(57)【要約】  本開示は、向上したアウトカップリング効率を有する有機エレクトロルミネセンスデバイスに関する。エレクトロルミネセンスデバイスは、基板と、基板上に配設された第１の電極と、有機層と、第２の電極とを備える。有機層は、第１の電極と第２の電極との間に形成される。有機層は、有機層上に突出特徴部を形成する１つ以上のナノ粒子を含み、それによって前記エレクトロルミネセンスデバイス内にトポグラフィ構造の有機層を形成する。エレクトロルミネセンスデバイスは、表面プラズモンポラリトン損失を低減することができ、エレクトロルミネセンスデバイスの光アウトカップリングを向上させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配設された第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配設された有機層と
を備えるエレクトロルミネセンスデバイスであって、
前記有機層の組成物が、前記有機層の１つ以上のナノ粒子の密度が７ナノ粒子／μｍ２未満になるように前記１つ以上のナノ粒子を含むことを特徴とし、
１つ以上のナノ粒子の各々は、前記有機層上にバルジ部分を形成し、前記第２の電極は、少なくとも前記バルジ部分上に配設される、エレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項２】
前記有機層中の前記１つ以上のナノ粒子の密度が１〜５ナノ粒子／μｍ２である、請求項１に記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項３】
前記有機層中のナノ粒子の重量パーセンテージが５重量％未満である、請求項１または２に記載のエレクトロルミネセントデバイス。
【請求項４】
前記バルジ部分が、前記有機層から突出する１つ以上のナノ粒子の一部を含む、請求項１に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項５】
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配設された前記有機層が、電子輸送層に対応する、請求項１に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項６】
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配設された前記有機層が、正孔注入層、正孔輸送層、発光層および電子輸送層を備える、請求項１に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項７】
前記電子輸送層が、１つ以上のナノ粒子を含む、請求項４に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項８】
前記１つ以上のナノ粒子が溶液中に分散されて最終溶液を形成し、前記溶液が有機材料および溶媒を含む、請求項１に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項９】
前記最終溶液が、スピンコーティング技術、スクリーン印刷、ウェブコーティングまたはインクジェットコーティングのうちの少なくとも１つを使用して、前記有機層を形成するために前記第１の電極上に堆積される、請求項８に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項１０】
前記１つ以上のナノ粒子の重量パーセンテージが、前記最終溶液において０．５重量％未満である、請求項８に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項１１】
前記１つ以上のナノ粒子の重量パーセンテージが、前記最終溶液において０．２重量％未満である、請求項８に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項１２】
前記１つ以上のナノ粒子の各々の直径が、６０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲にある、請求項１に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項１３】
前記有機層の厚さは、１０ｎｍ〜１２０ｎｍの範囲である、請求項１に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項１４】
前記１つ以上のナノ粒子の直径が、前記有機層の厚さより大きい、請求項１に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項１５】
前記１つ以上のナノ粒子の直径が、前記有機層の厚さよりも小さく、前記１つ以上のナノ粒子が、前記第１の電極上への前記有機層の堆積の間に前記有機層の上部に相分離される、請求項１に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項１６】
前記有機層上の前記バルジ部分の高さが、５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲である、請求項１に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項１７】
前記１つ以上のナノ粒子の各々が、光学的に透明で電気的に絶縁性である、請求項１に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項１８】
前記有機層の材料が、ＭＥＨ−ＰＰＶ、ＰＦＯ、Ｐ−ＰＰＶ、オリゴキノリン、共役高分子電解質ポリ［９，９−ビス（３’−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）プロピル）−２，７−フルオレン）−ａｌｔ−２，７−（９，９−ジオクチルフルオレン）］、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン、１，３，５−トリ（３−ピリド−３−イル−フェニル）ベンゼンまたはジフェニルホスフィンオキシド誘導体からなる群から選択される、請求項１に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項１９】
前記基板上に配設された前記第１の電極がアノードに対応する、請求項１に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項２０】
少なくとも前記バルジ部分に配設された前記第２の電極がカソードに対応する、請求項１に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項２１】
前記基板が透明基板に対応する、請求項１に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
【請求項２２】
溶媒と、
溶液を形成するように前記溶媒に溶解した有機材料と、
最終溶液を形成するように前記溶液中に分散された複数のナノ粒子と
を含む有機層の組成物であって、
前記最終溶液中の前記複数のナノ粒子の重量パーセンテージは、０．５重量％未満、好ましくは０．２重量％未満、および０重量％超過である、組成物。
【請求項２３】
前記最終溶液が、前記複数のナノ粒子が電子輸送層上にバルジ部分を形成するようにエレクトロルミネセンスデバイス内に前記電子輸送層を形成するために利用される、請求項１９に記載の組成物。
【請求項２４】
前記電子輸送層における前記複数のナノ粒子の密度が、７ナノ粒子／μｍ２未満である、請求項２０に記載の組成物。
【請求項２５】
前記バルジ部分が、前記電子輸送層から突出する前記複数のナノ粒子の一部を含む、請求項２０に記載の組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロルミネセンスデバイスに関し、特に、表面プラズモンポラリトン損失が低減された有機エレクトロルミネセンスデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロルミネセンスデバイスは、電子デバイス上に電場を印加すると光を放出する電子デバイスに対応する。エレクトロルミネセンスデバイスの様々な例としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、および有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）が挙げられるが、これらに限定されない。
【０００３】
上述のタイプのエレクトロルミネセンスデバイスのうち、ＯＬＥＤは、最近、駆動電圧が低く、応答時間が速く、柔軟性があるなどの様々な要因により、研究者に注目されている。典型的には、ＯＬＥＤは、基板、アノード、カソード、およびカソードとアノードとの間の有機層を含む。アノードによって生成された正孔およびカソードによって生成された電子は、有機層内で再結合して光子を生成する。通常、最高被占軌道（ＨＯＭＯ）に存在する正孔が、有機層中で最低空軌道（ＬＵＭＯ）に存在する電子と結合すると、光子が生成される。
【０００４】
これに限定されないが、表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）などの現象のために、光子の７５％がＯＬＥＤに捕捉されることがあり、そのことがＯＬＥＤのアウトカップリング効率に影響を及ぼす。ＳＰＰは、有機層で生成された光子がカソード層の表面電子と相互作用し、表面電子を振動させるときの現象に対応する。このプロセスにおいて、光子はそのエネルギーを失い、従ってＯＬＥＤのアウトカップリング効率を低下させ得る。
【０００５】
米国特許第８９６９８５６Ｂ２号明細書は、正孔注入層を備えるオプトエレクトロニクスデバイスを開示している。正孔注入層は、無機ナノ粒子を含む有機マトリックスを含む。正孔注入層中の無機ナノ粒子の濃度は、５重量％〜５０重量％の範囲である。
【０００６】
米国特許出願公開第２０１２０１３２８９７Ａ１号明細書には、回折格子を含む有機ＥＬ素子が開示されている。回折格子は、透明基板と、基板上に形成された硬化樹脂層とを備える。硬化樹脂層は、マスターブロックを用いて導入された凹凸を有する。マスターブロックは、ブロックコポリマー溶液の堆積によって形成される。
【０００７】
米国特許第７５８９４６３Ｂ２号明細書は、基板上に配置された底部電極を含むトップエミッション型ＯＬＥＤを開示している。底部電極は溝付き表面（波形構造）を含む。有機層のスタックに面する底部電極の表面は、少なくとも部分的な領域において光を反射するように形成される。
【０００８】
米国特許第８０２２６１９Ｂ２号明細書は、第２の電極側に追加の層を含むトップエミッション型ＯＬＥＤの設計を開示している。追加の層は、デカップリング層とも呼ばれ、散乱中心として光学的に有効な不均質性を含む。散乱粒子の大きさは５０ｎｍ〜１００μｍの範囲にある。
【０００９】
米国特許出願公開第２０１４／３３２７９４号明細書は、ＥｉＬにおける細長いナノ粒子の使用を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第８９６９８５６Ｂ２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１２０１３２８９７Ａ１号明細書
【特許文献３】米国特許第７５８９４６３Ｂ２号明細書
【特許文献４】米国特許第８０２２６１９Ｂ２号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１４／３３２７９４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載のエレクトロルミネセンスデバイスが提供される。エレクトロルミネセンスデバイスは、基板と、基板上に配設された第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に配設された有機層とを備える。有機層の組成物は、有機層中の１つ以上のナノ粒子の密度が７ナノ粒子／μｍ２未満であるように、１つ以上のナノ粒子を含む。１つ以上のナノ粒子は、有機層上にバルジ部分を形成し、第２の電極は、少なくともバルジ部分上に配設される。
【００１２】
一実施形態によれば、バルジ部分は、有機層から突出する１つ以上のナノ粒子の一部を含む。一実施形態によれば、第１の電極と第２の電極との間に配設される有機層は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層および電子輸送層を備える。一実施形態によれば、電子輸送層が、１つ以上のナノ粒子を含む。
【００１３】
一実施形態によれば、１つ以上のナノ粒子は溶液中に分散されて最終溶液を形成する。この溶液は、有機材料および溶媒を含む。一実施形態によれば、１つ以上のナノ粒子の重量パーセンテージは、最終溶液において０．５重量％未満である。
【００１４】
一実施形態によれば、スピンコーティング、スクリーン印刷、スロットダイコーティングおよびインクジェット印刷などの技術を使用して有機層を形成するために、最終溶液を第１の電極上に堆積させる。さらに、一実施形態によれば、有機層の材料は、ＭＥＨ−ＰＰＶ、ＰＦＯ、Ｐ−ＰＰＶ、オリゴキノリン、共役高分子電解質ポリ［９，９−ビス（３’−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）プロピル）−２，７−フルオレン）−ａｌｔ−２，７−（９，９−ジオクチルフルオレン）］、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン、１，３，５−トリ（３−ピリド−３−イル−フェニル）ベンゼンまたはジフェニルホスフィンオキシド誘導体からなる群から選択され得るが、これらに限定されない。
【００１５】
一実施形態によれば、１つ以上のナノ粒子のそれぞれの直径は、６０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲内である。さらに、一実施形態によれば、有機層の厚さは、１０ｎｍ〜１２０ｎｍの範囲である。さらに、一実施形態によれば、１つ以上のナノ粒子は、光学的に透明で電気的に絶縁性の材料から構成される。
【００１６】
一実施形態によれば、１つ以上のナノ粒子の直径は、有機層の厚さよりも大きい。
【００１７】
一実施形態によれば、１つ以上のナノ粒子の直径は、有機層の厚さよりも小さい。１つ以上のナノ粒子は、第１の電極上に有機層が堆積されている間に、有機層の上部に相分離される。一実施形態によれば、有機層上のバルジ部分の高さは、５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にある。
【００１８】
一実施形態によれば、第１の電極は、エレクトロルミネセンスデバイスのアノードに対応する。さらに、一実施形態によれば、第２の電極は、エレクトロルミネセンスデバイスのカソードに対応する。
【００１９】
一実施形態によれば、エレクトロルミネセンスデバイスの基板は透明基板に対応する。
【００２０】
一実施形態によれば、エレクトロルミネセンスデバイスの有機層の組成物は、独立請求項２２に規定されているように提供される。一実施形態によれば、組成物は、溶媒と、有機材料と、複数のナノ粒子とを含む。一実施形態によれば、有機材料を溶媒に溶解することによって溶液が形成される。さらに、溶液中に複数のナノ粒子を分散させることにより、最終的な溶液が形成される。一実施形態によれば、最終溶液中の複数のナノ粒子の重量パーセンテージは、０．５重量％未満である。好ましくは０．２重量％未満である。
【００２１】
一実施形態によれば、形成された最終溶液は、複数のナノ粒子が電子輸送層上にバルジ部分を形成するようにエレクトロルミネセンスデバイス内に電子輸送層を形成するために利用される。
【００２２】
一実施形態によれば、電子輸送層中の複数のナノ粒子の密度は、７ナノ粒子／μｍ２未満、好ましくは１〜５ナノ粒子／平方ミクロン、非常に好ましくは１〜３ナノ粒子／平方ミクロンである。
【００２３】
一実施形態によれば、バルジ部分は、電子輸送層から突出する複数のナノ粒子の一部を含む。
【００２４】
本開示のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書の一部に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本開示の実施形態を示し、説明と共に、本開示の原理を説明する役割を果たす。図面において：
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来のエレクトロルミネセンスデバイスの概略断面図である。
【図２】本開示の一実施形態による、エレクトロルミネセンスデバイスの概略断面図である。
【図３】本開示の一実施形態による、有機層上に創出されたバルジ部分の概略断面図である。
【図４Ａ】本開示の一実施形態によるエレクトロルミネセンスデバイスにおける有機層の表面トポグラフィである。
【図４Ｂ】本開示の一実施形態による、エレクトロルミネセンスデバイスにおける有機層の別の表面トポグラフィである。
【図４Ｃ】本開示の一実施形態による、エレクトロルミネセンスデバイスにおける有機層のさらに別の表面トポグラフィである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
ここで、実施形態を参照して詳細に説明するが、その例は添付の図面に示されている。
【００２７】
図１は、エレクトロルミネセンスデバイス１００などの従来のエレクトロルミネセンスデバイスの概略断面図である。エレクトロルミネセンスデバイス１００は、基板１０２と、第１の電極１０４と、有機層１０６と、第２の電極１０８とを含む。
【００２８】
エレクトロルミネセンスデバイス１００において、第１の電極１０４は基板１０２上に配設されている。第１の電極は電圧源１１０の正端子に接続されている。有機層１０６は、第１の電極１０４上に配設される。さらに、第２の電極１０８は、有機層１０６上に配設される。さらに、第２の電極１０８は、電圧源１１０の負端子に接続される。
【００２９】
一実施形態では、第１の電極１０４は、エレクトロルミネセンスデバイス１００のアノードに対応し得る。さらに、第１の電極１０４は、インジウムスズオキシド（ＩＴＯ）、インジウム酸化亜鉛（ＩＺＯ）およびインジウムガリウムオキシド（ＩＧＯ）などの透明導電性材料を用いて実現され得る。一実施形態では、第２の電極１０８は、エレクトロルミネセンスデバイス１００のカソードに対応し得る。さらに、第２の電極１０８は、銀（Ａｇ）およびフッ化ナトリウム／マグネシウム／銀（Ｎａｆ／Ｍｇ／Ａｇ）などの反射性材料を用いて実現され得る。
【００３０】
動作中、電圧信号が電圧源１１０を介してエレクトロルミネセンスデバイス１００に印加されると、第１の電極１０４は、有機層１０６に正孔を注入する。さらに、電圧信号の印加時に、第２の電極１０８は、有機層１０６に電子を注入する。正孔と電子とは有機層１０６で再結合して励起子を生成する。励起子が基底状態に戻ると、励起子は光子を発生し、光子はエレクトロルミネセンスデバイス１００を通って光として放出される。
【００３１】
一実施形態では、エレクトロルミネセンスデバイス１００がボトムエミッション型であるシナリオにおいて、有機層１０６で生成された光子は、基板１０２を介してエレクトロルミネセンスデバイス１００から放出される。そのようなシナリオでは、光子は、第２の電極１０８から反射され得る。当業者は、すべての光子が第２の電極１０８から反射されるわけではないことを理解するであろう。いくつかの光子は、基板を介してエレクトロルミネセンスデバイス１００から直接放出される。
【００３２】
第２の電極１０８から反射された光子のうち、いくつかの光子は、（第２の電極１０８に入射する）光子の振動数が第２の電極１０８の表面電子の固有振動数と一致するとき、第２の電極１０８の表面電子を振動させる。そのようなプロセスでは、光子はエネルギーを失う。これは、エレクトロルミネセンスデバイス１００のアウトカップリング効率を低下させる可能性がある。このような現象は一般にＳＰＰとして知られている。
【００３３】
エレクトロルミネセンスデバイス１００のアウトカップリング効率を改善するために、第２の電極１０８の配設の前に、所望のトポグラフィの有機層を作製してもよい。一実施形態では、有機層の所望のトポグラフィは、１つ以上のナノ粒子を使用して達成される。有機層のトポグラフィの様々な実施形態は、図２、３、４Ａ、４Ｂ、および４Ｃに関連して考察される。
【００３４】
図２は、本開示によるエレクトロルミネセンスデバイス２００の概略断面図である。エレクトロルミネセンスデバイス２００は、基板２０２と、第１の電極２０４と、有機層２０６と、第２の電極２０８とを含む。有機層２０６は、正孔注入層（ＨＩＬ）２１０と、正孔輸送層（ＨＴＬ）２１２と、発光層（ＥＬ）２１４と、電子輸送層（ＥＴＬ）２１６とをさらに含む。ＥＴＬ２１６は、ＥＴＬ２１６から突出する１つ以上のナノ粒子２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃ、および２１８ｄ（以下、１つ以上のナノ粒子２１８と称する）を含む。
【００３５】
一実施形態では、第１の電極２０４は、ＥＬ２１４に向かうより良好な正孔輸送を助けるＨＩＬ２１０およびＨＴＬ２１２を介してＥＬ２１４に向かって正孔を注入する。同様に、第２の電極２０８は、ＥＴＬ２１６を介してＥＬ２１４に向けて電子を注入する。電子注入層（ＥＩＬ）（図２には図示せず）の特性を含むＥＴＬ２１６は、ＥＬ２１４に向かう電子輸送を改善する。正孔および電子は、ＥＬ２１４内で再結合し励起子を形成し、この励起子が励起状態から基底状態に戻るとき、光電機構を介して発光する。
【００３６】
前述の開示に関して、エレクトロルミネセンスデバイス２００はＯＬＥＤデバイスであると考えられる。しかしながら、本開示の範囲は、ＯＬＥＤデバイスとしてのエレクトロルミネセンスデバイス２００に限定されるべきではない。一実施形態では、エレクトロルミネセンスデバイス２００は、エレクトロルミネセンス現象を示すいずれかの他の電子デバイスに対応してもよい。
【００３７】
エレクトロルミネセンスデバイス２００において、基板２０２は、ガラスまたは可撓性プラスチックまたはガラスの積層体などの材料によって実現され得る。一実施形態では、第１の電極２０４は、基板２０２上に配設される。一実施形態では、第１の電極２０４は、エレクトロルミネセンスデバイス２００のアノードに対応する。一実施形態では、第１の電極２０４は、これらに限定されないが、インジウムスズオキシド（ＩＴＯ）、インジウム酸化亜鉛（ＩＺＯ）およびインジウムガリウムオキシド（ＩＧＯ）などの透明導電性材料で構成され得る。
【００３８】
一実施形態では、基板２０２上に第１の電極２０４を堆積した後、ＨＩＬ２１０を第１の電極２０４上に堆積させる。スピンコーティング、インクジェット印刷、スクリーン印刷、スロットダイコーティングなどの１つ以上の既知の方法を用いて、ＨＩＬ２１０を第１の電極２０４上に堆積させてもよい。一実施形態では、ＨＩＬ２１０は、有機材料、例えば置換されていてもよいドープされたポリ（エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＴ）、特に電荷平衡ポリ酸でドープされたＰＥＤＴ、例えばポリスチレンスルホネート（ＰＳＳ）、ポリアクリル酸またはフッ素化スルホン酸、例えばＮａｆｉｏｎ（登録商標）、ポリアニリン、置換されていてもよいポリチオフェンまたはポリ（チエノチオフェン）によって実現され得る。
【００３９】
その後、一実施形態において、ＨＴＬ２１２は、スピンコーティング、スクリーン印刷、スロットダイコーティングおよびインクジェット印刷のような１つ以上の既知の堆積技術を用いて、ＨＩＬ２１０上に堆積される。一実施形態では、ＨＴＬ２１２は、２つ以上の異なる繰り返し単位を含むホモポリマーまたはコポリマーであり得る正孔輸送ポリマーによって実現され得る。正孔輸送ポリマーは、共役または非共役であってもよい。例示的な共役正孔輸送ポリマーは、アリールアミン繰り返し単位を含むポリマーである。アリールアミン繰り返し単位を含む共役正孔輸送コポリマーは、アリーレン繰り返し単位から選択される１つ以上の共繰り返し単位、例えばフルオレン、フェニレン、フェナントレンナフタレンおよびアントラセン繰り返し単位から選択される１つ以上の繰り返し単位を有していてもよく、これらのそれぞれは、独立に非置換であってもよく、もしくは１つ以上の置換基（１つ以上のＣ１−４０ヒドロカルビル置換基であってもよい）で置換されていてもよい。
【００４０】
その後、一実施形態において、ＥＬ２１４は、スピンコーティング、スクリーン印刷、スロットダイコーティングおよびインクジェット印刷のような１つ以上の既知の堆積技術を用いて、ＨＴＬ２１２上に堆積される。一実施形態において、ＥＬ２１４は、蛍光材料、りん光材料、または蛍光材料およびりん光材料の混合物で実現され得る。ＥＬ２１４の材料は、ポリマー性および非ポリマー性の発光材料から選択されてもよい。例示的な発光ポリマーは、共役ポリマー、例えばポリフェニレンおよびポリフルオレンである。ＥＬ２１４は、ホスト材料および蛍光発光ドーパントまたはりん光発光ドーパントを含んでいてもよい。例示的りん光ドーパントは、第２または第３遷移金属錯体、例えばルテニウム、ロジウム、パラジウム、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金または金の錯体である。
【００４１】
ＥＬ２１４をＨＴＬ２１２上に堆積した後、ＥＴＬ２１６は、スピンコーティングのような様々な技術に基づく最終溶液を用いてＥＬ２１４上に堆積される。一実施形態では、最終溶液は、１つ以上のナノ粒子２１８の重量パーセンテージが最終溶液において０．５重量％未満となるように、１つ以上のナノ粒子２１８を溶液中に分散させることによって調製され得る。一実施形態では、溶液は、電子輸送層材料および溶媒を含む。一実施形態では、溶媒は、下にある層（すなわちＥＬ２１４）の溶解を防止するように選択され得る。溶媒は、単一の極性溶媒または２つ以上の極性溶媒の混合物を含み得る。極性溶媒は、プロトン性または非プロトン性であり得る。例示的なプロトン性溶媒は、水およびアルコール、例えばメタノールエタノール、プロパノール、ブトキシエタノール、エチレングリコール、１−メトキシ−２−プロパノールおよびモノフルオロ−、ポリフルオロ−またはペルフルオロ−アルコール（２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロ−１−ペンタノールであってもよい）である。例示的な非プロトン性極性溶媒はジメチルスルホキシド、プロピレンカーボネート、および２−ブタノンである。一実施形態では、電子輸送層材料は、ＭＥＨ−ＰＰＶ、ＰＦＯ、Ｐ−ＰＰＶ、オリゴキノリン、共役高分子電解質ポリ［９，９−ビス（３’−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）プロピル）−２，７−フルオレン）−ａｌｔ−２，７−（９，９−ジオクチルフルオレン）］、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン、１，３，５−トリ（３−ピリド−３−イル−フェニル）ベンゼンまたはジフェニルホスフィンオキシド誘導体からなる群から選択され得るが、これらに限定されない。
【００４２】
一実施形態では、そのように形成されたＥＴＬ２１６内の１つ以上のナノ粒子２１８の密度は、７ナノ粒子／μｍ２未満である。さらに、一実施形態では、そのように形成されたＥＴＬ２１６の厚さは、１０ｎｍ〜１２０ｎｍの範囲にある。
【００４３】
当業者は、本開示の範囲がスピンコーティング技術を用いてＥＬ２１４上に最終溶液を堆積することに限定されないことを理解するであろう。一実施形態では、最終溶液は、スクリーン印刷、ウェブコーティング、スロットダイコーティングまたはインクジェットコーティングなどの技術を用いて堆積させることもできる。当業者は、（ＥＬ２１４上に堆積した）最終溶液中の溶媒が蒸発し、残った材料がＥＴＬ２１６を形成することをさらに理解するであろう。
【００４４】
一実施形態では、ＥＴＬ２１６の厚さは、１つ以上のナノ粒子２１８の各々の直径よりも小さい。従って、ＥＴＬ２１６の表面には、１つ以上のバルジ部分２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃおよび２２０ｄ（以下、１つ以上のバルジ部分２２０と称する）が創出される。１つ以上のバルジ部分２２０の構造は、図３と関連して後で説明されている。一実施形態において、ＥＴＬ２１６の様々なトポグラフィは、１つ以上のナノ粒子２１８の直径を変化させること、および／またはＥＴＬ２１６の厚さを変化させることによって達成され得る。
【００４５】
一実施形態では、１つ以上のナノ粒子２１８の材料は、酸化ケイ素およびポリスチレンからなる群から選択され得るが、これらに限定されない。一実施形態では、１つ以上のナノ粒子２１８は、負に荷電した酸化ケイ素ナノ粒子に対応し得る。さらに、１つ以上のナノ粒子２１８は、光学的に透明で電気的に絶縁性である。
【００４６】
一実施形態において、１つ以上のナノ粒子２１８は、テトラエチルオルトシリケートを水酸化アンモニウム、エタノールおよび水の混合物に添加することによって作製され得る。一実施形態では、１つ以上のナノ粒子２１８は、１つ以上のナノ粒子２１８のそれぞれの直径が６０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲内になるように作製される。当業者は、本開示の範囲が、上記の方法を使用して１つ以上のナノ粒子２１８を作製することに限定されないことを理解するであろう。一実施形態では、任意の既知の方法を利用して、１つ以上のナノ粒子２１８を作製してもよい。
【００４７】
ＥＴＬ２１６がＥＬ２１４上に配設された後、第２の電極２０８は、少なくとも１つ以上のバルジ部分２２０上に配設される。第２の電極２０８が１つ以上のバルジ部分２２０上に堆積されると、ＥＴＬ２１６と直接接触する第２の電極２０８の表面積は、従来のエレクトロルミネセンスデバイス１００の有機層１０６と接触する第２の電極１０８の表面積と比較して減少する。一実施形態では、ＥＴＬ２１６と接触する第２の電極２０８の表面積の減少は、光子と第２の電極２０８の表面電子とのより少ない相互作用をもたらす。従って、エレクトロルミネセンスデバイス２００におけるＳＰＰ形成は、従来のエレクトロルミネセンスデバイス１００におけるＳＰＰ形成と比較して低減される。従って、エレクトロルミネセンスデバイス２００は、増加したアウトカップリング効率を示す。
【００４８】
一実施形態では、ＳＰＰ波は、１つ以上のナノ粒子２１８と相互作用しながら、分極して双極子を誘導する。１つ以上のナノ粒子２１８を含むＥＴＬ２１６の表面積については、ＥＴＬ／カソード界面で創出されるＳＰＰ誘起双極子と第２の電極２０８、すなわち金属カソードとの間の距離が増加し、結果として金属有機界面におけるＳＰＰカップリングが減少する。従って、アウトカップリング効率が増加する。
【００４９】
当業者であれば、ＨＩＬ２１０、ＨＴＬ２１２、ＥＬ２１４、およびＥＴＬ２１６は、第１の電極２０４と第２の電極２０８との間に配設されたエレクトロルミネセンスデバイス２００の単一の複合有機層２０６と考えることができることを理解する。
【００５０】
継続的な説明のために、ＨＩＬ２１０、ＨＴＬ２１２、ＥＬ２１４、およびＥＴＬ２１６を、単一の複合有機層２０６と考えている。有機層２０６の様々なトポグラフィは、図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃに関連して後に説明されている。
【００５１】
図２は、ＥＴＬ２１６中の４つのナノ粒子を示す。しかし、本開示の範囲は、４つのナノ粒子を有することに限定されない。一実施形態では、ＥＴＬ２１６中の１つ以上のナノ粒子２１８の数は、ＥＴＬ２１６中の１つ以上のナノ粒子２１８の密度に基づいて変化してもよい。さらに、当業者は、本開示の範囲が（図２に示されるような）球形のナノ粒子に限定されないことを理解するであろう。一実施形態において、１つ以上のナノ粒子は、任意の他の幾何学的形状を有することができる。
【００５２】
図３は、本開示の一実施形態による、有機層２０６上に創出されたバルジ部分２２０ａの概略断面図３００を示す。図３は、図２に関連して説明される。
【００５３】
一実施形態において、有機層２０６から突出するナノ粒子２１８ａは、第１の部分３０２と第２の部分３０４とを有する。第１の部分３０２は、有機層２０６から延び、第２の部分３０４は、有機層２０６の内側にある。バルジ部分２２０ａは、有機層２０６の外に延びる第１の部分３０２により創出される。一実施形態では、バルジ部分２２０ａの高さは５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にある。
【００５４】
上述のように、有機層２０６は、最終溶液中の溶媒の蒸発後に創出される。従って、最終溶液が１つ以上のナノ粒子２１８を含むので、溶媒の蒸発後、有機材料は、１つ以上のナノ粒子２１８上に残され得る（３０６によって示される）。
【００５５】
図４Ａは、本開示によるエレクトロルミネセンスデバイス２００の有機層２０６の表面トポグラフィ４００Ａを示す。表面トポグラフィ４００Ａは、図２に関連して説明される。
【００５６】
一実施形態では、図４Ａから、有機層２０６の厚さは、１つ以上のナノ粒子２１８の直径よりも小さいことが分かる。さらに、１つ以上のバルジ部分２２０を創出するために有機層２０６から延びる１つ以上のナノ粒子２１８の第１の部分３０２の高さは、有機層２０６の内側の１つ以上のナノ粒子２１８の第２の部分３０４の深さよりも大きい。上述のように、１つ以上のナノ粒子２１８の第１の部分３０２は、有機材料によって完全にまたは部分的に覆われてもよい。
【００５７】
図４Ｂは、本開示によるエレクトロルミネセンスデバイス２００の有機層２０６の表面トポグラフィ４００Ｂを示す。表面トポグラフィ４００Ｂは、図２および図３に関連して説明される。
【００５８】
一実施形態では、図４Ｂから、有機層２０６の厚さは、１つ以上のナノ粒子２１８の直径よりも小さいことが分かる。さらに、１つ以上のバルジ部分２２０を創出するために有機層２０６から延びる１つ以上のナノ粒子２１８の第１の部分３０２の高さは、有機層２０６の内側の１つ以上のナノ粒子２１８の第２の部分３０４の深さよりも小さい。
【００５９】
図４Ｃは、本開示によるエレクトロルミネセンスデバイス２００の有機層２０６の表面トポグラフィ４００Ｃを示す。表面トポグラフィ４００Ｃは、図２に関連して説明される。
【００６０】
一実施形態では、図４Ｃから、有機層２０６の厚さは、１つ以上のナノ粒子２１８の直径よりも大きいことが分かる。そのようなシナリオでは、１つ以上のナノ粒子２１８は、有機層２０６の上部に相分離される。上述したように、１つ以上のナノ粒子２１８は、１つ以上のバルジ部分２２０を創出するために、有機層２０６から延びる。
【００６１】
上記実施形態で使用されるナノ粒子は、好ましくは、球形またはほぼ球形である。
【００６２】
本開示によるエレクトロルミネセンスデバイス２００の構造および組成は、有機層とカソードとの界面におけるＳＰＰ形成を減少させ、結果として、パラメータ、例えば有機材料の濃度に関するナノ粒子の濃度、ナノ粒子の直径および有機層の厚さの適切な制御を伴って、エレクトロルミネセンスデバイス２００の発光効率および外部量子効率を著しく向上させる。
【００６３】
本発明は特定の例示実施形態に関して記載されたが、本明細書に開示される特徴の種々の変更、代替および／または組み合わせが、以下の特許請求の範囲に示されるような本発明の範囲から逸脱することなく当業者には明らかとなることが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【国際調査報告】
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