技術 有機発光ダイオード装置

0001

本発明は、有機発光ダイオード装置に関するものである。

0002

最近、モニターまたはテレビなどの軽量化及び薄形化が要求されており、このような要求によって陰極線管（ｃａｔｈｏｄｅ ｒａｙ ｔｕｂｅ、ＣＲＴ）が液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙａｙ、ＬＣＤ）に代替されている。しかし、液晶表示装置は、受動的な発光素子であって、別途のバックライトが必要であるだけでなく、応答速度及び視野角などにおいて限界がある。最近、このような限界を克服できる表示装置として、有機発光ダイオード装置（ｏｒｇａｎｉｃｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ ｄｅｖｉｃｅ、ＯＬＥＤ ｄｅｖｉｃｅ）が注目されている。有機発光ダイオード装置は、二つの電極と、その間に位置する発光層とを含み、一つの電極から注入された電子と、他の電極から注入された正孔とが発光層で結合して励起子を形成し、励起子がエネルギーを放出しながら発光する。

0003

一方、発光層で発光した光は、二つの電極のうちの少なくとも一つを通過して外部に放出される。この場合、発光層で発光した光が電極によって失われることがある。

0004

発光層で発光した光が電極によって失われるのを減少させるためには、光の透過率が高い電極の使用が必要である。しかし、一般に、透過率が高い電極は、抵抗が高く、大面積の有機発光ダイオード装置への適用に限界がある。

0005

そこで、本発明では、高い透過率を有しながらも、抵抗が低い電極を含む有機発光ダイオード装置を提供することを目的とする。

0006

本発明の一実施形態に係る有機発光ダイオード装置は、第１電極、前記第１電極と対向する第２電極、及び前記第１電極と前記第２電極との間に位置する発光層を含み、前記第１電極は、イッテルビウム（Ｙｂ）、サマリウム（Ｓｍ）、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、セシウム（Ｃｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、バリウム（Ｂａ）、またはこれらの組み合わせを含み、４０Å〜２００Å（４〜２０ｎｍ； １Å＝０．１ｎｍ）の厚さを有する第１層、及び銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）またはこれらの組み合わせを含み、１００Å〜２５０Å（１０〜２５ｎｍ）の厚さを有する第２層を含む。

0007

前記第１電極は、波長５５０ｎｍにおける透過率を２０％〜５０％とすることができる。

0008

前記第１電極は、１０Ω／ｃｍ２より低い面抵抗を有することができる。面抵抗の下限値は０．１Ω／ｃｍ２である。

0009

前記第１電極は、５Ω／ｃｍ２より低い面抵抗を有することができる。面抵抗の好ましい下限値は１Ω／ｃｍ２である。

0010

前記第１層はイッテルビウム（Ｙｂ）を含むことができ、前記第２層は銀（Ａｇ）を含むことができる。

0011

前記第１電極は、金属酸化物、金属窒化物、または金属窒酸化物を含む第３層をさらに含むことができる。

0012

前記第３層は、屈折率が１．５より高くなり得る。前記第１電極はカソードであり、前記第２電極はアノードとすることができる。

0013

本発明によれば、透過率が高く、抵抗が低い電極を含むことによって、光効率に優れた有機発光ダイオード装置を実現することができる。

0014

本発明の一実施形態に係る有機発光ダイオード装置を示した断面概略図である。
実施例１〜６に係る有機発光ダイオード装置の光の波長と透過率との関係を示すグラフである。
実施例１〜６に係る有機発光ダイオード装置の光の波長と反射率との関係を示すグラフである。

0015

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は種々の相異な形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限られない。

0016

図面において、種々の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書の全体にわたって類似する部分に対しては同一の図面符号を付けた。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるという時、これは他の部分の「すぐ上」にある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。一方、ある部分が他の部分の「すぐ上」にあるという時には、中間に他の部分がないことを意味する。

0017

それでは、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る有機発光ダイオード装置について説明する。

0018

図１は、本発明の一実施形態に係る有機発光ダイオード装置を示した断面概略図である。図１を参照すると、本実施形態に係る有機発光装置は、基板１１０、前記基板１１０の上に形成される第１電極（下部電極）１９１、第１電極１９１の上に形成される発光部材３７０、及び発光部材３７０の上に形成される第２電極（上部電極）２７０を含む。第１電極はカソード、第２電極はアノードとすることができる。

0019

基板１１０は、ガラス基板、シリコンウエハー、高分子膜などで作られる。

0020

第１電極１９１は、透明導電体または不透明導電体で作られる。透明導電体は、例えば、透明導電性酸化物とすることができ、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）を例示することができる。不透明導電体は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｇ）、またはこれらの組み合わせなどの金属とすることができる。

0021

発光部材３７０は、少なくとも発光層を含む。好ましくは、発光層及び発光層の発光効率を改善するための付帯層（ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｌａｙｅｒ）を含む多層構造とすることができる。

0022

発光層は、赤色、緑色、青色の三原色など基本色のいずれか一つの光を固有に表示する有機物質、または有機物質と無機物質との混合物で作られ、例えば、ポリフルオレン誘導体、（ポリ）パラフェニレンビニレン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリチオフェン誘導体、Ａｌｑ３（ｔｒｉｓ_８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ_ａｌｕｍｉｎｕｍ）、またはこれらの高分子材料にペリレン系色素、クマリン系色素、ローダーミン系色素、ルブレン、ペリレン、９，１０−ジフェニルアントラセン、テトラフェニルブタジエン、ナイルレッド、クマリン、クマリン６、キナクリドンなどをドーピングした化合物が含まれ得る。好ましくは、Ａｌｑ３にクマリン６をドーピングした材料を使用できる。有機発光ダイオード装置は、発光層で出す基本色の光の空間的な作用によって所望の映像を表示する。

0023

付帯層は、電子と正孔とのバランスをとるための電子輸送層及び正孔輸送層と、電子と正孔との注入を強化するための電子注入層及び正孔注入層などがあり、このうちから選択された一つ以上の層を含むことができる。

0024

電子輸送層を構成する材料は従来公知であり、例えば、ピリジン誘導体、キノリン誘導体、ピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、フタラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、トリアジン誘導体、トリアゾール誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、イミダゾール誘導体、フルオレノン誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレン、ペリレン等の芳香環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、８−キノリノール誘導体の金属錯体、Ａｌｑ３、メタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体、等が挙げられる。さらに上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。好ましくは、Ａｌｑ３である。

0025

正孔輸送層を構成する材料は従来公知であり、例えば、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、ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ−ｄｉｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ−１−ｙｌ−Ｎ，Ｎ−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ）、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また導電性高分子オリゴマー、チオフェンオリゴマー等が挙げられる。好ましくは、ＮＰＢである。

0026

電子注入層を構成する材料は従来公知であり、例えば、ストロンチウムやアルミニウム等の金属、フッ化リチウム等のアルカリ金属化合物、フッ化マグネシウム等のアルカリ土類金属化合物、酸化アルミニウム等の酸化物が挙げられる。また、上記電子輸送材料を適宜選択して使用することも可能である。

0027

正孔注入層を構成する材料は従来公知であり、例えば、ピロール誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、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、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、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ＮＰＢ、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、フタロシアニン系化合物、ポルフィリン系化合物、チオフェン誘導体、有機シラン誘導体、銅フタロシアニン等のフタロシアニン、酸化バナジウム等の酸化物、アモルファスカーボン、ポリアニリン（エメラルディン）やポリチオフェン等の導電性高分子が挙げられる。好ましくは、ＮＰＢである。

0028

第２電極２７０は、第１層２７０ａと第２層２７０ｂとを含む。

0029

第１層２７０ａは、イッテルビウム（Ｙｂ）、サマリウム（Ｓｍ）、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、セシウム（Ｃｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、バリウム（Ｂａ）、またはこれらの組み合わせを含む。上記金属は、仕事関数が低くて、電子の注入が容易であり、可視光線領域における透過率が高い。上記金属のうち、より好ましいものはイッテルビウム（Ｙｂ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、セシウム（Ｃｓ）であり、特に好ましいものはイッテルビウム（Ｙｂ）である。

0030

第２層２７０ｂは、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、またはこれらの組み合わせを含む。上記金属は、抵抗が低く、上部電極２７０の抵抗を低くすることができる。上記金属のうち、より好ましいものは 銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）であり、特に好ましいものはアルミニウム（Ａｌ）である。

0031

第１層２７０ａは４０Å〜２００Åの厚さを有し、第２層２７０ｂは１００Å〜２５０Åの厚さを有することができる。第１層２７０ａ及び第２層２７０ｂが前記範囲の厚さを有することによって、透光性（可視光領域の透過率）を改善しながらも、抵抗が非常に高くなるのを防止することができる。

0032

つまり、第１層２７０ａを形成する上述した金属は、透光性は高いが、抵抗が高く、第２層２７０ｂを形成する上述した金属は、抵抗は低いが、厚さによって透光性が変化しうる。従って、本実施形態においては、第１層２７０ａと第２層２７０ｂとが、それぞれ４０Å〜２００Å（４〜２０ｎｍ）及び１００Å〜２５０Å（１０〜２５ｎｍ）の厚さを有することによって、透明電極として使用できる透光性及び抵抗を同時に満足することができる。具体的に、第１層２７０ａ及び第２層２７０ｂが前記厚さの範囲を有することによって、波長５５０ｎｍで２０％〜５０％の透過率を有すると共に、１０Ω／ｃｍ２より低い面抵抗を有することができる。

0033

また、第２電極を有する第１層及び第２層は、発光部材の上に第１層、第２層の順に積層することが好ましい。しかし、発光部材の上に第２層、第１層の順に積層されてもよく、第１層と第２層との間に別の層が存在してもよく、第１層および第２層の上にさらに別の層が設けられてもよい。

0034

上部電極２７０は、第２層２７０ｂの上に形成されている第３層（図示せず）をさらに含むことができる。第３層は、金属酸化物、金属窒化物、または金属酸窒化物で作ることができ、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒酸化ケイ素、またはこれらの組み合わせを含むことができる。

0035

第３層は、第１層、第２層、第３層の順に最も上方に積層されることが好ましい。しかし、第１層と第２層との間に積層されてもよいし、それらの層の下にあってもよい。

0036

第３層は、屈折率が１．５より高い高屈折率層とすることができる。このように高屈折率層をさらに含むことによって、光透過性を高めて表示装置の発光効率を上げられる。

0037

本発明の有機発光ダイオード装置を製造するには、従来公知の方法を適用し得る。まず、基板上に下部電極を形成する。形成方法は、例えば、印刷法、コ−ティング法、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ−ティング法、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の中から電極材料との適性を考慮して適宜選択すればよい。このうち、下部電極がＩＴＯの場合には、電子ビーム加熱法、スパッタリング法、抵抗加熱を利用した蒸着法、化学反応法（例えば、ゾルゲル法）、または酸化インジウムスズの分散液を塗布する方法を選択し得るが、特に蒸着法が好ましい。

0038

次に、第１電極上に発光層を形成する。発光層の形成方法は、特に制限はなく、抵抗加熱を利用した蒸着法、電子ビーム加熱法、スパッタリング法、スプレー法、分子積層法、スピンコーティング法、流延コーティング法、浸漬コーティング法、インクジェット法、印刷法、ＬＢ法などの種々の方法から適宜選択することができる。これらの方法のうち、特に蒸着法が好ましい。

0039

発光層上に付帯層を形成する。付帯層の形成方法は、特に制限はなく、抵抗加熱を利用した蒸着法、電子ビーム加熱法、スパッタリング法、スプレー法、分子積層法、スピンコーティング法、流延コーティング法、浸漬コーティング法、インクジェット法、印刷法、ＬＢ法などの種々の方法から適宜選択することができる。

0040

付帯層上に、第２電極の第１〜第３層を好ましくはこの順に積層する。第１〜第３層を形成するには、それぞれ特に制限はなく、例えば、印刷法、コーティング法、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の中から電極材料との適性を考慮して適宜選択すればよい。

0041

また、有機発光ダイオード装置形成の過程で、所望の微細構造を形成するために、各種精密加工技術を用いることができる。このような精密加工技術としては、例えば、精密ダイヤモンド切断加工、レーザー加工、エッチング加工、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチング、集束イオンビームエッチング等が挙げられる。また、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等によりパターン形成をしてもよいし、リフトオフ法や印刷法により形成してもよい。

0042

以下、実施例を通して本発明についてさらに詳細に説明する。ただし、下記の実施例は、単に説明を目的とするものであり、本発明の範囲を制限するものではない。

0043

［有機発光ダイオード装置の製作］
［実施例１］
ガラス基板上に、第１電極としてＩＴＯを積層してパターニングした。その後、その上に電子輸送層としてＡｌｑ３（ｔｒｉｓ ８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ）を蒸着し、その上に発光層としてＡｌｑ３にクマリン６を１重量％ドーピングして真空蒸着し、正孔注入層及び正孔輸送層としてＮＰＢ（Ｎ，Ｎ−ｄｉｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ−１−ｙｌ−Ｎ，Ｎ−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ）を蒸着した。次に、その上にイッテルビウム（Ｙｂ）を８０Å（８ｎｍ）の厚さに蒸着し、その上に銀（Ａｇ）を１８０Å（１８ｎｍ）の厚さに蒸着した。
［実施例２］
イッテルビウム（Ｙｂ）を８０Å（８ｎｍ）の厚さに蒸着し、その上に銀（Ａｇ）を２２０Å（２２ｎｍ）の厚さに蒸着したことを除いては、実施例１と同様の方法によって有機発光ダイオード装置を製作した。
［実施例３］
イッテルビウム（Ｙｂ）を６０Å（６ｎｍ）の厚さに蒸着し、その上に銀（Ａｇ）を２００Å（２０ｎｍ）の厚さに蒸着したことを除いては、実施例１と同様の方法によって有機発光ダイオード装置を製作した。
［実施例４］
イッテルビウム（Ｙｂ）を６０Å（６ｎｍ）の厚さに蒸着し、その上に銀（Ａｇ）を２２０Å（２２ｎｍ）の厚さに蒸着したことを除いては、実施例１と同様の方法によって有機発光ダイオード装置を製作した。
［実施例５］
イッテルビウム（Ｙｂ）を４０Å（４ｎｍ）の厚さに蒸着し、その上に銀（Ａｇ）を１８０Å（１８ｎｍ）の厚さに蒸着したことを除いては、実施例１と同様の方法によって有機発光ダイオード装置を製作した。
［実施例６］
イッテルビウム（Ｙｂ）を４０Å（４ｎｍ）の厚さに蒸着し、その上に銀（Ａｇ）を２２０Å（２２ｎｍ）の厚さに蒸着したことを除いては、実施例１と同様の方法によって有機発光ダイオード装置を製作した。
［実施例７］
イッテルビウム（Ｙｂ）を１２０Å（１２ｎｍ）の厚さに蒸着し、その上に銀（Ａｇ）を１００Å（１０ｎｍ）の厚さに蒸着したことを除いては、実施例１と同様の方法によって有機発光ダイオード装置を製作した。
［実施例８］
イッテルビウム（Ｙｂ）を１２０Å（１２ｎｍ）の厚さに蒸着し、その上に銀（Ａｇ）を１５０Å（１５ｎｍ）の厚さに蒸着したことを除いては、実施例１と同様の方法によって有機発光ダイオード装置を製作した。
［実施例９］
イッテルビウム（Ｙｂ）を１８０Å（１８ｎｍ）の厚さに蒸着し、その上に銀（Ａｇ）を１４０Å（１４ｎｍ）の厚さに蒸着したことを除いては、実施例１と同様の方法によって有機発光ダイオード装置を製作した。
［実施例１０］
イッテルビウム（Ｙｂ）を２００Å（２０ｎｍ）の厚さに蒸着し、その上に銀（Ａｇ）を１２０Å（１２ｎｍ）の厚さに蒸着したことを除いては、実施例１と同様の方法によって有機発光ダイオード装置を製作した。
［比較例１］
イッテルビウム（Ｙｂ）を３５Å（３．５ｎｍ）の厚さに蒸着し、その上に銀（Ａｇ）を２５０Å（２５ｎｍ）の厚さに蒸着したことを除いては、実施例１と同様の方法によって有機発光ダイオード装置を製作した。
［比較例２］
イッテルビウム（Ｙｂ）を３０Å（３ｎｍ）の厚さに蒸着し、その上に銀（Ａｇ）を２６０Å（２６ｎｍ）の厚さに蒸着したことを除いては、実施例１と同様の方法によって有機発光ダイオード装置を製作した。
［比較例３］
イッテルビウム（Ｙｂ）を１８０Å（１８ｎｍ）の厚さに蒸着し、その上に銀（Ａｇ）を８０Å（８ｎｍ）の厚さに蒸着したことを除いては、実施例１と同様の方法によって有機発光ダイオード装置を製作した。
［比較例４］
イッテルビウム（Ｙｂ）を２２０Å（２２ｎｍ）の厚さに蒸着し、その上に銀（Ａｇ）を１２０Å（１２ｎｍ）の厚さに蒸着したことを除いては、実施例１と同様の方法によって有機発光ダイオード装置を製作した。
［比較例５］
マグネシウム−アルミニウム（ＭｇＡｌ）を単一層で３００Å（３０ｎｍ）の厚さに蒸着したことを除いては、実施例１と同様の方法によって有機発光ダイオード装置を製作した。
［評価］
上記実施例１〜１０で製作された有機発光ダイオード装置の抵抗特性、波長５５０ｎｍにおける透過率、及び反射率を評価した。ここで、抵抗は面抵抗を測定し、面抵抗は４端子測定（４ ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅ）方法によって測定した。

0044

測定結果は下記表１に示し、表１と図２及び図３とを参照して説明する。

0045

図２は、実施例１〜６に係る有機発光ダイオード装置の透過率を示すグラフであり、図３は、実施例１〜６に係る有機発光ダイオード装置の反射率を示すグラフである。

0046

0047

最初に、表１を参照すると、実施例１〜実施例１０の結果から、イッテルビウム（Ｙｂ）／銀（Ａｇ）を上記厚さに形成することにより、１０Ω/ｃｍ２より低い面抵抗を有すると共に、波長５５０ｎｍにおける透過率が２０％〜５０％に維持されることが分かる。

0048

これに対して、比較例１及び比較例２の場合は、面抵抗は低いが、透過率が非常に低く、透明電極として使用するのが困難である。比較例３及び４の場合は、面抵抗が高く、電極として使用するのが困難であることが分かる。比較例５の場合は、実施例１〜実施例１０と類似する厚さである場合には、面抵抗が高く透過率が低いことが分かる。

0049

このように、実施例１〜実施例１０に係る有機発光ダイオード装置は、１０Ω／ｃｍ２より低い面抵抗を有すると共に、５５０ｎｍで２０％〜５０％の透過率を示すことによって、低抵抗透光性電極として使用するのに好適であることが分かる。したがって、電極の導電性を改善しつつ、光効率に優れた有機発光ダイオード装置を実現することができる。

0050

また、図２及び図３を参照すると、実施例１〜実施例６に係る有機発光ダイオード装置は、可視光線領域の短波長領域から長波長領域まで透過率及び反射率の変化が大きくないため、赤色のような特定波長領域の色を補正するための色補正が必要ないことが分かる。

0051

以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれらに限定されず、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の種々の変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。

0052

１１０基板
１９１ 第１電極（下部電極）
２７０ 第２電極（上部電極）
２７０ａ 第１層
２７０ｂ 第２層
３７０ 有機発光部材