(57)【要約】【課題】輝度効率を改善する有機発光ダイオードの製造方法を提供する。【解決手段】正孔輸送層（ＨＴＬ）の材料中に窒素（Ｎ２）を添加し、正孔輸送層を成長させる間に、この窒素と正孔輸送層の材料を蒸着させることによって、窒素分子を正孔輸送層中に注入する。この正孔輸送層において、窒素分子は高エネルギーレベルの不純物であり、正孔輸送層内の正孔をトラップし、それによって有機発光ダイオードの輝度効率を低コストで向上させるという目的を達成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機発光ダイオードを製造する方法であって、
チャンバ内に基板を供給するステップと、
前記基板上に陽極を形成するステップと、
前記陽極上に正孔輸送層を形成するステップであって、該ステップが反応ガスを添加することを含み、該反応ガスが正孔をトラップする複数の不純物を形成する前記ステップと、
前記正孔輸送層上に電子輸送層を形成するステップと、
前記電子輸送層上に陰極を形成するステップとを含む、前記有機発光ダイオードを製造する方法。
【請求項２】
基板が透明基板である、請求項１に記載の有機発光ダイオードを製造する方法。
【請求項３】
基板の材料が、ガラス、ケイ素およびプラスチックからなる群から選択される、請求項１に記載の有機発光ダイオードを製造する方法。
【請求項４】
陽極が、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）透明電極である、請求項１に記載の有機発光ダイオードを製造する方法。
【請求項５】
陽極が、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）透明電極である、請求項１に記載の有機発光ダイオードを製造する方法。
【請求項６】
陽極を形成するステップが、スパッタリング法、蒸着法、電子銃蒸着法、スピンコーティング法、化学気相蒸着法からなる群から選択される方法を使用して実施される、請求項１に記載の有機発光ダイオードを製造する方法。
【請求項７】
正孔輸送層の材料が、正孔輸送機能を有する有機材料である、請求項１に記載の有機発光ダイオードを製造する方法。
【請求項８】
正孔輸送層の材料が、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチル−フェニル）−１、１’ビフェニル−４、４’ジアミン（ＴＰＤ）を含む、請求項１に記載の有機発光ダイオードを製造する方法。
【請求項９】
電子輸送層の材料が、電子輸送機能を有する有機材料である、請求項１に記載の有機発光ダイオードを製造する方法。
【請求項１０】
電子輸送層の材料が、アルミニウムトリス−（８−ヒドロキシキノリン）［Ａｌｑ３］を含む、請求項１に記載の有機発光ダイオードを製造する方法。
【請求項１１】
陰極の材料が、金属および複合金属からなる群から選択される、請求項１に記載の有機発光ダイオードを製造する方法。
【請求項１２】
陰極の材料が、アルミニウムである、請求項１に記載の有機発光ダイオードを製造する方法。
【請求項１３】
正孔輸送層を形成するステップが、正孔輸送層の初期成長圧力を、１×１０−８ｔｏｒｒ〜１×１０−３ｔｏｒｒの範囲に制御することをさらに含む、請求項１に記載の有機発光ダイオードを製造する方法。
【請求項１４】
正孔輸送層を形成するステップにおいて、反応ガスを添加するときに、チャンバの圧力を、１×１０−７ｔｏｒｒ〜１×１０−２ｔｏｒｒの範囲に制御することをさらに含む、請求項１に記載の有機発光ダイオードを製造する方法。
【請求項１５】
正孔輸送層を形成するステップが、１００秒〜５分間、実行される、請求項１に記載の有機発光ダイオードを製造する方法。
【請求項１６】
反応ガスが、Ｎ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｏ、ＮＯおよびＮＯ２からなる群から選択される、請求項１に記載の有機発光ダイオードを製造する方法。
【請求項１７】
反応ガスの流量が、１ｓｃｃｍ〜２０ｃｃｃｍの範囲である、請求項１に記載の有機発光ダイオードを製造する方法。
【請求項１８】
電子輸送層を形成するステップが、電子輸送層の成長圧力を、１×１０−８ｔｏｒｒ〜１×１０−３ｔｏｒｒの範囲に制御することをさらに含む、請求項１に記載の有機発光ダイオードを製造する方法。
【請求項１９】
電子輸送層を形成するステップが、１００秒〜６分間、実行される、請求項１に記載の有機発光ダイオードを製造する方法。
【請求項２０】
陰極を形成するステップが、チャンバの圧力を１×１０−８ｔｏｒｒ〜１×１０−２ｔｏｒｒの範囲に制御することをさらに含む、請求項１に記載の有機発光ダイオードを製造する方法。
【請求項２１】
陰極を形成するステップが、１秒〜１分間、実行される、請求項１に記載の有機発光ダイオードを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を製造する方法に関し、より具体的には、輝度電流効率（luminance current efficiency）および光束出力効率（luminous flux power efficiency）を効果的に改善することのできる有機発光ダイオードの製法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１を参照すると、図１は従来型の有機発光ダイオードの横断面図を示す。従来型の有機発光ダイオード１００は、透明基板１０２を含む。基板１０２の上に陽極１０４が形成され、陽極１０４上に正孔輸送層（ＨＴＬ：hole transport layer）１０６および電子輸送層（ＥＴＬ）１０８が形成されて順次、積み重ねられる。次いで電子輸送層１０８上に陰極１１０が形成される。正孔輸送層１０６と電子輸送層１０８で構成されるキャリヤ輸送層が、陽極１０４と陰極１１０の間に位置し、正孔と電子を輸送する。電子輸送層１０８は、一般に発光層と呼ばれる。
【０００３】
有機材料層においては、正孔は電子よりも約１０倍移動度が高く、正孔に対向する界面エネルギーバリヤは、電子に対向するバリヤよりも小さく、その結果、多数の正孔が電子輸送層１０８に注入されると、わずかな電子だけが電子輸送層１０８に到達し、電子と正孔の量的均衡がくずれる。多数の正孔が電子と結合することができず、したがって有機発光ダイオード１００の輝度電流効率および光束出力効率が低下する。
【０００４】
現在、輝度効率を増進しようとする有機発光ダイオードの研究は、電子の注入効率の向上と、有機不純物による電子輸送層への大量ドーピングにますます重点をおいている。電子の注入効率を向上させる観点では、低仕事関数を有する合金層を陰極と電子輸送層の間に加えて、有機材料製の電子輸送層が形成された後に、注入、輸送される電子数を増大させ、電子の注入効率を向上させる目的を達成する。有機不純物によって電子輸送層を大量にドーピングする観点では、テトラフェニルポルフィリン（ＴＰＰ）などの有機不純物が電子輸送層にドープされ、この有機不純物を使用して励起を捕捉し、この励起が陰極に移動して消滅するのを阻止する。したがって、励起は、励起状態から定常状態エネルギーレベルに低下し、その結果、発光の機会が増大し、有機発光ダイオードの輝度効率を改善する目的を達成する。
【０００５】
しかしながら、有機発光ダイオードの輝度効率は、陰極と電子輸送層の間に加えた低仕事関数の合金層によって改善できるが、製造工程の数が増大し、プロセスはより複雑となり、したがってプロセスコストを増大させる。さらに、有機発光ダイオードの輝度効率は、電子輸送に有機不純物を大量ドープすることによっても改善することができるが、テトラフェニルポルフィリンなどの有機物質は非常に高価であり、したがって製造コストを大幅に増大させる。したがって、上述した有機発光ダイオードの輝度効率を改善するこれらの２つの方法は、実際の生産には便益がない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来型の有機発光ダイオードによれば、正キャリヤと負キャリアとの間に量的不均衡が発生し、そのために有機発光ダイオードの輝度効率は、正キャリアと負キャリアの非効率な再結合率によって減少する。
【０００７】
したがって、本発明の一目的は、有機発光ダイオードの製造方法であって、正孔輸送層を成長させる時に窒素ガス（Ｎ２）を加えることによって、窒素分子を正孔輸送層にドープする方法を提供することである。正孔輸送層内の窒素分子は、より高いエネルギーレベルを有し、そのために正孔を正孔輸送層にトラップすることができ、それによって電子と正孔の再結合率を増大させ、正孔の無駄を低減し、かつ有機発光ダイオードの輝度効率を改善する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の別の目的は、正孔輸送層の材料と窒素ガスを一緒にして蒸着(evaporate)させて窒素分子を正孔輸送層にドープし、高エネルギーレベル不純物を形成することによって形成される正孔輸送層を使用することによる、有機発光ダイオードを製造する方法を提供することである。その結果、ほとんどの正孔は正孔輸送層に閉じ込められて、電子輸送層に輸送される正孔量が減少する。したがって、正孔輸送層の電位を増大して、有機発光ダイオードの両端間の電圧のより大きな部分を、電子輸送層の両端にかけて、電子の注入電場を増大させる。電子の量と正孔の量はより平衡がとれて、その結果、有機発光ダイオードの輝度効率が改善される。
【０００９】
上述の目的に従って、本発明はさらに、有機発光ダイオードを製造する方法であって、基板をチャンバ中に供給するステップであって、基板が透明基板であり、基板の材料をガラス、ケイ素およびプラスチックなどの透明材料とすることが可能である前記ステップ；前記基板上に陽極を形成するステップであって、スパッタリング法、蒸着方法、電子銃（e-gun）蒸着法、スピンコーティング法および化学蒸着法を使用することができ、陽極が、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）透明電極またはインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）透明電極を使用することのできる前記ステップ；前記陽極上に正孔輸送層を形成するステップであって、該ステップが、反応ガスを添加することを含み、該反応ガスが正孔をトラップする複数の不純物を形成する前記ステップ；前記正孔輸送層上に電子輸送層を形成するステップであって、該電子輸送層の材料が、アルミニウムトリス−（８−ヒドロキシキノリン）［Ａｌｑ３］などの電子輸送機能を有する有機材料でもよい前記ステップ；前記電子輸送層上に陰極を形成するステップであって、該陰極の材料が複合金属またはアルミニウム（Ａｌ）などの金属であってもよい前記ステップを含む方法を提供する。
【００１０】
正孔輸送層を成長させるときに添加される反応ガスは、高純度の窒素、またはＮＨ３、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、およびＮＯ２であってもよい。正孔輸送層の材料を、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチル−フェニル）−１、１’ビフェニル−４、４’ジアミン（ＴＰＤ）などの正孔輸送機能を有する有機材料とすることができる。
【００１１】
正孔輸送層において高エネルギーレベルの不純物を形成する反応ガスを、添加し、正孔輸送層の材料と一緒にして蒸着させることができ、正孔は、正孔の輸送プロセスの間に高エネルギーの不純物によって捕捉され、正孔輸送層にトラップされ、その結果電子と正孔との有効な再結合率が効果的に改善される。したがって、有機発光ダイオードの輝度効率を向上させるという目的は、低い製造コストで達成ができる。
前述の態様および本発明に属する多数の利点は、以下に示す詳細な説明を、添付の図面を合わせて参照して、本発明をさらによく理解すると、よりわかりやすくなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、正孔輸送層を成長させるときに、正孔輸送層内に高エネルギーレベルを有する不純物を形成することのできる反応ガスを加えることによって、有機発光ダイオードを製造する方法を開示する。これらの高エネルギーレベルを有する不純物は、正孔輸送層内に正孔を閉じ込めて、電子と電子輸送層に注入された正孔との有効再結合率を増大させ、それによって、コスト負担を増加させることなく輝度効率を改善するという目的を達成することがことができる。本発明の説明をより明確かつ完全にするために、以下の記述と図２〜図６の図面を記載する。
【００１３】
図２を参照すると、図２は、本発明の好ましい実施態様による有機発光ダイオードの製造工程を示すフローチャートである。最初にステップ２００において、透明基板がチャンバ内に供給され、ここで、この基板の材質は、例えば、ガラス、ケイ素およびプラスチックとすることができる。次に、ステップ２０２において、スパッタリング法、蒸着法、電子銃蒸着法、スピンコーティング法または化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって基板上に陽極が形成される。陽極は透明電極とすることができ、陽極の材料は、例えば、インジウムスズ酸化物またはインジウム亜鉛酸化物とすることができる。次いで、正孔輸送層および電子輸送層の有機材料が、チャンバ内に配置される。正孔輸送層の材料は、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチル−フェニル）−１、１’ビフェニル−４、４’ジアミンなどの正孔輸送機能を有する有機材料とし、電子輸送層の材料は、アルミニウムトリス−（８−ヒドロキシキノリン）などの電子輸送機能を有するものとすることができる。
【００１４】
次いで、ステップ２０４において、チャンバを真空にして、その圧力を１×１０−８ｔｏｒｒ〜１×１０−３ｔｏｒｒの範囲とする。チャンバの圧力は、好ましくは約１×１０−５に制御する。このときに、チャンバの圧力は、正孔輸送層の初期成長圧力になっている。チャンバ内に反応ガスを加えて、チャンバの圧力を１×１０−７ｔｏｒｒ〜１×１０−２ｔｏｒｒの範囲、好ましくは１×１０−４ｔｏｒｒに制御する。反応ガスの材料は、正孔輸送層において高エネルギーレベルの不純物を形成することのできる材料であり、例えばＮ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｏ、ＮＯおよびＮＯ２であり、好ましくは高純度のＮ２である。チャンバに注入される反応ガスの流量は、好ましくは１ｓｃｃｍ〜２０ｓｃｃｍの範囲に制御する。チャンバ内に反応ガスを注入後、直ちに蒸着法によって正孔輸送層の材料と反応ガスを同時に蒸着させる。この蒸着ステップは、１００秒〜５分間、実施し、陽極上に正孔輸送層を形成する。正孔輸送層の材料は、反応ガスと一緒になって蒸着されて、これによって反応ガスの分子が正孔輸送層内の不純物を形成する。
【００１５】
正孔輸送層が形成された後に、チャンバの圧力を、１×１０−８ｔｏｒｒ〜１×１０−３ｔｏｒｒの範囲、好ましくは１×１０−５ｔｏｒｒの真空にする。次に、電子輸送層を成長させて、このときのチャンバの圧力は、電子輸送層の成長圧力とも呼ばれる。次いで、ステップ２０６において、例えば、蒸着法によって、正孔輸送層上に電子輸送層を形成する。好ましくは、電子輸送層の成長ステップは、１００秒〜６分間、実施する。
【００１６】
続いて、ステップ２０８において、チャンバの圧力は１×１０−８ｔｏｒｒから１×１０−２ｔｏｒｒの範囲に制御され、例えば、蒸着法によって電子輸送層上に陰極が形成されて、有機発光ダイオードが完成する。陰極を成長させるステップは、好ましくは１秒〜１分間、実施し、陰極の材料は、複合金属、またはアルミニウムなどの金属とすることができる。
【００１７】
図３を参照すると、図３は、従来式の有機発光ダイオードおよび本発明の好ましい実施態様による有機発光ダイオードについて、輝度と電圧の関係をそれぞれ示す曲線のグラフである。図３の輝度と電圧の関係を示す曲線のグラフから、正孔輸送層を成長させる間に窒素ガスを添加することによって製造された有機発光ダイオードの輝度は、従来型の有機発光ダイオードの輝度よりもはるかに大きいことが明らかである。前述の現象は図４ａおよび図４ｂに示されており、図４ａは従来型有機発光ダイオードの有機材料層内を移動中の正孔を示し、図４ｂは、本発明の好ましい実施態様による有機発光ダイオードにおける有機材料層内を移動する正孔を示している。
【００１８】
図４ａに示すように、従来型有機発光ダイオードにおいては、有機材料層における正孔は、ホップ式輸送方法で輸送される。しかしながら、図４ｂに示すように、有機材料からなる正孔輸送層にドープされた反応ガスの分子、例えば窒素分子は、エネルギーレベルがより高く、その結果、高エネルギートラップが形成される。高エネルギーレベルの窒素分子の位置に正孔が移動すると、高エネルギーレベルの窒素分子が、正孔を捕捉して正孔の伝播を阻止する。多数の正孔が正孔輸送層に閉じ込められ、その結果、電子輸送層に注入される正孔の数が減少する。したがって、電子輸送内の電子の量と正孔の量の均衡が良くなり、正孔の無駄が減少し、電子と正孔の再結合率が増加し、有機発光ダイオードの輝度効率を向上させるという目的が達成される。
【００１９】
多数の正孔が正孔輸送層内に閉じ込められるので、正孔輸送層自体の電位は増大し、有機発光ダイオードの両端間の電圧のより大きな部分が、電子輸送層の両端にかかり、電界の強度を増大して電子輸送層中により多くの電子を注入する。したがって、電子輸送層中に注入される電子の量は、大幅に増加して、電子の量と正孔の量のバランスを良くし、これによって有機発光ダイオードの輝度効率を向上させるという目的が達成される。
【００２０】
図５および図６を参照すると、図５は、従来型の有機発光ダイオードおよび本発明の好ましい実施態様による有機発光ダイオードについての輝度電流効率と電流密度の関係をそれぞれ示す曲線のグラフであり、図６は、従来式の有機発光ダイオードおよび本発明の好ましい実施態様による有機発光ダイオードについての輝度出力効率と電流密度の関係をそれぞれ示す曲線のグラフである。図５において、本発明の有機発光ダイオードの輝度電流効率は、最高２７ｃｄ／Ａであり、低い電流密度で作動するときには、従来型有機発光ダイオードの輝度電流効率の約８倍であることが明らかである。
【００２１】
さらに、図６では、本発明の有機発光ダイオードの光束出力効率は、最高９．５ｌｍ／Ｗであり、低い電流密度で作動するときには、従来型有機発光ダイオードの光束出力効率の約７倍であることが明らかである。前述の例証によれば、本発明の方法を使用して製造された有機発光ダイオードの応用によって、有機発光ダイオードの輝度効率を、効果的に改善することができる。
【００２２】
前述の説明によれば、本発明の一利点は、正孔輸送層を成長させている間に、正孔輸送層内の高エネルギー不純物を形成することのできるガス、例えば窒素ガスを添加することだけによって、有機発光ダイオードの輝度効率を、大幅に向上させることができることである。このプロセスは非常に簡便であり、追加の製造工程を必要としない。
【００２３】
本発明の別の利点は、有機不純物をドーピングしたり、あるいは低仕事関数の追加の合金層を追加したりする高価な従来型技法と比較して、本発明が必要とするのは、窒素のような安価な反応ガスを加えることのみであり、また本発明の有機発光ダイオードの輝度効率は、従来式技法を使用したものよりも、より顕著な改善を達成することができることである。したがって、本発明は、低い製造コストと高い製品競合力という利点を有する。
【００２４】
本発明のさらに別に利点は、本発明の方法を使用して製造される有機発光ダイオードの輝度効率が大きいので、有機発光ダイオードを高輝度製品に応用できることである。
当業者には理解されるように、前述の好ましい実施態様は、本発明を限定するものではなく、本発明の説明のためのものである。添付の請求の範囲の趣旨と範囲に含まれる様々な修正形態および類似の配設をも含めることを意図するものであり、本発明の範囲は、最も広い範囲で与えられ、すべてのそのような修正形態および類似構造を包含すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来型有機発光ダイオードを示す横断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施態様により有機発光ダイオードを製造する工程を示すフローチャートである。
【図３】従来式の有機発光ダイオードおよび本発明の好ましい実施態様による有機発光ダイオードについての輝度と電圧の関係をそれぞれ示す曲線のグラフである。
【図４ａ】従来型有機発光ダイオードの有機材料層内を移動中の正孔を示す図である。
【図４ｂ】本発明の好ましい実施態様による有機発光ダイオードの有機材料層内を移動する正孔を示す図である
【図５】従来型の有機発光ダイオードおよび本発明の好ましい実施態様による有機発光ダイオードについての輝度電流効率と電流密度の関係をそれぞれ示す曲線のグラフである。
【図６】従来型有機発光ダイオードおよび本発明の好ましい実施態様による有機発光ダイオードについての輝度出力効率と電流密度の関係をそれぞれ示す曲線のグラフである
【符号の説明】
【００２６】
１００      有機発光ダイオード
１０２      透明基板
１０４      陽極
１０６      正孔輸送層
１０８      電子輸送層
１１０      陰極
【図１】
2004193121.tif 000003
【図２】
2004193121.tif 000004
【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
2004193121.tif 000007
【図５】
2004193121.tif 000008
【図６】
2004193121.tif 000009