(57)【要約】  発光素子構造体及び発光素子構造体の形成方法が提供される。構造体は、透明基板と、透明基板の上に形成された透明電極と、第一透明電極の上に形成された一層以上の発光層と、一層以上の発光層の上に形成された反射電極と、素子の光コントラスト向上のために透明基板の上に形成された粗面化層とを含む。構造体は、屈折率勾配層を更に含むのが有利である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子構造体であって、
透明基板と、
前記透明基板の上に形成された透明電極と、
前記透明電極の上に形成された一層以上の発光層と、
前記一層以上の発光層の上に形成された反射電極と、
前記素子の光コントラスト向上のために前記透明基板の上に形成された粗面化層と、
を含む構造体。
【請求項２】
屈折率勾配層を更に含む請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記屈折率勾配層が前記発光素子構造体における光の反射を抑制可能である請求項２に記載の構造体。
【請求項４】
前記屈折率勾配層が前記透明電極として機能する請求項２又は３に記載の構造体。
【請求項５】
前記屈折率勾配層が透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層を含む請求項２〜４のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項６】
前記ＴＣＯ層が酸素欠乏ＴＣＯ材料を含む請求項５に記載の構造体。
【請求項７】
前記粗面化層が前記透明基板の外側表面の上に形成された先行する請求項のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項８】
前記粗面化層が前記透明基板の表面改質として形成された先行する請求項のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項９】
前記粗面化層が化学的手法及び物理的手法の一方又は両方を用いて粗面化された請求項８に記載の構造体。
【請求項１０】
発光素子構造体の形成方法であって、
透明基板を用意することと、
前記透明基板の上に透明電極を形成することと、
前記透明電極の上に一層以上の発光層を形成することと、
前記一層以上の発光層の上に反射電極を形成することと、
前記素子の光コントラスト向上のために前記透明基板の上に粗面化層を形成することと
を含む方法。
【請求項１１】
屈折率勾配層を形成することを更に含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記屈折率勾配層が前記発光素子構造体における光の反射を抑制可能である請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記屈折率勾配層が前記透明電極として機能する請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記屈折率勾配層が透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層を含む請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＴＣＯ層が酸素欠乏ＴＣＯ材料を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記粗面化層が前記透明基板の外側表面の上に形成された請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記粗面化層が前記透明基板の表面改質として形成された請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記粗面化層が化学的手法及び物理的手法の一方又は両方を用いて粗面化された請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは発光素子構造体、及び発光素子構造体の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、有機／高分子発光素子（ＯＬＥＤ／ＰＬＥＤ）は、無機電極層及び機能有機／高分子半導体層を含む薄膜発光素子である。通常、機能有機層の積層体は、上部電極と底部電極とに挟まれている。ＯＬＥＤ／ＰＬＥＤ素子に電気的バイアスをかけると、電子及び正孔をそれぞれの電極から素子に注入することができる。電子と正孔の対は、素子の放射領域において再結合し光が放射される。ＯＬＥＤ／ＰＬＥＤ素子内で放射される光は、通常等方的である。
【０００３】
通常、エレクトロルミネッセント（ＥＬ）層での発光を透明なアノード／基板に向け反射するために金属カソードが用いられる。このような構成の素子のコントラスト比は通常低く、画像も通常は視認性が低い。従って、本発明者らは、例えば高コントラストＯＬＥＤ／ＰＬＥＤディスプレイのためには、発光素子からの環境光の反射を減らすことが望ましいと認識している。
【０００４】
通常、ＯＬＥＤ／ＰＬＥＤディスプレイのコントラスト比を高めるために円偏光板が使用される。しかしながら、円偏光板は高価であると共に放射光を偏光する。更に通常は、円偏光板を取付けるために、ディスプレイの製造工程において付加的な接着工程が必要となるため、ＯＬＥＤディスプレイの製造において余分なコストが生じる。
【０００５】
円偏光板を使用することに加えて、低反射率カソードを使用して環境反射を低減し低反射率のＯＬＥＤやＰＬＥＤを実現する可能性について研究がなされている。米国特許第６４２９４５１号公報において、ハン（Ｈｕｎｇ）及びマダシル（Ｍａｄａｔｈｉｌ）は、六ホウ化カルシウム（ＣａＢ６）を環境光低減カソードとして使用可能であることを示している。ＣａＢ６は高い導電性を有し仕事関数が低く、またバルクの状態では実質的に黒色である。しかしながら、この代替的なＣａＢ６の電子注入層は低い反射率を有するものの、成膜工程において、安定した光学的及び電気的性質を有する均質なＣａＢ６フィルムを得ることは実際は困難である。
【０００６】
更に、有機／カソード界面における光の反射を最小にするため、様々な多層黒色カソード構造体が開発されている。例えば、米国特許第６４２９４５１号公報及びＬ．Ｓ．ハン（Ｈｕｎｇ）及びＪ．マダシル（Ｍａｄａｔｈｉｌ）によるＡｄｖ．Ｍａｔｅｒ．，１３（２００１）１７８７には、ＬｉＦ／Ａｌ／ＺｎＯ／Ａｌの多層黒色カソード構造体を有する無反射ＯＬＥＤが報告されている。この多層黒色カソードを形成するには、酸素欠乏酸化亜鉛フィルムを熱蒸着により積層する。この酸化亜鉛フィルムは光学吸収層として機能し、金属カソードからの環境光反射を低減する。しかしながら、蒸着したＺｎＯは通常電気伝導率が低く、接触抵抗を増加させるため立ち上がり電圧を増大させることが短所の一つである。また、Ｏ．ルノー（Ｒｅｎａｕｌｔ）、Ｏ．Ｖ．サラタ（Ｓａｌａｔａ）、Ｍ．エッシェルス（Ｅｔｃｈｅｌｌｓ）、Ｐ．Ｊ．ドブソン（Ｄｏｂｓｏｎ）、及びＶ．クリストウ（Ｃｈｒｉｓｔｏｕ）によるＴｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ、３７９（２０００）１９５にも、多層カソードシステムに高導電性黒色カーボンフィルムを使用することが示されている。この黒色カソードは、マグネシウムの薄い電子注入層と、光吸収性及び導電性のカーボン層と、厚いアルミニウム層とを含む。この多層黒色カソードは、通常のＭｇ／Ａｌカソードに対して電荷注入特性は同程度であるが、反射率ははるかに低い。ルノー（Ｒｅｎａｕｌｔ）らの結果は、光反射が通常のカソードを用いた素子における約１００％から多層カソードを用いた素子における約６０％に低減されることを示している。また、Ｈ．アジズ（Ａｚｉｚ）、Ｙ．Ｆ．リュウ（Ｌｉｅｗ）、Ｈ．Ｍ．グランディン（Ｇｒａｎｄｉｎ）、及びＺ．Ｄ．ポポヴィック（Ｐｏｐｏｖｉｃ）はＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、８３（２００３）１８６において、有機物及び金属の混合物を有する導電性の光吸収層を含む黒色カソードを用いることを提案している。しかしながら、上記黒色カソードは、低分子ＯＬＤＥにのみ実質的に適用可能である。
【０００７】
更には、Ａ．Ｎ．クラスノフ（Ｋｒａｓｎｏｖ）によるＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ、Ｖｏｌ．１８、Ｎｏ．３、（２００２）１８及び米国特許第６４１１０１９号公報に報告された、ＯＬＥＤ用の低反射率カソード内に干渉減殺層を用いるという概念に基づき、Ｌｕｘｅｌｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓは「黒色層」を開発した。この技術においては、ＣｒＳｉＯをＩＴＯの上に成膜し干渉層を作り出している。しかしながら、この技術においては加工許容範囲（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｗｉｎｄｏｗ）が非常に狭く、すなわち干渉層の厚さが５％変化すると反射率が２倍変化してしまうため、この技術は非常に限られた成果しか収めていない。
【０００８】
また、ＷＯ０２／３７５６８公報及びＷＯ０２／３７５８０公報には、体積又は表面散光体を用いることで、総内部反射を減らすことが可能であり、また放射素子の輝度を向上可能であることが示されている。更には、欧州特許出願公開第１３８３１８０Ａ２号公報及び米国特許出願公開第２００４００１２３２８Ａ１号公報には、ＯＬＥＤディスプレイのコントラスト比を改善するための格子パターンを有するインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）層を使用することが報告されている。しかしながら、この技術は通常、素子の製造において多くの危険な処理工程を伴うため、実際には実施が困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、上記の問題の少なくとも一つに対処することを図った発光素子構造体及び発光素子構造体の形成方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一の局面によれば、発光素子構造体であって、透明基板と、前記透明基板の上に形成された透明電極と、前記透明電極の上に形成された一層以上の発光層と、前記一層以上の発光層の上に形成された反射電極と、前記素子の光コントラスト向上のために前記透明基板の上に形成された粗面化（ｔｅｘｔｕｒｅｄ）層とを含む構造体が提供される。
【００１１】
前記構造体は、屈折率勾配層を更に含んでもよい。
【００１２】
前記屈折率勾配層は、前記発光素子構造体における光の反射を抑制可能であってもよい。
【００１３】
前記屈折率勾配層は、前記透明電極として機能してもよい。
【００１４】
前記屈折率勾配層は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層を含んでもよい。
【００１５】
前記ＴＣＯ層は、酸素欠乏ＴＣＯ材料を含んでもよい。
【００１６】
前記粗面化層は、前記透明基板の外側表面の上に形成されてもよい。
【００１７】
前記粗面化層は、前記透明基板の表面改質として形成されてもよい。
【００１８】
前記粗面化層は、化学的手法及び物理的手法の一方又は両方を用いて粗面化されてもよい。
【００１９】
本発明の他の局面によれば、発光素子構造体の形成方法であって、透明基板を用意することと、前記透明基板の上に透明電極を形成することと、前記透明電極の上に一層以上の発光層を形成することと、前記一層以上の発光層の上に反射電極を形成することと、前記素子の光コントラスト向上のために前記透明基板の上に粗面化層を形成することとを含む方法が提供される。
【００２０】
前記方法は、屈折率勾配層を形成することを更に含んでもよい。
【００２１】
前記屈折率勾配層は、前記発光素子構造体における光の反射を抑制可能であってもよい。
【００２２】
前記屈折率勾配層は、前記透明電極として機能してもよい。
【００２３】
前記屈折率勾配層は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層を含んでもよい。
【００２４】
前記ＴＣＯ層は、酸素欠乏ＴＣＯ材料を含んでもよい。
【００２５】
前記粗面化層は、前記透明基板の外側表面の上に形成されてもよい。
【００２６】
前記粗面化層は、前記透明基板の表面改質として形成されてもよい。
【００２７】
前記粗面化層は、化学的手法及び物理的手法の一方又は両方を用いて粗面化されてもよい。
【００２８】
本発明の実施形態は、図面と共に、例示のみを目的とする以下の記載から、この技術の分野における通常の知識を有する者によりよく理解され容易に明らかなものとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】好ましい例示的実施形態における有機発光素子（ＯＬＥＤ）の模式的な側面図である。
【図２】例示的実施形態におけるビーズブラスト手法を示す模式的な図である。
【図３（ａ）】１０分の数マイクロインチの表面粗さを有する表面を示す模式的な側面図である。
【図３（ｂ）】数１００マイクロインチの表面粗さを有する表面を示す模式的な側面図である。
【図４】平均粗さＲａの測定を示すグラフである。
【図５（ａ）】平坦なガラス基板の上に形成された標準的ＩＴＯアノードを含むＯＬＥＤ構造体の対照サンプルを示す模式的な図である。
【図５（ｂ）】平坦なガラス基板の上に形成された屈折率勾配ＩＴＯアノードを含むＯＬＥＤ構造体の対照サンプルを示す概略図である。
【図６（ａ）】例示的実施形態の粗面化ガラス基板の上に形成された標準的ＩＴＯアノードを含むＯＬＥＤ構造体のサンプルを示す模式的な図である。
【図６（ｂ）】例示的実施形態の粗面化ガラス基板の上に形成された屈折率勾配ＩＴＯアノードを含むＯＬＥＤ構造体のサンプルを示す模式的な図である。
【図７】性能比較のための、作成サンプルにおける電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）Ｊ対電圧（Ｖ）Ｖのグラフである。
【図８】性能比較のための、作成サンプルにおける輝度（ｃｄ／ｃｍ２）Ｌ対電圧（Ｖ）Ｖのグラフである。
【図９】性能比較のための、作成サンプルにおける効率（ｃｄ／Ａ）Ｅ対電圧（Ｖ）Ｖのグラフである。
【図１０】性能比較のための反射率（％）対波長（ｎｍ）のグラフである。
【図１１】性能比較のためのコントラスト比（ＣＲ）対光反射率（％）ＲＬのグラフである。
【図１２】例示的実施形態における発光素子構造体の形成方法を示す模式的なフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本明細書に説明する例示的実施形態において、ＯＬＥＤ／ＰＬＥＤディスプレイの高コントラストは、例えば、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）、電極（例えば、アノード）である屈折率勾配透明導電性材料を透明粗面化基板の上に用いるＯＬＥＤ等の発光素子を好ましく製造することにより達成してもよい。例えば、基板の一方の面は、不規則に粗面化された形態又は総体的な散光形状を有する表面を含んでいる。例示的実施形態において、屈折率勾配ＴＣＯアノードは、基板の他方側の滑らかな面に成膜される。
【００３１】
例示的実施形態において、光コントラストの向上は粗面化基板に起因しうる。粗面化基板は、透明基板に入射する環境光を拡散するために粗面化されている。
【００３２】
更に、好ましくは、屈折率勾配ＴＣＯ層は、例示的実施形態において、素子の表面反射を減らす光学的減殺層としてを用いられてもよい。
【００３３】
図１は、好ましい例示的実施形態における有機発光素子（ＯＬＥＤ）の模式的側面図である。ＯＬＥＤ１０２は、粗面化表面１０６を有する粗面化基板１０４と、粗面化基板１０４の他の表面の上に形成された屈折率勾配透明電極１０８と、電極１０８の上に形成された正孔輸送層１１０と、正孔輸送層１１０の上に形成されたエレクトロルミネッセント層１１２と、エレクトロルミネッセント層１１２の上に形成された反射電極１１４と、反射電極１１４の上に形成された封入層１１６とを含む。電極１０８は、例えば放射方向によって、アノードであってもカソードであってもよい。他の例示的実施形態においては、説明の目的上、封入層は示していない。
【００３４】
本例示的実施形態において、粗面化基板１０４は、硬質透明基板であってもフレキシブル透明基板であってもよい。屈折率勾配透明電極１０８は、粗面化基板１０４の上に最初に形成された導電性又は絶縁性屈折率勾配透光層と、屈折率勾配透光層の上に形成された、主として電極として機能する例えばＴＣＯ層である透明導電材料層とを含む。正孔輸送層１１０は、有機層を含む。エレクトロルミネッセント層１１２は、正孔輸送層１１０の上に形成された有機放射層と、放射層の上に形成された有機電子輸送層と、電子輸送層の上に形成された薄い電子インジェクタとを含むことができる。反射電極１１４は金属層を含む。
【００３５】
この好ましい例示的実施形態においては、屈折率勾配透明ＴＣＯ電極１０８と粗面化基板１０４との組み合わせが、金属反射電極１１４の鏡面状表面からの環境光の反射を大きく低減させる。
【００３６】
以下の記述において、多数の例示的実施形態が説明され、粗面化表面１０６を形成しうる方法が示される。不規則／規則的に粗面化された表面を形成するために、他の方法を用いることができることはこの技術の分野における通常の知識を有する者にとっては充分に認識されていることである。これらの方法は、マイクロ／ナノインプリンティングや、化学的、物理的、及び機械的方法を含むが、これらに限定されるものではない。
【００３７】
一例示的実施形態において、粗面化表面はビーズブラスト手法を用いて基板の上に形成することができる。
【００３８】
図２は、本例示的実施形態におけるビーズブラスト手法を示す模式的な図である。例えばＩＴＯ材料を含んでなるＴＣＯ層２０２は、ガラス基板２０４の一方の表面の上に形成される。本例示的実施形態において、ＴＣＯ層２０２は、光学的減殺電極又は独立した電極層のための屈折率勾配層として機能し得る。基板２０４の他方の表面２０６は、圧力ガン２０８によりビーズブラストを受ける。
【００３９】
ガラス表面２０６は、圧力ガン２０８を介して発射される微小ガラスビーズ流によって改質／加工される。平均表面粗さは、ビーズの大きさ及び吹き付け圧力等の加工条件によって制御できる。異なる空気圧、例えば、平方インチ当たり３５〜８０ポンド（ｐｓｉ）の範囲を用いることにより、及び異なる大きさのビーズ（例えば、それぞれ１２５〜１８０ミクロンの範囲）を用いることにより、ガラス基板表面２０６の表面粗さを、１０分の数マイクロインチから数１００マイクロインチまで異ならせることができる。
【００４０】
図３（ａ）は、１０分の数マイクロインチの表面粗さを有する表面２０６を示す模式的な側面図である。
【００４１】
図３（ｂ）は、数１００マイクロインチの表面粗さを有する表面２０６を示す模式的な側面図である。
【００４２】
図３（ａ）及び３（ｂ）に示すように、表面２０６は、不規則な粗面化形状を有する。
【００４３】
本例示的実施形態において、ガラス基板２０４及び／又は圧力ホース／ガン２０８を反復的に移動させ表面２０６の所望の粗さを得ることができる。本例示的実施形態において、ガラス基板２０４と圧力ガン２０８とは、約９０度の垂線上約６インチの距離だけ離されている。
【００４４】
図４は、平均粗さＲａの測定を示すグラフである。平均粗さＲａは、中心表面線４０６の上部及び下部（例えば、４０２、４０４）の面積の和を測定長さＬ４０８で割った値として定義される。
【００４５】
他の例示的実施形態において、粗面化表面はサンドブラスト手法を用いて基板の上に形成することができる。
【００４６】
サンドブラスト手法は、ビーズブラスト手法に類似したものである。しかしながら、サンドブラスト手法において用いられる砂の粒子（又は微粒子）は、ビーズブラスト手法において用いられるガラスビーズよりも実質的に小さい。本例示的実施形態において、サンドブラスト手法と同様の不規則な粗面化表面を得るために砂粒子を射出するプロセス圧力も異なる。
【００４７】
更に他の例示的実施形態において、粗面化表面は研磨紙ラッピング手法を用いて基板の上に形成することができる。
【００４８】
この例示的実施形態においては、種々の研磨紙や類似物が、機械的研磨と組合わされて用いられ、ガラス基板表面を粗くする。このときの動作は反復的とし、例えば、前方又は後方への直線的な動作とする。ラッピングは、基板を横に一方向又は両方向に動かして行うこともできる。ガラス基板を静置し研磨紙を基板表面の上で動かすことによっても、実質的に同様なラッピング効果をもたらすことができることは充分に認識されている。
【００４９】
基板の上に粗面化表面を形成する方法を説明したが、以下の例示的実施形態においては、ＯＬＥＤ素子の他の層／構造の形成／成膜について説明する。
【００５０】
好ましい例示的実施形態においては、屈折率勾配透明導電性材料層、例えば、ＴＣＯ層（例えば、図２の２０２）が、基板の粗面化表面とは反対側の基板の表面の上に形成される。説明の目的のため、本例示的実施形態において用いられるＴＣＯ材料はＩＴＯとする。
【００５１】
本例示的実施形態において、一体化電極、例えば、アノードとして機能する屈折率勾配層は、酸素欠乏度の高いＩＴＯフィルムを含む。屈折率勾配ＩＴＯフィルムは、光吸収性を有し得る。光吸収ＩＴＯ層は、フィルム作成時に水素イオンの還元種の存在下でＲＦマグネトロンスパッタリングを用いて成膜される。スパッタリングは、アルゴン−水素混合ガス中で行われる。従って、ＩＴＯフィルムの屈折率は、アルゴン−水素混合ガスの水素分圧を変えることにより調整できる。
【００５２】
また、光吸収ＩＴＯ層は、酸素欠乏条件の下、他の薄膜成膜技術を用いて作成することもできる。限定されるものではないが、これらの技術として、ＤＣマグネトロンスパッタリング、反応性熱蒸着、ｅ−ビーム、物理蒸着（ＰＶＤ）、及び化学蒸着（ＣＶＤ）等が挙げられる。
【００５３】
本例示的実施形態において、屈折率勾配層の厚さは、約１０ｎｍから数１００ナノメートルの範囲であり得るが、これは光吸収材料（即ち、ＩＴＯや光吸収の目的を果たすことができる任意の有機又は無機半導体材料）の種類及びそれに対応する所望の屈折率に依存する。
【００５４】
本例示的実施形態において、屈折率勾配ＩＴＯ電極はその表面に比較的仕事関数が高く正孔注入を促進する高透明度の上部ＩＴＯ層を含む。この上部ＩＴＯ層の成膜プロセスも、水素−アルゴン混合ガス中で行うことができるが、水素分圧はより低い。この上部ＩＴＯ層の厚さは、素子の各応用例において約１３０ｎｍに一定に保たれる。これにより、異なる屈折率勾配アノードの組み合わせで作成されたＯＬＥＤの正孔注入特性の比較が可能となる。
【００５５】
本例示的実施形態において、屈折率勾配層／電極の形成後、有機積層体（例えば、図１の１１０、１１２）が屈折率勾配層／電極の上に成膜される。
【００５６】
ＯＬＥＤ構造体を用いた応用例においては、Ｎ，Ｎ’−ビス（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＮＰＢ正孔輸送層）及びトリス［８−ヒドロキシキノリナト］アルミニウム（Ａｌｑ３−放射層）の有機物が熱蒸着によって成膜される。これらの有機層はＰＶＤ、ＣＶＤ、及び他の成膜法によっても成膜できるが、これらに限定されるものではない。
【００５７】
ＰＬＥＤ構造体を用いた応用例においては、高分子材料層、例えば、正孔輸送層としてのポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリ（スチレンスルフォネート）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）及び、放射層としてのフェニル置換ポリ（フェニレンビニレン）（Ｐｈ−ＰＰＶ）がスピンコーティングによって成膜される。スクリーン印刷、インクジェット印刷、スタンピング、ナノインプリンティング等の他の溶液処理可能な方法を用いることもできるが、これらに限定されるものではない。高分子層の厚さは、約１０〜２００ｎｍの範囲で調整できる。また、改質中間層を、同様な成膜手法によって有機層の間に成膜することもできる。更には、低分子有機材料及びデンドリマーエミッターを、溶液プロセス技術によって成膜することもできる。
【００５８】
本例示的実施形態において、有機積層体（例えば、図１の１１０、１１２）の形成後、電極（例えば、図１の１１４）、例えばカソードを有機積層体の上に形成する。
【００５９】
本例示的実施形態においては、ＬｉＦ／Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、及び他の低仕事関数金属等の電極材料が、熱蒸着によって積層される。電極は、スパッタリング、電子ビーム蒸着、ＰＶＤ、ＣＶＤ、これらの方法の組み合わせ、又は任意の利用可能な他の積層手法によっても作成できるが、これらの方法に限定されるものではない。本例示的実施形態において、この電極はＣａ／Ａｇを含んでなる。Ｃａの厚さは約１．０ｎｍから約５０ｎｍの範囲である。Ａｇの厚さは約５０ｎｍから約５００ｎｍの範囲である。
【００６０】
次に、上記例示的実施形態を採用した素子の性能を通常の素子の性能と比較するために、試験ＯＬＥＤサンプル及び対照ＯＬＥＤサンプルを製造した。
【００６１】
図５（ａ）は、平坦なガラス基板５０６の上に形成された標準的ＩＴＯアノード５０４を含む対照ＯＬＥＤ構造体サンプル５０２を示す模式的な図である。図５（ｂ）は、平坦なガラス基板５１２の上に形成された屈折率勾配ＩＴＯアノード５１０を含む対照ＯＬＥＤ構造体サンプル５０８を示す模式的な図である。
【００６２】
図６（ａ）は、例示的実施形態の粗面化ガラス基板６０６の上に形成された標準的ＩＴＯアノード６０４を含むＯＬＥＤ構造体サンプル６０２を示す模式的な図である。図６（ｂ）は、例示的実施形態の粗面化ガラス基板６１２の上に形成された屈折率勾配ＩＴＯアノード６１０を含むＯＬＥＤ構造体サンプル６０８を示す模式的な図である。粗面化基板６０６及び６１２の表面粗さは約１９０マイクロインチである。
【００６３】
性能比較のために、異なる屈折率勾配ＩＴＯアノード（例えば、図５の５１０、図６の６１０）を、ＲＦマグネトロンスパッタリングによってガラス基板の平坦な側の面の上に成膜した。図５及び図６における基板５０６、５０８、６０６、６１２は、フィルム成膜中及び成膜後に加熱しなかった。基板の温度は、プラズマプロセスのためフィルム成膜時に上昇するのが常であるが、本研究においては約８０℃より低かった。しかしながら、応用例によっては、屈折率勾配ＩＴＯを基板に８０Ｃより高い温度で形成してもよい。スパッタリングシステムのベース圧力は、約２．０×１０−４Ｐａであった。ＩＴＯ薄膜は、フィルム成膜条件を制御することにより作成できる。例えば、スパッタリング混合ガスの水素分圧を変えることにより、ＩＴＯフィルムの光学的及び電気的性質を最適化することができる。
【００６４】
発明者らは、屈折率勾配ＩＴＯアノード、例えば、図５、６の５１０、６１０用に開発された低温成膜プロセスは、高温プラズマプロセスには通常適さないプラスティック箔を含むフレキシブルＯＬＥＤ／ＰＬＥＤにも適していると認識している。
【００６５】
電流密度−輝度−電圧（Ｊ−Ｌ−Ｖ）特性を、ケースレー２４２０ソースメジャーユニットを用い、窒素ガスによって浄化したグローブボックス内で測定した。ＯＬＥＤサンプルの反射率は、ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ分光光度計を用いて測定した。
【００６６】
下記の図において、屈折率勾配ＩＴＯを示す記号としてＧ−ＩＴＯを用いる。
【００６７】
図７は、性能比較のための、作成サンプルにおける電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）Ｊ対電圧（Ｖ）Ｖのグラフである。プロット７０２は、対照ＯＬＥＤ構造体サンプル５０２（図５）の結果を示す。プロット７０４は、ＯＬＥＤ対照構造体サンプル５０８（図５）の結果を示す。プロット７０６は、ＯＬＥＤ構造体サンプル６０２（図６）の結果を示す。プロット７０８は、ＯＬＥＤ構造体サンプル６０８（図６）の結果を示す。
【００６８】
図８は、性能比較のための、作成サンプルにおける輝度（ｃｄ／ｃｍ２）Ｌ対電圧（Ｖ）Ｖのグラフである。プロット８０２は、対照ＯＬＥＤ構造体サンプル５０２（図５）の結果を示す。プロット８０４は、対照ＯＬＥＤ構造体サンプル５０８（図５）の結果を示す。プロット８０６は、ＯＬＥＤ構造体サンプル６０２（図６）の結果を示す。プロット８０８は、ＯＬＥＤ構造体サンプル６０８（図６）の結果を示す。
【００６９】
図９は、性能比較のための、作成サンプルにおける効率（ｃｄ／Ａ）Ｅ対電圧（Ｖ）Ｖのグラフである。プロット９０２は、対照ＯＬＥＤ構造体サンプル５０２（図５）の結果を示す。プロット９０４は、対照ＯＬＥＤ構造体サンプル５０８（図５）の結果を示す。プロット９０６は、ＯＬＥＤ構造体サンプル６０２（図６）の結果を示す。プロット９０８は、ＯＬＥＤ構造体サンプル６０８（図６）の結果を示す。
【００７０】
図７より、Ｊ−Ｖの関係は、駆動電圧が低い場合には実質的に同一であり、高駆動電圧下において電流密度の大幅な増加が見られるプロット７０６（図６の対照ＯＬＥＤ構造体サンプル６０２）を除き駆動電圧が高い場合にも差は小さいことがわかる。
【００７１】
図８及び９にそれぞれ示したＬ−Ｖ及びＥ−Ｊ曲線より、平坦なガラス基板及び粗面化ガラス基板の上に作成した屈折率勾配ＩＴＯアノードを用いたＯＬＥＤサンプルの輝度及び発光効率は、平坦なガラス基板の上に標準的ＩＴＯを有するサンプル及び粗面化ガラス基板の上に標準的ＩＴＯを有するサンプルと比べて相対的に低い（即ち、図８における８０４と８０２、８０８と８０６、図９における９０４と９０２、９０８と９０６をそれぞれ比較した場合）ことがわかる。屈折率勾配ＩＴＯを含む図５のＯＬＥＤサンプル５０８及び図６のＯＬＥＤサンプル６０８の輝度が低いのは、図５のアノード５１０及び図６のアノード６１０の透過率が低いことによるものであり、これは図５の屈折率勾配ＩＴＯアノード５１０及び図６の屈折率勾配ＩＴＯアノード６１０は半透明であり、また放射光の一部を吸収し得るためである。これに対し、例えば、図５の対照ＯＬＥＤ構造体サンプル５０２においては、カソード５１４がＥＬ層５１６から放射された光を強く反射し、このことが輝度の大幅な増加（図８の８０２参照）と構造体５０２の低いコントラストの一因となっている。更には、図８のエレクトロルミネッセンスの結果より、同一順方向バイアス下の同様な電流密度において、粗面化ガラスの上に標準的ＩＴＯを有するＯＬＥＤサンプル（即ち、図６の構造体６０２）における発光（プロット８０６参照）は、図５の構造体５０２（平坦なガラス基板の上に標準的ＩＴＯを有する構造体）の発光（プロット８０２参照）に比べて大きいことがわかる。これは、ＯＬＥＤサンプルからの光出力を高めるのに役に立つ光のアウトカップリング効果によるものである。この光のアウトカップリング効果は、構造体６０２（図６）に用いられた粗面化ガラス基板によるものである。
【００７２】
図１０は、性能比較のための分光反射率（％）対波長（ｎｍ）のグラフである。波長の範囲は約３５０ｎｍから約８００ｎｍである。プロット１００２は、対照ＯＬＥＤ構造体サンプル５０２（図５）について測定した分光反射率を示す。プロット１００４は、対照ＯＬＥＤ構造体サンプル５０８（図５）について測定した分光反射率を示す。プロット１００６は、ＯＬＥＤ構造体サンプル６０２（図６）について測定した分光反射率を示す。プロット１００８は、ＯＬＥＤ構造体サンプル６０８（図６）について測定した分光反射率を示す。
【００７３】
図５の構造体５０２と図６の構造体６０２（これらは異なる基板の上（即ち、平坦なガラス基板と粗面化ガラス基板）に作成された実質的に同一なＯＬＥＤ構造体を有する）を比較することにより、素子全体の反射率は大幅に減少することが分かる（１００２と１００６との対比）。ＯＬＥＤサンプルの積分分光反射率は、以下の関係を用いて算出できる。
【数１】
2010524172.tif 000003
【００７４】
ここで、Ｒ（λ）はＯＬＥＤサンプルの薄膜系の分光反射率であり、Ｆ（λ）は入射照明の光束（フラックス）である。式（１）によると、図５の構造体サンプル５０２、５０８及び図６の構造体サンプル６０２、６０８について算出した積分分光反射率は、それぞれ約５５．７％、２９．７％、７％、２％である。
【００７５】
図１１は、性能比較のためのコントラスト比（ＣＲ）対光反射率（％）ＲＬのグラフである。このグラフにおいては、約１００ｃｄ／ｍ２において約１４０ｌｕｘの環境照明の下、算出コントラスト比を光反射率の関数として示した。１１０２のＣＲは、対照ＯＬＥＤ構造体サンプル５０２（図５）について算出したものである。１１０４のＣＲは、ＯＬＥＤ構造体サンプル５０８（図５）について算出したものである。１１０６のＣＲは、対照ＯＬＥＤ構造体サンプル６０２（図６）について算出したものである。１１０８のＣＲは、ＯＬＥＤ構造体サンプル６０８（図６）について測定したものである。
【００７６】
図１１より、図５の構造体サンプル５０２、即ち平坦なガラス基板の上の従来のＯＬＥＤ構造体のコントラスト比ＣＲは、約５：１であることがわかる。また、図６の構造体サンプル６０２（即ち、不規則な粗面化表面を有するガラスの上に標準的ＩＴＯを有する構造体）は、図５の構造体サンプル５０２と比べてコントラスト比が高い、即ち、約１００ｃｄ／Ａ、約１４０ｌｕｘの環境照明の下で、素子のコントラスト比は約３０：１にまで増加する（１１０２と１１０６との対比）ことがわかる。図６の構造体サンプル６０８、即ちＯＬＥＤ構造体が粗面化ガラス基板の上の屈折率勾配ＩＴＯアノードを含んで作成された場合においては、コントラスト比は、更に約１００：１まで増加しうる（１１０８参照）。従って、図１０及び図１１より、図６の構造体サンプル６０８は、強い環境照明の下で稼動させた場合に、ＯＬＥＤディスプレイのコントラストを向上させることができることがわかる。
【００７７】
下の表１は、図５の構造体サンプル５０２、５０８及び図６の構造体サンプル６０２、６０８の素子性能の一覧である。この表は、構造体サンプルの積分分光反射率、コントラスト比、立ち上がり電圧、及び発光効率の比較を示す。
【００７８】
【表１】
2010524172.tif 000004
【００７９】
上に示した性能比較は、屈折率勾配ＩＴＯアノードと透明粗面化基板との統合がより高コントラストＯＬＥＤを提供でき好ましいことを示している。更に、光を拡散する働きをする粗面化表面を有する基板は、ＯＬＥＤからの光の出力を向上し得る。
【００８０】
ある例示的実施形態は、硬質又はフレキシブル透明基板と、導電性又は絶縁性屈折率勾配透光層と、前記屈折率勾配透光層の上に形成されたＴＣＯ層と、前記ＴＣＯ層の上に形成された有機正孔輸送層と、前記正孔輸送層の上に形成された有機放射層と、前記放射層の上に形成された有機電子輸送層と、前記電子輸送層の上に形成された薄い電子インジェクタと、前記電子インジェクタの上に形成された金属カソード層と、封入層とを含むＰＬＥＤ／ＯＬＥＤ素子を提供し得る。
【００８１】
透明基板は、ＯＬＥＤ／ＰＬＥＤ用途に適した透過障壁層を有するガラス又は透明プラスティック箔であってもよい。透明基板は粗面化するか、又は粗い又は不規則に粗面化された表面形状を有する反射抑制要素又は層を備えている。屈折率勾配透光層は一層以上の有機又は無機層を含むことができる。屈折率勾配電極の厚さは、約１０ｎｍから約４００ｎｍの範囲である。屈折率勾配電極は、ＴＣＯ材料を用いて形成される。屈折率勾配透明電極は、単独のＴＣＯ材料又は異なるＴＣＯの組み合わせを用いて形成することができる。酸素欠乏ＴＣＯ層は、スパッタリング、熱蒸着、又は他の薄膜成膜手法により作成できる。粗面化基板は、ＯＬＥＤ／ＰＬＥＤディスプレイのコントラスト比向上のために屈折率勾配電極と統合することができる。粗面化基板によりＯＬＥＤの光出力を向上することができる。この粗面化基板をＯＬＥＤ／ＰＬＥＤ及び他の放射ディスプレイに使用して環境反射率を減少させ、これによってディスプレイのコントラスト比を向上することができる。ＴＣＯ層材料は、ＰＬＥＤ／ＯＬＥＤ及び放射素子のアノードとしての使用に適した、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、亜鉛アルミニウム酸化物、インジウム亜鉛酸化物、錫酸化物、Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＧＩＴＯ）、Ｚｎ−Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＺＩＴＯ）、Ｇａ−Ｉｎ−Ｏ（ＧＩＯ）、Ｚｎ−Ｉｎ−Ｏ（ＺＩＯ）、他のＴＣＯ、及びカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）からなる群より選択される。これらの材料は、単独で用いることも、異なる材料の組み合わせとして用いることもできる。ＴＣＯ層の厚さは調整可能である。電子インジェクタは、低仕事関数金属又は合金から形成される。低仕事関数金属及び合金は、Ｃａ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｍｇからなる群より選択される。電子インジェクタは、ＬｉＦ／Ａｌ、ＣｓＦ／Ａｌ、Ｍｇ／Ａｇ、又はＣａ／Ａｇの薄い二重層から形成される。反射性アノードをトップエミッションＯＬＥＤ／ＰＬＥＤに用る場合、トップエミッションＯＬＥＤ／ＰＬＥＤディスプレイの視認性の向上のために屈折率の勾配したＴＣＯを屈折率勾配カソードとして用いこともできる。
【００８２】
図１２は、ある例示的実施形態における発光素子構造体の形成方法を示す模式的なフローチャート１２００である。ステップ１２０２において、透明基板を用意する。ステップ１２０４において、透明電極を透明基板の上に形成する。ステップ１２０６において、一層以上の発光層を透明電極の上に形成する。ステップ１２０８において、反射電極を一層以上の発光層の上に形成する。ステップ１２１０において、素子の光コントラストを向上するために、粗面化層を透明基板の上に形成する。
【００８３】
上述の例示的実施形態は、屈折率勾配ＴＣＯアノードと片面に粗面化形態を有する透明基板との統合を提供し得る。これらの例示的実施形態は、環境光の反射を低減し、それによってＯＬＥＤ／ＰＬＥＤのコントラストを向上することに効果的であり得る。上述の例示的実施形態において、ＴＣＯアノードの屈折率は、フィルム成膜条件を制御することにより加工することができ、また透明基板に設けられる粗面化された面は、例えば化学的、物理的、又は機械的手法により作り出すことができる。作成したサンプルにおける結果は、例示的実施形態を用いて作成したＯＬＥＤs／ＰＬＥＤのコントラストを、ＩＴＯアノードの酸素欠乏度及び基板表面粗さを調整することにより制御できることを示しており、例えば、ガラス基板の表面粗さは１０分の数マイクロインチから数１００マイクロインチまで変えることができる。粗面化表面を備え、屈折率勾配ＴＣＯアノードと組み合わされた基板を用いた場合、約１００ｃｄ／ｍ２、約１４０ｌｕｘの下で、ＯＬＥＤ／ＰＬＥＤのコントラスト比を１００：１までに更に向上することができることが示された。また、上述の結果は、例示的実施形態を用いて作成したＯＬＥＤ／ＰＬＥＤの視覚的コントラストが、反射抑制要素の表面粗さ及び屈折率勾配ＴＣＯアノードのプロセス条件の関数であることをも示している。
【００８４】
更に、上述の例示的実施形態は、ＯＬＥＤのコントラスト向上を可能にし、比較的簡単であり低コストであり得る。上述の例示的実施形態は、既存の素子製造プロセスに容易に組み込むことが可能である。上述の例示的実施形態は、追加的な設備なしに又は現在ＯＬＥＤの製造に用いられているプロセスの修正をすることなく、高コントラストＯＬＥＤディスプレイを製造する方法を提供する。上述の例示的実施形態は、種々の素子構成のＯＬＥＤ／ＰＬＥＤ、例えば、ボトムエミッション、トップエミッション、及び反転素子アーキテクチャに適用可能である。更に、上述の例示的実施形態は、硬質及びフレキシブル基板の上のＯＬＥＤ／ＰＬＥＤ及び他の放射素子等の発光ディスプレイの視覚的コントラストの向上のために用いることができるが、これらに限定されるものではない。
【００８５】
広く説明した発明の精神又は範囲から逸脱することなく、具体的な実施形態に示した本発明に対して種々の変更及び／又は修正を加えることができることはこの技術の分野における通常の知識を有する者には理解されるであろう。従って、本実施形態は、全ての観点において例示的なものであり限定をするものではないものとみなされる。
【００８６】
例えば、例示的実施形態において、ＴＣＯが屈折率勾配電極の材料として開示されているが、ＴＣＯ及びカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の組み合わせの材料を含む他の材料を用いることもできる。但し、これに限定するものではない。
【図７】
2010524172.tif 000005
【図８】
2010524172.tif 000006
【図９】
2010524172.tif 000007
【図１０】
2010524172.tif 000008
【図１１】
2010524172.tif 000009
【図１２】
2010524172.tif 000010
【図１】
2010524172.tif 000011
【図２】
2010524172.tif 000012
【図３（ａ）】
2010524172.tif 000013
【図３（ｂ）】
2010524172.tif 000014
【図４】
2010524172.tif 000015
【図５（ａ）】
2010524172.tif 000016
【図５（ｂ）】
2010524172.tif 000017
【図６（ａ）】
2010524172.tif 000018
【図６（ｂ）】
2010524172.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月3日(2009.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子構造体であって、
透明基板と、
屈折率勾配層を含み前記透明基板の上に形成された透明電極と、
前記透明電極の上に形成された一層以上の発光層と、
前記一層以上の発光層の上に形成された反射電極と、
前記素子の光コントラスト向上のために前記透明基板の上に形成された粗面化層と、
を含む構造体。
【請求項２】
前記屈折率勾配層が前記発光素子構造体における光の反射を抑制可能である請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記屈折率勾配層が透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層を含む請求項１又は２に記載の構造体。
【請求項４】
前記ＴＣＯ層が酸素欠乏ＴＣＯ材料を含む請求項３に記載の構造体。
【請求項５】
前記粗面化層が前記透明基板の外側表面の上に形成された先行する請求項のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項６】
前記粗面化層が前記透明基板の表面改質として形成された先行する請求項のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項７】
前記粗面化層が化学的手法及び物理的手法の一方又は両方を用いて粗面化された請求項６に記載の構造体。
【請求項８】
発光素子構造体の形成方法であって、
透明基板を用意することと、
前記透明基板の上に屈折率勾配層を含む透明電極を形成することと、
前記透明電極の上に一層以上の発光層を形成することと、
前記一層以上の発光層の上に反射電極を形成することと、
前記素子の光コントラスト向上のために前記透明基板の上に粗面化層を形成することと
を含む方法。
【請求項９】
前記屈折率勾配層が前記発光素子構造体における光の反射を抑制可能である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記屈折率勾配層が透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層を含む請求項８〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＴＣＯ層が酸素欠乏ＴＣＯ材料を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記粗面化層が前記透明基板の外側表面の上に形成された請求項８〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記粗面化層が前記透明基板の表面改質として形成された請求項８〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記粗面化層が化学的手法及び物理的手法の一方又は両方を用いて粗面化された請求項１３に記載の方法。
【国際調査報告】
2010524172.tif 000020
2010524172.tif 000021
2010524172.tif 000022
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