JP6379347B2 - 有機発光パネルおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の一態様に係る有機発光パネルは、光反射性を備える第1電極と、前記第1電極に積層され、1または複数の層を有する機能層と、前記機能層に積層される有機発光層と、前記有機発光層の上方に設けられ、光透過性を備える第2電極と、前記第2電極に積層される第1の層と、前記第1の層に積層される第2の層と、を有し、前記第1の層の屈折率は、前記第2電極の屈折率よりも低く、かつ、その屈折率の差は、0.4以上1.1以下であり、前記第1の層の屈折率は、前記第2の層の屈折率よりも低く、かつ、その屈折率の差は、0.1以上0.8以下であり、前記第1の層の厚みは、20nm以上130nm以下である。
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る有機発光パネルの画素構造を模式的に示す断面図である。
(b) 1.3≦nb≦1.6
(c) 1.7≦nc≦2.1
(d) 0.4≦Δnab≦1.1
(e) 0.1≦Δnbc≦0.8
(f) 20nm≦db≦130nm
[シミュレーション]
以下、発明者らが実施したシミュレーションについて説明する。なお、従来からR,G,Bのうち特に青色の光取り出し効率の改善要求がある。本シミュレーションは、青色の有機発光素子の光取り出し効率を向上させることに主眼を置いたものである。
<1−1> 第1のシミュレーション
第1のシミュレーションでは、各層の屈折率を、それぞれの構成材料を考慮して以下のように設定した。
透明導電層3の屈折率 n3=2.1
正孔注入層4の屈折率 n4=2.0
正孔輸送層5の屈折率 n5=1.7
有機発光層6b、6g、6rの屈折率 n6=1.8
電子輸送層7の屈折率 n7=1.9
樹脂封止層12の屈折率 n12=1.5
基板14の屈折率 n14=1.5
そして、透明電極8の材料をITO(Indium Tin Oxide)、低屈折率層9の材料をフッ化ナトリウム、第1薄膜封止層10の材料を窒化シリコンと想定し、透明電極8、低屈折率層9、第1薄膜封止層10の屈折率を、仮に、以下のように設定した。なお、これらの屈折率は、成膜条件を調整することなどにより適宜調整することが可能である。
低屈折率層9の屈折率 nb=1.3
第1薄膜封止層10の屈折率 nc=1.9
図4は、上記条件の下で低屈折率層9の厚みを0nmから100nmまで変化させたときの光取り出し効率の変化を示す図である。同図には、赤色の有機発光素子でカラーフィルタが有る場合(R_withCF)とカラーフィルタが無い場合(R_CFless)、青色の有機発光素子でカラーフィルタが有る場合(B_withCF)とカラーフィルタが無い場合(B_CFless)が示されている。また、図5は、カラーフィルタが無い場合において低屈折率層9の厚みを0nmから100nmまで変化させたときの有機発光素子の発光色の色度の変化を示す図である。同図には、赤色のx値(Ry)、y値(Ry)、緑色のx値(Gx)、y値(Gy)、青色のx値(Bx)、y値(By)が示されている。ここで、x値、y値は、CIE色度座標における値である。
第1のシミュレーションでは、低屈折率層の膜厚の変動幅を0nmから100nmまでとし、低屈折率層の屈折率を1.3としている。第2のシミュレーションでは、より広い範囲で低屈折率層の膜厚および屈折率を変動させている。具体的には、第2のシミュレーションでは、低屈折率層の膜厚の変動幅を0nmから500nmまでとし、低屈折率層の屈折率の変動幅を1.0から2.0までとしている。
図11は、青色の有機発光素子の光取り出し効率の視野角依存性を示す図である。また、図12は、青色の有機発光素子の色度の視野角依存性を示す図である。これらの図には、カラーフィルタが無く且つ低屈折率層が無い場合(B_CFless_NaF0nm)、カラーフィルタが無く且つ低屈折率層が有る場合(B_CFless_NaF85nm)、カラーフィルタが有り且つ低屈折率層が無い場合(B_withCF_NaF0nm)、カラーフィルタが有り且つ低屈折率層が有る場合(B_withCF_NaF85nm)が示されている。カラーフィルタが有り且つ低屈折率層が無い場合が比較例に相当し、カラーフィルタが有り且つ低屈折率層が有る場合が実施例に相当する。
次に、低屈折率層の上層の屈折率が異なる場合について検討する。上記シミュレーションでは、低屈折率層の上層に第1薄膜封止層が積層された構造を想定している。これに対し、本シミュレーションでは、低屈折率層の上層にガラス基板が積層された構造を想定する。この場合、上記シミュレーションでは低屈折率層とその上層との屈折率差が0.6であったのに対し、本シミュレーションでは低屈折率層とその上層との屈折率差が0.2となる。
次に、機能層(透明導電層、正孔注入層、正孔輸送層)の膜厚について検討する。図17は、機能層の膜厚を0nmから200nmまで変化させたときの光取り出し効率の変化を示す図であり、(a)は、各層の屈折率に図7の中間値(ave)を採用し、機能層以外の層の膜厚に図7の最小値(min)を採用した場合、(b)は、各層の屈折率に図7の中間値(ave)を採用し、機能層以外の層の膜厚に図7の最大値(max)を採用した場合を示す。これによると、機能層以外の層の膜厚が最小値の場合も最大値の場合も、光取り出し効率の1次極大値は機能層の膜厚が0nmから70nmまでの範囲に現れることが分かる。
次に、低屈折率層を設けることで光取り出し効率が向上する原理について検討する。
<基板>
基板1は、例えば、TFT(Thin Film Transistor)基板である。基板1の材料は、例えば、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラスなどのガラス板及び石英板、並びに、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン、ポリエステル、シリコーン系樹脂などのプラスチック板又はプラスチックフィルム、並びに、アルミナなどの金属板又は金属ホイルなどである。
バンク15は、絶縁性材料により形成されていれば良く、有機溶剤耐性を有することがよいと考えられる。また、バンク15はエッチング処理、ベーク処理などされることがあるので、それらの処理に対する耐性の高い材料で形成されることがよいと考えられる。バンク15の材料は、樹脂などの有機材料であっても、ガラスなどの無機材料であっても良い。有機材料として、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ノボラック型フェノール樹脂などを使用することができ、無機材料として、酸化シリコン(SiOx)、窒化シリコン(SiNx)などを使用することができる。
反射電極2は、基板1に配されたTFTに電気的に接続されており、有機発光素子の正極として機能すると共に、有機発光層6b,6g,6rから反射電極2に向けて出射された光を反射する機能を有する。反射機能は、反射電極2の構成材料により発揮されるものでもよいし、反射電極2の表面部分に反射コーティングを施すことにより発揮されるものでもよい。反射電極2は、例えば、Ag(銀)、APC(銀、パラジウム、銅の合金)、ARA(銀、ルビジウム、金の合金)、MoCr(モリブデンとクロムの合金)、NiCr(ニッケルとクロムの合金)、ACL(アルミニウム、コバルト、ランタンの合金)等で形成されている。
透明導電層3は、製造過程において反射電極2が自然酸化するのを防止する保護層として機能する。透明導電層3の材料は、有機発光層6b,6g,6rで発生した光に対して十分な透光性を有する導電性材料により形成されればよく、例えば、ITOやIZOなどが適用できる。室温で成膜しても良好な導電性を得ることができるからである。
正孔注入層4は、正孔を有機発光層6b,6g,6rに注入する機能を有する。例えば、酸化タングステン(WOx)、酸化モリブデン(MoOx)、酸化モリブデンタングステン(MoxWyOz)などの遷移金属の酸化物で形成される。遷移金属の酸化物で形成することで、電圧−電流密度特性を向上させ、また、電流密度を高めて発光強度を高めることができる。なお、これ以外に、遷移金属の窒化物などの金属化合物も適用できる。
正孔輸送層5の材料は、例えば、特開平5−163488号に記載のトリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、ポリフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、ブタジエン化合物、ポリスチレン誘導体、ヒドラゾン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、テトラフェニルベンジン誘導体である。特に好ましくは、ポリフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物である。
有機発光層6b,6g,6rの材料は、例えば、特開平5−163488号公報に記載のオキシノイド化合物、ペリレン化合物、クマリン化合物、アザクマリン化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、ペリノン化合物、ピロロピロール化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、フルオレン化合物、フルオランテン化合物、テトラセン化合物、ピレン化合物、コロネン化合物、キノロン化合物及びアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、ローダミン化合物、クリセン化合物、フェナントレン化合物、シクロペンタジエン化合物、スチルベン化合物、ジフェニルキノン化合物、スチリル化合物、ブタジエン化合物、ジシアノメチレンピラン化合物、ジシアノメチレンチオピラン化合物、フルオレセイン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、セレナピリリウム化合物、テルロピリリウム化合物、芳香族アルダジエン化合物、オリゴフェニレン化合物、チオキサンテン化合物、アンスラセン化合物、シアニン化合物、アクリジン化合物、8−ヒドロキシキノリン化合物の金属鎖体、2−ビピリジン化合物の金属鎖体、シッフ塩とIII族金属との鎖体、オキシン金属鎖体、希土類鎖体等の蛍光物質である。
電子輸送層7の材料は、例えば、特開平5−163488号公報のニトロ置換フルオレノン誘導体、チオピランジオキサイド誘導体、ジフェキノン誘導体、ペリレンテトラカルボキシル誘導体、アントラキノジメタン誘導体、フレオレニリデンメタン誘導体、アントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリノン誘導体、キノリン錯体誘導体である。
透明電極8は、有機発光素子の負極として機能する。透明電極8の材料は、有機発光層6b,6g,6rで発生した光に対して十分な透光性を有する導電性材料により形成されればよく、例えば、ITOやIZOなどが適用できる。
低屈折率層9は、その下層(本実施形態では透明電極8)よりも屈折率が低く、且つ、その上層(本実施形態では第1薄膜封止層10)よりも屈折率が低ければよい。低屈折率層9の材料としては、フッ化金属、酸化シリコンまたは酸窒化シリコンが考えられる。フッ化金属にはアルカリ金属のフッ化物またはアルカリ土類金属のフッ化物が含まれる。アルカリ金属のフッ化物には、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化ルビジウム、フッ化セシウム、フッ化フランシウムがある。アルカリ土類金属のフッ化物には、フッ化ベリリウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウム、フッ化ラジウムがある。
第1薄膜封止層10は、水分や酸素が有機発光素子に侵入することを防止する機能を有する。第1薄膜封止層10の材料としては、例えば、窒化シリコン(SiNx)や酸窒化シリコン(SiOxNy)が適用できる。窒化シリコンや酸窒化シリコンは結晶構造が緻密なので水分や酸素の遮断性が高く、封止層の材料として適している。
第2薄膜封止層11は、第1薄膜封止層10に生じた隙間を埋めることで、より一層封止性を高める機能を有する。第2薄膜封止層11の材料としては、例えば、酸化アルミニウム(AlOx)が適用できる。ただし、酸化アルミニウムの他でも、ALD法で成膜可能な材料であれば適用可能である。
樹脂封止層12は、基板1から第2薄膜封止層11までの各層からなる背面パネルと、基板14とカラーフィルタ13b,13g,13rからなる前面パネルとを貼り合わせるとともに、各層が水分や酸素に晒されることを防止する機能を有する。樹脂封止層12の材料は、例えば、樹脂接着剤等である。
カラーフィルタ13b,13g,13rは、有機発光層から出射された光の色度を補正する機能を有する。
基板14の材料は、例えば、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラスなどのガラス板及び石英板、並びに、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン、ポリエステル、シリコーン系樹脂などのプラスチック板又はプラスチックフィルムである。
図20は、本発明の実施形態に係る有機表示装置の機能ブロックを示す図である。図21は、本発明の実施形態に係る有機表示装置の外観を例示する図である。有機表示装置20は、有機表示パネル21と、これに電気的に接続された駆動制御部22とを備える。有機表示パネル21は、図1に示す画素構造を有するものである。駆動制御部22は、各有機発光素子の反射電極2と透明電極8との間に電圧を印加する駆動回路23と、駆動回路23の動作を制御する制御回路24とからなる。
次に、有機発光パネルの製造方法を説明する。図22、図23、図24は、本発明の実施形態に係る有機発光パネルの製造方法を説明するための図である。
上記実施形態以外に、例えば、以下のような変形例が考えられる。
(b) 1.3≦nb≦1.6
(c) 1.7≦nc≦2.1
(d) 0.4≦Δnab≦1.1
(e) 0.1≦Δnbc≦0.8
<6>実施形態では、透明電極の上層に低屈折率層が設けられ、低屈折率層の上層に第1薄膜封止層が設けられている。しかしながら、光学設計の観点では、低屈折率層の上層に設けられる層が封止層である必要はない。別の目的の層、例えば、光学調整のみを目的とする層が設けられていることとしてもよい。
2 反射電極
3 透明導電層
4 正孔注入層
5 正孔輸送層
6b,6g,6r 有機発光層
7 電子輸送層
8 透明電極
9 低屈折率層
10 第1薄膜封止層
11 第2薄膜封止層
12 樹脂封止層
13b,13g,13r カラーフィルタ
14 基板
15 バンク
20 有機表示装置
21 有機表示パネル
22 駆動制御部
23 駆動回路
24 制御回路
Claims (20)
- 光反射性を備える第1電極と、
前記第1電極に積層され、1または複数の層を有する機能層と、
前記機能層に積層される有機発光層と、
前記有機発光層の上方に設けられ、光透過性を備える第2電極と、
前記第2電極に積層される第1の層と、
前記第1の層に積層される第2の層と、
前記第2の層に積層される第3の層と、を有し、
前記第1の層の屈折率は、前記第2電極の屈折率よりも低く、かつ、その屈折率の差は、0.4以上1.1以下であり、
前記第1の層の屈折率は、前記第2の層の屈折率よりも低く、かつ、その屈折率の差は、0.1以上0.8以下であり、
前記第1の層の厚みは、20nm以上130nm以下であり、
前記機能層の厚みが70nm以下であり、
前記第3の層は、封止層である
ことを特徴とする有機発光パネル。 - 前記第1の層の厚みは、50nm以上110nm以下である、
ことを特徴とする請求項1記載の有機発光パネル。 - 前記第1の層は、フッ化金属を含み、前記第1の層の厚みは、75nm以上120nm以下である、
ことを特徴とする請求項1に記載の有機発光パネル。 - 前記第1の層の厚みは、50nm以上100nm以下である、
ことを特徴とする請求項1に記載の有機発光パネル。 - 前記第2電極の屈折率は、2.0以上2.4以下であり、
前記第1の層の屈折率は、1.3以上1.6以下であり、
前記第2の層の屈折率は、1.7以上2.1以下である、
請求項1に記載の有機発光パネル。 - 前記第2電極の厚みは、30nm以上40nm以下であり、
前記第2の層の厚みは、100nm以上680nm以下である、
請求項1に記載の有機発光パネル。 - 前記第2電極は、ITOまたはIZOを含み、
前記第1の層はフッ化金属、酸化シリコンまたは酸窒化シリコンを含み、
前記第2の層は窒化シリコンまたは酸窒化シリコンを含む、
請求項1に記載の有機発光パネル。 - さらに、前記第2の層の上方に設けられたカラーフィルタを備える、
請求項1に記載の有機発光パネル。 - 前記有機発光層は、R(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)各色の有機発光層を含み、
前記第1の層の厚みは、R、G、B各色で同じである、
請求項1に記載の有機発光パネル。 - 光反射性を備える第1電極と、
前記第1電極に積層され、1または複数の層を有する機能層と、
前記機能層に積層される有機発光層と、
前記有機発光層の上方に設けられ、光透過性を備える第2電極と、
前記第2電極に積層される第1の層と、
前記第1の層に積層される第2の層と、
前記第2の層に積層される第3の層と、を有し、
前記第1の層の屈折率は、前記第2電極の屈折率よりも低く、かつ、その屈折率の差は、0.4以上1.1以下であり、
前記第1の層の屈折率は、前記第2の層の屈折率よりも低く、かつ、その屈折率の差は、0.1以上0.8以下であり、
前記第1の層の厚みの光学距離は、26nm以上208nm以下であり、
前記機能層の厚みの光学距離が161nm以下であり、
前記第3の層は、封止層である
ことを特徴とする有機発光パネル。 - 前記第1の層の厚みの光学距離は、65nm以上176nm以下である、
ことを特徴とする請求項10に記載の有機発光パネル。 - 前記第1の層は、フッ化金属を含み、前記第1の層の厚みの光学距離は、99.8nm以上160nm以下である、
ことを特徴とする請求項10に記載の有機発光パネル。 - 前記第1の層の厚みの光学距離は、65nm以上160nm以下である、
ことを特徴とする請求項10に記載の有機発光パネル。 - 前記第2電極の屈折率は、2.0以上2.4以下であり、
前記第1の層の屈折率は、1.3以上1.6以下であり、
前記第2の層の屈折率は、1.7以上2.1以下である、
請求項10に記載の有機発光パネル。 - 前記第2電極の厚みの光学距離は、60nm以上96nm以下であり、
前記第2の層の厚みの光学距離は、170nm以上1428nm以下である、
請求項10に記載の有機発光パネル。 - 前記第2電極は、ITOまたはIZOを含み、
前記第1の層はフッ化金属、酸化シリコンまたは酸窒化シリコンを含み、
前記第2の層は窒化シリコンまたは酸窒化シリコンを含む、
請求項10に記載の有機発光パネル。 - さらに、前記第2の層の上方に設けられたカラーフィルタを備える
請求項10に記載の有機発光パネル。 - 前記有機発光層は、R(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)各色の有機発光層を含み、
前記第1の層の厚みは、R、G、B各色で同じである、
請求項10に記載の有機発光パネル。 - 光反射性を備える第1電極を設ける工程と、
前記第1電極に、1または複数の層を有する機能層を積層する工程と、
前記機能層に有機発光層を積層する工程と、
前記有機発光層の上方に、光透過性を備える第2電極を設ける工程と、
前記第2電極に第1の層を積層する工程と、
前記第1の層に第2の層を積層する工程と、
前記第2の層に、封止層である第3の層を積層する工程と、を有し、
前記第1の層を積層する工程において、
前記第1の層の屈折率を、前記第2電極の屈折率よりも低く、かつ、その屈折率の差は、0.4以上1.1以下とし、
前記第1の層の屈折率を、前記第2の層の屈折率よりも低く、かつ、その屈折率の差は、0.1以上0.8以下とし、
前記第1の層の厚みを、20nm以上130nm以下とし、
前記機能層の厚みを70nm以下とする
ことを特徴とする有機発光パネルの製造方法。 - 光反射性を備える第1電極を設ける工程と、
前記第1電極に、1または複数の層を有する機能層を積層する工程と、
前記機能層に有機発光層を積層する工程と、
前記有機発光層の上方に、光透過性を備える第2電極を設ける工程と、
前記第2電極に第1の層を積層する工程と、
前記第1の層に第2の層を積層する工程と、
前記第2の層に、封止層である第3の層を積層する工程と、を有し、
前記第1の層を積層する工程において、
前記第1の層の屈折率を、前記第2電極の屈折率よりも低く、かつ、その屈折率の差は、0.4以上1.1以下とし、
前記第1の層の屈折率を、前記第2の層の屈折率よりも低く、かつ、その屈折率の差は、0.1以上0.8以下とし、
前記第1の層の厚みの光学距離を、26nm以上208nm以下とし、
前記機能層の厚みの光学距離を161nm以下とする
ことを特徴とする有機発光パネルの製造方法。
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