有機電致發(fā)光元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高可靠性的有機電致發(fā)光元件，其抑制由在金屬表面上生成的表面等離激元所導致的光損失，提高向元件外部的光取出效率，并在元件內(nèi)不傾向于短路。此有機電致發(fā)光元件提供有：金屬層(1)，其在表面中具有由納米粒子排列結構體(6)形成的納米尺寸的凹/凸，所述納米粒子排列結構體中納米粒子(6a)以平面狀排列；和有機層(3)，其設置在金屬層(1)的凹/凸表面上，并且由包括發(fā)光層(31)在內(nèi)的多個層構成。在有機層(3)中的各層之間的界面具有比金屬層的凹/凸表面平坦的表面。
【專利說明】有機電致發(fā)光元件
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及有機電致發(fā)光元件。
【背景技術】
[0002]其中在透明基板上形成位于陽極和陰極之間的發(fā)光層的有機電致發(fā)光元件(有機EL元件)是已知的。當在電極之間施加電壓時，這種有機電致發(fā)光元件通過作為載流子被注入發(fā)光層的電子和空穴的復合所產(chǎn)生的激子來發(fā)光。其中將無機物質(zhì)用于發(fā)光層的無機電致發(fā)光元件也稱為電致發(fā)光元件。然而，其中使用有機物質(zhì)作為發(fā)光層的熒光物質(zhì)的有機電致發(fā)光元件具有與無機物質(zhì)不同的性能，且進行了利用這些特性的開發(fā)。例如，有機電致發(fā)光元件用于各種顯示器件和背光，因為它們能夠在低壓下高強度發(fā)光，能夠取決于熒光物質(zhì)的類型而發(fā)射各種顏色的光，并且易于制備為平面發(fā)光板。此外，近年來，已經(jīng)實現(xiàn)了能夠高強度發(fā)光的有機電致發(fā)光元件，并且它們用于照明設備的應用吸引了注意。
[0003]圖17顯示了普通有機電致發(fā)光元件的構造的橫截面。在此有機電致發(fā)光元件中，具有光學透明性的陽極層104設置在具有光學透明性的基板105上，由空穴注入層133、空穴輸送層132和發(fā)光層131構成的有機層103設置在該陽極層104上。此外，具有光反射性的陰極層102設置在有機層103上。當在陽極層104和陰極層102之間施加電壓時，光在有機層103中產(chǎn)生，并且直接地或在經(jīng)過陰極層102反射之后，穿過陽極層104和基板105，從而去向外部。
[0004]引用列表
[0005]專利文件
[0006]專利文件I JP 2009-9861 A
[0007]非專利文件
[0008]非專利文件1:日本有機EL研討會第10次會議會議錄(Proceedings of OrganicEL Symposium of Japan 10th Meeting), S9-2 (2010)
[0009]發(fā)明概述
[0010]技術問題
[0011]在如圖17所示的有機電致發(fā)光元件中，具有高光反射性和導電性的金屬材料如鋁(Al)和銀(Ag)通常用于陰極層102。
[0012]然而已知，在具有高導電性的金屬材料的情況下，出現(xiàn)稱為等離激元的狀態(tài)，其中在金屬中的自由電子集體振蕩，并且表現(xiàn)為擬粒子。也就是說，如果具有預定波長的光擊中金屬材料的表面，產(chǎn)生電子密度的疏密花樣的波，也就是表面等離激元，并且這些表面等離激元沿金屬表面?zhèn)鞑ゲ㈦S后消失(例如，參見非專利文件I)。換言之，如在圖17中所示，在有機電致發(fā)光元件的情況下，在發(fā)光層131中產(chǎn)生的光(用星形表示)中到達陰極層102的光的一部分可以在陰極層102的表面上傳播并隨后消失(用箭頭表示)。這樣在陰極層102的表面上傳播的光不被取出作為有效光，這可能導致有機電致發(fā)光元件的光取出效率的降低。[0013]已經(jīng)開發(fā)展出了這樣一種方法:通過在基板105上設置納米量級的不平坦結構體并在其上依次層積陽極層104和包括發(fā)光層131在內(nèi)的有機層103以及由金屬形成的陰極層102，用于在多個層之間的各界面上形成不平坦的起皺結構體(褶皺結構體)的方法，目的在于抑制由于表面等離激元所導致的光損失(例如，參見專利文件I)。在這種構造的情況下，因為不平坦的波紋結構體將在構成陰極層102的金屬的表面上生成的表面等離激元轉化為將被透射的光，所以可以抑制由于表面等離激元導致的光損失。
[0014]然而，由于在專利文件I中描述的不平坦的波紋結構體中，在包括構成有機層3的各層在內(nèi)的層的所有界面上，均形成不平坦結構體，所以層的膜厚度不均勻，并且容易發(fā)生短路，使得結合有此有機電致發(fā)光元件的器件的可靠性可能降低。
[0015]考慮到上述問題，作出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的一個目的是提供一種有機電致發(fā)光元件，其中，由于在金屬表面生成的表面等離激元所導致的光損失得到抑制，向元件外部取出光的效率可以提高，不太可能發(fā)生短路，并且可靠性高。
[0016]解決問題的技術方案
[0017]根據(jù)本發(fā)明的有機電致發(fā)光元件包括:金屬層，所述金屬層由納米粒子排列結構體在表面上提供有納米尺寸不平坦結構體，在所述納米粒子排列結構體中，納米粒子以平面狀排列；和有機層，所述有機層設置在所述金屬層的不平坦表面上，并由包括發(fā)光層的多個層構成，其中，在所述有機層的所述多個層之間的各界面比所述金屬層的所述不平坦表面平坦。
[0018]該有機電致發(fā)光元件的優(yōu)選實施方案提供有任何一個或多個以下構造。
[0019]-所述金屬層在具有所述納米粒子排列結構體的基板的表面上形成，并且充當電極。
[0020]-所述金屬層在具有所述納米粒子排列結構體的基板的表面上形成；并且絕緣層和電極以此順序層積在所述金屬層的所述表面上。
[0021]-所述金屬層的所述不平坦結構體是通過將所述納米粒子排列結構體壓入到所述金屬層中而形成的；并且所述金屬層充當所述有機層層積在其上的基板。
[0022]-所述納米粒子排列結構體為其中所述納米粒子是單分散的結構體。
[0023]-所述納米粒子排列結構體為其中所述納米粒子是隨機排列的結構體。
[0024]-所述納米粒子排列結構體是通過將二氧化硅納米粒子線性連接而形成的網(wǎng)狀結構體。
[0025]發(fā)明的有益效果
[0026]在本發(fā)明的情況下，因為可以通過在充當反射層的金屬層的表面上提供精細的不平坦結構體來抑制由于在金屬表面上生成的表面等離激元所導致的光損失，所以可以提高向元件外部取出光的效率。此外，因為在有機層中的層的各界面比金屬層的不平坦表面平坦，所以可以使元件中的短路更不太可能發(fā)生。作為結果，可以獲得具有高光取出效率的并且高度可靠的有機電致發(fā)光元件。
[0027]附圖簡述
[0028]圖1是顯示有機電致發(fā)光元件的一個實施方案的一個實例的示意性截面圖；
[0029]圖2是顯示納米粒子排列結構體的一個實例的示意性截面圖；
[0030]圖3是顯示納米粒子的分散狀態(tài)的一個實例的示意性正視圖；[0031]圖4是顯示納米粒子排列結構體的一個實例的示意性透視圖；
[0032]圖5是顯示納米粒子排列結構體的另一個實例的示意性透視圖；
[0033]圖6是顯示納米粒子的分散狀態(tài)的另一個實例的示意性正視圖；
[0034]圖7是顯示納米粒子排列結構體的另一個實例的示意性透視圖；
[0035]圖8是顯示有機電致發(fā)光元件的一個實施方案的另一個實例的示意性截面圖；
[0036]圖9是顯不有機電致發(fā)光兀件的一個實施方案的另一個實例的不意性截面圖；
[0037]圖10是顯示有機電致發(fā)光元件的一個實施方案的另一個實例的示意性截面圖；
[0038]圖11是顯示形成不平坦結構體的一個實例的示意性截面圖；
[0039]圖12是顯示形成不平坦結構體的另外一個實例的示意性截面圖；
[0040]圖13是顯不有機電致發(fā)光兀件的一個實施方案的另一個實例的不意性截面圖；
[0041]圖14是顯不有機電致發(fā)光兀件的一個實施方案的另一個實例的不意性截面圖；
[0042]圖15是顯示納米粒子的分散狀態(tài)的一個實例的SEM圖像；
[0043]圖16是顯示納米粒子的分散狀態(tài)的另一個實例的SEM圖像；和
[0044]圖17是說明在有機電致發(fā)光元件中的等離激元的示意性截面圖。
[0045]實施方案描述
[0046]實施方案I
[0047]根據(jù)本實施方案的有機電致發(fā)光元件包括:金屬層1，所述金屬層I由納米粒子排列結構體6在其表面上提供有納米尺寸不平坦結構體，在所述納米粒子排列結構體6中，納米粒子6a以平面狀排列；和有機層3，所述有機層3設置在金屬層I的不平坦表面上，并由包括發(fā)光層31的多個層構成。在有機層3的多個層之間的各界面比金屬層I的不平坦表面平坦。注意，本文中“納米尺寸”表示約Inm以上至小于IOOOnm的尺寸。
[0048]圖1顯不了有機電致發(fā)光兀件的一個實施方案的一個實例。在此有機電致發(fā)光兀件中，在具有納米粒子排列結構體6的基板5的表面上形成金屬層I。在本實施方案中，納米粒子排列結構體6是其中多個納米粒子6a附著至基板5的結構體。此外，金屬層I形成在基板5的其上形成有納米粒子排列結構體6的表面上，并構成充當陰極的電極(第一電極2)。
[0049]在金屬層I (第一電極2)的與基板5相反的表面上，提供了多個具有納米級尺寸的凸出部分2a。因此，第一電極2的靠近有機層3的表面是不平坦的。在金屬層1(第一電極2)的與基板5相反的表面上形成包括發(fā)光層31的有機層3。有機層3包括依次排列的發(fā)光層31、空穴輸送層32和空穴注入層33。在圖1中，在有機層3的多個層之間的各界面與金屬層I相比更少不平坦而是更平坦。具體地，在發(fā)光層31的表面上形成凸出部分31a，在空穴輸送層32的表面上形成凸出部分32a，且相應層的凸出部分的尺寸(高度和寬度)按凸出部分2a、凸出部分31a和凸出部分32a的順序逐漸變小。然而，有機層3的多個層之間的各界面可能不是不平坦的而是平坦的。在有機層3的與金屬層I相反的一側上形成與第一電極2成對的第二電極4。在本實施方案中,第一電極2和有機層3之間的界面，即第二電極4和空穴注入層33之間的界面，不是不平坦的而是平坦的。在此構造中，第一電極2充當將電子注入有機層3的陰極，且第二電極4充當將空穴(positive holes)(空穴(holes))注入空穴注入層33的陽極。在下文中，將描述更具體的構造。
[0050]如在圖2中所示，其中在表面上通過使用納米粒子排列結構體6形成有不平坦結構體的基板可以用作基板5。納米粒子排列結構體6可以通過將是納米尺寸粒子的納米粒子6a附著至基板5的表面而形成。納米粒子6a可以規(guī)則地排列或隨機地排列。如果它們是隨機排列的，則可以在金屬層I的表面上形成隨機的不平坦結構體，并且因此可以獲得不具有指向性和波長依賴性且具有高光取出效率的有機電致發(fā)光元件。
[0051]基板5的實例包括剛性透明玻璃板如鈉玻璃和無堿玻璃，但不限于此。可以使用任何基板，包括例如撓性透明塑料板如聚碳酸酯和聚對苯二甲酸乙二醇酯，以及由Al、銅(Cu)、不銹鋼等構成的金屬膜。此外，優(yōu)選的是，基板5由納米粒子6a易于附著至其上的材料制成。注意，如果基板5由導電金屬制成,貝U基板5可以構成第一電極2的一部分。
[0052]納米粒子6a是具有納米級尺寸的粒子。納米粒子排列結構體6是通過將這些納米粒子6a附著至基板5而形成的，并且在基板5的表面上提供了納米級不平坦結構體。對納米粒子6a的尺寸沒有特別的限定，但是優(yōu)選在IOnm至200nm的范圍內(nèi)。在基板5中不平坦結構體的高度和寬度由納米粒子6a的尺寸限定。基板5的表面上的不平坦結構體可以是波紋結構體(縱褶結構體)，或者條紋、網(wǎng)(網(wǎng)狀物)、格狀結構體等。
[0053]二氧化硅納米粒子可以優(yōu)選用作納米粒子6a。優(yōu)選的是，二氧化硅納米粒子的尺寸(粒徑)在IOnm至200nm的范圍內(nèi)。在下文中，將主要描述其中將二氧化硅納米粒子用作納米粒子6a的納米粒子排列結構體6,但是即使使用不同于二氧化娃納米粒子的納米粒子6a，也可以類似地形成納米粒子排列結構體6。
[0054]可以通過首先制備在溶液中的二氧化硅納米粒子，并接著用該溶液涂布基板5的表面以將二氧化硅納米粒子附著至基板的表面，來形成通過使用二氧化硅納米粒子獲得的納米粒子排列結構體6。對于制備在溶液中的二氧化硅納米粒子的方法沒有特別的限定，并且可以根據(jù)已知方法進行。
[0055]烷氧基硅烷可以用作二氧化硅納米粒子的原料，優(yōu)選的是，使用四官能化烷氧基硅烷作為此烷氧基硅烷，且例如可以使用四乙氧基硅烷。其中，二氧化硅適合于用作形成納米粒子6a的材料，因為通過使用二氧化硅容易以低成本獲得其直徑可控的高度透明的納米級粒子。此外，二氧化硅納米粒子具有各種優(yōu)點，如高耐熱性、高機械強度以及此外，對包括有機溶劑在內(nèi)的化學品的耐久性。
[0056]隨后，將烷氧基硅烷加入其中溶解有堿性氨基酸的溶液中，將該溶液加熱，使得對烷氧基硅烷進行水解和縮聚，并由此可以制備在溶液中的二氧化硅納米粒子。通過烷氧基硅烷在堿性氨基酸的存在下的水解和縮聚形成的二氧化硅成為納米尺寸球體，并且可以制備其中分散有二氧化硅納米粒子的膠體溶液。
[0057]用于制備其中分散有二氧化硅納米粒子的膠體溶液60的溶劑的實例包括:水；醇，如甲醇、乙醇、丙醇和丁醇；醚，如二乙醚、二丁醚、四氫呋喃和二卩惡烷；脂族烴，如己烷、庚烷和辛烷；芳族烴，如苯、甲苯和二甲苯；酯，如乙酸乙酯和乙酸丁酯；酮，如甲基乙基酮和甲基異丁酮；和鹵代烴，如二氯甲烷和氯仿，但對其沒有特別的限定。
[0058]優(yōu)選的是，將嵌段共聚物加入到向其中分散有二氧化硅納米粒子的膠體溶液60中，并通過攪拌均勻溶解。可以通過添加聚合物，容易地將二氧化硅納米粒子附著至基板
5。優(yōu)選的是，該嵌段共聚物在分子內(nèi)部具有親水性和疏水性的不同特性，且例如可以使用其中親水嵌段和疏水嵌段交替共聚的嵌段共聚物。更具體地，可以使用其中在疏水聚環(huán)氧丙烷嵌段的兩側共聚有親水聚環(huán)氧乙烷嵌段的三嵌段共聚物。例如，可以使用具有在以下化學式I中所示的結構的嵌段共聚物F127作為該嵌段共聚物。
[0059][化學式I]
[0060]
【權利要求】
1.一種有機電致發(fā)光元件，所述有機電致發(fā)光元件包含: 金屬層，所述金屬層由納米粒子排列結構體在它的表面上提供有納米尺寸不平坦結構體，在所述納米粒子排列結構體中，納米粒子以平面方式排列；和 有機層，所述有機層設置在所述金屬層的不平坦表面上，并由包括發(fā)光層的多個層構成， 其中，在所述有機層的所述多個層之間的各界面比所述金屬層的所述不平坦表面平坦。
2.根據(jù)權利要求1所述的有機電致發(fā)光元件，其中 所述金屬層在具有所述納米粒子排列結構體的基板的表面上形成，并且充當電極。
3.根據(jù)權利要求1所述的有機電致發(fā)光元件，其中: 所述金屬層在具有所述納米粒子排列結構體的基板的表面上形成；并且 絕緣層和電極以此順序層積在所述金屬層的所述表面上。
4.根據(jù)權利要求1所述的有機電致發(fā)光元件，其中: 所述金屬層的所述不平坦結構體是通過將所述納米粒子排列結構體壓入到所述金屬層中而形成的；并且 所述金屬層充當所述有機層層積在其上的基板。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的有機電致發(fā)光元件，其中 所述納米粒子排列結構體為其中所述納米粒子是單分散的結構體。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的有機電致發(fā)光元件，其中 所述納米粒子排列結構體為其中所述納米粒子是隨機排列的結構體。
7.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的有機電致發(fā)光元件，其中 所述納米粒子排列結構體是通過將二氧化硅納米粒子線性連接而形成的網(wǎng)狀結構體。
【文檔編號】H05B33/26GK103503571SQ201280021155
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年4月11日 優(yōu)先權日:2011年6月28日
【發(fā)明者】山名正人, 矢部裕城, 小柳貴裕 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社