JP4658921B2 - 改良された光デカップリングを有するエレクトロルミネセント装置 - Google Patents
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Description
本発明は、基板とサンドイッチ部とを有するエレクトロルミネセント装置であって、サンドイッチ部が第１の電極、エレクトロルミネセント層、および第２の電極からなるエレクトロルミネセント装置に関する。
電子的に作動するディスプレイシステムが知られており、種々の原理に基づいた種々の形式で広く使用されている。
１つの原理は、光源として、ＯＬＥＤとして知られている有機発光ダイオードを利用する。有機発光ダイオードは、幾つかの機能層から成る。ＯＬＥＤの典型的な構造は、「Philips Journal of Research, 1998, 51, 467」に開示されている。典型的な構造は、透明電極（アノード）としてＩＴＯ（Indium Tin Oxide）の層と、導電ポリマー層と、エレクトロルミネセント層（即ち、発光材料（特に発光ポリマー）の層）と、金属（好ましくは低い仕事関数を有する金属）からなる電極とを有する。斯かる構造は、通常、基板（普通はガラス）に適用されている。生成される光は、基板を通じて観測者に到達する。エレクトロルミネセント層に発光ポリマーを有するＯＬＥＤは、polyＬＥＤ又はＰＬＥＤとも呼ばれる。
斯かる装置は不利な点を有し、その不利な点は、エレクトロルミネセント層で生成される光が、装置を最短ルートで観測者の方向に向かって去るのではなく、個々の層の間の界面（例えば、透明電極と基板との間の界面、又はエレクトロルミネセント層と透明電極との間の界面）での全反射によって装置の外側のエッジに伝わることである。生成される光の８０％までが、この内部の全反射のために損失される。
従って、本発明の目的は、ＯＬＥＤをベースにしたエレクトロルミネセント装置であって、改良された光デカップリング装置を有するエレクトロルミネセント装置を提供することにある。
この目的は、基板と上記基板に隣接するサンドイッチ部とを有するエレクトロルミネセント装置であって、上記サンドイッチ部が、少なくとも、第１の電極と、エレクトロルミネセント層と、第２の電極と、導電粒子を有する層とからなる、エレクトロルミネセント装置によって達成される。
エレクトロルミネセント装置の一連の層に導電粒子を有する層を組み込むことによって、発せられた光の、隣接するコンパクト層（compact layer）での界面における全反射が妨害され、より多くの光がエレクトロルミネセント装置からデカップルされる。エレクトロルミネセント層で生成される光が粒子のエッジにおける屈折を通じてエレクトロルミネセント装置を出ることができるように、隣接する層は導電粒子の回りに存在する。
導電粒子を有する層の他の利点は、それが抵抗としても作用することである。導電粒子を有する層が高抵抗であることは、第１および第２の電極が短絡することを防止する。導電粒子を有する層が高抵抗であることは、例えば、ストラクチャの第１の電極上に、この第１の電極が短絡されること無く、ストラクチャされないように層を設けることを可能にする。
請求項２又は３に記載されるようなサンドイッチ部の中において有利に選択された導電粒子を有する層の配列によって、光デカップリングは、ほとんどの様々なエレクトロルミネセント装置において向上させることができる。
請求項４および５に記載された有利な実施例は、導電粒子を有する層の粗さを、隣接する層によって確実に補償することができる。さらに、導電粒子を有する層による光の散乱は小さい。
請求項６に記載されるような有利に選択された材料は、安価であり、所望の粒径での製造を容易にする。
請求項７に記載されるような有利に選択された材料によって、導電粒子を有する層の固有抵抗を、広い範囲で変えることができ、したがってエレクトロルミネセント装置の目的及び構造、さらにエレクトロルミネセント装置に使用される他の材料にも適合させることができる。
本発明は、図面に示された実施例（本発明を限定するものではない）を基準にして更に記載される。
本発明によるエレクトロルミネセント装置はサンドイッチ部に隣接する基板を有し、このサンドイッチ部は、少なくとも第１の電極と、導電粒子を有する層と、エレクトロルミネセント層と、第２の電極とからなる。このサンドイッチ部は他の層を有することもできる。
エレクトロルミネセント装置で生成される光は、基板を通じて出る（「ボトムエミッション」）又は第２の電極を通じて出る（「トップエミッション」）場合がある。それが基板を通じて出る場合、基板および第１の電極は透明である。それが第２の電極を通じて出る場合、第２の電極は透明であり、第１の電極は好ましくは反射性である。
導電粒子をサンドイッチ部に有する層の構造は、光が出る方向に依存する。光が基板を通じて出る場合、導電粒子を有する層は第１の電極に隣接する。光が第２の電極を通じて出る場合、導電粒子を有する層は第２の電極に隣接する。
図１に示すように、「ボトムエミッション」のエレクトロルミネセント装置は、基板１、好ましくは透明ガラスプレート又は透明ポリマーフィルムを有する。サンドイッチ部は基板１に隣接し、このサンドイッチ部は、少なくとも、第１の電極２、導電粒子７を有する層３、導電層４、エレクトロルミネセント層５、および第２の電極６からなる。第１の電極２はアノードとして作用し、第２の電極６はカソードとして作用する。
第１の電極２は、好ましくは透明であり、例えば、インジウムがドープされた酸化スズ（ＩＴＯ）を有することができる。第１の電極２はストラクチャにすることができ、多数の導電材料の平行ストリップを有することができる。あるいは、第１の電極２はストラクチャとしないこともでき、平らな面として設計することができる。第２の電極６は、例えば、アルミニウム、銅、銀若しくは金のような金属、合金又はｎドープシリコンを有することができる。第２の電極６はストラクチャとすることができ、多数の導電材料の平行ストリップを有することができる。第２の電極６は２つ以上の導電層を有することが好ましいだろう。特に、第２の電極６は、例えばカルシウム又はバリウムのようなアルカリ土類金属の第１の層と、アルミニウムの第２の層とを有することが好ましいだろう。第２の電極６はストラクチャとされ、１つの導電材料又は複数の導電材料の多数の並列ストリップを有する。
導電層４は、正孔のエレクトロルミネセント層５への注入を向上させるために特に使用され、正孔輸送層とも呼ばれる。導電層４は、好ましくは１つの導電層である。導電層４は、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＤＯＴ）とポリ（スチレンスルホン酸ナトリウム）との混合物を有することができる。
エレクトロルミネセント層５は、発光ポリマー又は小さい有機分子を有することができる。エレクトロルミネセント層５に使用される材料のタイプに依存して、その装置は、ＬＥＰ（発光ポリマー）又はポリＬＥＤ若しくはＳＭＯＬＥＤ（低分子有機発光ダイオード）と呼ばれる。エレクトロルミネセント層５は、好ましくは発光ポリマーを有する。例えば、使用される発光ポリマーは、例えばポリ（ｐ−フェニルビニレン）（ＰＰＶ）又は、例えばジアルコキシ置換ＰＰＶのような置換ＰＰＶとすることができる。
あるいは、サンドイッチ部は、例えば、第２の電極６とエレクトロルミネセント層５との間に、電子輸送層のような追加の層を有することができる。
適切な電圧、典型的には１ボルトの印加により、正の電荷キャリヤおよび負の電荷キャリヤが電極２、６に注入され、それら電荷キャリヤはエレクトロルミネセント層５に移動し、そこで再結合し、従って光が生成される。この光は、導電層４、導電粒子７を有する層３、第１の電極２、および基板１を透過して、観測者へと向かう。エレクトロルミネセント層５に蛍光性の色素がドープされる場合、電子−正孔再結合により生成する光は、例えば３つの原色のうちの１つの光を順に発する色素を励起する。
図２は、本発明による他のエレクトロルミネセント装置を断面図で示す。この実施例では、エレクトロルミネセント装置はパッド（ＰＡＤＤＯ）８を有する。パッドは、スパッタリングステップにおいて第２の電極６を形成するために使用されるフォトレジストから作られる構造である。好ましくは、パッド８は、基板１に対向する側の幅が反対側の幅よりも小さいフォトレジストのストリップである。パッド８の形状は、第２の電極６用の材料のスパッタリングの間、幾何学的および電気的に分離した１つの又は複数の導電材料のストリップを確実に作るようにする。
導電粒子７を有する層３は、好ましくは、導電金属酸化物又は導電ポリマーの導電粒子を有する。実際は絶縁体である材料が、例えば、金属カチオンをドープすることによって、又は結晶格子の欠陥によって、導電性とすることができる。これらの手段によって、本来導電性である材料の導電率を増加することもできる。導電粒子に適切な材料は、例えば、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＣｅＯ２、ＳｎＯ２：Ｉｎ（ＩＴＯ）、ＳｎＯ２：Ｓｂ（ＡＴＯ）、ＺｎＯ：Ｆ、又はＺｎＯ：Ａｌである。例として、ＰＤＯＴを導電ポリマーとして使用することができる。
導電粒子７の粒径は、大きくても隣接する層（例えば、導電層４、エレクトロルミネセント層５、又は電子輸送層）の厚さの２倍であり、好ましくは、１０ｎｍと４００ｎｍとの間である。
あるいは、導電粒子７を有する層３は、導電粒子７に加えて、直径が好ましくは１０ｎｍと４００ｎｍとの間の絶縁粒子を有することができる。
エレクトロルミネセント装置では、エレクトロルミネセント層５で生成される光であって、導電粒子７を有する層３との界面を通過する光が、導電粒子７のエッジで屈折する。この光は、それから第１の電極２と基板１とを通って装置を出る。エレクトロルミネセント装置は、改良された光デカップリングを有する。
材料に依存して、導電粒子７を有する層３は、異なる特定の抵抗の値を有し、その値は好ましくは１００Ωｍである。特に、パッド構造を有するエレクトロルミネセント装置の一実施例では、層の特定の抵抗は、第１の電極２の導電材料のストリップが短絡しないように高いことが重要である。
導電粒子７を有する層３は抵抗機能を引き継ぐので、エレクトロルミネセント装置の効率を向上させるためにサンドイッチ部の他の層（特に導電層４）を広い範囲で変更することができる。変更のときに、これらの層の抵抗としての機能をもはや考慮に入れる必要はない。
図３は、導電粒子７を有する層３を持つ本発明によるエレクトロルミネセント装置の放出面上のＣＣＤカメラを用いたライン走査を、この層を有さない従来のエレクトロルミネセント装置と比較して示す。従来の装置のピーク輝度が１に規格化されている。両方の装置は、第１の電極２として１４０ｎｍの厚さのＩＴＯの層と、導電層４として２００ｎｍの厚さのＰＤＯＴの層と、エレクトロルミネセント層５として８０ｎｍの厚さのＰＰＶの層と、５ｎｍの厚さのバリウムの第１の層と２００ｎｍの厚さのアルミニウムの第２の層とを有する２０５ｎｍの厚さの第２の電極６とを有するものであった。本発明による装置は、２００ｎｍの粒径を持つＳｎＯ２の導電粒子７を有する６００ｎｍの厚さの層３を付加的に備えたものであった。
図４は、「トップエミッション」のエレクトロルミネセント装置を示す。この実施例では、導電粒子７を有する層３は、第２の電極６に隣接する。第１の電極２は、本実施例では、好ましくは反射型であり、金属又は合金を有することができる。第２の電極６は透明であり透明金属を有する。
導電粒子７を有する層３を作るために、先ず、導電粒子７を有する水性懸濁液が準備される。この懸濁液の導電粒子７の濃度は、好ましくは重量で１０％と２０％との間である。更に、水性懸濁液のぬれ性又は粘性を増加する混合物を懸濁液に加えることができる。例として、水性懸濁液は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を有することができる。
導電粒子７を有する水性懸濁液は、第１の電極２が備えられる基板１にスピンコーティングにより好ましくは塗布される。ほこりおよび他の微粒子の不純物を取り除くために、膜フィルタを通して水性懸濁液を予めプレスすることが有利であろう。塗布されるべき基板１はスピンコータに取り付けられ、水性懸濁液が１００ｒｐｍ乃至１０００ｒｐｍで回転する基板１に塗布される。回転の間、液膜が赤外線ランプで乾燥され、得られた基板１は１５０℃から１８０℃の温度のオーブン内に置かれる。従って、第１の電極２にしっかりと付着する導電粒子７を有する透明層３が得られる。導電粒子７を有する層３の膜厚は、エレクトロルミネセント装置のそれぞれの大きさに適合される。導電粒子を有する層３の厚さは、好ましくは１０００ｎｍ未満である。
導電粒子７を有する層３の製作に続いて、サンドイッチ部の層が既知の方法を用いて塗布され、それらの働きによってストラクチャとされる。完成したエレクトロルミネセント装置は他の層又はハウジングを備えることができ、それは機械的ストレス、湿気等からエレクトロルミネセント装置の材料を保護する。
実施例１の例
１００ｎｍの粒径を有するＳｎＯ２を脱イオン水で適切に希釈することによって、重量で１５％の濃度のＳｎＯ２を有する水性懸濁液が準備された。結果として得られた水性懸濁液は、５μｍの孔径を有する膜フィルタを通してろ過された。第１の電極２としての１４０ｎｍの厚さのＩＴＯの層で覆われた基板１としての０．７ｍｍの厚さのガラスプレートがスピンコータに置かれ、ＳｎＯ２を有する水性懸濁液で覆われた。基板１は２００ｒｐｍで回転され、回転の間に、塗布された懸濁液は赤外線ランプによって乾燥された。次に、コートされた基板１は、１５０℃の温度のオーブン内に置かれた。ＳｎＯ２の導電粒子を有する層３の層厚は４００ｎｍであり、この層は第１の電極２にしっかりと付着した。次に、導電層４としてＰＤＯＴとポリ（スチレンスルホン酸）とを有する２００ｎｍの厚さの層と、エレクトロルミネセント層５としてＰＰＶを有する８０ｎｍの厚さの層と、５ｎｍの厚さのバリウムの第１の層と２００ｎｍの厚さのアルミニウムの第２の層とからなる第２の電極６とが、塗布された。
１００ｎｍの粒径を有するＳｎＯ２を脱イオン水で適切に希釈することによって、重量で１５％の濃度のＳｎＯ２を有する水性懸濁液が準備された。結果として得られた水性懸濁液は、５μｍの孔径を有する膜フィルタを通してろ過された。第１の電極２としての１４０ｎｍの厚さのＩＴＯの層で覆われた基板１としての０．７ｍｍの厚さのガラスプレートがスピンコータに置かれ、ＳｎＯ２を有する水性懸濁液で覆われた。基板１は２００ｒｐｍで回転され、回転の間に、塗布された懸濁液は赤外線ランプによって乾燥された。次に、コートされた基板１は、１５０℃の温度のオーブン内に置かれた。ＳｎＯ２の導電粒子を有する層３の層厚は４００ｎｍであり、この層は第１の電極２にしっかりと付着した。次に、導電層４としてＰＤＯＴとポリ（スチレンスルホン酸）とを有する２００ｎｍの厚さの層と、エレクトロルミネセント層５としてＰＰＶを有する８０ｎｍの厚さの層と、５ｎｍの厚さのバリウムの第１の層と２００ｎｍの厚さのアルミニウムの第２の層とからなる第２の電極６とが、塗布された。
向上した光デカップリングを有するモノクロエレクトロルミネセント装置が得られ、その装置の輝度および効率は、図３に示すように、導電粒子７を有する層３を備えていないエレクトロルミネセント装置の場合よりも１００％向上している。
実施例２の例
実施例１の例と類似しているが、エレクトロルミネセント層５がストラクチャとされ、且つこの層５が赤、緑、および青の３原色の光を発する異なる３つの発光ポリマーを有するという違いを有するエレクトロルミネセント装置が製造された。使用される赤色発光ポリマーは、例えば、poly[2-methoxy-5-(2’ethylhexyloxy)-1,4-(cyanovinylene)phenylene] (CN-PPV)とすることができ、使用される緑色発光ポリマーは、例えば、poly(2-methoxy-5-(2’ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene) (MEH-PPV)とすることができ、使用される青色発光ポリマーは、例えば、poly(9,9-dioctylfluorene-2,7-diyl) (PFO)とすることができる。
実施例１の例と類似しているが、エレクトロルミネセント層５がストラクチャとされ、且つこの層５が赤、緑、および青の３原色の光を発する異なる３つの発光ポリマーを有するという違いを有するエレクトロルミネセント装置が製造された。使用される赤色発光ポリマーは、例えば、poly[2-methoxy-5-(2’ethylhexyloxy)-1,4-(cyanovinylene)phenylene] (CN-PPV)とすることができ、使用される緑色発光ポリマーは、例えば、poly(2-methoxy-5-(2’ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene) (MEH-PPV)とすることができ、使用される青色発光ポリマーは、例えば、poly(9,9-dioctylfluorene-2,7-diyl) (PFO)とすることができる。
向上した光デカップリングを有するフルカラーエレクトロルミネセント装置が得られた。
実施例３の例
基板１としての０．７ｍｍの厚さのガラスプレートが、第１の電極２としての１４０ｎｍの厚さのＩＴＯの層で覆われた。感光性フォトレジストの層が電極２に塗布され、露光され、現像され、パッド構造８が製造された。サンドイッチ部の残りの層３、４、５および第２の電極６は、実施例１の例で記載されたように塗布された。
基板１としての０．７ｍｍの厚さのガラスプレートが、第１の電極２としての１４０ｎｍの厚さのＩＴＯの層で覆われた。感光性フォトレジストの層が電極２に塗布され、露光され、現像され、パッド構造８が製造された。サンドイッチ部の残りの層３、４、５および第２の電極６は、実施例１の例で記載されたように塗布された。
向上した光デカップリングを有するモノクロエレクトロルミネセント装置が得られた。
実施例４の例
基板１としての０．７ｍｍの厚さのガラスプレートが、第１の電極２としての１４０ｎｍの厚さのＩＴＯの層で覆われた。導電粒子７としてＩＴＯを有する２００ｎｍの厚さの層３が、実施例１の例に記載されたのと同じやり方で塗布された。ＩＴＯの導電粒子７の粒径は８０ｎｍであり、水性懸濁液のＩＴＯ粒子の濃度は重量で１０％であった。導電層４として１２０ｎｍの厚さのN,N’-bis(naphthalen-1-yl)-N,N’ -bis(phenyl)benzidine (α-NPD)の層が導電粒子７を有する層３上にスパッタされた。導電層４は、4,4’-bis(carbazol-9-yl)biphenyl (CBP)を有し重量で１％のtris(2-phenylpyridine) iridium (III) (Ir(ppy)3)がドープされた７０ｎｍの厚さのエレクトロルミネセント層５で覆われた。電子輸送層として９０ｎｍの厚さのtris(8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq3)の層がエレクトロルミネセント層５に塗布された。次に、１ｎｍの厚さのＬｉＦの第１の層と１００ｎｍの厚さのアルミニウムの第２の層とからなる第２の電極６が塗布された。
基板１としての０．７ｍｍの厚さのガラスプレートが、第１の電極２としての１４０ｎｍの厚さのＩＴＯの層で覆われた。導電粒子７としてＩＴＯを有する２００ｎｍの厚さの層３が、実施例１の例に記載されたのと同じやり方で塗布された。ＩＴＯの導電粒子７の粒径は８０ｎｍであり、水性懸濁液のＩＴＯ粒子の濃度は重量で１０％であった。導電層４として１２０ｎｍの厚さのN,N’-bis(naphthalen-1-yl)-N,N’ -bis(phenyl)benzidine (α-NPD)の層が導電粒子７を有する層３上にスパッタされた。導電層４は、4,4’-bis(carbazol-9-yl)biphenyl (CBP)を有し重量で１％のtris(2-phenylpyridine) iridium (III) (Ir(ppy)3)がドープされた７０ｎｍの厚さのエレクトロルミネセント層５で覆われた。電子輸送層として９０ｎｍの厚さのtris(8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq3)の層がエレクトロルミネセント層５に塗布された。次に、１ｎｍの厚さのＬｉＦの第１の層と１００ｎｍの厚さのアルミニウムの第２の層とからなる第２の電極６が塗布された。
向上した光デカップリングを有するモノクロエレクトロルミネセント装置が得られた。
実施例５の例
実施例１の例と類似しているが、ＳｎＯ２の導電粒子７を有する層３が第１の電極２上ではなくエレクトロルミネセント層５と第２の電極６との間に配されるという違いを有するエレクトロルミネセント装置が製造された。第１の電極２はＡｇを有し、第２の電極５はＩＴＯを有する。エレクトロルミネセント装置は、生成される光を、第２の電極６を通じて発する。
実施例１の例と類似しているが、ＳｎＯ２の導電粒子７を有する層３が第１の電極２上ではなくエレクトロルミネセント層５と第２の電極６との間に配されるという違いを有するエレクトロルミネセント装置が製造された。第１の電極２はＡｇを有し、第２の電極５はＩＴＯを有する。エレクトロルミネセント装置は、生成される光を、第２の電極６を通じて発する。
向上した光デカップリングを有するモノクロエレクトロルミネセント装置が得られた。
Claims (7)
- 基板と前記基板に隣接するサンドイッチ部とを有するエレクトロルミネセント装置であって、前記サンドイッチ部が、少なくとも、第１の電極と、エレクトロルミネセント層と、第２の電極と、導電粒子を有する層とからなり、前記導電粒子を有する層に隣接する層は、前記隣接する層での界面における全反射が妨害され、前記エレクトロルミネセント層で生成される光が前記導電粒子のエッジにおける屈折を通じて当該エレクトロルミネセント装置を出ることができるように、前記導電粒子の回りに存在する、エレクトロルミネセント装置。
- 前記導電粒子を有する層が第１の電極に隣接する、請求項１に記載のエレクトロルミネセント装置。
- 前記導電粒子を有する層が第２の電極に隣接する、請求項１に記載のエレクトロルミネセント装置。
- 前記導電粒子の粒径が、大きくても、隣接する層の膜厚の二倍である、請求項１に記載のエレクトロルミネセント装置。
- 前記導電粒子の粒径が１０ｎｍと４００ｎｍとの間である、請求項４に記載のエレクトロルミネセント装置。
- 前記導電粒子は、導電金属酸化物又は通導ポリマーを有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセント装置。
- 前記導電粒子が、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＣｅＯ２、ＳｎＯ２：Ｉｎ、ＳｎＯ２：Ｓｂ、ＺｎＯ：Ｆ、ＺｎＯ：Ａｌ、およびポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＤＯＴ）からなるグループから選択される材料を有する、請求項６に記載のエレクトロルミネセント装置。
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