JP6074423B2

JP6074423B2 - 有機エレクトロルミネッセンスデバイス

Info

Publication number: JP6074423B2
Application number: JP2014521149A
Authority: JP
Inventors: 黒田　和男; 和男黒田; 秀雄工藤; 浩大畑; 大畑　　浩; 敏治内田; 田中　洋平; 洋平田中
Original assignee: Pioneer Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2032-06-20
Also published as: US20150206927A1; CN104396345B; EP2852256A1; EP2852256A4; WO2013190661A1; JPWO2013190661A1; CN104396345A

Description

本発明は、少なくとも１つの有機エレクトロルミネッセンス素子を含む有機エレクトロルミネッセンスデバイス（以下、有機ＥＬデバイスと称する）に関する。

有機エレクトロルミネッセンス素子は、例えば、透明ガラス基板上に陽極、発光層を含む有機層及び陰極を順次積層して構成され、陽極及び陰極を介して有機層への電流注入により、エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと称する）を発現する発光素子である。発光層からの発光光は基板側の電極を透明とすることによりこの透明電極と基板を介して取り出される。ところが、発光層からの発光光の一部は透明電極−ガラス界面間及びガラス−空気界面間での全反射により閉じ込められて消衰する故に、発光層からの発光光のうち約２０％程度の光しか外部に取り出すことができない。

特許文献１は、光取り出し側の透明基板上の有機層を区画するバンク（土手）を透明材料で構成し、透光性バンク内を伝搬する光を視認方向の透明基板側に取り出す反射部を設けて光取り出し効率を高めた技術を開示している。

特開２００５−３１０５９１号公報

特許文献１の技術においては、透光性バンク側面に接する発光層の光をバンクに取り出すけれども、バンクに取り出す前の有機層内で伝搬する光が減衰してしまうという問題があった。

そこで、本発明では、透明電極を伝搬する光の取り出し効率を高めることができる有機ＥＬデバイスを提供することが課題の一例としてあげられる。

本発明の有機ＥＬデバイスは、透光性基板と前記透光性基板上に担持された少なくとも１つの有機ＥＬ素子とを有する有機ＥＬデバイスであって、
前記有機ＥＬ素子は、前記透光性基板上に配置された少なくとも１つの絶縁性のバンクと、前記バンクに接する透光性電極と、前記透光性電極上に形成され発光層を含む有機層と、前記有機層上に形成された反射電極と、を含み、
前記バンクは、前記有機層の屈折率と同等以下の低い屈折率を有する透光性誘電体材料からなり、
前記バンクは前記透光性基板に対して傾斜する斜面の側面を有し、前記側面が前記発光層に接する斜面から離れ前記反射電極に接する前記有機層の部分に接する斜面に亘って前記発光層を臨む凹面形状を有することを特徴とする。

図１は本発明の実施例の有機ＥＬデバイスの平面図である。図２は図１中のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図３は図１に示す有機ＥＬデバイスの発光部の積層構成を模式的に示す概略断面図である。図４は図１に示す有機ＥＬデバイスの一部を示す拡大部分断面図である。図５は本発明の他の実施例の有機ＥＬデバイスの一部を示す拡大部分断面図である。図６は１つの変形例の有機ＥＬデバイスの一部を示す拡大部分断面図である。図７は他の変形例の有機ＥＬデバイスの一部を示す拡大部分断面図である。図８は他の変形例の有機ＥＬデバイスの一部を示す拡大部分断面図である。図９は他の変形例の有機ＥＬデバイスの一部を示す拡大部分断面図である。図１０は他の変形例の有機ＥＬデバイスの一部を示す拡大部分断面図である。

以下に本発明による実施例を図面を参照しつつ説明する。

図１において、有機ＥＬデバイスＯＥＬＤは、ガラスや樹脂などの光透過性平板の基板１上に複数のバンクＢＫによって区切られて、ｙ方向に伸長するストリップ状の複数の有機ＥＬ素子ＯＥＬＥを含んでいる。複数の有機ＥＬ素子ＯＥＬＥは互いに並置され、例えば、赤色発光Ｒ、緑色発光Ｇ及び青色発光Ｂの互いに異なる発光色を呈する。ＲＧＢ発光色の有機ＥＬ素子を一組としてｘ方向に組毎に並べられている。

図２に示すように、有機ＥＬデバイスの有機ＥＬ素子の各々は、バンクＢＫ間の基板１上に、透光性電極２、発光層を含む有機層３、反射電極４が積層されて構成される。この有機ＥＬデバイスは、透光性電極２と反射電極４との間に電圧を印加することにより有機層３において生成される光を基板１の表面から取り出す所謂ボトムエミッション型の有機ＥＬパネルである。透光性電極２に接するバンクＢＫは、有機層３の屈折率と同等以下の低い屈折率を有する透光性誘電体材料から形成されている。なお、本明細書において、「屈折率が同等」とは、一方の屈折率と他方の屈折率との差が０．３未満、好ましくは０．２以下、とりわけ好ましくは０．１以下であることをいう。また屈折率が「低い」又は「高い」とは、測定上差が生じる程度に「低く」又は「高」ければよいが、実際上は０．１を超えて、好ましくは０．２を超えて、より好ましくは０．３以上、更に好ましくは０．４以上、とりわけ好ましくは０．５以上差があって低い又は高いことを示す。

陽極を構成する複数の透光性電極２は、それぞれ帯状をなしており、基板１上においてｙ方向に沿って伸長し、互いに一定間隔おいてｘ方向に平行に並置されて蒸着される。

基板１及び透光性電極２の端縁上にはこれらを覆うようにバンクＢＫがｙ方向に沿って伸長して形成されている。バンクＢＫには、各々がｙ方向に伸張する長方形の開口部が形成されている。開口部の各々に有機層３が配置されている。有機層３は、バンクＢＫによって互いに隔てられた状態で並置されて、バンクＢＫによって隔てられた複数の発光領域を区画している。バンクＢＫは反射電極４の少なくとも一部分により覆われている。バンクＢＫには有機材バンクと無機材バンクがあり、無機材バンク形成はエッチングという手法が一般的である。有機材バンクを形成する手法として、スクリーン印刷、スプレー法、インクジェット法、スピンコート法、グラビア印刷、ロールコータ法などの湿式塗布法が知られている。

図２に示すように、有機ＥＬデバイスにおけるバンクＢＫは、ｙ方向に沿って透光性基板２に対して傾斜する斜面の側面を有し、該側面が有機層３に接する凹面形状ＣＣＶを有する。凹面形状ＣＣＶの一部である裾野部ＳＫＴは有機層３と透光性電極２の間の界面に終端している。

図３に示すように、バンクＢＫの各開口部内における透光性電極２上には、有機層３として、正孔注入層３ａ、正孔輸送層３ｂ、発光層３ｃ、電子輸送層３ｄ及び電子注入層３ｅが順に積層されている。透光性電極２と反射電極４の間に挟持有機層３は発光積層体であり、これら積層構成に限定されることなく、例えば発光層３ｃと電子輸送層３ｄの間に正孔阻止層（図示せず）を追加するなど、少なくとも発光層を含み、或いは兼用できる電荷輸送層を含む積層構成であってもよい。有機層３は、上記積層構造から正孔輸送層３ｂを省いて構成しても、正孔注入層３ａを省いて構成しても、正孔注入層３ａと電子輸送層３ｄを省いて構成してもよい。

例えば、発光層３ｃの発光材料としては、例えば、蛍光材料や燐光材料など、任意の公知の発光材料が適用可能である。

青色発光を与える蛍光材料としては、例えば、ナフタレン、ペリレン、ピレンなどが挙げられる。緑色発光を与える蛍光材料としては、例えば、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、Ａｌｑ３(tris (8-hydroxy-quinoline) aluminum) などのアルミニウム錯体などが挙げられる。黄色発光を与える蛍光材料としては、例えば、ルブレン誘導体などが挙げられる。赤色発光を与える蛍光材料としては、例えば、ＤＣＭ（4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran）系化合物、ベンゾピラン誘導体、ローダミン誘導体などが挙げられる。燐光材料としては、例えば、イリジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウムの錯体化合物などが挙げられる。燐光材料として、具体的には、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（所謂、Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、トリス（２−フェニルピリジン）ルテニウムなどが挙げられる。

このように、赤、緑、青の発光色をそれぞれ発する有機層３は、平行に繰り返し配置されており、光取り出し面となる基板１の表面からは、赤、緑、青の光が任意の割合で混色されて単一の発光色として認識される光が放出される。

有機層３を成膜する手法として、スパッタリング法や真空蒸着法などの乾式塗布法や、スクリーン印刷、スプレー法、インクジェット法、スピンコート法、グラビア印刷、ロールコータ法などの湿式塗布法が知られている。例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層を湿式塗布法で膜厚を均一に成膜して、電子輸送層及び電子注入層を、それぞれ乾式塗布法で膜厚を均一に順次成膜してもよい。また、すべての機能層を湿式塗布法で膜厚を均一に順次成膜してもよい。

発光層３ｃまでの機能層に正孔を供給する陽極の透光性電極２は、ＩＴＯ(Indium-tin-oxide)やＺｎＯ、ＺｎＯ−Ａｌ_２Ｏ_３（所謂、ＡＺＯ）、Ｉｎ_２Ｏ_３−ＺｎＯ（所謂、ＩＺＯ）、ＳｎＯ_２−Ｓｂ_２Ｏ_３（所謂、ＡＴＯ）、ＲｕＯ_２などにより構成され得る。さらに、透光性電極２は、発光層から得られる発光波長において少なくとも１０％以上の透過率を持つ材料を選択することが好ましい。

透光性電極２は通常は単層構造であるが、所望により複数の材料からなる積層構造とすることも可能である。

発光層３ｃまでの機能層に電子を供給する陰極の反射電極４には、限定されないが、例えば、アルミニウム、銀、銅、ニッケル、クロム、金、白金などの金属が使われる。なお、これらの材料は、１種のみで用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

反射電極４の材料としては、効率良く電子注入を行う為に仕事関数の低い金属が含まれること好ましく、例えば、スズ、マグネシウム、インジウム、カルシウム、アルミニウム、銀などの適当な金属又はそれらの合金が用いられる。具体例としては、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、アルミニウム−リチウム合金などの低仕事関数合金電極が挙げられる。反射電極４の膜厚２０ｎｍの銀薄膜は透過率５０％を有する。同金属薄膜としての膜厚１０ｎｍのＡｌ膜は透過率５０％を有する。同金属薄膜としての膜厚２０ｎｍのＭｇＡｇ合金膜は透過率５０％を有する。なお、金属薄膜で反射電極４を構成する場合、その膜厚の下限値は５ｎｍあれば導電性を確保することができる。

反射電極４はスパッタ法や真空蒸着法などにより有機層３上に、単層膜、又は多層膜として形成され得る。

この有機ＥＬデバイスにおいては、有機層３は透光性電極２及び反射電極４の間に接して挟持されている故に、透光性電極２と反射電極４とを介して有機層３に駆動電圧が印加されることにより、有機層３内の発光層３ｃにおいて生成された光は透光性電極２を通過して、さらに反射電極４で反射した後に透光性電極２を通過して透光性基板１の表面から取り出される。

［有機ＥＬデバイスの動作］
次に、上記の有機ＥＬデバイスの動作を説明する。なお、上記実施例と同一符号で示した構成部分は、上記実施例の有機ＥＬデバイスと同様であるので、それらの詳しい説明は省略する。図４以降に示す有機ＥＬデバイスにおいて、ガラス基板１の屈折率をｎ１＝１．５とし、透光性電極２の屈折率をｎ２＝１．８とし、有機層３の屈折率をｎ２＝１．８とし、バンクＢＫの屈折率をｎ１＝１．５として説明する。

図４に示すように、有機ＥＬデバイスにおけるバンクＢＫは、透光性基板２に対して傾斜する斜面の側面を有する。バンクＢＫの側面は、発光層３ｃに接する斜面Ａから反射電極４に接する有機層３の部分に接する斜面Ｂに亘って発光層３ｃを臨む凹面形状ＣＣＶを有する。

バンクＢＫの側面は、発光層３ｃに接する斜面Ａの透光性基板２となす角度αが反射電極４に接する有機層３の部分に接する斜面Ｂの透光性基板２となす角度βより小さい裾野部ＳＫＴを含む。すなわち、発光層３ｃと透光性電極２の界面とのバンクＢＫの傾斜角αは反射電極４面とバンクＢＫとの傾斜角βと異なり、α＜βの関係を有している。バンクＢＫの裾野部ＳＫＴは有機層３と透光性電極２の間の界面に終端している。バンクＢＫの終端を境にバンクＢＫ側の有機層３は減衰発光領域となり、バンクＢＫの裾野部ＳＫＴから離れる有機層３は正常発光領域となる。裾野部ＳＫＴにより透光性電極２が覆われ、陽極の透光性電極２と陰極の反射電極４とが有機層３を介して対向しなくなるからである。

有機層３のバンクＢＫ側端縁のテーパー部すなわち減衰発光領域に入射した光Ｌ０は、テーパー状の反射電極４とバンクＢＫの側面（すなわち裾野部ＳＫＴ）の間でジグザクに反射を繰り返し、有機層３の最端縁部に侵入していくばかりなので、反射光が極端に少なくなり、バンクＢＫの側面へのみ進入する。このように、本実施例においては、くさび形断面の有機層３の端縁のテーパー部で反射を繰り返させて奥のバンクＢＫの上部へと導き、バンクＢＫの側面へのみ光Ｌ０を放射させるしくみとなっている。有機層３が高屈折率領域（ｎ２＝１．８）である故に、高屈折率の有機層３内の光が低屈折率材料のバンクＢＫに入射する場合、界面が平面の時、臨界角以上の光は全反射して低屈折率のバンクＢＫ側に入射しない。しかし、バンクＢＫの上部ではほとんどが臨界角未満の光となってバンクＢＫ側に取り出される。

図５は、ガラス透明基板１上に積層された、陽極であるＩＴＯ透光性電極２と、正孔注入層３ａと、発光層３ｃと、電子注入層３ｅと、陰極である金属の反射電極４とから構成されている有機ＥＬデバイスにおける有機ＥＬ素子の一部を示す。発光層３までの有機層はインクジェット法などの湿式塗布法で成膜し、電子注入層３ｅ以降を蒸着法で成膜している。

図５においてバンクＢＫの斜面Ａ及び斜面Ｂの間の凹面形状ＣＣＶのバンクＢＫ側の有機層３は、奥行きｙ方向に伸長する円柱レンズの一部と見ることができる。有機ＥＬデバイスは、発光層３ｃの界面とバンクＢＫの傾斜角α（正常発光領域の発光点を通る透光性電極２に平行な面とバンクＢＫの傾斜角）は反射電極４が接するバンクＢＫβの傾斜角より小さい。

発光点からバンクＢＫを離れる側は、陽極の透光性電極２と陰極の反射電極４が正常な対向状態であり、この発光点よりバンクＢＫから離れるのエリアは正常発光し、バンクＢＫに近づくにつれ発光量が減少する。

裾野部ＳＫＴの傾斜角αを有する斜面Ａ部は透光性電極２からほぼ傾斜角αで漸次厚くなる。ここで、バンクＢＫは屈折率ｎ１＝１．５の透光性誘電体材料からなり、発光層３ｃは屈折率ｎ２＝１．８の発光材料からなる故に、屈折率ｎ１＜ｎ２であり、両者の界面でエバネッセント光が低屈折率バンクＢＫの裾野部ＳＫＴ下に生じ、さらに、その下に屈折率１．８の透光性電極２があるとすると、裾野部ＳＫＴの８０ｎｍ程度の厚さまでは全反射せず光が基板１まで透過することになる。エバネッセント光の染み出し量は指数関数的に減衰し、波長程度染み出すといわれているが、実質的な範囲は１５０ｎｍ程度といわれている。発光光は裾野部ＳＫＴの厚さ２５ｎｍ〜３０ｎｍ程度は透過し、それ以上の厚さでは、全反射する角度が出てくる。

正常発光した光Ｌ１の全反射する部分に関しては、斜面Ｂが斜面Ａより角度が立っている故に（α＜β）、図５に示すように、正常発光した光Ｌ１は、斜面Ａで全反射したのち、斜面Ｂで全反射し、反対電極で反射し、斜面ＢからバンクＢＫに入射する。

斜面Ａで全反射し、直接反射電極４で反射した光Ｌ２も斜面ＢでバンクＢＫに入射する。

このように、本実施例ではバンクＢＫの傾斜を有機層の位置によって変更し、傾斜角βを傾斜角αより小さくし、凹形状の内側に発光層３ｃを配置したので、低屈折率材料を用いても透光性バンクＢＫの中に光を多く入れることができる。単に凹面形状ＣＣＶとしての光取り出し効率を上げるほかに、裾野部ＳＫＴの薄膜部における、近接場光を利用しているので、単なる急峻な平面斜面にくらべ、光の低屈折率のバンクＢＫへの入射が多くなる。

さらに、有機層３と透光性電極２の間に、凹面形状ＣＣＶの端部を挟んだ形（裾野部ＳＫＴ）にしているので、バンクの透光性誘電体材料が特に親液性で無くとも、有機材の濡れ性に関して配慮がほとんど要らない。一般的にバンクの傾きを寝かせると親液性があがり、有機材料を塗布しやすくなる。よって、バンクＢＫにわざわざ親液性の材料を用いる必要がなくなり、バンク材料の選択の幅が広がる。バンクの材料の例には、例えばフッ素化ポリオレフィン系樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂、フッ素化ポリアクリル樹脂などのフッ素系樹脂が挙げられる。

凹面形状ＣＣＶの裾野部ＳＫＴが有機層３と透光性電極２の間に入る形になっているので、透光性電極２と反射電極４との間のリークや、ショートは防止できる。

なお、図５に示す透光性バンクＢＫは漸次傾きが変化する凹面形状ＣＣＶを有しているが、これに限定されず、図６に示すように、透光性バンクＢＫは斜面Ａ及び斜面Ｂが平面でそれぞれ傾斜角α及び傾斜角βを有するように構成してもよい。

［変形例］
図７は変形例の有機ＥＬデバイスを一部切り欠いてバンクＢＫ周辺を示す断面図である。なお、以下の例において、上記実施例と同一符号で示した構成部分は、上記実施例の有機ＥＬデバイスと同様であるので、それらの詳しい説明は省略する。

図７の変形例においては、発光層３ｃまでの有機層はインクジェット法などの湿式塗布法で成膜し、電子輸送層以降をマスクを用いた蒸着法で成膜し、電子輸送層や電子注入層の蒸着時にマスク開口を広くしたものを用いて、バンクＢＫ頂上付近まで電子輸送層や電子注入層の有機層３を成膜している。よって、バンクＢＫ天面で有機層の蒸着がない部分すなわち反射電極４がバンクＢＫに接触する部分を形成している。図７の変形例によれば、光は天面の反射電極４に近くで接触する有機層３の部分に接するバンク斜面まで全反射を繰り返し、天面の反射電極４に到達した光が透光性バンクＢＫ内に入射することができる。

図８に示す変形例は、有機層３すべての層がインクジェット法などの湿式塗布法で成膜された塗布型のものである。湿式塗布法で成膜された電子注入層３ｅの端部がバンクＢＫ側面で終端している。

図９に示す変形例は、有機層３すべての層が湿式塗布法で成膜され、発光層３ｃの厚みを厚くし、電子注入層３ｅの厚みを薄くした塗布型のものである。

図１０に示す変形例は、有機層３すべての層が湿式塗布法で成膜され、正孔注入層３ａ側から電子注入層３ｅまでの間に、電子阻止層と、発光層３ｃのＲＧＢ発光層と、正孔阻止層とを積層した塗布型のものである。

なお、上記の何れの実施例でも、有機ＥＬデバイスおいて、バンクＢＫなど非発光エリアを透光性の低屈折率材料を使用することにより、有機層３の透光性電極２部分で全反射をしていた光がバンクＢＫの側面部分に入り、その屈折角度が変わり基板１へ様々な放射角度で放射させ、透明電極を伝搬する光の光取り出し効率を高めることができる。

なお、透光性基板１として、石英やガラスの板、金属板や金属箔、曲げられる樹脂基板、プラスチックフィルムやシートなどが用いられる。特にガラス板や、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホンなどの合成樹脂の透明板が好ましい。合成樹脂基板を使用する場合にはガスバリア性に留意する必要がある。基板のガスバリア性が小さすぎると、基板を通過した外気により有機ＥＬデバイスが劣化することがあるので好ましくない。よって、合成樹脂基板の少なくとも片面に緻密なシリコン酸化膜などを設けてガスバリア性を確保する方法も好ましい方法の一つである。

また、有機ＥＬデバイスの帯状に並置された発光部とその周りのバンクを覆いこれらを封止する封止缶（図示せず）を設けてもよい。さらに、出力光の取り出し効率を上げるために、基板１の外部面に、発光部を覆うように、これを超える面積で光取り出しフィルム（図示せず）を取り付けてもよい。

さらに、上記の何れの実施例では有機層を発光積層体としているが、無機材料膜の積層によっても発光積層体を構成できる。

１基板
２透光性電極
３有機層
３ａ正孔注入層
３ｂ正孔輸送層
３ｃ発光層
３ｄ電子輸送層
３ｅ電子注入層
４反射電極
ＢＫバンク
ＳＫＴ裾野部

Claims

透光性基板と前記透光性基板上に担持された少なくとも１つの有機ＥＬ素子とを有する有機ＥＬデバイスであって、
前記有機ＥＬ素子は、前記透光性基板上に配置された少なくとも１つの絶縁性のバンクと、前記バンクに接する透光性電極と、前記透光性電極上に形成され発光層を含む有機層と、前記有機層上に形成された反射電極と、を含み、
前記バンクは、前記有機層の屈折率と同等以下の低い屈折率を有する透光性誘電体材料からなり、
前記バンクは前記透光性基板に対して傾斜する斜面の側面を有し、前記側面が前記発光層に接する斜面から離れ前記反射電極に接する前記有機層の部分に接する斜面に亘って前記発光層を臨む凹面形状を有することを特徴とする有機ＥＬデバイス。
前記側面は、前記発光層に接する斜面の前記透光性基板となす角度が前記反射電極に接する前記有機層の部分に接する斜面の前記透光性基板となす角度より小さい裾野部を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬデバイス。
前記バンクは前記有機層と前記透光性電極の間の界面に終端していることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬデバイス。
前記反射電極の少なくとも一部が前記バンクを覆っていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の有機ＥＬデバイス。