JP2018536961A - 有機エレクトロルミネッセンス素子及びその作製方法、表示装置 - Google Patents
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Abstract
本願は、有機エレクトロルミネッセンス素子及びその作製方法、並びに表示装置を開示するものである。有機エレクトロルミネッセンス素子は、第一の電極と、第一のキャリア輸送層と、有機発光層と、第二のキャリア輸送層と、第二の電極と、第一の電極と有機発光層との間に位置する光取り出し層とを備える。光取り出し層は、第一のキャリア輸送材料より形成される。有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し側であって、第一の電極と有機発光層との間に、第一のキャリア輸送材料より光取り出し層を形成することにより、有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率を向上させる。光取り出し層は、第一のキャリア輸送層としても機能するので、有機エレクトロルミネッセンス素子の構成を簡素化し、作製が便利でコストを効果的にコントロールできる。
Description
本発明は、表示の技術分野に関するものであり、具体的には、有機エレクトロルミネッセンス素子(organic light emitting device, OLED)及びその作製方法、並びに当該有機エレクトロルミネッセンス素子を備える表示装置に関するものである。
有機エレクトロルミネッセンス素子は、有機固体状態の半導体を発光材料とする発光素子であり、その製造プロセスが簡単で、低コスト、省電力、高輝度、動作温度範囲が広いなどの利点があるので、幅広い用途に適用可能である。有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率の向上は、現在早く解決すべき課題である。
本願発明は、上記の問題点の一つ又はいくつかを低減又は解決することを目的とする。具体的には、本願発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率を効果的に向上できる有機エレクトロルミネッセンス素子及びその作製方法、並びに当該有機エレクトロルミネッセンス素子を備える表示装置を提供する。
第一の面では、第一の電極と、有機発光層と、第二のキャリア輸送層と、第二の電極と、前記第一の電極と前記有機発光層との間にある光取り出し層とを備え、前記光取り出し層は、第一のキャリア輸送材料より形成される有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。
この実施形態によれば、前記有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し側であって、第一の電極と有機発光層との間に光取り出し層を形成することにより、有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率を向上させる。前記光取り出し層は、第一のキャリア輸送層としても機能するので、有機エレクトロルミネッセンス素子の構成を簡素化し、作製が便利でコストを効果的にコントロールできる。
当該有機エレクトロルミネッセンス素子の例示的な実施形態において、前記光取り出し層は、前記有機エレクトロルミネッセンス素子のうち光取り出しに近い側に配置される。
当該有機エレクトロルミネッセンス素子の例示的な実施形態において、前記光取り出し層の表面は、周期構造を有する。
この実施形態によれば、前記光取り出し層の表面が周期構造を有するので、有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率の向上に有利である。
当該有機エレクトロルミネッセンス素子の例示的な実施形態において、前記周期構造は、断面が三角形又は弧状の一次元角柱、或いはマトリックス状に配列された周期的なパターンである。
この実施形態によれば、一次元角柱とマトリックス状に配列された周期的なパターンは、作製が便利である。マトリックス状に配列された周期的なパターンは、マトリックス状に配列されたマイクロレンズ等を含む。
当該有機エレクトロルミネッセンス素子の例示的な実施形態において、前記光取り出し層は、ポリマーキャリア輸送材料より形成される。
この実施形態によれば、光取り出し層は、ポリマーキャリア輸送材料より形成される。ポリマー材料は、スピンコートにより第一の電極の上に使われ、且つナノインプリントでパターニングし周期構造を形成することが便利である。また、ポリマー材料が緻密なので、形成された光取り出し層は、有機層発光層を外から隔てて、湿気等の外部要因による有機発光層の有機材料の損害を避けて、有機エレクトロルミネッセンス素子の寿命を延長させる。
当該有機エレクトロルミネッセンス素子の例示的な実施形態において、前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記有機発光層と前記光取り出し層との間に位置する第一のキャリア輸送層をさらに備える。
この実施形態によれば、従来の技術に比べて、第一のキャリア輸送層と第一の電極との間に第一のキャリア輸送材料より形成される光取り出し層を追加した。第一のキャリア輸送材料より形成される光取り出し層は、有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率を改善する。前記光取り出し層が第一のキャリア輸送材料より形成され、当該光取り出し層の形成プロセスが既存の有機エレクトロルミネッセンス素子の作製プロセス、特に第一のキャリア輸送層の形成プロセスと競合しないので、作製が便利でコストを効果的にコントロールできる。
当該有機エレクトロルミネッセンス素子の例示的な実施形態において、前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記第一の電極と前記光取り出し層との間に位置する電極改質層をさらに備える。
この実施形態によれば、前記第一の電極と前記光取り出し層との間に位置する電極改質層は、第一の電極と有機発光層の有機材料との間の界面障壁を低減させ、キャリアの効果的な注入を実現することで、有機エレクトロルミネッセンス素子の性能を向上させる。また、第一の電極と有機材料との間の界面障壁が低減するので、有機エレクトロルミネッセンス素子の稼動する時に生じたジュール熱が減って、有機エレクトロルミネッセンス素子の寿命の延長に有利である。
当該有機エレクトロルミネッセンス素子の例示的な実施形態において、前記電極改質層は、Al2O3又はZnOより形成され、その厚さが1〜3nmの程度である。
この実施形態によれば、電極改質材料がAl2O3又はZnOであるので、陰極と有機材料との間の界面障壁を低減させ、電子注入効率を向上する。電極改質層の厚さは、通常1〜3nmの程度であり、例えば1.5nm又は2nmである。電極改質層が厚すぎると、絶縁層となり、有機エレクトロルミネッセンス素子の電気性能を低減させる。また、前記電極改質層は、スピンコートしてアニールすることで形成されたAl2O3又はZnO膜である。緻密な電極改質層は、有機層発光層を外から隔てて、湿気等の外部要因による有機発光層の有機材料の損害を避けて、有機エレクトロルミネッセンス素子の寿命を延長させる。
当該有機エレクトロルミネッセンス素子の例示的な実施形態において、前記第一の電極が陰極で、前記第一のキャリア輸送層が電子輸送層で、前記第二のキャリア輸送層が正孔輸送層で、前記第二の電極が反射性陽極である。
この実施形態によれば、当該有機エレクトロルミネッセンス素子は、転置構造であり、かつ光を陰極側から出力する。前記光取り出し層は、光取り出し側に配置され、有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率の向上に有利である。
当該有機エレクトロルミネッセンス素子の例示的な実施形態において、前記第一の電極の材料は、インジウムスズ酸化物を含む。
この実施形態によれば、当該有機エレクトロルミネッセンス素子は、転置ものである。当該有機エレクトロルミネッセンス素子の底部は、インジウムスズ酸化物より形成される陰極であるので、n型TFTのドレインと直接に接続し、両者の集積が便利で表示素子の安定性を向上できる。インジウムスズ酸化物陰極の仕事関数が高くて、電子輸送材料との間に大きな電子注入障壁が存在することで、電子注入が困難である。上記電極改質層は、電子の注入障壁の低減に資するので、当該問題点を解決した。
当該有機エレクトロルミネッセンス素子の例示的な実施形態において、前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記電子輸送層と前記陰極との間に配置されるnドープ電子輸送層をさらに備える。
この実施形態によれば、nドープ電子輸送層は、前記電子輸送層の前記陰極に向かう側に配置される。例えば、前記nドープ電子注入材料のドープ剤は、Ce又はLiである。当該nドープ電子輸送層は、当該有機エレクトロルミネッセンス素子の電子注入障壁を低減させ、電子キャリアの注入に資する。
第二の面では、本願の実施形態は、上記のような有機エレクトロルミネッセンス素子を備える表示装置を提供する。
本願の実施形態にかかる表示装置は、上記の有機エレクトロルミネッセンス素子と同じ又は類似の効果を有するので、ここで説明を省略する。
第三の面では、本願の実施形態は、基板に第一の電極を形成するステップと、前記第一の電極に第一のキャリア輸送層を形成することで、光取り出し層を形成するステップと、前記光取り出し層に順次に有機発光層、第二のキャリア輸送層及び第二の電極を形成するステップと、を含む有機エレクトロルミネッセンス素子を作製する方法を提供する。
この実施形態によれば、第一の電極と有機発光層との間に光取り出し層を形成されることで、有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率を向上させる。この実施形態によれば、第一のキャリア輸送層をパターニングすることで、有機エレクトロルミネッセンス素子内部に配置される光取り出し層を形成される。これは、既存の有機エレクトロルミネッセンス素子と競合しないだけでなく、有機エレクトロルミネッセンス素子の作製プロセスを簡素化する。
当該方法の例示的な実施形態において、前記光取り出し層の形成は、前記第一のキャリア輸送層をパターニングし、周期構造を有する光取り出し層を形成することを含む。
当該方法の例示的な実施形態において、前記第一のキャリア輸送材料をパターニングすることは、ナノインプリント型により前記第一のキャリア輸送材料をナノインプリントすることを含む。
この実施形態によれば、ナノインプリントにより容易に第一のキャリア輸送材料に光取り出しパターンを形成する。
当該方法の例示的な実施形態において、前記第一の電極の上に前記第一のキャリア輸送材料を使うことは、前記第一の電極に厚さが50〜60nm程度のポリマーキャリア輸送材料をスピンコートすることを含む。
この実施形態によれば、光取り出し層は、ポリマーキャリア輸送材料より形成される。ポリマー材料は、スピンコートにより第一の電極の上に使われ、ナノインプリントでパターニングし周期構造を形成することに便利です。ポリマーキャリア輸送材料の厚さは、50〜60nmの程度であり、例えば55nmである。
当該方法の例示的な実施形態において、前記方法は、前記第一の電極を形成した後且つ前記光取り出し層を形成する前に、さらに、前記第一の電極に電極改質材料の懸濁液をスピンコートすることと、前記懸濁液をスピンコートした有機エレクトロルミネッセンス素子をアニールし、電極改質層を形成することと、を含む。
この実施形態によれば、電極改質層は、第一の電極と有機発光層の有機材料との間の界面障壁を低減でき、キャリアの効果的な注入を実現するので、有機エレクトロルミネッセンス素子の性能を向上させる。
当該方法の例示的な実施形態において、前記電極改質層の材料は、Al2O3又はZnOを含む。
この実施形態によれば、電極改質材料がAl2O3又はZnOである場合、有機溶剤を用いてAl2O3又はZnOの懸濁液を形成し、スピンコートで前記Al2O3又はZnOの懸濁液を前記第一の電極の上に使う。
当該方法の例示的な実施形態において、前記第一の電極が陰極で、前記第一のキャリア輸送層が電子輸送層で、前記第二のキャリア輸送層が正孔輸送層で、前記第二の電極が陽極であり、且つ前記方法は反射性材料より前記第二の電極を形成することを含む。
この実施形態によれば、当該有機エレクトロルミネッセンス素子は、転置構造であり、かつ光が陰極側から出力する。前記光取り出し層が有機エレクトロルミネッセンス素子のうち光取り出しに近い側に配置されることで、光は前記光取り出し層を通って有機エレクトロルミネッセンス素子から射出する。これは、有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率の向上に有利である。
当該方法の例示的な実施形態において、基板に前記第一の電極を形成することは、前記基板にインジウムスズ酸化物を堆積することと、インジウムスズ酸化物にUVオゾン処理を行い、前記第一の電極を形成することと、を含む。
この実施形態によれば、当該有機エレクトロルミネッセンス素子は、転置ものである。当該有機エレクトロルミネッセンス素子の底部は、インジウムスズ酸化物より形成される陰極であるので、n型TFTのドレインと直接に接続し、両者の集積が便利で表示素子の安定性を向上できる。インジウムスズ酸化物陰極の仕事関数が高くて、電子輸送材料との間に大きな電子注入障壁が存在することで、電子注入が困難である。上記電極改質層は、電子の注入障壁の低減に資するので、当該問題点を解決した。
以下、図面を参照しながら、本願の実施例にかかる有機エレクトロルミネッセンス素子及びその作製方法、並びに表示装置の具体的な実施形態について、詳しく説明する。本願の実施例にかかる図面では、発明のポイントに関わる構成、部分及び/又はステップを模式的に描くがが、発明のポイントに関わらない構成、部分及び/又はステップについて、描かないか一部のみを描く。
本願の一実施例によれば、有機エレクトロルミネッセンス素子が提供される。図1Aに示すような実施例では、当該有機エレクトロルミネッセンス素子が、基板100の上にある第一の電極102と、第一のキャリア輸送層104と、有機発光層106と、第二のキャリア輸送層108と、第二の電極112とを備える。前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記第一の電極102と前記第一のキャリア輸送層104との間に位置する光取り出し層120をさらに備える。前記光取り出し層120は、第一のキャリア輸送材料より形成される。
図1Aに示す実施例において、当該有機エレクトロルミネッセンス素子は、ボトムエミッションタイプである。従って、基板100は、透明材料より形成されることで、有機発光層106で発生した光を出力する。当該光取り出し層120は、当該有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し側に設けられることで、光取り出し効率を向上させる。
なお、当該有機エレクトロルミネッセンス素子は、第二のキャリア輸送層108と第二の電極112との間に位置する第二のキャリア注入層110を備えてもよい。
また、当該有機エレクトロルミネッセンス素子は、トップエミッションタイプであってもよい。例えば、図1Bに示すような実施例では、当該有機エレクトロルミネッセンス素子が、基板100の上にある第一の電極102と、第一のキャリア輸送層104と、有機発光層106と、第二のキャリア輸送層108と、第二の電極112とを備える。前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記第二の電極112と前記第二のキャリア輸送層108との間に位置する光取り出し層122をさらに備える。前記有機エレクトロルミネッセンス素子が第二のキャリア輸送層108の基板100から離れた側に配置される第二のキャリア注入層110を備える場合、前記光取り出し層122は、前記第二の電極112と前記第二のキャリア注入層110との間に設置される。前記光取り出し層122は、第二のキャリア輸送材料より形成される。
図1Bに示す実施例において、当該有機エレクトロルミネッセンス素子は、トップエミッションタイプである。当該光取り出し層122は、当該有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し側に設置されることで、光取り出し効率を向上させる。
図1Aと図1Bに示すように、有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し側に、対応するキャリア輸送材料からなる光取り出し層が形成されることにより、有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率を効果的に向上させることができる。光取り出し層が対応するキャリア輸送材料より形成されることで、当該前記光取り出し層の形成プロセスは、既存の有機エレクトロルミネッセンス素子の作製プロセス、特に対応するキャリア輸送層の形成プロセスと競合しないので、簡単に作製できるとともに作製コストを効果的にコントロールできる。
例示として、光取り出し層120、122は、ポリマーキャリア輸送材料より形成される。この場合、電極の上にスピンコートでポリマー材料を使い、さらにナノインプリントでパターニングすることにより、周期構造とする。ポリマー材料より形成された光取り出し層は緻密で、有機発光層を外から隔てて、湿気等の外部要因による有機発光層の有機材料の損害を避けて、有機エレクトロルミネッセンス素子の寿命を延長させる。
光取り出し層120、122の表面は、断面が三角形又は弧状の一次元角柱、或いはマトリックス状に配列された周期的なパターンである周期構造を有する。表面に当該周期構造を有する光取り出し層は、有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率の向上に資する。また、一次元角柱とマトリックス状に配列された周期的なパターンは、作製が便利である。ただし、これに限定されなく、例えば、光取り出し層の表面は、準周期構造或いは非周期構造を有することもあり、有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率の向上に役立つとよい。
光取り出し層120、122は、知られているキャリア輸送材料のいずれかを用いる。図1Aに示す実施例では、光取り出し層120の材料が第一のキャリア輸送層104の材料と同じである。図1Bに示す実施例では、光取り出し層122の材料が第二のキャリア輸送層108又は第二のキャリア注入層110の材料と同じである。例えば、第一の電極102がインジウムスズ酸化物より形成された陰極である場合、光取り出し層120は、知られている電子輸送材料のいずれか、例えばポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸(PEDOT:PSS)を用いる。
図1Aに示すように、有機エレクトロルミネッセンス素子は、第一の電極102と光取り出し層120との間に位置する電極改質層130をさらに備える。当該電極改質層130は、第一の電極102と有機発光層106の有機材料との間の界面障壁を低減し、第一のキャリアの効果的な注入を実現することで、有機エレクトロルミネッセンス素子の性能を向上させる。当該第一の電極102が陰極である場合、電極改質層120は、Al2O3又はZnOより形成される。当該電極改質層120の厚さは、1〜3nmの程度である。
同様に、図1Bに示す実施例では、有機エレクトロルミネッセンス素子が、光取り出し層122と第二の電極112との間に位置する電極改質層132を備える。当該電極改質層132は、第二の電極112からの第二のキャリアの注入に資する。
図1Aと図1Bに示す実施例では、第一のキャリアが電子で、第二のキャリアが正孔である。従って、第一の電極102が陰極で、第一のキャリア輸送層104が電子輸送層で、第二のキャリア輸送層108が正孔輸送層で、第二のキャリア注入層110が正孔注入層で、第二の電極112が陽極である。
図1Aに示す実施例では、当該有機エレクトロルミネッセンス素子が転置構造であり、基板100を透明な基板とし、光が第一の電極102側(即ち、基板100側)から出力される。例示として、当該第二の電極112は、反射材料、例えば反射金属層より形成されることにより、有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率をより向上する。例示として、第一の電極102が陰極である場合、当該第一の電極102は、インジウムスズ酸化物より形成される。
以下、図2A、2B及び2Cを参照し、本願の実施例にかかる有機エレクトロルミネッセンス素子を説明する。具体的には、当該有機エレクトロルミネッセンス素子は転置有機エレクトロルミネッセンス素子(Inverted OLED, IOLED)である。
図2Aに、本願の一実施例にかかる転置有機エレクトロルミネッセンス素子を示す。図2Aに示すように、当該有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板200に順次に配置される陰極202と、電子輸送層204と、有機発光層206と、正孔輸送層208と、陽極212とを備える。なお、当該有機エレクトロルミネッセンス素子は、正孔輸送層208と陽極212との間に位置する正孔注入層210をさらに備えてもよい。電子輸送層204は、通常、未ドープの電子輸送材料より形成されるが、これに限定されない。当該有機エレクトロルミネッセンス素子は、光取り出し側の光取り出し層220及び陰極202に配置される電極改質層230をさらに備える。図2Aに示す光取り出し層220及び電極改質層230は、図1Aに示す光取り出し層120及び電極改質層130に相当し、説明を省略する。
図2Aに示すように、当該有機エレクトロルミネッセンス素子は、例えば、電子輸送層204の陰極202に向かう側に配置されるnドープ電子輸送層240をさらに備える。当該nドープ電子輸送層は、n型ドープ剤をドープした電子輸送材料より形成される。例えば、当該n型ドープ剤は、Ce又はLiである。nドープ電子輸送層240は、電子注入障壁を低下させ、電子注入効率を向上し、さらに有機エレクトロルミネッセンス素子の性能を向上させる。
ところで、有機エレクトロルミネッセンス素子は、電子ブロック層や正孔ブロック層のような他の機能層も備える。これらの機能層は、当業者の知っているものであるから、ここで詳しく説明しない。
伝統的な正置有機エレクトロルミネッセンス素子より、転置有機エレクトロルミネッセンス素子の方が、n型薄膜ランジスタ(TFT)に集積しやすい。今まで酸化インジウムガリウム亜鉛(indium gallium zinc oxide, IGZO)をアクティブ層とする薄膜ランジスタと転置有機エレクトロルミネッセンス素子の方が適する。転置有機エレクトロルミネッセンス素子は、インジウムスズ酸化物を透明陰極とする場合、有機エレクトロルミネッセンス素子がn型TFTのドレインと直接に接続し、両者の集積が便利で表示素子の安定性を向上できる。この場合、図2Aの基板200は、n型薄膜ランジスタである。しかし、インジウムスズ酸化物の仕事関数が高いことで、電子の注入障壁が高くなり、電子注入効率が低くなる。よって、有機エレクトロルミネッセンス素子の性能に影響を及ぼす。この実施例によれば、陰極202に電極改質層230が形成され、効果的に電子の注入障壁を低下させることにより、転置有機エレクトロルミネッセンス素子がn型薄膜ランジスタと集積した時存在する上記問題点を解決する。
当該電極改質層230は、Al2O3又はZnOを含むことで、陰極202の表面仕事関数を効果的に低下させ、電子注入能力を向上する。当該電極改質層230の厚さは、通常1〜3nmの程度であり、例えば1.5nm又は2nmである。電極改質層230が厚すぎると、絶縁層となり、転置有機エレクトロルミネッセンス素子の電気性能に不利になる。当該電極改質層230がAl2O3又はZnOを含む場合、当該電極改質層230は、Al2O3又はZnOにおける有機溶剤の懸濁液をスピンコートしてから、有機エレクトロルミネッセンス素子をアニールし、緻密なAl2O3又はZnO膜を形成させる。緻密な電極改質層230は、有機層発光層206を外から隔てて、湿気等の外部要因による有機発光層の有機材料の損害を避けて、転置有機エレクトロルミネッセンス素子の寿命に有利である。
図1Aに示す実施例と同様に、当該転置有機エレクトロルミネッセンス素子は、例えば、陰極202と電子輸送層204との間に配置される光取り出し層220をさらに備える。なお、図2Aに示すように、光取り出し層220は、電極改質層230とnドープ電子輸送層240との間に配置されてもよい。
当該光取り出し層220は、当該転置有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し側に設置されることにより、光取り出し効率を向上する。当該光取り出し層220は、電子輸送材料より形成されることで、当該転置有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率を効果的に向上し、電子の注入と輸送に何も悪影響がない。例示として、光取り出し層220は、ポリマーキャリア輸送材料より形成され、スピンコート法で陰極202の上に使われ、且つナノインプリントで周期構造を形成する。例示として、光取り出し層220の表面の周期構造は、断面が三角形又は弧状の一次元角柱、或いはマトリックス状に配列された周期的なパターンであることで、当該転置有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率の向上に有利である。
図2Bに、本願のもう一つの実施例にかかる転置有機エレクトロルミネッセンス素子を示す。図2Bに示すように、当該転置有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板200に順次に配置された陰極202と、電極改質層230と、nドープ電子輸送層242と、光取り出し層222と、電子輸送層204と、有機発光層206と、正孔輸送層208と、正孔注入層210と、陽極212とを備える。図2Aに示す実施例と比べて、図2Bに示す実施例では、光取り出し層222がnドープ電子輸送層242と電子輸送層204との間に配置される。
図2Cに、本願のさらにもう一つの実施例にかかる転置有機エレクトロルミネッセンス素子を示す。図2Cに示すように、当該転置有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板200に順次に配置された陰極202と、電極改質層230と、nドープ電子輸送層244と、光取り出し層224と、有機発光層206と、正孔輸送層208と、正孔注入層210と、陽極212とを備える。図2Bに示す実施例と比べて、図2Cに示す転置有機エレクトロルミネッセンス素子は、単一の電子輸送層を備えていない。光取り出し層224は、nドープ電子輸送層244と有機発光層206との間に配置される。例示として、光取り出し層224は、未ドープの電子輸送材料より形成される。この実施例では、光取り出し層224は、光取り出し効率の増加だけでなく、転置有機エレクトロルミネッセンス素子において電子輸送層としても機能する。
図3Aと図3Bに、本願の実施例にかかる光取り出し層の異なる実施例を示す。
図3Aの断面図に示すように、陰極202に電極改質層230を形成した後、スピンコートで電極改質層230にポリマーキャリア輸送材料の膜を形成する。例示として、当該膜の厚さは、50〜60nmの程度であり、例えば55nmである。そして、転写型350よりポリマーキャリア輸送材料の膜にナノインプリントし、転写型350のパターンがポリマーキャリア輸送材料の膜に転写されることで、光取り出し層320が形成される。図3Aに示すように、当該光取り出し層320は、断面が三角形の一次元角柱を有する。
図3Bの断面図に示すように、陰極202に電極改質層230を形成した後、スピンコートで電極改質層230にポリマーキャリア輸送材料の膜を形成する。そして、転写型352よりポリマーキャリア輸送材料の膜にナノインプリントし、転写型352のパターンがポリマーキャリア輸送材料の膜に転写されることで、光取り出し層322が形成される。図3Bに示すように、当該光取り出し層320は、断面が弧状(波形)の一次元角柱を有する。
図3Aと図3Bに示す実施例では、光取り出し層320、322の表面の周期構造は、断面が三角形又は弧状の一次元角柱である。しかし、これに限定されない。光取り出し層はマトリックス状に配列された周期的なパターンを有することもある。また、表面が準周期構造或いは非周期構造を有する光取り出し層でも可能であり、有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率の向上に有利であればよい。
上記転写型350、352は、電子ビーム蒸着、レーザー直接描画、化学合成、セルフアセンブリ等の方法で、転写基板(図に示されていない)に特定なパターンを生成することにより形成される。当該特定なパターンは、光取り出し層の表面に形成しようとするパターンと相補する。
ところで、図3A及び3Bに示す光取り出し層320、322は、図1A〜1B、2A〜2Cに示す有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し層120、122、220、222、224に適用される。図を簡素化するため、図1A〜1B、2A〜2Cには、光取り出し層120、122、220、222、224の表面の様子が示されていない。
また、有機エレクトロルミネッセンス素子に上記のような光取り出し層を形成した時、有機エレクトロルミネッセンス素子における各機能層、例えば電子輸送層、有機発光層、正孔輸送層、正孔注入層及び陽極は、光取り出し層に順次に形成されるとともに、光取り出し層の表面形態に従う。つまり、光取り出し層に形成された各機能層も、光取り出し層と同じ周期構造を有することで、有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率の更なる向上に有利である。本願の一実施例によれば、上記のような有機エレクトロルミネッセンス素子を備える表示装置を提供する。当該表示装置は、表示機能を有するいずれの製品又は部品であり、例えば携帯電話、タブレット型コンピュータ、テレビ、モニター、ノートパソコン、デジタルフォトフレームやカーナビである。当業者が知っているように、当該表示装置は、当該有機エレクトロルミネッセンス素子のほか、駆動回路などの部品も備える。これらの部品は、当業者の知っているものだから、ここで詳しく説明しない。
本願の一実施例によれば、有機エレクトロルミネッセンス素子を作製する方法を提供する。図4に示すように、当該方法は、
基板に第一の電極を形成するステップS100と、
前記第一の電極の上に第一のキャリア輸送材料を使い、前記第一のキャリア輸送材料をパターニングすることで、周期構造を有する光取り出し層を形成するステップS200と、
前記光取り出し層に順次に有機発光層、第二のキャリア輸送層及び第二の電極を形成するステップS300と、を含む。
基板に第一の電極を形成するステップS100と、
前記第一の電極の上に第一のキャリア輸送材料を使い、前記第一のキャリア輸送材料をパターニングすることで、周期構造を有する光取り出し層を形成するステップS200と、
前記光取り出し層に順次に有機発光層、第二のキャリア輸送層及び第二の電極を形成するステップS300と、を含む。
例示として、前記第一のキャリア輸送材料のパターニングは、ナノインプリント型により前記第一のキャリア輸送材料にナノインプリントすることを含む。
例示として、前記第一の電極の上に前記第一のキャリア輸送材料を使うことは、前記第一の電極の上に厚さが50〜60nm程度のポリマーキャリア輸送材料をスピンコートすることを含む。
例示として、前記方法は、前記第一の電極を形成した後且つ前記光取り出し層が形成される前に、さらに、前記第一の電極に電極改質材料における有機溶剤の懸濁液をスピンコートすることと、前記懸濁液がスピンコートされた有機エレクトロルミネッセンス素子をアニールし、電極改質層を形成することと、を含む。
例示として、前記電極改質層の材料は、Al2O3又はZnOを含む。
例示として、前記第一の電極が陰極で、前記第一のキャリア輸送層が電子輸送層で、前記第二のキャリア輸送層が正孔輸送層で、前記第二の電極が陽極であり、且つ前記方法は反射性材料より前記第二の電極を形成することを含む。
例示として、基板に前記第一の電極を形成することは、前記基板にインジウムスズ酸化物を堆積することと、インジウムスズ酸化物にUVオゾン処理を行い、前記第一の電極を形成することと、を含む。
例示的な実施例の一つでは、当該方法が下記ステップを含む。
基板200にインジウムスズ酸化物より形成される陰極202を形成し、陰極202の表面にUVオゾン処理を行う。正置有機エレクトロルミネッセンス素子では、通常、インジウムスズ酸化物陰極にUVオゾン処理を行う必要がない。しかし、転置有機エレクトロルミネッセンス素子では、通常、インジウムスズ酸化物を堆積した後、陰極の仕事関数を低減させるためにUVオゾン処理を行う。
陰極202にインジウムスズ酸化物の表面を改質する酸化物前駆体懸濁液をスピンコートする。当該酸化物は、例えばAl2O3又はZnOであることで、インジウムスズ酸化物の仕事関数を低減させ、電子注入能力を向上する。そして、当該酸化物前駆体懸濁液をスピンコートした有機エレクトロルミネッセンス素子をアニールし、緻密な酸化物膜、即ち電極改質層230を形成する。なお、アニール前に、当該酸化物前駆体懸濁液に対して乾燥処理をしてもよい。例示として、当該電極改質層230の厚さは、1〜3nmの程度であり、例えば1.5nm又は2nmである。
当該電極改質層230に、ポリマー電子輸送材料の膜をスピンコートする。例示として、当該膜の厚さは、50〜60nmの程度であり、例えば55nmである。予め用意した転写型より当該膜をナノインプリントし、周期構造を形成して、光取り出し層220を形成する。
前のステップで得た構成を真空蒸着チャンバー内に移し、周期構造を有する光取り出し層220に順次にnドープ電子輸送層240、(未ドープ)電子輸送層204、有機発光層206、正孔輸送層208、正孔注入層210及び反射陽極212を蒸着する。
上記ステップにより、図2Aに示すような光取り出し効率が向上される転置有機エレクトロルミネッセンス素子を得る。
以上、図2Aに示す転置有機エレクトロルミネッセンス素子の作製フローを具体的に説明した。本願の開示内容に基づいて、当業者は図2B〜2C及び図1A〜1Bに示す有機エレクトロルミネッセンス素子の作製フローを想到できるので、ここで説明しない。
本願の実施例によれば、有機エレクトロルミネッセンス素子において、第一の電極と有機発光層との間に第一のキャリア輸送材料より光取り出し層を形成することで、有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率を向上させる。前記光取り出し層は、第一のキャリア輸送層としても機能するので、有機エレクトロルミネッセンス素子の構成を簡素化し、作製が便利でコストを効果的にコントロールできる。
単に図示および説明の目的で、本願の実施例への上記説明を提示したが、本願の内容をすべて挙げるか限定する趣旨ではない。したがって、当業者は多くの変更及び変形を容易に想到でき、これらの変更及び変形は、本願の技術的範囲内に属する。要するに、本願の技術的範囲は添付の特許請求の範囲によって定義される。
100、200 基板
102 第一の電極
104 第一のキャリア輸送層
106 有機発光層
108 第二のキャリア輸送層
110 第二のキャリア注入層
112 第二の電極
120、122、220、222、224、320、322 光取り出し層
130、132、230 電極改質層
202 陰極
204 電子輸送層
206 有機発光層
208 正孔輸送層
210 正孔注入層
212 陽極
240、242、244 nドープ電子輸送層
350、352 転写型
102 第一の電極
104 第一のキャリア輸送層
106 有機発光層
108 第二のキャリア輸送層
110 第二のキャリア注入層
112 第二の電極
120、122、220、222、224、320、322 光取り出し層
130、132、230 電極改質層
202 陰極
204 電子輸送層
206 有機発光層
208 正孔輸送層
210 正孔注入層
212 陽極
240、242、244 nドープ電子輸送層
350、352 転写型
Claims (20)
- 第一の電極と、有機発光層と、第二のキャリア輸送層と、第二の電極と、を備え、
さらに、前記第一の電極と前記有機発光層との間に位置する光取り出し層を備え、
前記光取り出し層は、第一のキャリア輸送材料より形成される有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記光取り出し層は、前記有機エレクトロルミネッセンス素子のうち光取り出しに近い側に配置される、
請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記光取り出し層の表面は、周期構造を有する、
請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記周期構造は、断面が三角形若しくは弧状の一次元角柱、又はマトリックス状に配列された周期的なパターンである、
請求項3に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記光取り出し層は、ポリマーキャリア輸送材料より形成される、
請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記有機発光層と前記光取り出し層との間に位置する第一のキャリア輸送層をさらに備える、
請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記第一の電極と前記光取り出し層との間に位置する電極改質層をさらに備える、
請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記電極改質層は、Al2O3又はZnOより形成され、その厚さが1〜3nmの程度である、
請求項7に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記第一の電極が陰極で、前記第一のキャリア輸送層が電子輸送層で、前記第二のキャリア輸送層 が正孔輸送層で、前記第二の電極が反射性陽極である、
請求項6に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記第一の電極の材料は、インジウムスズ酸化物を含む、
請求項9に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記電子輸送層と前記陰極との間に配置されるnドープ電子輸送層をさらに備える、
請求項9に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 請求項1〜11のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備える、表示装置。
- 基板に第一の電極を形成するステップと、
前記第一の電極に第一のキャリア輸送層を形成することで、光取り出し層を形成するステップと、
前記光取り出し層に順次に有機発光層、第二のキャリア輸送層及び第二の電極を形成するステップと、を含む、
有機エレクトロルミネッセンス素子を作製する方法。 - 前記光取り出し層の形成は、前記第一のキャリア輸送層をパターニングし、周期構造を有する光取り出し層を形成することを含む、
請求項13に記載の方法。 - 前記第一のキャリア輸送材料をパターニングすることは、ナノインプリント型により前記第一のキャリア輸送材料をナノインプリントすることを含む、
請求項14に記載の方法。 - 前記第一の電極の上に前記第一のキャリア輸送材料を使うことは、前記第一の電極に厚さが50〜60nm程度のポリマーキャリア輸送材料をスピンコートすることを含む、
請求項13に記載の方法。 - 前記第一の電極を形成した後且つ前記光取り出し層を形成する前に、さらに、
前記第一の電極に電極改質材料における有機溶剤の懸濁液をスピンコートすることと、
前記懸濁液をスピンコートした有機エレクトロルミネッセンス素子をアニールし、電極改質層を形成することと、を含む、
請求項13に記載の方法。 - 前記電極改質層の材料は、Al2O3又はZnOを含む、
請求項17に記載の方法。 - 前記第一の電極が陰極で、前記第一のキャリア輸送層が電子輸送層で、前記第二のキャリア輸送層が正孔輸送層で、前記第二の電極が陽極であり、且つ前記方法は反射性材料より前記第二の電極を形成することを含む、
請求項13に記載の方法。 - 基板に前記第一の電極を形成することは、
前記基板にインジウムスズ酸化物を堆積することと、
インジウムスズ酸化物にUVオゾン処理を行い、前記第一の電極を形成することと、を含む、
請求項19に記載の方法。
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