JP2010092855A - 広範囲の波長を超える光抽出強化層効率を有するｏｌｅｄ又は近接ｏｌｅｄのグループ - Google Patents

Abstract

【課題】有機発光ダイオードは、下部電極（２）と上部電極（４）との間に、有機発光層と誘電材料で作られた光抽出強化層（４）を備える。
【解決手段】本発明によると、ｎ_Dが誘電材料の屈折率であり、λ_Mが放出された光の波長の範囲の中心である場合、光抽出強化層（５）の厚さは、約５λ_M／８ｎ_Dである。本発明のおかげで、光抽出は１５０ｎｍ以上の波長の範囲内で向上される。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも１つの有機層であって、電流が電極によってこの有機層に注入されるとき、これらの電極のうちの１つを介して光を放出することができる少なくとも１つの有機層を下部電極と上部電極との間に備える有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）に関する。このＯＬＥＤが光を放出できる電極は、準透過的、すなわち放出光をＯＬＥＤから透過させるために十分に透過的であるべきである。

この準透過的な電極を介して有機発光層によって放出される光抽出を向上するために、ＯＬＥＤ構造において、これらの電極が少なくとも部分的に反射的であると、下部電極と上部電極との間の光学キャビティ効果を用いる技術であって、λ_Eが放出波長であり、ｎ_Oが電極間の有機材料の屈折率である場合、これらの２つの電極の間の距離を電極の内部の光の透過で可能な限り修正された約λ_E／２ｎ_Oに適切に選択することによって、光抽出が向上する技術が知られている。一般に、一方の電極は、全体的に反射的であり、Ａｌ又はＡｇのような金属で作られ、他方の電極は、準反射的、すなわち準透過的である。

ＯＬＥＤからの光抽出をさらに向上するために、約λ_E／４ｎ_Dの厚さを有する高屈折率の誘電層によって準透過的な電極を覆う技術も知られ、ここで、４ｎ_Dは、一般に１．８より大きい誘電材料の屈折率である。そのような誘電層は、光抽出強化層である。特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４の文書は、そのような誘電層を用いる有機発光ダイオードを開示する。そのような層は、ＩＢＭ（登録商標）によって「キャッピング層（Ｃａｐｐｉｎｇ ｌａｙｅｒ）」と呼ばれ、Ｋｏｄａｋによって「吸収減少層（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）」と呼ばれ、Ｎｏｖａｌｅｄによって「アウトカップリング強化層（ｏｕｔｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｌａｙｅｒ）」と呼ばれ、Ｈａｎｎｓｔａｒによって「屈折率マッチング層（ｉｎｄｅｘ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｌａｙｅｒ）」と呼ばれる。

問題は、この光抽出強化技術が制限された波長の範囲、例えばλ_E＝５３５ｎｍのとき４９０から５８０ｎｍの波長の範囲に関してのみ機能することである。それ故に、例えば１５０ｎｍ以上の範囲である広範囲の放出を有するＯＬＥＤに関して、特に白色発光有機ダイオードに関して、広範囲の波長全体に関する誘電層の厚さに関する上記の条件を満たすことが可能でないため、光の光抽出強化技術はうまく機能しない。結果的に、この光抽出強化技術は、１５０ｎｍよりも大きい波長の範囲に分布する波長を放出する異なる電界発光層の積層を有するＯＬＥＤ用に適用することが困難である。それにも関わらず、特許文献５は、広範囲の波長に関して高効率の誘電材料で作られた光透過率制御層を提案することに留意しなければならない。非特許文献１の文書は、Ａｌｑ３のような広帯域エミッタに関して効率的である「強化アウトカップリング」誘電層を開示する。

欧州特許第１０７６３６８号明細書 欧州特許第１４３９５８９号明細書 欧州特許第１４４３５７２号明細書 米国特許出願公開２００７−１５９０８７号明細書 米国特許出願公開２００８−１２２３４８号明細書

‘‘Role of the dielectric capping layer in enhancement of light outcoupling for semi-transparent metal-cathode organic light-emitting devices’’authored by G. Z. Ran et al, published on July 13, 2006 in the Journal of Optics A: pure and applied optics, Vol.8, pp. 733-736.

また、上述の光抽出強化技術は、例えば表示デバイスの画素を形成し、約６３０ｎｍ、約５３０ｎｍ、及び約４４０ｎｍの各々の放出波長を有するＲ＿ＯＬＥＤ、Ｇ＿ＯＬＥＤ、Ｂ＿ＯＬＥＤを備えるグループとして、ＯＬＥＤのグループに関して適用することが困難である。実際のところ、放出波長の範囲が大きすぎて、同じグループのこれらの３つの異なるダイオードを超える光抽出強化層に関する同じ厚さを有することができず、一つはこのグループの各ＯＬＥＤに関して別個に光抽出強化層の厚さを調整すべきである。これは設備費用及び循環時間を増大することになるだけでなく、光抽出層の堆積に関するシャドーマスクを必要とする場合があり、そのようなマスクは、一般に高解像度及び大きなサイズで用いることができないため、有機電界発光層が異なる色Ｒに対応する場合、Ｇ及びＢは平面層全体に積層されることが問題である。

本発明の目的は、１５０ｎｍ以上の波長の範囲における光抽出を強化するために適合される光抽出強化層を提案することである。本発明によると、従来通りのこの光抽出強化層に関して、約λ_E／４ｎ_Dの厚さを利用する代わりに、約λ_M／８ｎ_D、約５λ_M／８ｎ_D、又は約９λ_M／８ｎ_Dの厚さを利用するために提案される。ここで、λ_Mは、波長の範囲内の中心放出波長である。好ましくは、この厚さは、約５λ_M／８ｎ_Dであり、光抽出の最良の効果が得られた。好ましくは、波長の範囲内の中心放出波長は、全有機発光層から放出された可視光を含む放出された可視光の光強度によって加重されたこの範囲における平均波長に相当する。

この目的に関して、本発明の主題は、少なくとも１つの有機発光ダイオードのグループであって、このグループの各々のダイオードは、下部電極と上部電極によって制限された区間内で、準透過的な電極の１つを介して可視光を放出するために適合される少なくとも１つの有機発光層を備え、前記グループのダイオードの全有機発光層から放出された可視光を含む放出された可視光の光強度は、１５０ｎｍ以上の波長の範囲を超えて分布され、加重平均波長λ_Mは前記光強度によって加重されたこの範囲の平均波長に相当し、前記グループは誘電材料で作られた光抽出強化層を備え、その光抽出強化層はこのグループの各ダイオードの区間外に位置付けられ、準透過的なこのグループの各ダイオードの電極に直接的に近接し、ｎ_Dが前記誘電材料の屈折率である場合、前記光抽出強化層の厚さは±１０％のマージンを有する５λ_M／８ｎ_Dと同じである。

加重平均波長λ_Mの計算のために、それらが同じダイオード又は異なるダイオードに属するものなら何であっても、全有機発光層によって放出された光が検討される。加重平均波長λ_Mは、一般的に波長の前記範囲の約中心に相当する。上述のようなダイオードの準透過的な電極に「直接的に近接する」とき、光抽出強化層は、光がこのダイオードによって放出されるこの電極の全表面上のこの電極と直接接触する。

また、本発明の主題は、下部電極及び上部電極によって制限される区間において、準透過的な前記電極の１つを介して１５０ｎｍ以上の波長の範囲内にわたる波長の分布を有する可視光を放出するように適合された少なくとも１つの有機発光層と、電極間の前記区間外に位置付けられ、樹運透過的な電極と直接的に近接する、誘電材料で作られた光抽出強化層とを備える有機発光ダイオードであって、ｎ_Dが前記誘電材料の屈折率であり、λ_Mが波長の前記範囲の中心である場合、前記光抽出強化層の厚さは±１０％のマージンを有する５λ_M／８ｎ_Dと同じである。

波長の前記範囲の中心は、好ましくはこのダイオードの全有機発光層から放出された可視光を含む放出された可視光の光強度によって加重されたこの範囲内の平均波長に相当する。

本発明は、非限定的な目的の所与の例及び添付の図面を参照して、以下の記載を読むことでより明確に理解されるであろう。
本発明の実施形態に係る有機発光ダイオードを例示する図である。 光抽出強化層５の厚さが変化する場合の図１のダイオードの光放出効率（ｃｄ／Ａ）を例示する図である。 光抽出強化層５の厚さが変化する場合の図１のダイオードの光放出効率（ｃｄ／Ａ）を例示する図である。

図３上の異なる曲線は異なる誘電材料及び上部電極に関する異なる材料に対応する。

図１は、本発明に係る１つのダイオードのグループの例を示す。このダイオードはここでは上側放出であり、ガラス基板１と、約１００ｎｍの厚さを有する銀で作られた不透明及び反射的な下部電極２と、約１０５ｎｍの厚さを有する有機積層３のグループと、約２０ｎｍの厚さを有する銀で作られた準透過的及び準反射的な上部電極４と、誘電材料で作られ、その全表面上の上部電極と接触している光抽出強化層５とを備える。有機積層３のグループは、それ自体が周知のもので適合される。電流が電極によってこれらの有機層を介して注入されるとき、白色可視光は、この有機積層３のグループによって放出され、４６５ｎｍから６０５ｎｍ、すなわち青色から赤色まで拡張する波長の範囲に分布される。この波長の範囲の加重平均波長（ｗｅｉｇｈｔｅｄ ａｖｅｒａｇｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）λ_Mは、その結果、約５３５ｎｍである。

図２は、図１のダイオードのカンデラ毎アンペア（ｃｄ／Ａ）における発光効率を例示する。光抽出強化層５の厚さが変化するとき、この厚さは多様なλ_M／８ｎ_Dとして表現され、ｎ_Dは光抽出強化層用に用いられた誘電材料の平均屈折率である。より正確には、図２の縦軸は、所与のダイオードに関して、４６５〜６０５ｎｍの範囲内で見られる最低効率（ｃｄ／Ａ）を表す。この図は、効率の３つの最大値を示し、第１の最大値は最適な厚さ（ｏｐｔｉｍｕｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）λ_M／８ｎ_Dに相当し、好ましい第２の最大値は最適な厚さ５λ_M／８ｎ_Dに相当し、第３の最大値は最適な厚さ９λ_M／８ｎ_Dに相当する。平均屈折率ｎ_D＝２．３を有するＴｅＯ₂のような誘電材料を利用する場合、最適な厚さは各々２９ｎｍ、好ましくは１４５ｎｍ、及び２６２ｎｍとなるだろう。最後の厚さ（２６２ｎｍ）は、実用的には高すぎて、好ましくは敬遠されるであろう。

図２と同じような図を用いて、図３は、１．９〜２．３の平均屈折率ｎ_Dの異なる値を用いる図１の曲線の変化を例示する。ｎ_Dが１．９から２．３まで変化するとき、最適な好ましい厚さ５λ_M／８ｎ_Dが−５％から＋２．５％にわずかに変化する図３の異なる曲線から推測することができる。

上記と同様のルールは下部発光ダイオードに関して適用することが確認された。

好ましくは、有機発光ダイオードのグループのうちの少なくとも１つは、複数の発光積層を備え、各々は可視光を放出するように適合され、波長の範囲は各々の有機発光積層によって放出することができる可視光の波長を含む。

同様に、本発明の主題は、並んで堆積された複数の近接した有機発光ダイオードのグループであって、各々は、下部電極及び上部電極によって制限された区間内で、準透過的な電極の１つを介して可視光を放出するように適合された少なくとも１つの有機発光層を有し、このグループの全ての有機発光ダイオードが放出する可視光は、１５０ｎｍ以上の波長の範囲に分布し、誘電材料で作られた光抽出強化層を備え、このグループの各ダイオードの区間外に配置され、準透過的なこのグループの各ダイオードの電極に直接重なり及び接触し、ｎ_Dが誘電材料の屈折率であり、λ_Mが波長の範囲の中心である場合、光抽出強化層の厚さは、±１０％のマージン（ｍａｒｇｉｎ）を有する５λ_M／８ｎ_Dである。そのような近接したダイオードのグループは、このグループの各ダイオードに関する光抽出を高めるのに効率的である同じ光抽出強化層を共有する。

有機発光ダイオードのグループの各々の下部電極又は上部電極に直接重なる及び接触して、光抽出強化層が全てのこれらの下部電極又は上部電極に直接近接する。このグループの有機発光ダイオードは、同じ光抽出強化層を共有するように互いに近くに配置される。

波長の範囲の中心は、好ましくは、グループの異なるダイオードの全ての有機発光層から放出された可視光を含む放出された可視光の光強度によって加重されたこの範囲内の平均波長に相当する。

本発明のおかげで、光抽出強化層は１５０ｎｍ以上の波長の範囲内の光抽出を高めるように適合される。

そのような有機発光ダイオード又はそのような近接した有機発光ダイオードのグループは、好ましくは白色発光である。

そのような有機発光ダイオード又はそのような近接した有機発光ダイオードのグループは、好ましくは照明アプリケーション又は表示アプリケーションに用いられる。

好ましくは、誘電材料は、ＺｒＯ₂、ＬｉＮｂＯ₃、ＳｉＯ、ＳｎＯ₂、ＰｂＦ₂及びＳｂ₂Ｏ₃からなるグループで選択される。このグループの誘電材料の屈折率は、約２である。

好ましくは、誘電材料は、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＳｎＳ、ＴｅＯ₂及びＴｉＯ₂からなるグループで選択される。このグループの誘電材料の屈折率は、２．３以上である。
好ましくは、電極間の区間（ｉｎｔｅｒｖａｌ）は、光学キャビティである。下部電極と上部電極との間の区間が光学キャビティであるとき、一般的に、
これらの電極のうちの１つは反射的であり、好ましくは金属で作られ、他方の１つは部分的に反射的であり、
これらの２つの電極間の距離は、多様なλ_E／２ｎ_Oであり、電極内部の光の透過で修正されることが可能であり、λ_Eは区間内に備えられる少なくとも１つの有機発光層によって放出される可視光の波長であり、ｎ_Oはこの区間内の材料の屈折率であることが暗示される。

本発明の主題はまた、本発明に係る複数の有機発光ダイオード又は有機発光ダイオードのグループを備える照明又は表示パネルである。

以下の例１は、本発明を例示する。参考例１は、従来技術と比較のために提供される。同一の参照番号は、同一の機能を備える層に用いられるであろう。

参考例１：従来技術に係る下部発光有機ダイオード
旭ガラス（登録商標）（０．７ｍｍ ガラス／１５５ｎｍ ＩＴＯ研磨／２３０ｎｍ Ｃｒ）から受け取られたガラス基板１は、最初に脱イオン水で洗浄された後にフォトリソグラフィー（ＮＭＰストリップ）によってパターン化され、これらのステップに続いて活性領域は自由なＩＴＯの３ｍｍディスク（ｆｒｅｅ ３ｍｍ ｄｉｓｃ ｏｆ ＩＴＯ）であり、アノードとして作用する下部電極２を形成し、不活性領域上で、ＩＴＯが２９０ｎｍの絶縁樹脂（東京応化工業（登録商標）からのＴＥＬＲ−Ｐ００３）によって覆われる。

真空蒸着装置（Ｓｕｎｉｃｅｌ Ｐｌａｓ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ、底面圧７０μＰａ）に入れる前に、樹脂はその後、２００℃で３０分間焼くことによって硬化され、基板は、脱イオン水によって洗浄され、２００℃で５分間乾燥され、その後真空中に１８０℃で２０分間置かれる。ＩＴＯは、酸素下で３分間プラズマ処理にさらされる。

有機積層３のグループは、それから堆積される。第１の有機層は、ドーピングされた３５ｎｍの正孔輸送層（２％のＦ４−ＴＣＮＱでドーピングされたスピロ化合物）であり、０．３ｎｍ／ｓで堆積され、次に１０ｎｍのＮＰＢの電子障壁層が０．１ｎｍ／ｓで堆積する。その後、発光層が３８ｎｍの厚さで堆積される（出光（登録商標）及びｃｏｖｉｏｎ（登録商標）からの、青、緑及び赤のホスト＋ドーパントの順）。２ｎｍのＢＰｈｅｎの正孔障壁層は次に、０．１５ｎｍ／ｓで堆積され、次に２５ｎｍの電子輸送層が堆積する（所有ドーパント（ｐｒｏｐｒｉｅｔａｒｙ ｄｏｐａｎｔ）ＴＮＤ１で（１．８％で）ドーピングされたＢＰｈｅｎ）。有機積層３の得られたグループは、４６５ｎｍから６０５ｎｍの間の波長の範囲に分布する白色可視光を放出するように適合される。

最後に、アルミニウムの１２０ｎｍの層は、カソードとして作用する上部電極４として堆積された（０．１５ｎｍ／ｓ）。

ゲッター（ｇｅｔｔｅｒ）のためのリセスを有するガラスカバーは、参考例１のダイオードを得るためにグローブボックス（Ｎ２雰囲気）内に取り付けられた。

この参考ダイオードは、その後、直流電流を流すことによって評価された。以下の結果：１００ｃｄ／ｍ²で６．２ｃｄ／Ａ、６ｌｍ／Ｗ、３．３％の量子効率、が得られた。

例１：本発明に係る白色下部発光有機ダイオード
上記の参考例１に関して同じ旭ガラス基板１は、ＴＥＬＲ樹脂が堆積されないことを除いて、同じフォトリソグラフィーステップの影響を受けやすい。脱イオン水で洗浄し、２００℃で５分間乾燥し、１８０℃で２０分間真空中で乾燥した後、基板１は、ＩＴＯ層の表面上の銀アノードの堆積に関する真空蒸着装置に移送される。ここで、ＩＴＯ層は必要ではないが、好適な表面平滑度のための便利なベースとして使用される。ＩＴＯ層は、酸素下で３分間プラズマ処理にさらされ、次に銀の不透明層が０．１５ｎｍ／ｓで１２０ｎｍの厚さまで堆積される。

銀層は次に、２．５分間のＡｒプラズマ処理にさらされ、真空蒸着装置から取り除かれ、同じ樹脂ＴＥＬＲの体積に関するフォトリソグラフィー領域に戻され、アノードとして作用する下部電極２の活性領域はここでは銀の自由な３ｍｍディスクであり；不活性領域上で銀は２９０ｎｍの絶縁樹脂によって覆われる。３０分焼いた後、基板は、再び真空堆積装置に移送される。

有機積層３のグループは、その後堆積される。銀上に堆積された第１の有機層は、参考例１のドーピングされた正孔輸送層と同じであるが、３０ｎｍの厚さを有し、次に１０ｎｍのＮＰＢの同じ電子障壁層が続く。参考例１と全く同じ発光層は、（３８ｎｍの厚さで）堆積された。２ｎｍのＢＰｈｅｎの同じ正孔障壁層が堆積され、２５ｎｍの厚さを有する同じ電子輸送層が続いた。有機積層３の得られたグループは、４６５ｎｍから６０５ｎｍの間の波長の範囲に分布する白色可視光を放出するように適合される。この波長の範囲の中心λ_Mは、その結果５３５ｎｍである。

次に、１５ｎｍの銀は、アノードとして作用する上部電極４を作るために０．１ｎｍ／ｓで堆積され、続いて本発明に係る光抽出強化層５を作るために１４５ｎｍの二酸化テルルＴｅＯ₂（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（登録商標））が堆積され、その表面全体上に上部電極４が接触した。４６５ｎｍ−６０５ｎｍの範囲内のＴｅＯ₂の平均屈折率ｎ_Dは、２．３から２．４の間である。結果的に、厚さの値１４５ｎｍは、±１０％のマージンを有する５λ_M／８ｎ_Dと同じである。

上記のように、リセスを有するガラスカバーは、例１のダイオードを得るためにグローブボックス（Ｎ２雰囲気）に取り付けられた。

このダイオードはその後、直流電流を流すことによって評価された。以下の結果：１００ｃｄ／ｍ²で８．４ｃｄ／Ａ、９ｌｍ／Ｗ、３．８％の量子効率、が得られた。

例１のダイオードに関して得られた結果と参考例１のダイオードに関して得られた結果の比較は、本発明によって提供される放出波長の全体の範囲に関する光抽出の向上を例示する。

本発明は、特に例について説明された一方で、本発明はこの例に限定されないことが理解される。特許請求の範囲化された本発明はそれ故に、本明細書に記載されたこの特定の例からの変形を含み、そのことは当業者にとって明らかであろう。いくつかの特定の実施形態は別々に説明され、特許請求の範囲化される一方で、本明細書で説明され、特許請求の範囲化された実施形態の様々な特徴を組み合わせて用いることができる。

Claims (7)

1. 少なくとも１つの有機発光ダイオードのグループであって、このグループの各ダイオードは、下部電極と上部電極とによって制限された区間において、準透過的な前記電極の１つを介して可視光を放出するように適合された少なくとも１つの有機発光層を備え、前記グループのダイオードの全ての有機発光層の放出された可視光を含む放出された可視光の光強度は、１５０ｎｍ以上の波長の範囲にわたって分布され、加重平均波長λ_Mが定義され、前記光強度によって加重されたこの範囲内の平均波長に相当し、前記グループは、誘電材料で作られた光抽出強化層を備え、前記光抽出強化層はこのグループの各ダイオードの前記区間外に配置され、準透過的なこのグループの各ダイオードの前記電極と直接に近接し、ｎ_Dが前記誘電材料の屈折率である場合、前記光抽出強化層の厚さは±１０％のマージンを有する５λ_M／８ｎ_Dと同じであることを特徴とする少なくとも１つの有機発光ダイオードのグループ。
2. 複数の有機発光積層を有する少なくとも１つの有機発光ダイオードを備えることを特徴とする請求項１に記載の少なくとも１つの有機発光ダイオードのグループ。
3. 前記グループは、並んで配置された複数の近接した有機発光ダイオードを備えることを特徴とする請求項１に記載の少なくとも１つの有機発光ダイオードのグループ。
4. 前記誘電材料は、ＺｒＯ₂、ＬｉＮｂＯ₃、ＳｉＯ、ＳｎＯ₂、ＰｂＦ₂及びＳｂ₂Ｏ₃からなるグループで選択されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の有機発光ダイオード又は近接した有機発光ダイオードのグループ。
5. 前記誘電材料は、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＳｎＳ、ＴｅＯ₂及びＴｉＯ₂からなるグループで選択されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の有機発光ダイオード又は近接した有機発光ダイオードのグループ。
6. 電極間の前記区間は、光学キャビティであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の有機発光ダイオード又は近接した有機発光ダイオードのグループ。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の複数の有機発光ダイオードを備えることを特徴とする照明パネル又は表示パネル。

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