KR20110039362A - 유기 ｅｌ 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20110039362A
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후미또 아라오까
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고로오 스자끼
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고쿠리츠다이가쿠호진 토쿄고교 다이가꾸
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Abstract

본 발명은, 투명 지지 기판, 투명 전극, 유기층 및 금속 전극을 구비하는 유기 EL 소자의 제조 방법이며, 상기 투명 지지 기판 상에 경화성 수지를 도포하고, 모형을 압박하면서 상기 경화성 수지를 경화시킨 후, 상기 모형을 제거하고, 상기 투명 지지 기판 상에 주기적인 배열로 요철이 형성된 경화성 수지층을 적층하는 공정과, 상기 경화성 수지층 상에, 상기 투명 전극, 상기 유기층 및 상기 금속 전극을, 상기 경화성 수지층의 표면에 형성되어 있는 요철의 형상이 유지되도록 하여 각각 적층하여 유기 EL 소자를 얻는 공정을 포함하는 코러게이트 구조를 갖는 유기 EL 소자의 제조 방법이다.

Description

유기 ＥＬ 소자 및 그 제조 방법 {ORGANIC EL ELEMENT AND PROCESS FOR PRODUCING THE ORGANIC EL ELEMENT}
본 발명은 유기 EL 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
유기 일렉트로 루미네센스 소자(유기 EL 소자)는 자발광 소자로서, 디스플레이 등의 영상 표시 장치나 면 광원으로서 사용되고 있다. 그리고, 이와 같은 유기 EL 소자는, 일반적으로는 글래스 기판, 투명 플라스틱 필름 등의 투명 지지 기판 상에 양극인 투명 전극과, 유기층과, 음극인 금속 전극을 순서대로 적층하여 제작되는 것이다. 이와 같이, 투명 전극과 금속 전극 사이에서 인가된 전압에 의해, 음극으로부터 공급된 전자와 양극으로부터 공급된 홀이 유기층에서 재결합하고, 이것에 수반하여 생성되는 여기자가 여기 상태로부터 기저 상태로 이행될 때에 EL 발광한다. EL 발광한 광은 투명 전극을 투과하여, 투명 지지 기판의 측으로부터 외부로 취출된다.
그러나, 이와 같은 유기 EL 소자에 있어서는, 유기층에서 발생한 광을 외부로 충분히 취출할 수 없다고 하는 문제가 있었다. 즉, 유기층에서 발생한 광 중 그 대부분은 소자의 내부에 있어서 다중 반사를 반복하는 중에 열로 바뀌어 사라져 버리거나, 혹은 소자 내부를 도파하여 소자 단부로부터 출사되어 버리므로, 충분한 외부 취출 효율을 달성할 수 없다고 하는 문제가 있었다. 그로 인해, 예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2002-260845호 공보(문헌 1)에는 이와 같은 문제를 해결하기 위한 기술이 개시되어 있지만, 이와 같은 기술에 의해서도, 충분한 외부 취출 효율을 달성할 수 없었다.
본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 충분한 외부 취출 효율을 갖는 유기 EL 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과, 투명 지지 기판, 상기 투명 지지 기판 상에 적층되어 있고 표면에 주기적인 배열로 요철이 형성된 경화성 수지층 및 상기 경화성 수지층의 표면에 형성되어 있는 요철의 형상이 유지되도록 하여 상기 경화성 수지층 상에 순차적으로 적층된 투명 전극, 유기층 및 금속 전극을 구비하고, 코러게이트 구조를 갖는 유기 EL 소자에 따르면, 충분한 외부 취출 효율을 달성할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하는 데 이르렀다.
본 발명의 코러게이트 구조를 갖는 유기 EL 소자의 제조 방법은, 투명 지지 기판, 투명 전극, 유기층 및 금속 전극을 구비하는 유기 EL 소자의 제조 방법이며,
상기 투명 지지 기판 상에 경화성 수지를 도포하고, 모형을 압박하면서 상기 경화성 수지를 경화시킨 후, 상기 모형을 제거하여, 상기 투명 지지 기판 상에 주기적인 배열로 요철이 형성된 경화성 수지층을 적층하는 공정과,
상기 경화성 수지층 상에, 상기 투명 전극, 상기 유기층 및 상기 금속 전극을, 상기 경화성 수지층의 표면에 형성되어 있는 요철의 형상이 유지되도록 하여 각각 적층하여 유기 EL 소자를 얻는 공정을 포함하는 방법이다.
본 발명의 유기 EL 소자의 제조 방법에 있어서는, 상기 경화성 수지층의 단면 형상이 정현파형을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 유기 EL 소자의 제조 방법에 있어서는, 상기 모형이,
기재 상에 형성된, 광 조사에 의해 체적 변화되는 폴리머로 이루어지는 폴리머막의 표면에 레이저광을 조사하여, 상기 폴리머막의 표면에 주기적인 배열로 요철을 형성하는 공정과,
상기 폴리머막 상에 모형 재료를 부착시켜 경화시킨 후에, 경화 후의 모형 재료를 상기 폴리머막으로부터 제거하여 모형을 얻는 공정을 포함하는 방법에 의해 얻어진 것인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자의 제조 방법에 대해서는, 상기 광 조사에 의해 체적 변화되는 폴리머가, 아조벤젠 폴리머인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자의 제조 방법에 있어서는, 상기 모형 재료가, 실리콘 고무, 니켈, 규소, 탄화규소, 탄탈, 글라시 카본(glassy carbon), 석영 및 실리카로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자의 제조 방법에 있어서는, 상기 투명 전극이 금으로 이루어지는 전극인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자의 제조 방법에 있어서는, 상기 경화성 수지층의 표면에 형성되어 있는 요철의 피치가 10 내지 1000㎚의 범위이고, 또한 요철의 높이가 10 내지 200㎚의 범위인 것이 바람직하다.
본 발명의 코러게이트 구조를 갖는 유기 EL 소자는, 투명 지지 기판, 상기 투명 지지 기판 상에 적층되어 있고 표면에 주기적인 배열로 요철이 형성된 경화성 수지층 및 상기 경화성 수지층의 표면에 형성되어 있는 요철의 형상이 유지되도록 하여 상기 경화성 수지층 상에 순차적으로 적층된 투명 전극, 유기층 및 금속 전극을 구비하는 것이다.
본 발명의 유기 EL 소자에 있어서는, 상기 경화성 수지층의 단면 형상이 정현파형을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 유기 EL 소자에 있어서는, 상기 투명 전극이 금으로 이루어지는 전극인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자에 있어서는, 상기 경화성 수지층의 표면에 형성되어 있는 요철의 피치가 10 내지 1000㎚의 범위이고, 또한 요철의 높이가 10 내지 200㎚의 범위인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 충분한 외부 취출 효율을 갖는 유기 EL 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이 가능해진다.
도 1a는 주기적인 배열로 요철이 형성된 경화성 수지층을 형성하는 제1 공정에 있어서, 투명 지지 기판 상에 경화성 수지를 도포한 상태를 도시하는 모식 측단면도.
도 1b는 상기 제1 공정에 있어서, 모형을 압박하면서 경화성 수지를 경화시킨 상태를 도시하는 모식 측단면도.
도 1c는 상기 제1 공정에 있어서, 모형을 경화성 수지층으로부터 제거한 상태를 도시하는 모식 측단면도.
도 2a는 투명 전극, 유기층 및 금속 전극을 적층하는 제2 공정에 있어서, 투명 지지 기판 상에 경화성 수지층이 형성된 상태를 도시하는 모식 측단면도.
도 2b는 상기 제2 공정에 있어서, 투명 전극을 적층한 상태를 도시하는 모식 측단면도.
도 2c는 상기 제2 공정에 있어서, 유기층을 적층한 상태를 도시하는 모식 측단면도.
도 2d는 상기 제2 공정에 있어서, 금속 전극을 적층한 상태를 도시하는 모식 측단면도.
도 3a는 본 발명에서 사용하는 모형을 제작하는 공정에 있어서, 기재 상에 폴리머막을 형성한 상태를 도시하는 모식 측단면도.
도 3b는 본 발명에서 사용하는 모형을 제작하는 공정에 있어서, 폴리머막 상에 모형 재료를 도포한 상태를 도시하는 모식 측단면도.
도 3c는 본 발명에서 사용하는 모형을 제작하는 공정에 있어서, 모형을 폴리머막으로부터 제거한 상태를 도시하는 모식 측단면도.
도 4는 레이저광의 회절광을 아조벤젠 폴리머막에 조사하는 방법의 적합한 일 실시 형태를 도시하는 모식도.
도 5는 레이저광의 회절광을 조사한 후의 아조벤젠 폴리머막의 공초점 현미경에 의한 표면 형상 측정 결과를 디스플레이 상에 표시한 화상을 나타내는 사진.
도 6은 제1 실시예에 있어서의 경화성 수지층의 원자간력 현미경에 의한 표면 관찰 결과를 디스플레이 상에 표시한 화상을 나타내는 사진.
도 7은 도 6에 도시하는 표면 관찰 결과의 화상에 나타낸 선(도 6 중 부호 1로 나타냄)의 위치에 있어서의 경화성 수지층의 높이 분포의 측정 결과를 나타내는 그래프.
도 8은 제1 실시예 및 제1 비교예에서 얻어진 유기 EL 소자의 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 9a는 제1 시험예에 있어서의 유기 EL 소자의 내부 전계 분포의 해석 결과(경화성 수지층의 단면 형상이 직사각형을 갖는 경우에 대응)를 디스플레이 상에 표시한 화을 도시하는 사진.
도 9b는 제1 시험예에 있어서의 유기 EL 소자의 내부 전계 분포의 해석 결과(경화성 수지층의 단면 형상이 정현파형을 갖는 경우에 대응)를 디스플레이 상에 표시한 화상을 도시하는 사진.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명 및 도면 중, 동일 또는 상당하는 요소에는 동일한 번호를 부여하여, 중복되는 설명은 생략한다.
우선, 본 발명의 코러게이트 구조를 갖는 유기 EL 소자의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 발명의 코러게이트 구조를 갖는 유기 EL 소자의 제조 방법은, 투명 지지 기판, 투명 전극, 유기층 및 금속 전극을 구비하는 유기 EL 소자의 제조 방법이며,
상기 투명 지지 기판 상에 경화성 수지를 도포하고, 상기 모형을 압박하면서 상기 경화성 수지를 경화시킨 후, 상기 모형을 제거하고, 상기 투명 지지 기판 상에 주기적인 배열로 요철이 형성된 경화성 수지층을 적층하는 공정(제1 공정)과,
상기 경화성 수지층 상에, 상기 투명 전극, 상기 유기층 및 상기 금속 전극을, 상기 경화성 수지층의 표면에 형성되어 있는 요철의 형상이 유지되도록 하여 각각 적층하여 유기 EL 소자를 얻는 공정(제2 공정)을 포함하는 방법이다.
이하, 도 1a 내지 도 1c, 도 2a 내지 도 2d, 도 3a 내지 도 3c를 참조하면서 본 발명의 유기 EL 소자의 제조 방법에 대해 설명한다. 이들 도면은 본 발명의 유기 EL 소자의 제조 방법의 적합한 일 실시 형태를 설명하기 위한 모식 측단면도이다. 그리고, 도 1a 내지 도 1c은 제1 공정에 대응하고, 도 2a 내지 도 2d는 제2 공정에 대응한다. 또한, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명에서 사용하는 모형의 제작 방법의 적합한 일 실시 형태를 도시하는 도면이다.
제1 공정에 있어서는, 우선, 도 1a에 도시한 바와 같이 투명 지지 기판(1) 상에 경화성 수지(2')를 도포하고, 그 후, 도 1b에 도시한 바와 같이 모형(21)을 압박하면서 경화성 수지(2')를 경화시킨다. 이와 같은 경화성 수지(2')로서는, 예를 들어 에폭시 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 멜라민 수지, 우레아 수지, 폴리에스테르 수지, 페놀 수지, 가교형 액정 수지를 들 수 있다. 또한, 경화성 수지(2')의 도포량으로서는, 경화성 수지층(2)의 평균 두께가 1 내지 500㎛의 범위가 되는 양으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 경화성 수지(2')를 경화시키는 조건으로서는, 사용하는 수지의 종류에 따라서 상이하지만, 예를 들어 경화 온도가 실온 내지 250℃의 범위이고, 경화 시간이 0.5분 내지 3시간의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 자외선이나 전자선과 같은 에너지선을 조사함으로써 경화시키는 방법이라도 좋고, 조사량은 20mJ/㎠ 내지 5J/㎠의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 나노임프린트법을 사용해도 좋다.
제1 공정에 있어서는, 계속해서, 도 1c에 도시한 바와 같이 경화 후의 경화성 수지층(2)으로부터 모형(21)을 제거한다. 이와 같이 경화 후의 경화성 수지층(2)으로부터 모형(21)을 제거하는 방법으로서는, 특별히 한정되지 않아 적절하게 공지의 방법을 채용할 수 있다. 그리고, 이와 같이 하여 투명 지지 기판(1) 상에 주기적인 배열로 요철이 형성된 경화성 수지층(2)을 적층할 수 있다(도 1c 참조).
또한, 이와 같은 경화성 수지층(2)에 있어서는, 표면에 형성되어 있는 요철의 피치는 10 내지 1000㎚의 범위인 것이 바람직하고, 100 내지 1000㎚의 범위인 것이 보다 바람직하다. 요철의 피치가 상기 하한 미만에서는, 가시광의 파장에 대해 피치가 지나치게 작아지므로 필요한 회절이 발생하지 않게 되는 경향에 있고, 한편, 상기 상한을 초과하면, 회절각이 작아지는 경향에 있다. 또한, 이와 같은 경화성 수지층(2)에 있어서는, 표면에 형성되어 있는 요철의 높이는 10 내지 1000㎚의 범위인 것이 바람직하고, 10 내지 200㎚의 범위인 것이 보다 바람직하다. 요철의 높이가 상기 하한 미만에서는 가시광의 파장에 대해 높이가 지나치게 낮으므로 필요한 회절이 발생하지 않게 되는 경향에 있고, 한편 상기 상한을 초과하면, EL층 내부의 전계 분포가 불균일해져 특정한 부위에 전계가 집중함으로써 소자의 파괴나 수명이 짧아지는 경향에 있다.
제2 공정에 있어서는, 우선, 도 2a 내지 도 2b에 도시한 바와 같이 경화성 수지층(2) 상에 투명 전극(3)을, 경화성 수지층(2)의 표면에 형성되어 있는 요철의 형상이 유지되도록 하여 적층한다. 이와 같은 투명 전극(3)의 재료로서는, 예를 들어 산화인듐, 산화아연, 산화주석 및 그들의 복합체인 인듐ㆍ주석ㆍ옥사이드(ITO), 금, 백금, 은, 구리가 사용된다. 이들 중에서도, 투명성과 도전성의 균형의 관점에서, ITO나 금이 바람직하다. 또한, 투명 전극(3)의 두께로서는, 20 내지 500㎚의 범위인 것이 바람직하다. 두께가 상기 하한 미만에서는, 도전성이 불충분해지는 경향에 있고, 한편 상기 상한을 초과하면, 투명성이 불충분해져 발광한 EL광을 충분히 외부로 취출할 수 없게 되는 경향에 있다. 또한, 이와 같이 투명 전극(3)을 적층하는 방법으로서는, 증착법, 스퍼터법 등의 공지의 방법을 적절하게 채용할 수 있다. 이들의 방법 중에서도, 경화성 수지층의 표면에 형성되어 있는 요철의 형상을 유지한다고 하는 관점에서, 증착법을 채용하는 것이 바람직하다.
제2 공정에 있어서는, 다음에, 도 2c에 도시한 바와 같이 투명 전극(3) 상에 유기층(4)을, 경화성 수지층(2)의 표면에 형성되어 있는 요철의 형상이 유지되도록 하여 적층한다. 이와 같은 유기층(4)은 다양한 유기 박막의 적층체이고, 예를 들어, 도 2c에 도시한 바와 같은 양극 버퍼층(11), 정공 수송층(12) 및 전자 수송층(13)으로 이루어지는 적층체를 들 수 있다. 여기서, 양극 버퍼층(11)의 재료로서는, 예를 들어 구리 프탈로시아닌, PEDOT 등을 들 수 있다. 또한, 정공 수송층(12)의 재료로서는, 예를 들어 트리페닐아민, 트리페닐디아민 유도체(TPD), 벤지딘, 피라졸린, 스티릴아민, 히드라존, 트리페닐메탄, 칼바졸 등의 유도체를 들 수 있다. 또한, 전자 수송층(13)의 재료로서는, 예를 들어 알루미늄퀴놀리놀 착체(Alq), 페난스롤린 유도체, 옥사디아졸 유도체, 트리아졸 유도체, 페닐퀴녹살린 유도체, 시롤 유도체를 들 수 있다. 또한, 이와 같은 유기층(4)은, 예를 들어 트리페닐아민 유도체 등으로 이루어지는 정공 주입층과, 안트라센 등의 형광성의 유기 고체로 이루어지는 발광층의 적층체나, 혹은 이와 같은 발광층과 페릴렌 유도체 등으로 이루어지는 전자 주입층의 적층체나, 또한 혹은 이들의 정공 주입층, 발광층 및 전자 주입층과의 적층체라도 좋다. 또한, 이와 같은 유기층(4)으로의 전하 주입 또는 정공 주입을 용이하게 한다고 하는 관점에서, 투명 전극(3) 상, 혹은 유기층(4) 상에 불화리튬(LiF), Li2O3 등의 금속 불화물, Ca, Ba, Cs 등의 활성이 높은 알칼리토류 금속, 유기 절연 재료 등으로 이루어지는 층을 설치해도 좋다.
또한, 이와 같은 유기층(4)이 양극 버퍼층(11), 정공 수송층(12) 및 전자 수송층(13)으로 이루어지는 적층체인 경우, 경화성 수지층의 표면에 형성되어 있는 요철의 형상을 유지한다고 하는 관점에서, 양극 버퍼층(11), 정공 수송층(12) 및 전자 수송층(13)의 두께는 각각 1 내지 50㎚의 범위, 5 내지 200㎚의 범위 및 5 내지 200㎚의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 이와 같이 유기층(4)을 적층하는 방법으로서는, 증착법, 스퍼터법 등의 공지의 방법을 적절하게 채용할 수 있다. 이들의 방법 중에서도, 경화성 수지층의 표면에 형성되어 있는 요철의 형상을 유지한다고 하는 관점에서, 증착법을 채용하는 것이 바람직하다.
제2 공정에 있어서는, 계속해서 도 2d에 도시한 바와 같이, 유기층(4) 상에 금속 전극(5)을, 경화성 수지층(2)의 표면에 형성되어 있는 요철의 형상이 유지되도록 하여 적층한다. 이와 같은 금속 전극(5)의 재료로서는, 일 함수가 작은 물질을 적절하게 사용할 수 있고, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 알루미늄, MgAg, MgIn, AlLi를 들 수 있다. 또한, 금속 전극(5)의 두께로서는, 50 내지 500㎚의 범위인 것이 바람직하다. 두께가 상기 하한 미만에서는 도전성이 저하되는 경향에 있고, 한편 상기 상한을 초과하면, 요철 형상의 유지가 곤란해지는 경향에 있다. 또한, 이와 같이 금속 전극(5)을 적층하는 방법으로서는, 증착법, 스퍼터법 등의 공지의 방법을 적절하게 채용할 수 있다. 이들의 방법 중에서도, 경화성 수지층의 표면에 형성되어 있는 요철의 형상을 유지한다고 하는 관점에서, 증착법을 채용하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 유기 EL 소자의 제조 방법에 따르면, 충분한 외부 취출 효율을 달성할 수 있는 유기 EL 소자를 제조하는 것이 가능해진다. 즉, 본 발명의 유기 EL 소자의 제조 방법에 있어서는, 전술한 바와 같이 투명 전극, 유기층 및 금속 전극이 경화성 수지층의 표면에 형성되어 있는 요철의 형상이 유지되도록 하여, 각각 적층된다. 그로 인해, 이와 같은 방법에 따르면, 투명 전극, 유기층 및 금속 전극이 각각 코러게이트 구조를 갖도록 적층된 유기 EL 소자를 얻을 수 있다. 그리고, 이와 같이 투명 전극, 유기층 및 금속 전극이 각각 코러게이트 구조를 가짐으로써, 유기층에서 발생한 광이 각 계면에 있어서 전반사되어 버려, 소자의 내부에 있어서 다중 반사를 반복하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 투명 지지 기판과 공기의 계면에 있어서 전반사되어 버린 광을, 코러게이트 구조에 의한 회절 효과에 의해 재출사시킬 수도 있다. 또한, 투명 전극, 유기층 및 금속 전극이 각각 코러게이트 구조를 가지므로, 투명 전극과 금속 전극의 전극간 거리가 부분적으로 짧게 되어 있다. 그로 인해, 투명 전극과 금속 전극의 전극간 거리가 균일한 것과 비교하여, 전압 인가 시에 있어서 전계 강도의 증가를 예상할 수 있고, 유기 EL 소자의 발광 효율을 향상시킬 수도 있다. 이와 같이, 본 발명의 유기 EL 소자의 제조 방법에 따르면, 충분한 외부 취출 효율을 달성할 수 있는 유기 EL 소자를 제조하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자의 제조 방법에 있어서는, 상기 경화성 수지층의 단면 형상이 정현파형을 갖는 것이 바람직하다. 이와 같이 경화성 수지층의 단면 형상이 정현파형인 경우에는, 단면 형상이 직사각 형상인 경우와 비교하여, 유기 EL 소자에 전압을 걸었을 때의 소자 내부의 전계 분포가 균일해지는 경향에 있다. 그로 인해, 이와 같이 경화성 수지층의 단면 형상을 정현파형으로 함으로써, 전계 집중에 의한 유기 EL 소자의 파괴를 억제할 수 있어, 유기 EL 소자의 장기 수명화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자의 제조 방법에 사용하는 모형(21)으로서는, 표면에 요철이 형성되어 있는 것이면 좋고, 그 재질이나 제작 방법은 특별히 한정되지 않지만, 상기 경화성 수지층의 단면 형상을 정현파형으로 한다고 하는 관점에서, 예를 들어 이하와 같은 방법에 의해 얻어지는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 모형(21)은 기재 상에 형성된, 광 조사에 의해 체적 변화되는 폴리머로 이루어지는 폴리머막의 표면에 레이저광을 조사하여, 상기 폴리머막의 표면에 주기적인 배열로 요철을 형성하는 공정(폴리머막 형성 공정)과, 상기 폴리머막 상에 모형 재료를 부착시켜 경화시킨 후에, 경화 후의 모형 재료를 상기 폴리머막으로부터 제거하여 모형을 얻는 공정(모형 형성 공정)과, 포함하는 방법에 의해 얻어진 것이 바람직하다.
폴리머막 형성 공정에 있어서는, 우선 기재 상에 광 조사에 의해 체적 변화되는 폴리머로 이루어지는 폴리머막을 형성한다. 기재(22)로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 글래스, 플라스틱, 금속으로 이루어지는 것을 적절하게 사용할 수 있다. 또한, 광 조사에 의해 체적 변화되는 폴리머는, 특정한 파장의 광을 조사했을 때에 체적이 팽창 또는 수축되는 폴리머를 말한다. 이와 같은 폴리머로서는, 광이성화 반응을 일으키는 폴리머가 예시되지만, 체적 변화율의 크기로부터 아조벤젠이 바람직하다. 또한, 이와 같이 폴리머막을 형성하는 방법으로서는, 예를 들어 스핀 코트법, 딥 코트법, 적하법, 그라비아 인쇄법, 스크린 인쇄법, 요판 인쇄법, 다이 코트법, 커튼 코트법, 잉크젯법, 스프레이 코트법, 스퍼터법, 진공 증착법 등을 채용할 수 있다. 또한, 이와 같은 폴리머막의 두께로서는, 1 내지 500㎛의 범위인 것이 바람직하고, 5 내지 200㎛의 범위인 것이 보다 바람직하다.
폴리머막 형성 공정에 있어서는, 다음에, 폴리머막(23)의 표면에 레이저광을 조사하고, 도 3a에 도시한 바와 같이 폴리머막(23)의 표면에 주기적인 배열로 요철을 형성한다. 여기서, 레이저로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 아르곤 레이저, He-Ne 레이저, 탄산가스 레이저, YAG 레이저, 색소 레이저를 사용할 수 있다. 또한, 이와 같이 폴리머막(23)의 표면에 레이저광을 조사하는 방법으로서는, 예를 들어, (i) 레이저광을 회절 격자로 회절시켜, 그 광을 조사하는 방법, (ii) 레이저광을 직접 조사하는 방법, (iii) 레이저광을 마스크를 통해 조사하는 방법을 채용할 수 있다. 이들의 방법 중에서도, 작업성의 관점에서, 레이저광을 회절 격자로 회절시켜, 그 광을 조사하는 방법이 바람직하다.
그리고, 이와 같이 폴리머막(23)의 표면에 레이저광을 소정의 방법으로 조사함으로써, 폴리머가 체적 변화됨으로써, 폴리머막(23)의 표면에 주기적인 배열로 요철을 형성할 수 있다. 보다 구체적으로는, 우선, 표면 릴리프형 등의 회절 격자로 레이저광(아르곤 레이저, 파장 : 488㎚)을 회절시켜, 그 회절광을 폴리머막(23)에 조사한다. 그 후, 회절 격자를 회전시킨(예를 들어, 120°) 후에 레이저광을 회절시켜, 그 회절광을 폴리머막(23)에 조사한다. 그 후, 회절 격자를 더욱 회전시킨(예를 들어, 120°) 후에 레이저광을 회절시켜, 그 회절광을 폴리머막(23)에 조사하는 것을 반복한다.
이와 같이 하여, 주기적인 배열에 따라서 폴리머막(23)에 레이저광이 조사되게 되므로, 폴리머막(23)의 표면에 주기적인 배열로 요철을 형성할 수 있다. 또한, 예를 들어 회절 격자를 120°씩 회전시킨 경우에는, 육각 형상의 오목부 또는 볼록부가 형성된다.
모형 형성 공정에 있어서는, 우선, 도 3b에 도시한 바와 같이 폴리머막(23) 상에 모형 재료(21')를 부착시켜 경화시킨다. 이와 같은 모형 재료(21')로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 니켈, 규소, 탄화규소, 탄탈, 글라시 카본, 석영, 실리카 등의 무기물 ; 실리콘 고무, 우레탄 고무, 노보넨 수지, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리메타크릴산메틸, 아크릴, 액정 폴리머 등의 수지 조성물을 들 수 있다. 이들 모형 재료 중에서도, 성형성, 미세 형상의 추종성, 형분리라고 하는 관점에서, 실리콘 고무, 니켈, 규소, 탄화규소, 탄탈, 글라시 카본, 석영, 실리카가 바람직하고, 실리콘 고무, 니켈, 석영이 보다 바람직하다. 또한, 이와 같이 모형 재료(21')를 부착시키는 방법으로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 진공 증착법 ; 스핀 코트법, 스프레이 코트법, 딥 코트법, 적하법, 그라비아 인쇄법, 스크린 인쇄법, 요판 인쇄법, 다이 코트법, 커튼 코트법, 잉크젯법, 스퍼터법 등의 각종 코트 방법을 채용할 수 있다. 또한, 모형 재료(21')를 경화시키는 조건으로서는, 사용하는 모형 재료의 종류에 따라서 상이하지만, 예를 들어 경화 온도가 실온 내지 250℃의 범위이고, 경화 시간이 0.5분 내지 3시간의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 자외선이나 전자선과 같은 에너지선을 조사함으로써 경화시키는 방법이라도 좋고, 조사량은 20mJ/㎠ 내지 10J/㎠의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 나노임프린트법을 사용해도 좋다.
모형 형성 공정에 있어서는, 그 후, 도 3c에 도시한 바와 같이 경화 후의 모형 재료(21)를 폴리머막(23)으로부터 제거하여 모형(21)을 얻는다. 이와 같이 경화 후의 모형 재료(21)를 폴리머막(23)으로부터 제거하는 방법으로서는, 특별히 한정되지 않고 적절하게 공지의 방법을 채용할 수 있다.
다음에, 본 발명의 코러게이트 구조를 갖는 유기 EL 소자에 대해 설명한다. 본 발명의 코러게이트 구조를 갖는 유기 EL 소자는, 투명 지지 기판, 상기 투명 지지 기판 상에 적층되어 있고 표면에 주기적인 배열로 요철이 형성된 경화성 수지층, 및 상기 경화성 수지층의 표면에 형성되어 있는 요철의 형상이 유지되도록 하여 상기 경화성 수지층 상에 순차적으로 적층된 투명 전극, 유기층 및 금속 전극을 구비하는 것이다. 그리고, 이와 같은 유기 EL 소자는 전술한 본 발명의 유기 EL 소자의 제조 방법에 의해 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자에 있어서는, 상기 경화성 수지층의 단면 형상이 정현파형을 갖는 것이 바람직하다. 이와 같이 경화성 수지층의 단면 형상이 정현파형인 경우에는, 단면 형상이 직사각 형상인 경우와 비교하여, 유기 EL 소자에 전압을 걸었을 때의 소자 내부의 전계 분포가 균일해지는 경향에 있다. 그로 인해, 이와 같이 경화성 수지층의 단면 형상을 정현파형으로 함으로써, 전계 집중에 의한 유기 EL 소자의 파괴를 억제할 수 있어, 유기 EL 소자의 장기 수명화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자에 있어서는, 경화성 수지층의 표면에 형성되어 있는 요철의 피치는 10 내지 1000㎚의 범위인 것이 바람직하고, 100 내지 1000㎚의 범위인 것이 보다 바람직하다. 요철의 피치가 상기 하한 미만에서는 가시광의 파장에 대해 피치가 지나치게 작아지므로 필요한 회절이 발생하지 않게 되는 경향에 있고, 한편, 상기 상한을 초과하면, 회절각이 작아지는 경향에 있다. 또한, 본 발명의 유기 EL 소자에 있어서는, 경화성 수지층의 표면에 형성되어 있는 요철의 높이는 10 내지 1000㎚의 범위인 것이 바람직하고, 10 내지 200㎚의 범위인 것이 보다 바람직하다. 요철의 높이가 상기 하한 미만에서는 가시광의 파장에 대해 높이가 지나치게 낮으므로 필요한 회절이 발생하지 않게 되는 경향에 있고, 한편 상기 상한을 초과하면, EL층 내부의 전계 분포가 불균일해져 특정한 개소에 전계가 집중함으로써 소자의 파괴나 수명이 짧아지는 경향에 있다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자에 관한 투명 지지 기판, 경화성 수지층, 투명 전극, 유기층 및 금속 전극의 재료로서는, 전술한 본 발명의 유기 EL 소자의 제조 방법에 사용한 것과 동일한 것을 사용할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 기초하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
(제1 실시예)
우선, 기재(22) 상에 아조벤젠 폴리머를 스핀 코트법에 의해, 막 두께가 0.8㎛로 되도록 도포하여, 아조벤젠 폴리머막(23)을 형성하였다. 그 후, 표면 릴리프형 회절 격자로 아르곤 레이저광을 회절시켜, 그 회절광을 아조벤젠 폴리머막(23)의 표면에 조사하였다. 다음에, 회절 격자를 120° 회전시킨 후에 레이저광을 회절시켜, 그 회절광을 아조벤젠 폴리머막(23)에 조사하고, 계속해서 회절 격자를 120℃로 더 회전시킨 후에 레이저광을 회절시켜, 그 회절광을 아조벤젠 폴리머막(23)에 조사하였다(도 4 참조). 이와 같이 하여, 아조벤젠 폴리머막(23)의 표면에 주기적인 배열로 요철을 형성하였다(도 3a 참조). 또한, 얻어진 아조벤젠 폴리머막(23)에 대해, 공초점 현미경에 의한 표면 형상 측정을 행하였다. 얻어진 결과를 도 5에 나타낸다.
다음에, 아조벤젠 폴리머막(23) 상에 모형 재료(21')로서 실리콘 고무(워커 케미컬사제, 제품명 「Elastosil RT601」)를 적하법에 의해 도포하고, 50℃에서 1시간 가열하여 경화시키고, 그 후, 아조벤젠 폴리머막(23)으로부터 제거하여 모형(21)을 얻었다(도 3b 및 도 3c 참조).
그리고, 글래스 기판(1)(Matsunami사제, 제품명 「Micro slide glass」) 및 경화성 수지(2')(Norland Optical Adhesive사제, 제품명 「NOA 61」)를 준비하여, 글래스 기판(1) 상에 경화성 수지(2')를 도포하고, 그 후, 모형(21)을 압박하면서 경화성 수지(2')에 자외선을 1시간 조사하여 경화시켰다(도 1a 및 도 1b 참조). 그 후, 경화 후의 경화성 수지층(2)으로부터 모형(21)을 제거하여, 글래스 기판(1) 상에 주기적인 배열로 요철이 형성된 경화성 수지층(2)을 형성하였다(도 1c 참조). 또한, 경화성 수지층(2)의 표면에 형성되어 있는 요철의 피치는 500㎚이고, 요철의 높이는 50㎚였다. 또한, 얻어진 경화성 수지층(2)에 대해, 원자간력 현미경(AFM)에 의한 표면 관찰을 행하였다. 얻어진 결과를 도 6 및 도 7에 나타낸다.
계속해서, 경화성 수지층(2) 상에 투명 전극(3)(금, 두께 : 30㎚), 양극 버퍼층(11)(구리 프탈로시아닌, 두께 : 10㎚), 정공 수송층(12)[N, N'-디페닐-N, N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-디페닐-4,4'-디아민, 두께 : 40㎚], 전자 수송층(13)(8-히드록시퀴놀린알루미늄, 두께 : 60㎚), 불화리튬층(두께 : 1㎚) 및 금속 전극(5)(알루미늄, 두께 : 150㎚)을, 경화성 수지층(2)의 표면에 형성되어 있는 요철의 형상이 유지되도록 하여, 각각 증착법에 의해 적층하여 유기 EL 소자를 제작하였다(도 2a 내지 도 2d 참조).
(제1 비교예)
제1 실시예에서 제작한 모형을 사용하지 않고, 경화성 수지층에 요철을 형성하지 않은 것 이외는 제1 실시예와 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
<평가 결과>
제1 실시예 및 제1 비교예에서 얻어진 유기 EL 소자의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 또한, 발광 스펙트럼은 이하와 같이 하여 측정하였다. 즉, 제1 실시예 및 제1 비교예에서 얻어진 유기 EL 소자에 10V의 전압을 인가한 상태에서, 소자보다 7㎝의 거리에 분광기(Ocean Optics사제, 제품명 「USB-2000」)를 설치하여, 발광 스펙트럼 해석을 행하였다. 얻어진 결과를 도 8에 나타낸다. 도 8에 나타낸 결과로부터 명백해진 바와 같이, 본 발명의 유기 EL 소자를 사용한 경우(제1 실시예)에는, 충분한 외부 취출 효율을 달성할 수 있는 것이 확인되었다.
(제1 시험예)
경화성 수지층(2)의 단면 형상이 정현파형을 갖는 경우와, 경화성 수지층(2)의 단면 형상이 직사각형을 갖는 경우에 대해, 유기 EL 소자의 내부 전계 분포를 시뮬레이트하였다. 구체적으로는, 경화성 수지층에 형성된 요철의 피치를 300㎚로 하고, 요철의 높이를 50㎚로 하고, 경화성 수지층(2) 상에 투명 전극(3), 두께가 110㎚인 유기층(4) 및 금속 전극(5)을, 경화성 수지층(2)의 표면에 형성되어 있는 요철의 형상이 유지되도록 하여 적층한 경우에 있어서의 유기 EL 소자의 내부 전계 분포를 각각 시뮬레이트하였다. 얻어진 결과를 도 9a 및 도 9b에 나타낸다(도 9a는 경화성 수지층의 단면 형상이 직사각형을 갖는 경우에 대응하고, 도 9b는 경화성 수지층의 단면 형상이 정현파형을 갖는 경우에 대응함). 도 9a 및 도 9b에 나타낸 결과로부터도 명백해진 바와 같이, 경화성 수지층의 단면 형상이 정현파형을 갖는 경우에는, 경화성 수지층의 단면 형상이 직사각형을 갖는 경우와 비교하여, 유기 EL 소자에 전압을 걸었을 때의 소자 내부의 전계 분포가 균일해지는 경향에 있는 것이 확인되었다. 따라서, 경화성 수지층의 단면 형상이 정현파형을 가짐으로써, 전계 집중에 의한 유기 EL 소자의 파괴를 억제할 수 있어, 유기 EL 소자의 장기 수명화를 도모할 수 있는 것이 확인되었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 충분한 외부 취출 효율을 갖는 유기 EL 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이 가능해진다.
1 : 투명 지지 기판
2 : 경화성 수지층
3 : 투명 전극
4 : 유기층
5 : 금속 전극
11 : 양극 버퍼층
12 : 정공 수송층
13 : 전자 수송층
21 : 모형 재료
22 : 기재
23 : 폴리머막

Claims (11)

  1. 투명 지지 기판, 투명 전극, 유기층 및 금속 전극을 구비하는 유기 EL 소자의 제조 방법이며,
    상기 투명 지지 기판 상에 경화성 수지를 도포하고, 모형을 압박하면서 상기 경화성 수지를 경화시킨 후, 상기 모형을 제거하여, 상기 투명 지지 기판 상에 주기적인 배열로 요철이 형성된 경화성 수지층을 적층하는 공정과,
    상기 경화성 수지층 상에, 상기 투명 전극, 상기 유기층 및 상기 금속 전극을, 상기 경화성 수지층의 표면에 형성되어 있는 요철의 형상이 유지되도록 하여 각각 적층하여 유기 EL 소자를 얻는 공정을 포함하는, 코러게이트 구조를 갖는 유기 EL 소자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경화성 수지층의 단면 형상이 정현파형을 갖는, 코러게이트 구조를 갖는 유기 EL 소자의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 모형이,
    기재 상에 형성된, 광 조사에 의해 체적 변화되는 폴리머로 이루어지는 폴리머막의 표면에 레이저광을 조사하여, 상기 폴리머막의 표면에 주기적인 배열로 요철을 형성하는 공정과,
    상기 폴리머막 상에 모형 재료를 부착시켜 경화시킨 후에, 경화 후의 모형 재료를 상기 폴리머막으로부터 제거하여 모형을 얻는 공정을 포함하는 방법에 의해 얻어진 것인, 코러게이트 구조를 갖는 유기 EL 소자의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광 조사에 의해 체적 변화되는 폴리머가 아조벤젠 폴리머인, 코러게이트 구조를 갖는 유기 EL 소자의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 모형 재료가, 실리콘 고무, 니켈, 규소, 탄화규소, 탄탈, 글라시 카본, 석영 및 실리카를 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료인, 코러게이트 구조를 갖는 유기 EL 소자의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 투명 전극이 금으로 이루어지는 전극인, 코러게이트 구조를 갖는 유기 EL 소자의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 경화성 수지층의 표면에 형성되어 있는 요철의 피치가 10 내지 1000㎚의 범위이고, 또한 요철의 높이가 10 내지 200㎚의 범위인, 코러게이트 구조를 갖는 유기 EL 소자의 제조 방법.
  8. 투명 지지 기판, 상기 투명 지지 기판 상에 적층되어 있고 표면에 주기적인 배열로 요철이 형성된 경화성 수지층, 및 상기 경화성 수지층의 표면에 형성되어 있는 요철의 형상이 유지되도록 하여 상기 경화성 수지층 상에 순차적으로 적층된 투명 전극, 유기층 및 금속 전극을 구비하는, 코러게이트 구조를 갖는 유기 EL 소자.
  9. 제8항에 있어서, 상기 경화성 수지층의 단면 형상이 정현파형을 갖는, 코러게이트 구조를 갖는 유기 EL 소자.
  10. 제8항에 있어서, 상기 투명 전극이 금으로 이루어지는 전극인, 코러게이트 구조를 갖는 유기 EL 소자.
  11. 제8항에 있어서, 상기 경화성 수지층의 표면에 형성되어 있는 요철의 피치가 10 내지 1000㎚의 범위이고, 또한 요철의 높이가 10 내지 200㎚의 범위인, 코러게이트 구조를 갖는 유기 EL 소자.
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