔輸送層に使用される材料は、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４−４’−ジアミンであることを特徴とする請求項１に記載の逆構造トップエミッション型デバイス。 - ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ基板を製造するステップ（１）と、
ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ基板に炭酸セシウムを材料として陰極層を製造するステップ（２）と、
前記陰極層に電子輸送層、発光層、及び正孔輸送層を順次形成するステップ（３）と、
前記正孔輸送層に陽極層を形成するステップ（４）と、
を含む逆構造トップエミッション型デバイスの製造方法。 - ステップ（１）において、前記ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ基板は、まず洗浄剤、脱イオン水で超音波洗浄され、次に乾燥処理した後使用可能になり、
ステップ（２）において、前記炭酸セシウムは蒸着により前記使用可能なＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ基板に蒸着され、前記炭酸セシウムの厚さは１ｎｍ〜５ｎｍであり、前記陰極層にはフッ化セシウム、 アジ化セシウム又はフッ化リチウムを含むアルカリ金属塩がさらにドーピングされ、
ステップ（３）において、
前記電子輸送層の材料は、１，３，５−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）ベンゼンであり、前記電子輸送層の厚さは３０ｎｍ〜３５ｎｍであり、
前記発光層の材料は、Ｉｒ（ｐｐｙ）３をドーピングした４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニルであり、Ｉｒ（ｐｐｙ）３のドーピング割合は２％であり、前記発光層の厚さは３５ｎｍ〜４０ｎｍであり、
前記正孔輸送層の材料は、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４−４’−ジアミンであり、前記正孔輸送層の厚さは５５ｎｍ〜６０ｎｍであることを特徴とする請求項４に記載の逆構造トップエミッション型デバイスの製造方法。 - ステップ（４）において、前記陽極層の材料は、酸化モリブデン／銀であり、酸化モリブデンの厚さは１ｎｍ〜２０ｎｍであり、銀の厚さは１０ｎｍ〜２０ｎｍであることを特徴とする請求項５に記載の逆構造トップエミッション型デバイスの製造方法。
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