JPWO2016043084A1 - 発光素子および発電素子 - Google Patents
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Abstract
Description
第1および第2の電極と、該第1および第2の電極の間に配置された発光層とを有し、
前記第1の電極と前記発光層の間、または前記第2の電極と前記発光層の間には、無機材料の層が配置され、
前記無機材料の層は、厚さが100nm以上であり、導電率が10−6Ω−1cm−1以上100Ω−1cm−1以下である、発光素子が提供される。
第1および第2の電極と、該第1および第2の電極の間に配置された発電層とを有し、
前記第1の電極と前記発電層の間、または前記第2の電極と前記発電層の間には、無機材料の層が配置され、
前記無機材料の層は、厚さが100nm以上であり、導電率が10−6Ω−1cm−1以上100Ω−1cm−1以下である、発電素子が提供される。
本発明の特徴をより良く理解するため、従来の発光素子の構成について説明する。なお、ここでは、特許文献1に記載の有機LED素子を例に、従来の発光素子の構成について説明する。
光取り出し構造を有する発光素子であって、
第1および第2の電極と、該第1および第2の電極の間に配置された発光層とを有し、
前記第1の電極と前記発光層の間、または前記第2の電極と前記発光層の間には、無機材料の層が配置され、
前記無機材料の層は、厚さが100nm以上であり、導電率が10−6Ω−1cm−1以上100Ω−1cm−1以下である、発光素子が提供される。
次に、図2を参照して、本発明の一実施形態による発光素子の構成について、より詳しく説明する。図2には、本発明の一実施形態による発光素子(有機LED素子)の断面構成を模式的に示す。
次に、図3を参照して、本発明の一実施形態による別の発光素子の構成について、説明する。図3には、本発明の一実施形態による別の発光素子(有機LED素子)の断面構成を模式的に示す。
次に、図4を参照して、本発明の一実施形態によるさらに別の発光素子の構成について、説明する。図4には、本発明の一実施形態によるさらに別の発光素子(有機LED素子)の断面構成を模式的に示す。
次に、図5を参照して、本発明の一実施形態によるさらに別の発光素子の構成について、説明する。図5には、本発明の一実施形態によるさらに別の発光素子(有機LED素子)の断面構成を模式的に示す。
次に、本発明の一実施形態による発光素子を構成する各部材について、詳しく説明する。
透明基板210の材料は、透明である限り、特に限られない。
散乱層220は、ベース材221と、該ベース材221中に分散された複数の散乱物質224とを有する。ベース材221は、第1の屈折率を有し、散乱物質224は、ベース材とは異なる第2の屈折率を有する。
透明電極235には、有機発光層255で生じた光を外部に取り出すため、80%以上の透光性が要求される。また、陽極として用いる場合には、多くの正孔を注入するため、仕事関数が高いことが要求される。
反射性電極270には、仕事関数の小さな金属またはその合金が用いられる。反射性電極270は、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および周期表第3属の金属などであっても良い。
電子注入層245は、例えば透明電極245の表面に、リチウム(Li)、セシウム(Cs)等のアルカリ金属をドープした層を設けることにより構成される。
厚い無機材料の層280は、前述のように、亜鉛−錫−ケイ素−酸素系、亜鉛−錫−酸素系および亜鉛−ケイ素−酸素系からなる群から選定された材料で構成されても良い。
電子輸送層250は、透明電極235から注入された電子を輸送する役割をする。
有機発光層255は、注入された電子とホールが再結合する場を提供する役割を有する。有機発光材料としては、低分子系または高分子系のものが使用される。
(ホール輸送層260)
ホール輸送層260は、ホール注入層265から注入されたホールを有機発光層255に輸送する役割をする。
ホール注入層265は、電極からのホール注入の障壁を低くするため、イオン化ポテンシャルの差が小さいものが好ましい。電極からホール注入層265への電荷の注入効率が高まると、有機LED素子200の駆動電圧が下がり、ホールの注入効率が高まる。
(追加の効果について)
以上、本発明の一実施形態による発光素子を用いて、本発明の効果について説明した。ただし、本発明の一実施形態による発光素子において、特定の構成では、発光の色むらの抑制という、追加の効果を得ることができる。
(ケース1)
散乱層付き透明基板:散乱層マトリックス部分の屈折率=1.9
下部透明電極:厚さ150nm、屈折率=1.9
電子注入層(厚い無機材料の層で形成されると仮定):厚さ450nm〜550nm(±10%の膜厚ばらつきを想定)、屈折率=1.8
発光層:厚さ10nm、屈折率=1.75
ホール輸送層:厚さ50nm、屈折率=1.8
上部反射性電極:厚さ80nm、屈折率=0.6、消衰係数=3.55
また、ケース2として、以下のように、散乱層を有しないこと以外は、ケース1と同様の構成の発光素子を仮定した。
(ケース2)(散乱層なし)
透明基板:屈折率=1.5
その他の構成は、ケース1と同じ
以上の2通りのケースについて、setfosソフトウェア(FLUXiM社製)を使用し、想定した発光素子から得られる発光の正面輝度を計算した。
次に、図9を参照して、本発明の一実施形態による発光素子の製造方法の一例について説明する。なお、ここでは、一例として、図2に示したような構成を有する第1の発光素子100を例に、その製造方法について説明する。ただし、その他の構成を有する発光素子、例えば、図3〜図5に示したような発光素子200〜500においても、以下に記載する製造方法の一部を変更して適用できることは、当業者には明らかである。
(a)透明基板上に散乱層を形成するステップ(ステップS110)と、
(b)散乱層上に、第1の電極を形成するステップ(ステップS120)と、
(c)第1の電極上に、厚い無機材料の層を形成するステップ(ステップS130)と、
(d)厚い無機材料の層上に、有機発光層を形成するステップ(ステップS140)と、
(e)有機発光層上に、第2の電極を形成するステップ(ステップS150)と、
を有する。
まず、透明基板110が準備される。
まず、ガラス粉末、樹脂、および溶剤等を含むフリットペーストが調製される。
次に、前述の方法で調製したフリットペーストを、透明基板上に塗布し、パターン化する。塗布の方法およびパターン化の方法は、特に限られない。例えば、スクリーン印刷機を用いて、透明基板上にフリットペーストをパターン印刷しても良い。あるいは、ドクターブレード印刷法またはダイコート印刷法を利用しても良い。
次に、フリットペースト膜が焼成される。通常、焼成は、2段階のステップで行われる。第1のステップでは、フリットペースト膜中の樹脂が分解、消失され、第2のステップでは、ガラス粉末が軟化、焼結される。
次に、前記工程で得られた散乱層120上に、透明な第1の電極135が設置される。
次に、第1の電極の上に、厚い無機材料の層180が形成される。
次に、厚い無機材料の層180の上に、有機層140を構成する各層が形成される。
次に、有機層140上に第2の電極170が設置される。
以下の方法により、各種被成膜基板上に無機材料の膜を成膜したサンプルを作製した。被成膜基板には、ニッケル基板およびガラス基板等を使用した。
成膜装置には、RFマグネトロンスパッタ装置(アルバック社製)を使用した。スパッタリングターゲットには、直径2インチで、所定の比率でZnOとSiO2を含む焼結体ターゲットを使用した。
例1と同様の方法で、各種被成膜基板上に無機材料の膜を成膜したサンプルを作製した(例2〜例9)。ただし、例2〜例9では、例1の場合とは異なる成膜条件を採用した。
例1〜例9において得られた各サンプルを用いて、無機材料の膜の原子数比(Zn/(Zn+Si))を評価した。なお、各サンプルにおいて、被成膜基板はニッケル基板とした。
例1〜例9において得られた各サンプルを用いて、紫外光電子分光(UPS)法により、イオン化ポテンシャルを測定した。
例1〜例9において得られた各サンプルを用いて、各無機材料の膜の光吸収係数を算定した。なお、各サンプルにおいて、被成膜基板は、厚さ1mmの石英ガラス基板とした。
例2〜例7において得られた各サンプルを用いて、各無機材料の膜の抵抗率を測定した。なお、各サンプルにおいて、被成膜基板は、厚さ1mmの石英ガラス基板とした。
以下の方法により、電子のみを流す素子、いわゆる電子オンリー素子を作製し、その特性を評価した。
I/A=E/(ρ・L) 式(1)
ここでIは電流密度、Aは面積、Eは電圧、ρは抵抗率、Lは電子輸送層の厚さである。電子輸送層の厚さは150nmとした。
以下の方法により、有機EL素子を作製し、その特性を評価した。有機EL素子は、ガラス基板上にボトム電極として陰極を配置し、その上に順に、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層、およびトップ電極としての陽極を配置し、陽極側から光を取り出す構造とした。また、例11においては、電子注入層、ホールブロック層、および電子ブロック層の形成は省略した。
次に、得られた有機EL素子について、直流電圧を印加し、電流および輝度を測定した。測定は、窒素パージしたグローブボックス内において、有機EL素子の陰極と陽極の間に所定の値の電圧を印加した際に得られる輝度および電流値を測定することにより実施した。輝度測定には、TOPCOM社製の輝度計(BM−7A)を使用した。
10 ガラス基板
12 光取り出し面
20 散乱層
21 ベース材
24 散乱物質
35 透明電極(陽極)
40 有機層
45 電子注入層
50 電子輸送層
55 有機発光層
60 ホール輸送層
65 ホール注入層
70 反射性電極(陰極)
100 第1の発光素子(有機LED素子)
110 透明基板
112 光取り出し面
120 散乱層
121 ベース材
124 散乱物質
135 透明電極(陰極)
140 有機層
150 電子輸送層
155 有機発光層
160 ホール輸送層
165 ホール注入層
170 反射性電極(陽極)
180 電子注入層
200 第2の発光素子(有機LED素子)
210 透明基板
212 光取り出し面
220 散乱層
221 ベース材
224 散乱物質
235 透明電極
240 有機層
245 電子注入層
250 電子輸送層
255 有機発光層
260 ホール輸送層
265 ホール注入層
270 反射性電極
280 厚い無機材料の層
300 第3の発光素子(有機LED素子)
310 透明基板
312 光取り出し面
320 散乱層
321 ベース材
324 散乱物質
335 透明電極(陽極)
340 有機層
350 電子輸送層
355 有機発光層
360 ホール輸送層
365 ホール注入層
370 反射性電極(陰極)
380 電子注入層
400 第4の発光素子(有機LED素子)
410 透明基板
412 光取り出し面
420 散乱層
421 ベース材
424 散乱物質
435 透明電極(陽極)
440 有機層
445 電子注入層
450 電子輸送層
455 有機発光層
460 ホール輸送層
465 ホール注入層
470 反射性電極(陰極)
480 厚い無機材料の層
500 発光素子
510 透明基板
535 下部透明電極
540 有機層
555 発光層
570 上部反射性電極
590 第1の層
592 第2の層
Claims (14)
- 光取り出し構造を有する発光素子であって、
第1および第2の電極と、該第1および第2の電極の間に配置された発光層とを有し、
前記第1の電極と前記発光層の間、または前記第2の電極と前記発光層の間には、無機材料の層が配置され、
前記無機材料の層は、厚さが100nm以上であり、導電率が10−6Ω−1cm−1以上100Ω−1cm−1以下である、発光素子。 - 前記無機材料の層は、亜鉛−錫−ケイ素−酸素系材料、亜鉛−錫−酸素系材料、および亜鉛−ケイ素−酸素系材料からなる群から選定された少なくとも一つの材料を有する、請求項1に記載の発光素子。
- 前記亜鉛−ケイ素−酸素系材料は、亜鉛(Zn)、ケイ素(Si)および酸素(O)を含み、Zn/(Zn+Si)の原子数比が0.30〜0.95である、請求項2に記載の発光素子。
- 前記亜鉛−錫−ケイ素−酸素系材料は、亜鉛(Zn)、錫(Sn)、ケイ素(Si)および酸素(O)を含み、酸化物換算で、前記無機材料の層の酸化物の合計100mol%に対して、SnO2が15mol%以上、95mol%以下である、請求項2に記載の発光素子。
- 酸化物換算で、前記無機材料の層の酸化物の合計100mol%に対して、SiO2が7mol%以上、30mol%以下である、請求項4に記載の発光素子。
- 前記亜鉛−錫−酸素系材料は、亜鉛(Zn)、錫(Sn)および酸素(O)を含み、酸化物換算で、前記無機材料の層の酸化物の合計100mol%に対して、SnO2が15mol%以上、95mol%以下である、請求項2に記載の発光素子。
- 前記無機材料の層は、非晶質の酸化物を含む、請求項1乃至6のいずれか一つに記載の発光素子。
- 前記発光層は、有機発光層である、請求項1乃至7のいずれか一つに記載の発光素子。
- 前記第1の電極は、透明電極であり、前記第2の電極は、反射性電極である、請求項1乃至8のいずれか一つに記載の発光素子。
- 前記第1の電極の前記第2の電極とは反対の側に、透明基板が配置される、請求項9に記載の発光素子。
- 前記光取り出し構造は、前記第1の電極と前記透明基板の間に設置された散乱層によって構成され、
前記散乱層は、ガラスからなるベース材と、該ベース材中に分散された複数の散乱物質とを有する、請求項10に記載の発光素子。 - 前記無機材料の層は、前記第1の電極と前記発光層の間に配置される、請求項1乃至11のいずれか一つに記載の発光素子。
- 前記無機材料の層は、前記第1の電極と接する、請求項12に記載の発光素子。
- 発電素子であって、
第1および第2の電極と、該第1および第2の電極の間に配置された発電層とを有し、
前記第1の電極と前記発電層の間、または前記第2の電極と前記発電層の間には、無機材料の層が配置され、
前記無機材料の層は、厚さが100nm以上であり、導電率が10−6Ω−1cm−1以上100Ω−1cm−1以下である、発電素子。
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