(57)【要約】  ＯＬＥＤの有機物層の中に延びているナノ構造を含む陰極について説明している。陰極は、ナノチューブ・アレイ、または陰極の表面から外方に延びているナノクラスター層を有することができる。他の配置では、陰極はパターン形成されエッチングされて、標準的なリソグラフィー・プロセスを用いて、突出したナノ構造を形成する。これらの構造を製作する様々な方法を提供しており、これらの様々な方法のすべては大規模製造と互換性を有している。これらの新規な電極を含んで製作されたＯＬＥＤは、電子注入が大幅に増大するとともに、良好な環境安定性を有している。
2009535767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極から外方に延びている複数のナノ構造からなる、構造化された電極。
【請求項２】
前記複数のナノ構造が複数のカーボン・ナノチューブである、請求項１に記載の電極。
【請求項３】
前記複数のカーボン・ナノチューブのそれぞれが鋭い先端部を有している、請求項２に記載の電極。
【請求項４】
前記複数のナノ構造のそれぞれがアルカリ混合物をさらに含む、請求項１に記載の電極。
【請求項５】
前記複数のナノ構造が複数のナノクラスターである、請求項１に記載の電極。
【請求項６】
前記複数のナノクラスターが少なくとも１つの金属合金を含む、請求項５に記載の電極。
【請求項７】
前記複数のナノ構造がリソグラフィーで形成する複数のナノ構造である、請求項１に記載の電極。
【請求項８】
陰極から外方に延びている複数のナノ構造を含む陰極と、
前記陰極ナノ構造に接続している有機物層とを備え、
前記複数のナノ構造が実質的に前記有機物層の中に配置されている、有機発光ダイオード・デバイス。
【請求項９】
前記有機物層に接続している陽極をさらに備える、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記陽極に接続している基板をさらに備える、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記複数のナノ構造が複数のカーボン・ナノチューブである、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記複数のカーボン・ナノチューブのそれぞれが鋭い先端部を有している、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記複数のナノ構造のそれぞれがアルカリ混合物をさらに備える、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記複数のナノ構造が複数のナノクラスターである、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記複数のナノクラスターが少なくとも１つの金属合金を含む、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記複数のナノ構造がリソグラフィーで形成する複数のナノ構造である、請求項８に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物層を組み込んだ電子デバイスに関する。さらに詳細には、本発明は、有機発光ダイオード（「ＯＬＥＤ」）、太陽電池、およびその種の他のもののようなデバイス用の構造化された陰極に関する。
（関連出願の参照）
本出願は、２００６年４月２６日に出願された米国特許仮出願第６０／７９６，６４７号に対する優先権を主張し、その出願は参照により本明細書に組み入れられる。
（政府の支援に関する記載）
本明細書に説明されクレームされた本発明は、部分的に、契約番号ＤＥ−ＡＣ０２−０５ＣＨ１１２３１に基づいて米国エネルギー省が提供した基金を利用して行われた。米国政府は、本発明に特定の権利を有している。
【背景技術】
【０００２】
有機光起電性デバイスおよび有機電界発光デバイスを含む効率のよい薄膜デバイスは、近年多くの前進がなされた対象であった。特に、有機発光小分子およびポリマーは、大面積、低コストの発光デバイスの製造において大きな関心を集めた。それらの有機発光小分子およびポリマーは、テレビ画面、コンピュータ・ディスプレイ、広告および情報板用途、ならびにその種の他のものにおいて光生成要素として使用することができる。また、ＯＬＥＤは照明装置において使用することもできる。
【０００３】
有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、電流が流れると発光する電界発光導電性ポリマーまたは小分子を使用する。それらは、フルスペクトラム・カラー・ディスプレイを製造するために使用することができ、作り出された光に対して比較的少ない電力量を必要とする。真空にする必要がなく、発光材料は工業用インクジェット印刷または蒸着プロセスから派生する技術を用いて基板上に蒸着することができる。ダイオードは堅固な基板上または柔軟性のある基板上のどちらにも製作することができる。
【０００４】
ＯＬＥＤの根本的に異なった製造プロセスは、ＬＣＤ技術で製造されたフラット・パネル・ディスプレイにはない多数の利点をもたらす。ＯＬＥＤは、インクジェット式プリンタを用いて、またはスクリーン印刷技術を用いてさえ任意の好適な基板上に印刷することができ、それによりＬＣＤまたはプラズマ・ディスプレイと比較して大幅な低コストをもたらすことができる。さらに、ＯＬＥＤの柔軟性のある基板への印刷は、ロールアップ・ディスプレイ、ならびにカーテン、衣服、およびその種の他のもの内に組み込まれたディスプレイのような新しい用途への道を開く。
【０００５】
ＯＬＥＤは、ＯＬＥＤ画素が直接発光するため、ＬＣＤよりも広範囲の色、輝度、および視野角を可能にする。ＯＬＥＤ画素色は、視野角が垂直方向から９０度に近づくときでさえ、正しくかつ変化せずに表示される。ＬＣＤはバックライトを使用しており、本当の黒色を表すことができないが、「オフ」ＯＬＥＤ要素は光を発生せず、電力を消費しない。ＬＣＤはバックライトにより放射された光のうちの約半分を取り去る偏光子を必要とするため、ＬＣＤではエネルギーが浪費される。さらに、カラーＬＣＤ内のカラー・フィルタは、光の３分の２を取り去る。
【０００６】
図１の模式図に示すように、ＯＬＥＤ１００は、発光層１１０と、トランスポート層１２０と、陽極１３０と、陰極１４０とを、すべて基板１５０上に有している。層１１０、１２０は、有機半導体小分子またはポリマーで作られている。陽極１２０が陰極１４０に対して正になるようにＯＬＥＤ１００を横切って電圧が印加されるとき、陰極１４０は発
光層１１０に電子１４５を注入し、陽極１３０はトランスポート層１２０に正孔１３５を注入する。電子１４５および正孔１３５は互いの方へ移動して、再結合する。再結合は放射光１６０の放射を引き起こし、この放射光１６０の周波数は通常可視領域にあり、また赤外線および紫外線領域にあってもよい。
【０００７】
電界発光有機小分子またはポリマー内の電子軌道は、無機半導体内の価電子帯エッジおよび伝導帯エッジに類似しており、すなわち、最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）の下方の状態が占有されており、最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）の上方の状態が空いている。ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯは、通常、光学エネルギー領域内のエネルギー・ギャップにより分離されている。したがって、電子がＬＵＭＯからＨＯＭＯに遷移するとき、可視光を発生させることができる。
【０００８】
陽極材料としてはインジウムすず酸化物（ＩＴＯ）が一般的に使用されている。インジウムすず酸化物（ＩＴＯ）は、可視光に対して透明であり、高い仕事関数を有しており、有機物層への正孔の注入を促進する。比較的低い仕事関数を有していることからアルミニウムおよびカルシウムのような金属が陰極に対して使用されることが多く、有機発光層への電子の注入を促進する。
【０００９】
有機小分子とは異なり、電界発光ポリマーは、数十万原子単位の分子量を有する長鎖炭化水素に基づく共役分子である。スピン・コーティングまたは印刷により基板に電界発光ポリマーを塗布して、非晶質膜を形成することができる。ＯＬＥＤディスプレイで使用される典型的なポリマーは、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）およびポリ（フルオレン）の誘導体を含んでいる。所望の性能および処理の容易さを実現するために、ポリマー・バックボーンに対する側鎖を置換することにより、放射光の色、またはポリマーの安定性および溶解度を決定してもよい。
【００１０】
ＯＬＥＤ技術の可能性を商業的に実現できるようにする前に、克服しなければならないいくつかの障害が存在する。ＯＬＥＤ内の陰極と有機物層の間の境界面は電子放出に対する障壁を提供しており、それにより電子放出効率を減少させるとともに、著しく大きなデバイス動作電圧に通じ全体的なデバイス効率を低下させる可能性がある。さらに、障壁は境界面での温度上昇をもたらし、この温度上昇はデバイスを破損させる可能性がある。１００℃を超える温度に達する可能性があり、それによりＯＬＥＤに深刻な損傷を生じさせる可能性がある。他の障害はＯＬＥＤの安定性に関係している。環境（例えば、熱、Ｈ２Ｏ、およびＯ２）に対する露出が特に大きな損傷を与える可能性があり、デバイス性能の著しい低下につながる。最後に、ＯＬＥＤ内で有機分子が放射する光の多くはデバイス内に捕捉されたまま残り、見る人に到達しない。
【００１１】
一般に、陰極および陽極の電極の仕事関数が有機材料内のそれぞれのＬＵＭＯおよびＨＯＭＯレベルに適合しているとき、ポリマーに電子正孔対の安定した供給量を注入して光を発生させることは容易である。透明導電体インジウムすず酸化物（ＩＴＯ）の薄膜層は陽極の標準的材料になったが、最適な陰極材料をさらに開発する必要がある。陰極における金属接点とポリマーのＬＵＭＯとの間のエネルギー障壁を小さくすることは電子の効率的な注入を促進するものと一般に信じられている。したがって、仕事関数が低い様々な金属、特にアルカリ金属が、動作電圧を低下させデバイス効率を向上させるために広く使用されてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
アルカリ金属またはアルカリ土類金属は、すべての金属元素のうちで最も低い仕事関数（２〜３ｅＶ）を示し、したがって陰極に使用するのに適しているが、アルカリ金属また
はアルカリ土類金属の高い反応性およびそれに関連する製造コストは、低コストで高効率のＯＬＥＤデバイスを実現するために大きな難問であった。したがって、カーボン・ナノチューブおよびナノチューブ・アルカリ混合物ネットワークと、安定した低仕事関数合金ナノクラスターのアレイといったサブ波長サイズ構造を有する陰極の開発により、駆動電圧を下げてかつデバイス安定性と光導出とを向上させることにより、デバイス欠陥を改善する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の実施形態は、電界放出構造を用いてＯＬＥＤデバイスの陰極の電荷注入特性を大幅に改善し、その結果、電気的光学的エネルギー変換効率を向上させる。また、本明細書に開示した陰極構造は、酸素および水により実質的に損傷を受けず、ＯＬＥＤの加工処理およびパッケージングをより容易にするとともに、デバイスの耐用年数を延ばす。
【００１４】
電界放出は、ＯＬＥＤ層への電子放出の有効な供給源である。十分大きい電場を受けるとき、陰極材料のフェルミ準位近傍の電子はエネルギー障壁に打ち勝って、真空準位に逃げることができる。電子放出に関する基礎物理は公知である。電界放出エミッタが低仕事関数材料で作られているときおよび／または非常に小さい先端部半径を有しているときには、電子を引き出すのに低動作電圧を使用することができる。
【００１５】
効率的なＯＬＥＤを開発するために、陰極は、可視光の波長（〜０．５μｍ）よりも短い寸法を有する構造に基づいて開発されている。陰極構造要素はＯＬＥＤ発光波長よりも小さいため、本質的に陰極層は光を吸収できない。さらに、サブ波長構造は、それらの大きな表面積対容積比により金属ポリマー界面での加熱効果を低減することができるため、これらのデバイス内の熱の損傷効果を緩和するとともに、より高いデバイス信頼性を実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本明細書に組み込まれるとともに本明細書の一部を構成している添付図面は本発明の１つ以上の実施形態を示しており、詳細な説明と一緒になって本発明の原理および実施態様を説明するのに役立つ。
【００１７】
本明細書では構造化された電極を有する有機発光ダイオードとの関連で実施形態を説明している。下記の詳細な説明は、あくまで例を示したに過ぎず、いかなる方法によっても限定するものではないということを当業者は理解するであろう。他の実施形態は、本開示の利益を得る技能者に容易に連想されるであろう。
【００１８】
分かりやすくするために、本明細書に説明した実施態様の通常の特徴のすべてが図示され説明されているというわけではない。そのようないかなる実際の実施態様の開発においても、用途関連の、およびビジネス関連の規制の遵守のような開発者固有の目標を達成するために、実施態様固有の多数の決定を行わなければならないということ、およびこれらの固有の目標は実施態様ごとに、および開発者ごとに異なるであろうということがもちろん理解されるであろう。さらに、そのような開発努力は、複雑でかつ手間がかかるものであるかもしれないが、それでもやはり本開示の利益を得る当業者にとって工学の通常の仕事であるということが理解されるであろう。
（定義）
カーボン・ナノチューブは、基本的に、円筒形状に構成されたカーボン分子シートである。本明細書で使用する「カーボン・ナノチューブ」は、特に指定のない限り単層および多層のカーボン・ナノチューブを含むものとする。金属のおよび半導体のｎ型およびｐ型ナノチューブと、非円筒形ナノチューブと、カーボンおよび他の原子の混合体とを含む任意の寸法または直径すべてが、本発明の実施形態に有用であると想定されている。
【００１９】
用語「ナノ構造」は、ナノメートル領域の少なくとも一次元を有する構造を意味している。本開示の目的において、用語「ナノ構造」は、ミクロン領域の少なくとも一次元を有する構造を含むように、より広い意味で使用されている。
（ナノチューブおよびナノクラスター陰極）
図２は、ナノチューブに基づく陰極を使用する本発明の実施形態を示している断面模式図である。ＯＬＥＤ２００は、陰極２４０と、発光有機物層２１０と、トランスポート層２２０と、陽極２３０と、基板２５０と、を有している。陽極２３０はインジウムすず酸化物（ＩＴＯ）のような透明材料で作られていてもよく、基板２５０はプラスチック、ガラス、およびその種の他のもののような任意の既知の基板であってもよい。光は矢印２６０の方向に、またはその反対方向に放射されてもよい。
【００２０】
陰極２４０は、外方に向かって発光有機物層２１０の中に延びている複数のナノ構造２４２を有している。ナノ構造２４２は、ナノチューブ、ナノロッド、またはナノクラスターのような任意の種類の構造であってもよい。ナノ構造２４２は、陰極基板２４０から延びるナノチューブであることが可能である。あるいは、ナノ構造２４２は、陰極基板２４０上に蒸着されたナノクラスターであることが可能である。
【００２１】
ナノチューブは、それらの小さい先端部半径のために良好な電界放出エミッタであり、これらの小さい先端部半径は約１ナノメートルから１ミクロン程度まで多岐にわたる可能性がある。先端部半径が小さければ小さいほど、先端部における電場の集中は、より強くなる。先端部における高電場は高電子放出率をもたらし、その結果、電子の非常に効率的な放出を生じさせる。陰極２４０から発光有機物層２１０への電子注入を改善することに加えて、ナノチューブ２４２の小さい先端部および一様な分布は、デバイス内のバランスのとれた電荷分布を提供し、陰極２４０近傍での励起子クエンチングを低減し、電子放出を達成するために低めの電圧を使用することを可能にする。さらに、カーボン・ナノチューブは化学的に安定しており、陰極２４０の環境感受性を低下させる。
【００２２】
伝導性小分子またはポリマー・マトリックス内の電荷移動のバランスをとるために、本明細書で使用するナノチューブはｎ型またはｐ型であってもよい。当業者は、このバランスをどのように最適化すべきかを理解しているであろう。
【００２３】
ナノチューブは導電性ポリマーと結び付いて、ポリマー側鎖がナノチューブを包み込んで、ファン・デル・ワールス力によりナノチューブに結合するようになされてもよい。
他の実施形態では、ドープされたナノチューブ・アルカリ混合物は、また、発光ポリマーへの電子注入を改善することもできる。Ｌｉドープされたカーボン４６分子の電子的特性は、約１．５ｅＶという非常に低い仕事関数を有する金属的振舞いを示すことが先に示された。したがって、Ｌｉ、Ｍｇ、またはそれらの合金のような混合物でドープされたカーボン・ナノチューブは、非常に低い仕事関数を有しており、電子注入効率のさらなる向上をもたらすことができる。
【００２４】
本発明の一実施形態では、テンプレートで支援されたナノチューブ・アレイの配列を用いて、ＯＬＥＤデバイス用の構造化された陰極を形成する。自己組織化陽極の酸化アルミニウムまたは他の材料のナノメータ・スケールの細孔の内側への材料の限定的蒸着に基づいているテンプレート手法は、配列されたナノ構造アレイを製作するために、ますます重要になってきている。この方法は、ナノ構造化電極と機能的ＯＬＥＤデバイスとの容易な一体化を可能にする。
【００２５】
図３は、本発明の実施形態の、配列されたナノチューブ・アレイを有する構造化された電極を形成するステップを説明するフローチャートである。ステップ３００で、基板上に
アルミニウム膜を蒸着する。基板は様々な材料のうちのいずれかであることが可能である。ステップ３０２で、膜を有する基板を電気化学セル内に配設する。セルは、例えば、硝酸を含むことができる。陽極としてアルミニウムを有する基板を用いて、ステップ３０４で電圧を印加する。電圧は、約１０ボルトと５００ボルトの間であることが可能である。セルの一部として陰極（例えば、白金）を設ける。電流が流れるとき、アルミニウム層内に自己組織化細孔が形成され、残りのアルミニウムは酸化されてＡｌ２Ｏ３（アルミナ）を形成し、その結果、基板上にテンプレートを形成する。
【００２６】
プロセスＡでは、ステップ３１０でナノクラスターを細孔の中に蒸着する。化学気相蒸着法または超高速レーザ・アブレーションのどちらかと一緒に前駆ガスを使用する。例えば、穴または細孔の中へのカーボン・アルカリ・ガスの搬送は、黒鉛・アルカリ混合物試料のレーザ・アブレーションにより行われてもよい。ステップ３１２で、酸性溶液を用いてテンプレートから不要な残留物を除去する。ステップ３１４で、結果として得られる構造の機械研磨またはイオン・ミリングにより、基板上に配列されたナノ構造アレイの薄膜を提供することで、ＯＬＥＤの発光層に結合する準備ができている。
【００２７】
プロセスＢでは、ステップ３２０でテンプレート上および細孔の中に金属触媒（例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ）を蒸着する。ステップ３２２で、イオン・ミリングを用いてアルミナの表面上の触媒を除去し、基板上のテンプレートの細孔内に触媒を残す。ステップ３２４で、細孔内に残っている触媒からナノチューブ・アレイを成長させる。陰極をＯＬＥＤの発光層に結合する準備ができている。
【００２８】
図４は、上述したような基板上のアルミナ・テンプレートの図を示している。細孔４１５を有するテンプレート４０５は、基板４２５全体を覆って配置されている。基板４２５の小さい領域４３５だけが、触媒の受け入れ、ならびにその後の核形成およびナノチューブの成長に利用できる。
【００２９】
図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃは、カーボン・ナノチューブ構造化陰極を有するＯＬＥＤデバイスから収集した性能データを、非構造化陰極を有する標準的デバイスからのデータと対比して示している。デバイスは、陰極を除いて同じ構造を有している。図２を参照すると、基板２０５はガラスであり、陽極２３０はＩＴＯであり、トランスポート層２２０は、ポリ（３，４−エチレンジオキシオフェン）ポリ（スチレンスルホン酸塩）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）であり、発光層２１０は、ポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチル−ヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＥＨ−ＰＰＶ）である。陰極２４０は、標準的デバイスでは単にアルミニウムであり、構造化された電極を有するデバイスでは発光層２１０の中に延びているカーボン・ナノチューブ２４２を有するアルミニウムである。
【００３０】
図５Ａは、標準的デバイス５１０およびカーボン・ナノチューブ陰極を有するデバイス５２０に対して、波長の関数として光強度をプロットした図である。ナノチューブ層を有する構造化陰極を用いても発光スペクトルに著しい変化は見られない。
【００３１】
図５Ｂは、標準的デバイス５３０およびカーボン・ナノチューブ陰極を有するデバイス５４０に対して、電圧の関数として電流密度をプロットした図である。構造化陰極に対して電流密度の著しい増加が見られる。これは、構造化ナノチューブ陰極からの電子注入の増大を示唆している。
【００３２】
図５Ｃは、標準的デバイス５５０およびカーボン・ナノチューブ陰極を有するデバイス５６０に対して、電圧の関数として輝度をプロットした図である。構造化陰極に対して輝度の著しい増加が見られる。
（リソグラフィーで形成する陰極）
図６は、リソグラフィーで形成するマイクロ構造またはナノ構造を有する陰極を使用する本発明の実施形態を示している断面模式図である。リソグラフィーで形成するマイクロ構造を有する陰極は、ナノ構造で上述したような電子注入の増大によりＯＬＥＤデバイス性能を改善することができる。用語「ナノ構造」は以下の議論の中で使用されるが、この用語「ナノ構造」にはマイクロ構造も含むことを意図していることを理解すべきである。ＯＬＥＤ６００は、陰極６４０と、発光有機物層６１０と、トランスポート層６２０と、陽極６３０と、基板６５０と、を有している。陽極６３０はインジウムすず酸化物（ＩＴＯ）のような透明材料で作られていてもよく、基板６５０はプラスチック、ガラス、およびその種の他のもののような任意の既知の基板であってもよい。光は矢印６６０の方向に、またはその反対方向に放射されてもよい。陰極６４０は、外方に向かって発光有機物層６１０の中に延びているリソグラフィーで形成する複数のナノ構造（またはマイクロ構造）６４４を有している。
【００３３】
陰極６４０は、外方に向かって陰極６４０から発光層６１０の中に延びているリソグラフィーで形成する複数のナノ構造６４４を有している。ナノ構造６４４は、低仕事関数金属または金属合金材料である。
【００３４】
アルカリ金属は非常に低い仕事関数を有しているため、それらがＯＬＥＤ陰極として使用されるとき電子放出を増大させると予想できる。しかしながら、アルカリ金属層がだいたい１単層以下の厚さであるときにアルカリ金属層の電子放出の増大化が最大になるということが分かった。残念ながら、アルカリ金属は物理的および化学的に不安定であり、そのような薄いアルカリ金属層を製作して保持することは非常に困難である。
【００３５】
リソグラフィーで形成するナノ構造６４４は、アルミニウム（Ａｌ）のような金属から、または銅（Ｃｕ）−リチウム（Ｌｉ）のような金属合金から形成することができる。合金陰極は、従来のアルカリ薄膜陰極が持っていた欠点を克服する。ホスト金属（例えば、Ｃｕ）の表面上の低仕事関数（例えば、Ｌｉ）層は、電子放出電流密度を増大させるとともに、低しきい値電圧をもたらすことができる。Ｃｕ−Ｌｉ合金では、Ｌｉの単層は合金の表面に対して分離することができ、熱力学的に安定で低仕事関数のアルカリ金属層を形成することができるということが示された。合金表面上のＬｉ単層は、金属伝導帯とＬｉ吸着物質原子の間の電荷移動を引き起こし、アルカリ金属元素単独の仕事関数よりもさらに低い実効的仕事関数をもたらす。
【００３６】
図７は、リソグラフィーで形成するナノ構造を有する構造化された電極を形成するステップを示すフローチャートである。ステップ７００で金属基板にフォトレジストを塗布する。プロセスＡでは、金属基板は、アルミニウムまたはＯＬＥＤ陰極として好適な合金であることが可能である。プロセスＢでは、基板は、リソグラフィー処理に適した任意の種類の固体材料であることが可能である。ステップ７０２で、標準的なリソグラフィー・プロセスを用いて、マスクを使用してフォトレジストにパターンを形成し、フォトレジストを現像してクリーニングする。ステップ７０４で、凹部を形成するために金属基板上に残っているパターンをエッチングする。ステップ７０６で、残っているフォトレジストおよびいかなるエッチング残留物をも除去する。パターンは、エッチングしたとき凹部を形成する長い線に限定されない。エッチング後に基板から突出するナノ構造を作り出すことができる任意のパターンを使用することができる。
【００３７】
プロセスＡのステップ７１０では、エッチングした金属基板はリソグラフィーで形成するナノ構造陰極であり、ＯＬＥＤ内の発光ポリマー層に結合することができる。
プロセスＢのステップ７２０では、エッチングした金属基板をスタンプとして使用する。ステップ７２２で、エッチングした金属基板をＯＬＥＤ内の発光ポリマー層に押し付け
て、凸部および凹部のパターンを形成する。ステップ７２４で、スタンプで押した有機物層上にアルミニウムのような金属を蒸着して凹部を充填し、リソグラフィーで形成されるナノ構造陰極を形成する。
【００３８】
あるいは、ＯＬＥＤの発光ポリマー層にフォトレジストを塗布することが可能であり、凸部および凹部のパターンを有するポリマー層をそのままにして、ポリマー層上で後続のステップ７０２、７０４、７０６を実行することができる。その後、ステップ７２４のようにポリマー層上にアルミニウムのような金属を蒸着して凹部を充填し、リソグラフィーで形成されるナノ構造陰極を形成することができる。
【００３９】
図８は、マイクロ構造化された長い凸部を形成するためにエッチングした金属陰極またはスタンプ表面を示している原子間力顕微鏡画像である。明るい領域は凸部であり、暗い領域は凹部である。
【００４０】
図９Ａ、図９Ｂ、および図９Ｃは、リソグラフィーで形成する構造化陰極を有するＯＬＥＤデバイスから収集した性能データを、非構造化陰極を有する標準的デバイスからのデータと対比して示している。デバイスは、陰極を除いて同じ構造を有している。図６を参照すると、基板６０５はガラスであり、陽極６３０はＩＴＯであり、トランスポート層６６０は、ポリ（３，４−エチレンジオキシオフェン）ポリ（スチレンスルホン酸塩）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）であり、発光層６１０は、ポリ［６−メトキシ−５−（６’−エチル−ヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＥＨ−ＰＰＶ）である。陰極６４０は、標準的デバイスでは単にアルミニウムであり、構造化された電極を有するデバイスでは発光層６１０の中に延びているリソグラフィーで形成するアルミニウム・ナノ構造６４４を有するアルミニウムである。
【００４１】
図９Ａは、標準的デバイス（実線）９１０およびカーボン・ナノチューブ陰極（点線）を有するデバイス９２０に対して、波長の関数として光強度をプロットした図である。リソグラフィーで形成するナノ構造を有する構造化陰極を用いても発光スペクトルに著しい変化は見られない。
【００４２】
図９Ｂは、標準的デバイス９３０およびリソグラフィーで形成するナノ構造陰極を有するデバイス９４０に対して、電圧の関数として電流密度をプロットした図である。構造化陰極に対して電流密度の著しい増加が見られる。これは、構造化ナノチューブ陰極からの電子注入の増大を示唆している。
【００４３】
図９Ｃは、標準的デバイス９５０およびリソグラフィーで形成するナノ構造陰極を有するデバイス９６０に対して、電圧の関数として輝度をプロットした図である。構造化陰極に対して輝度の著しい増加が見られる。
【００４４】
本発明の実施形態および応用について図示し説明したが、本開示の利益を得る当業者にとって、本明細書の発明概念を逸脱することなく、上述したよりもさらに多くの変更が可能であるということは明らかであろう。したがって、本発明は添付クレームの要旨以外では制限されるべきではない。
【００４５】
新規な原理の適用に関連する情報を当業者に提供し、かつこのような専用の構成要素を要求されているように構成して使用するために、本明細書で本発明についてかなり詳細に説明した。しかしながら、異なった機器、材料、およびデバイスで本発明を実施することができるとともに、本発明自体の範囲を逸脱することなく、機器と操作手順の両方に関して様々な変更を達成することができるということが理解されるべきである。
【００４６】
ＯＬＥＤ技術は、携帯電話およびポータブル・デジタル・オーディオ・プレーヤー（ＭＰ３プレーヤー）用の小型スクリーン、自動車ラジオ、デジタルカメラ、ならびにヘッド・マウント・ディスプレイ用の高解像度ディスプレイのような商業用途で使用されている。そのような携行用途は、ＯＬＥＤの高光出力、日光のもとでの読み易さ、および小電力排出のためにＯＬＥＤに有利に働く。ＯＬＥＤ特有の特性を使用する柔軟で丸く巻くことができるディスプレイの試作品が作られている。
【００４７】
また、ＯＬＥＤを固体光源として使用することもでき、ＯＬＥＤを全般照明に使用することへの関心も大きい。ＯＬＥＤの効率および長寿命は、既に白熱電球の効率および寿命を超えている。
【００４８】
本明細書で開示しクレームした本発明の実施形態は、以前利用可能であったＯＬＥＤよりも高い輝度を、ＯＬＥＤに対する低消費電力で提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】ＯＬＥＤの基本的な構成要素を示している模式図。
【図２】本発明の実施形態のナノチューブ構造化陰極を有するＯＬＥＤの基本的な構成要素を示している模式図。
【図３】本発明の実施形態の、ナノチューブ構造化陰極を形成するステップの概要を説明するフローチャート。
【図４】ナノチューブ・アレイを成長させるための細孔を有する酸化したアルミニウム・テンプレートを示している斜視図。
【図５Ａ】非構造化陰極を有する標準的ＯＬＥＤからの性能データと、ナノチューブ構造化陰極からの性能データと、を示しているグラフ。
【図５Ｂ】非構造化陰極を有する標準的ＯＬＥＤからの性能データと、ナノチューブ構造化陰極からの性能データと、を示しているグラフ。
【図５Ｃ】非構造化陰極を有する標準的ＯＬＥＤからの性能データと、ナノチューブ構造化陰極からの性能データと、を示しているグラフ。
【図６】本発明の実施形態のリソグラフィーで形成するナノ構造陰極を有するＯＬＥＤの基本的な構成要素を示している模式図。
【図７】本発明の実施形態の、リソグラフィーで形成するナノ構造陰極を形成するステップの概要を説明するフローチャート。
【図８】リソグラフィーで形成するナノ構造陰極のためにエッチングしたアルミニウム基板の原子間力顕微鏡画像。
【図９Ａ】非構造化陰極を有する標準的ＯＬＥＤからの性能データと、リソグラフィーで形成するナノ構造陰極からの性能データと、を示しているグラフ。
【図９Ｂ】非構造化陰極を有する標準的ＯＬＥＤからの性能データと、リソグラフィーで形成するナノ構造陰極からの性能データと、を示しているグラフ。
【図９Ｃ】非構造化陰極を有する標準的ＯＬＥＤからの性能データと、リソグラフィーで形成するナノ構造陰極からの性能データと、を示しているグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【国際調査報告】
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