專利名稱：光學(xué)元件用基板、有機(jī)電致發(fā)光元件和顯示器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過電流驅(qū)動(dòng)而發(fā)射特定波長范圍的光的光學(xué)元件所用基板、使用該基板的光學(xué)元件以及用作顯示器件的有機(jī)電致發(fā)光顯示器件。
背景技術(shù)：
有機(jī)電致發(fā)光(有機(jī)EL)器件是利用如下原理的發(fā)光器件通過施加電場(chǎng)，在從陽極注入的空穴和從陰極注入的電子之間復(fù)合，從而使熒光材料發(fā)光。由于C.W.Tang等人報(bào)道了一種具有堆疊型器件的低電壓驅(qū)動(dòng)的有機(jī)電致發(fā)光顯示器(C.W.Tang，S.A.VanSlyke，Applied Physics Letter，第51卷，第913頁，1987年)，人們已經(jīng)廣泛地進(jìn)行了關(guān)于由有機(jī)材料構(gòu)成的有機(jī)電致發(fā)光元件的研究。Tang等人采用了發(fā)射層中的三(8-羥基喹啉)鋁和空穴傳輸層中采用三苯基二胺衍生物。
堆疊結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是提高了空穴向發(fā)射層的注入效率，阻擋從陰極注入的電子，從而提高了由復(fù)合形成的激子的形成效率，并隔離了在發(fā)射層中形成的激子等。
作為上述有機(jī)電致發(fā)光元件，已經(jīng)廣泛知道的有具有空穴傳輸(注入)層和電子傳輸發(fā)射層的兩層類型、或具有空穴傳輸(注入)層、發(fā)射層和電子傳輸(注入)層的三層類型。對(duì)于這種堆疊型器件，為了提高注入的空穴和電子之間的復(fù)合效率，人們已經(jīng)對(duì)關(guān)于形成該器件的結(jié)構(gòu)和方法進(jìn)行了研究。然而，有機(jī)電致發(fā)光器件由于在復(fù)合載流子時(shí)的自旋統(tǒng)計(jì)相關(guān)性而對(duì)于形成單態(tài)的概率有限制，因此發(fā)光效率有上限。這個(gè)上限值是大約25％。
此外，對(duì)于表面發(fā)射器件，如有機(jī)電致發(fā)光元件，具有超出臨界角的出射角的光由于發(fā)光體的折射率而被全反射，因此其不能向外發(fā)射出去。這樣，希望如果發(fā)光體的折射率設(shè)置為1.6，僅有發(fā)光總量的20％可獲得。因此，能量轉(zhuǎn)換效率的限度為大約5％，包括單態(tài)形成概率，因此不能是更低的效率(cf.Tetsuo TSUTSUI，“Presentstatus of research and development in organicelectroluminescent devices”Monthly Display，第1卷，第3期，第11頁，1995年9月9日)。在對(duì)發(fā)光效率具有強(qiáng)限制的有機(jī)電致發(fā)光元件中，光提取效率經(jīng)受了致命的性能下降。
人們已經(jīng)針對(duì)具有一定結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件，如常規(guī)無機(jī)電致發(fā)光元件研究了提高這種光提取效率的方法。例如，已經(jīng)有人建議了通過在基板中包括光聚焦特性來提高效率的方法(日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No.S63-314795)、或在器件的一側(cè)形成反射表面的方法(日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No.H01-220394)。此外，還有人提出在基板玻璃和發(fā)光體之間引入具有中間折射率的平坦層以形成抗反射膜(日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No.S62-172691)。
另外，日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No.2002-260844公開了一種有機(jī)電致發(fā)光元件，它包括在與這里所使用的像素相鄰的基板上形成的分區(qū)形成的波導(dǎo)，其中該分區(qū)由透明聚合物和白色微粒形成，或者由這種聚合物和分散在該聚合物中的透明微粒形成，并具有不同于聚合物的折射率。(參見所述申請(qǐng)的圖2和權(quán)利要求)。
此外，日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No.2002-260866公開了一種有機(jī)電致發(fā)光元件，它包括注入空穴的陽極、具有發(fā)光區(qū)的發(fā)射層和注入電子的陰極，其中這些電極中的至少一個(gè)是透光的，并且這個(gè)透光電極包括用于改變從其中的發(fā)射層發(fā)射的光的角度的裝置(圖1，發(fā)明的詳細(xì)說明，第0026段權(quán)利要求1)。
此外，日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No.2002-260845公開了一個(gè)或多個(gè)有機(jī)電致發(fā)光元件，其具有基板和多個(gè)光轉(zhuǎn)換裝置，并直接形成在基板的一個(gè)表面上或子層上，其中多個(gè)有機(jī)電致發(fā)光元件的每個(gè)包括多個(gè)光角改變裝置。這個(gè)特開公開介紹了光角改變裝置具有一種結(jié)構(gòu)，使得透明材料、不透明粒子或空氣層的形狀的長度方向面對(duì)基板的厚度方向(上述公開的權(quán)利要求8)。
常規(guī)方法具有以下問題。通過使基板具有光聚焦性能來提高光提取效率的方法，或者在器件的一側(cè)形成反射表面的方法對(duì)于具有大發(fā)光面積的器件來說是有效的，然而，在具有小像素面積的器件，如點(diǎn)矩陣顯示器中，難以形成用于光聚焦性能的透鏡或在一側(cè)上的反射表面等。此外，在有機(jī)電致發(fā)光元件中，發(fā)射層的膜厚為幾μm以下，因此利用目前精細(xì)加工技術(shù)難以進(jìn)行錐體車削，從而在器件一側(cè)形成反射鏡，由此顯著地增加了成本。
而且，在基板玻璃和發(fā)光體之間引入具有中間折射率的平坦層以形成抗反射層的方法具有提高光提取效率的效果，然而，利用這種方法難以防止全反射。因此，在提高光提取效率的效果對(duì)于具有大折射率的無機(jī)電致發(fā)光元件有效的同時(shí)，對(duì)于具有小折射率的有機(jī)電致發(fā)光元件是無效的。
此外，由于金屬電極，向有機(jī)電致發(fā)光層中的金屬電極(陰極)表面透射光具有很大的透射損失。因此，為了有效地提取透射光，需要以短間隔設(shè)置分區(qū)。因此，在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No.2002-260844中公開的發(fā)明減小了器件的發(fā)光面積，因此沒有明顯改進(jìn)。
此外，在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No.2002-260866中公開的發(fā)明中，其中不能施加電場(chǎng)的面積增加了，因此與上述發(fā)明一樣沒有明顯改進(jìn)。
此外，在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No.2002-260845中公開的發(fā)明中，不能有效地提取具有超過臨界角的出射角的光。此外，日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No.2002-260845介紹了當(dāng)光角度改變裝置分布于整個(gè)基板上時(shí)，提高了性能(本公開中的圖10和對(duì)應(yīng)圖10的說明中的第0032段)，然而，存在的問題是，如果在厚度方向中存在多個(gè)散射器，則基板變成白色，因此降低了發(fā)射光的顏色純度。
如上所述，有機(jī)電致發(fā)光的光提取效率仍然不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了具有大于臨界角的角度、并在空氣/玻璃界面全反射的發(fā)射光如何可以被有效地散射，從而以小于臨界角的角度發(fā)射。
本發(fā)明提供一種光學(xué)元件基板(發(fā)光器件基板)，其提高了有機(jī)電致發(fā)光元件的光提取效率。
回顧前面的說明之后，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過使用光學(xué)元件用基板作為有機(jī)電致發(fā)光元件的光提取基板，可以提高光提取效率，其中所述基板包括散射可見光的光散射單元和在透射可見光的透光基板中透射可見光的光透射開口。利用這種光學(xué)元件用基板，提高了有機(jī)電致發(fā)光元件的亮度。
換言之，本發(fā)明的光學(xué)元件用基板的特征在于，它包括散射可見光的光散射單元和在透射可見光的透光基板中透射可見光的光透射開口，并且在基板厚度方向上的光散射單元的長度L和光透射開口的寬度W滿足以下方程式1。
W/L≤tan(arcsin(n1/n2)) (方程式1)其中n1表示空氣的折射率，n2表示透光基板的折射率。
具體而言，優(yōu)選光散射單元的一個(gè)表面與透光基板的表面相同，并在透明基板中形成由至少一個(gè)光散射單元分割的光透射開口，并且光透射開口在基板表面的方向上周期性地設(shè)置，該光學(xué)元件用基板將形成至少一個(gè)顯示像素，其中光散射單元在該顯示像素中的至少一個(gè)方向上延伸。
此外，優(yōu)選光散射單元是分割顯示像素的壁結(jié)構(gòu)，并且通過該壁結(jié)構(gòu)分割而成的光透射開口周期性地在基板表面方向上設(shè)置，光透射開口的寬度W大于100nm且小于200μm，并且其中在基板表面方向上周期性地設(shè)置光透射開口的光學(xué)元件用基板包括散射可見光的光散射單元和光透射開口，該光透射開口在透射可見光的透光基板的一個(gè)表面中透射可見光，其中分割壁的厚度和一個(gè)相鄰光透射開口的寬度的總和大于130nm且小于25μm，并且光透射開口在像素中的基板表面方向上被隔離。
本發(fā)明的有機(jī)電致發(fā)光元件包括上述之一的光學(xué)元件用基板、至少一個(gè)陽極、由發(fā)射層構(gòu)成的有機(jī)層、和陰極。
本發(fā)明的有機(jī)電致發(fā)光顯示器件包括多個(gè)有機(jī)電致發(fā)光元件。


通過下面參照附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，使本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說更明了，其中圖1和2是本發(fā)明的光學(xué)元件用基板的示意剖面圖；圖3-7是本發(fā)明的光學(xué)元件用基板的示意平面圖；
圖8-11是本發(fā)明的光學(xué)元件用基板的示意剖面圖；圖12是基板的示意剖面圖，表示制造本發(fā)明的光學(xué)元件用基板的一種工藝；圖13是表示本發(fā)明的光學(xué)元件用基板的制造工藝的示意圖；圖14是本發(fā)明的光學(xué)元件用基板的制造工藝的示意剖面圖；圖15和16是表示本發(fā)明的光學(xué)元件用基板的制造工藝的示意圖；圖17和18是使用本發(fā)明的光學(xué)元件用基板的有機(jī)電致發(fā)光元件的示意剖面圖；和圖19-21是表示包括光學(xué)元件用基板的有源矩陣有機(jī)電致發(fā)光顯示器件的例子的示意剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖全面介紹本發(fā)明，其中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以不同形式來體現(xiàn)，并不限于這里所述的實(shí)施例。此外，提供這些實(shí)施例以便使本公開全面和完整，并向本領(lǐng)域技術(shù)人員全面地傳達(dá)本發(fā)明的范圍。在附圖中，為了清楚起見放大了層和區(qū)域的厚度。在整篇說明中相同的參考標(biāo)記表示相同的元件。
圖1是表示本發(fā)明的光學(xué)元件用基板的示意剖面圖。
如圖1所示，本發(fā)明的光學(xué)元件用基板包括散射可見光的光散射單元20和在透射可見光的透光基板10中透射可見光的光透射開口30。此外，圖1示出了在垂直于基板表面方向的剖面圖。對(duì)于基板表面的方向，優(yōu)選基板具有如圖3-7所示的形狀。此外，圖3-7只是示意圖，不限于這些形狀，因此本發(fā)明可形成為使得每個(gè)光散射單元22-26或每個(gè)光透射開口32-36在基板表面方向上被隔離。
由于本發(fā)明的透光基板10用做光學(xué)元件，因此當(dāng)使用時(shí)它有必要是至少光學(xué)透明的。就是說，透射可見光的本發(fā)明的透光基板10可至少透射波長在400-800nm范圍內(nèi)的一些光，并且可以由無機(jī)或有機(jī)材料形成。例如，用于該基板的無機(jī)材料可以是玻璃，有機(jī)材料可以是塑料等。
優(yōu)選地，上述塑料可采用工程塑料，如聚醚砜(PES)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)或其衍生物。此外，基板可以采用多種不同材料，其可以是無機(jī)材料，或者有機(jī)材料，或者甚至可以是無機(jī)和有機(jī)材料之間的混合物?；暹€可以使用一種或多種材料(多種有機(jī)混合物、無機(jī)混合物以及有機(jī)和無機(jī)混合物)形成為膜狀，并且還可以通過多次涂覆所制造的膜而形成。
對(duì)于本發(fā)明的透光基板10，優(yōu)選地，在基板表面的方向上隔離光透射開口20，更優(yōu)選地，在一個(gè)基板表面的方向上(在基板的一個(gè)表面的方向上)，如圖1、2、8、9、10、17和18所示。即，在本發(fā)明中，形成與光散射單元30、31、37、38、39、301、302隔離或獨(dú)立的光透射開口20、21、27、28、29、201、202。此外，優(yōu)選地，光透射開口20、21、27、28、29、201、202是用與基板10用光學(xué)上相同的材料形成的，其中“光學(xué)上相同”指的是在一波長(或任意波長)內(nèi)的光具有相同的折射率。
本發(fā)明的光散射單元20至少散射具有400-800nm波長的一些光。光散射單元20可以由無機(jī)或有機(jī)材料制成。此外，它還可以由一種或多種成分制成。此外，本發(fā)明的光透射開口30表示在透光基板10的表面法線方向(當(dāng)用做顯示器時(shí)在垂直于屏幕的方向)觀察到的透明部分。因此，本發(fā)明的光學(xué)元件用基板不是這樣的結(jié)構(gòu)，即光散射單元(如果光散射單元形成為膜狀，則為膜)覆蓋整個(gè)基板表面。對(duì)于光學(xué)元件用基板，在水平方向透射的來自有機(jī)電致發(fā)光元件的電極的光(在基板表面方向上具有大分量的光)有效地被散射，因此提高了基板前向中的亮度。
為了更詳細(xì)地說明本發(fā)明，在本發(fā)明的透光基板中，光散射單元20和光透射開口30在基板表面的方向上(光學(xué)地)交替設(shè)置。即，在透光基板的表面的法線方向上(在垂直于基板表面的方向上)觀看，光散射單元20和光透射開口30在基板表面的方向上(在基板表面的一側(cè)的方向上)交替地設(shè)置。
盡管交替設(shè)置不必是周期性的，但是優(yōu)選光散射單元20和光透射開口30在基板表面的方向上、優(yōu)選在基板表面一側(cè)的表面方向上(一側(cè)表面)周期性地設(shè)置，這是為了設(shè)計(jì)或制造便利。這個(gè)周期可以任意設(shè)置，但是，當(dāng)該長度是參考值時(shí)，優(yōu)選分割壁的厚度和一個(gè)相鄰光透射開口30的寬度之和為130nm-25μm。
此外，該周期在基板表面方向上可以是多個(gè)。該周期可以根據(jù)位置或根據(jù)基板表面的方向而改變。此外，光透射開口30的寬度為100nm到20μm，并且優(yōu)選為110nm-10μm。
參見圖3，現(xiàn)在介紹本發(fā)明中使用的散射可見光的光散射單元的結(jié)構(gòu)。光散射單元的結(jié)構(gòu)可以是如圖3所示的條型22，如圖4和5所示的點(diǎn)型23、24，和如圖6和7所示的壁型25、26。優(yōu)選，在基板表面中光散射單元的面積為0.5-60％，更優(yōu)選為5-30％。此外，本發(fā)明的光透射基板的光散射單元散射光，但是不阻擋光。
就是說，當(dāng)光透射開口形成在透光基板中，由至少一個(gè)光散射單元分割時(shí)，任意的圖形都是可接受的。特殊結(jié)構(gòu)不限于實(shí)施例中所述的詳細(xì)例子。特別是，如圖3或6所示，優(yōu)選光散射單元22、25在顯示像素內(nèi)的至少一個(gè)方向上延伸(連續(xù)形成的)。此外，光散射單元之間的間隔和光散射單元與光透射開口的比率可以任意設(shè)定。圖3示出了光散射單元在顯示像素內(nèi)至少一個(gè)方向上延伸的例子。就是說，光散射單元22在一個(gè)軸方向上延伸。此外，圖6示出了光散射單元25在延伸的一個(gè)軸方向上交叉。如圖6所示，通過在顯示像素中交叉而分割的一個(gè)像素的形狀可以形成為多邊形(矩形正方形(例如規(guī)則正方形)或規(guī)則多邊形規(guī)則五邊形、規(guī)則六邊形)。優(yōu)選地，分割的一個(gè)像素是與相鄰于壁結(jié)構(gòu)的像素分割形成的。優(yōu)選地，對(duì)于本發(fā)明的基板，這個(gè)分割像素(或其組)在基板表面的方向上具有周期，如圖3、6和7所示。此外，如上所述，這個(gè)周期可以任意設(shè)定，優(yōu)選地，當(dāng)長度是參考值時(shí)，分割壁的厚度和一個(gè)相鄰光透射開口的寬度之和為130nm-25μm。此外，在基板表面內(nèi)可以有多個(gè)周期。這些周期可以根據(jù)基板表面的位置或方向而變化。優(yōu)選地，光透射開口的寬度為100nm-20μm，更優(yōu)選為100nm-10μm。
此外，光散射單元的形狀可以根據(jù)透光基板或光散射單元中采用的材料而任意設(shè)定。就是說，如圖8所示，在深度方向的光散射單元27的表面不必是垂直形成的，因此它可以具有相對(duì)于透光基板表面的傾斜表面，其是大致平坦的。此外，如圖9所示，光散射單元28和透光基板13之間的界面不必是平坦的，因此它可以是不平整的(凸和凹的)。在這種情況下，可以形成不平整從而產(chǎn)生散射。例如，可以利用干法刻蝕或利用濕法刻蝕在這個(gè)表面上形成不平整，其中所述干法刻蝕采用通過放電形成的原子狀硼，所述濕法刻蝕采用刻蝕劑如HF，其中這些刻蝕法在制造半導(dǎo)體中都使用。此外，當(dāng)用在有機(jī)電致發(fā)光元件中時(shí)，本發(fā)明的透光基板可以形成有如圖10所示的平面化層40涂層。這里，優(yōu)選陽極50和光散射層29之間的間隔盡可能地小，以便平面化層40的厚度優(yōu)選小于100nm。
光散射單元的透光基板的厚度方向上(在基板表面的法線方向上)的長度可以任意設(shè)置。為了提高這種有機(jī)電致發(fā)光元件的光提取效率，光散射單元200的基板的厚度方向上的長度可以設(shè)置為散射具有大于透光基板15和空氣之間的界面臨界角的角度的出射光52，例如如圖11所示。這種情況下，臨界角取決于空氣的折射率和透光基板15的折射率，并且它們的關(guān)系可以表示為θc＝arcsin(n1/n2)，其中n1和n2分別表示空氣的折射率和透光基板15的折射率。此外，優(yōu)選它們具有表示為方程式1中的W/L≤tan(arcsin(n1/n2))的關(guān)系，其中“L”表示厚度41(基板方向的長度)，“W”表示透光開口(光透射開口)的尺寸。此外，在圖8和9中，“L”表示光散射單元27和28的基板的厚度方向的長度，“W”表示光透射開口37和38的寬度。此外，用于散射具有大于臨界角角度的出射光所需的光散射單元的高度可以設(shè)置為從透光基板的基板表面到發(fā)光中心的距離。特別是，如圖1、8和9所示，優(yōu)選光散射單元20、27、28的一側(cè)是透光基板10、12、13的表面(橫截表面)。
當(dāng)有機(jī)電致發(fā)光元件形成在本發(fā)明的光學(xué)元件用基板上時(shí)，優(yōu)選光散射單元被掩埋在透光基板中，或光散射單元的端部具有與透光基板的表面相同的位置，以便獲得基板平坦性。
下面將進(jìn)一步介紹包括這里所用的光散射單元和透光單元的光學(xué)元件用基板的制造方法。作為這種方法，可以采用在基板中形成溝槽，然后將光散射材料掩埋在溝槽中的方法，或者采用在基板上淀積光散射材料，然后用透光材料(用于形成光透射開口)覆蓋它的方法。
當(dāng)采用將溝槽形成為圖形形狀的方法作為形成溝槽的方法時(shí)，可以使用公知方法，例如使用光致抗蝕劑的常規(guī)曝光工藝。此外，各種光刻工藝可以用做將溝槽形成為圖形形狀的方法。
圖12示出了在形成這種溝槽時(shí)使用掩模72的曝光工藝。使用掩模72的該曝光工藝可以任意設(shè)計(jì)節(jié)距或線與目標(biāo)溝槽的空間(溝槽、寬度和溝槽間隔)的比率。
圖13是利用激光的兩光通量(two-optical-flux)干涉曝光工藝形成溝槽的例子。對(duì)于激光的兩光通量干涉曝光工藝來說，可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大面積的曝光，并且對(duì)于形成周期結(jié)構(gòu)的光散射單元特別有效。對(duì)于這種方法，周期結(jié)構(gòu)的節(jié)距d具有如下關(guān)系d＝(λ/2)/[sin(θ/2)]，其中“λ”表示這個(gè)曝光工藝中使用的激光波長，“θ”表示用于照射基板上的光致抗蝕劑材料74的激光的2個(gè)光通量的交叉角。隨著θ變大，d變小，當(dāng)交叉角為180度時(shí)，d變?yōu)樽钚≈档摩?2。例如，當(dāng)使用氬離子激光器輻射488nm(λ)的激光時(shí)，d＞244nm。即，通過簡單地調(diào)節(jié)交叉角，可以將節(jié)距簡單地設(shè)置為大于244nm的任何值。
盡管不限制，兩光通量干涉曝光工藝中采用的激光可隨機(jī)地使用光源，如固體激光器、氣體激光器、半導(dǎo)體激光器和彩色激光器等，以便適當(dāng)?shù)卦O(shè)置值d。
當(dāng)用在形成包含于有機(jī)電致發(fā)光元件中的衍射光柵中時(shí)，優(yōu)選使用與可見光相同波長范圍的激光光源。為此，用在本工藝中的光源例如是YAG激光器、YAG激光器多波、YAG激光器三波、彩色激光器、HE-Ne激光器、Ar離子激光器、Kr離子激光器、Cu蒸汽激光器、He-Cd激光器和N2激光器等。
在形成圖形時(shí)使用的光致抗蝕劑材料可以在正型光致抗蝕劑材料和負(fù)型光致抗蝕劑材料等中適當(dāng)選擇。如圖14所示，在光致抗蝕劑材料74中形成圖形之后，進(jìn)行刻蝕工藝，以便獲得如圖15所示的溝槽90。這個(gè)刻蝕工藝可以在公知方法當(dāng)中選擇，如濕法刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕、和離子研磨，以便形成溝槽。
接著，將介紹用光散射材料91填充溝槽90的方法。對(duì)于該方法，可以采用濕法工藝，如溶膠-凝膠工藝、或真空工藝，如濺射、淀積或CVD工藝。這里，光散射材料91可以只填充在溝槽90中，并且在用光散射材料91在整個(gè)基板表面上形成層之后，如圖16所示，可以通過拋光工藝(例如CMP工藝)除去形成在光透射部分上的光散射材料91。光散射材料91可采用具有不同折射率材料的混合物。該混合物可以是固體/空氣混合物，如多孔SiO2層，或固體/固體混合物，如SiO2/TiO2(該混合物可具有層狀)層。同時(shí)，當(dāng)溝槽90的壁不平整時(shí)，光散射材料91不是必須的，并且當(dāng)填充時(shí)，固體材料優(yōu)選為填充材料。然而，氣體，如氮?dú)?，或液體也可以使用，并且優(yōu)選具有散射特性。
本發(fā)明的有機(jī)電致發(fā)光元件包括光學(xué)元件用基板、陽極、至少由發(fā)射層構(gòu)成的有機(jī)層、和陰極。作為根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)電致發(fā)光元件的器件結(jié)構(gòu)的特殊例子，圖17和18示出了有機(jī)層510、530、540在電極520、500、501之間為堆疊的一層或堆疊的兩層以上。例如，可以采用陽極/發(fā)射層/陰極結(jié)構(gòu)、陽極/空穴傳輸層/發(fā)射層/電子傳輸層/陰極結(jié)構(gòu)、陽極/空穴傳輸層/發(fā)射層/陰極結(jié)構(gòu)、以及陽極/發(fā)射層/電子傳輸層/陰極結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明的有機(jī)電致發(fā)光元件可以是小分子型或高分子型。
在本發(fā)明中使用的空穴傳輸層不特別限制，因此，如果它通常用做空穴傳輸材料，則任何化合物都可以接受。作為空穴傳輸材料的特殊例子，可以采用三苯基二胺族或星爆分子型，如雙(二(P-trile)氨基苯-1，1-環(huán)己烷，N-N’-聯(lián)苯-N-N’-雙(3-甲基苯基)-1-1’-聯(lián)苯-4-4’-二胺、N-N’-聯(lián)苯-N-N-雙(1-萘基)-1、1’-聯(lián)苯)4-4’-二胺。
本發(fā)明中使用的電子傳輸材料不特殊限制，如果它通常用做電子傳輸材料，則任何化合物都可以接受。作為電子傳輸材料的特殊例子，可以采用惡二唑衍生物、三唑衍生物、羥基喹啉金屬絡(luò)合物，如2-(4-聯(lián)苯)-5-4(t-丁基苯基)-1，3，4-惡二唑、雙{2-(4-t-丁基苯基)-1，3，4-惡二唑}-m-苯撐。
本發(fā)明中使用的發(fā)光材料不特殊限制，如果它通常用做發(fā)光材料，則任何化合物都可接受。作為發(fā)光材料的特殊例子，可以采用亞distyril-arylene衍生物(日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開No.H2-247278和H5-17765)、香豆素衍生物、二氰基-亞甲基-吡喃衍生物和二萘嵌苯衍生物(日本專利申請(qǐng)No.S68-264692)、芳環(huán)系材料(日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開No.H8-298186和H9-268284)、蒽族(日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開No.H9-157643、H9-268283和H10-72581)、和二羥基喹啉并吖啶(quinacridone)衍生物(日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開No.H5-70773)。
有機(jī)電致發(fā)光的陽極用于將空穴注入到空穴傳輸層中，并且有效的是它具有大于4.5eV的功函數(shù)。本發(fā)明中使用的陽極材料的特殊例子是ITO、NESA、金、銀、鉑和銅等。此外，陰極將電子注入到電子傳輸帶或發(fā)射層中，優(yōu)選地，它是低功函數(shù)材料。陰極材料不特別限制，并且具體而言，可采用In、Al、Mg、Mg-In合金、Mg-Al合金、Al-Li合金、Al-Sc-Li合金和Mg-Ag合金等。此外，本發(fā)明的有機(jī)電致發(fā)光元件可用于無源驅(qū)動(dòng)，和通過添加有源元件如薄膜晶體管TFT而可用于有源驅(qū)動(dòng)。形成本發(fā)明的有機(jī)電致發(fā)光元件的每層的方法不特殊限制，并且可以在公知方法中選擇。例如，可以采用真空淀積、分子束刻蝕(MBE)、或浸漬溶劑或分散到溶液或乳狀液中的方法，旋涂、澆注、棒涂和滾涂。
此外，本發(fā)明的有機(jī)電致發(fā)光顯示器件包括多個(gè)有機(jī)電致發(fā)光元件。驅(qū)動(dòng)這種顯示器件的方法可以是有源型或無源型，并不特別限制。
圖19和20示出了包括光學(xué)元件用基板的有源矩陣有機(jī)電致發(fā)光顯示器件的例子。
參見圖19和20，提供具有發(fā)光區(qū)和像素驅(qū)動(dòng)電路區(qū)的透光基板600。光散射單元650和光透射開口651可以形成在透光基板600的發(fā)光區(qū)中，如圖19所示。另一方面，光散射單元650和光透射開口651可以形成在透光基板600的發(fā)光區(qū)和像素驅(qū)動(dòng)電路區(qū)中，如圖20所示。光散射單元650、光透射開口651和透光基板600構(gòu)成光學(xué)元件用基板。在光學(xué)元件用基板上形成緩沖層601。光學(xué)元件用基板具有與上述實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)。
在像素驅(qū)動(dòng)電路區(qū)的緩沖層601上形成TFT和電容器620。TFT包括n或p型半導(dǎo)體層602；掩埋半導(dǎo)體層602的柵極絕緣膜603；對(duì)應(yīng)半導(dǎo)體層602的柵電極604；掩埋柵電極604的第一絕緣層605；漏電極607a和源電極607b。漏電極607a和源電極607b分別經(jīng)接觸孔606a和606b連接到半導(dǎo)體層602的兩側(cè)，其中接觸孔606a和606b形成在第一絕緣層605和柵極絕緣膜603中。電容器620具有被第一絕緣層605掩埋的下電極621和與下電極621相對(duì)的上電極622，其中上電極622連接到源電極607b并形成在第一絕緣層605上。
第二絕緣層608形成在第一絕緣層605上。第一電極層609形成在第二絕緣層608上，以便電連接到漏電極607a。形成具有暴露第一電極層609的開口的平面化膜610。該開口設(shè)置在發(fā)光區(qū)上。有機(jī)層611堆疊在第一電極層609上。第二電極層612形成在有機(jī)層611和平面化膜610上。
同時(shí)，在底部發(fā)射有機(jī)電致發(fā)光顯示器中，它包括由透明導(dǎo)電材料的ITO形成的第一電極層609，并包括透光基板600、緩沖層601、柵極絕緣膜603以及每個(gè)由透明材料形成的第一和第二絕緣層605和608。
此時(shí)，要形成光散射單元650和光透射開口651的位置不限于這些實(shí)施例，可以在具有高折射率的層之間。例如，光散射單元650和光透射開口651可以形成在第二絕緣層608的發(fā)光區(qū)中。
下面將詳細(xì)介紹本發(fā)明的例子。但是，本發(fā)明不限于這些例子，具體范圍參照詳細(xì)說明的其它部分以及附圖進(jìn)行說明。此外，在本發(fā)明的例子中，使用設(shè)置在基板法線方向上的光度計(jì)TOPCON BM-5A，在0.1度的光聚焦角上進(jìn)行有機(jī)電致發(fā)光元件的發(fā)光特性的測(cè)量。
(例1)使用旋涂器在石英基板(折射率為1.457)上形成厚度為4000的正型抗蝕劑材料，用作光致抗蝕劑材料，然后使用光掩模對(duì)抗蝕劑材料進(jìn)行構(gòu)圖。
作為光源，使用Hg-Xe燈(波長為250nm)。這里，使用周期為1.0μm、線寬為0.75μm、間隔寬度為0.25μm的條型掩模圖形。利用這個(gè)掩模，一次曝光之后，將掩模旋轉(zhuǎn)90°，并用相同條件再次曝光。這種曝光之后，用堿性顯影劑對(duì)掩模進(jìn)行處理，從而形成抗蝕劑圖形。作為SEM觀察的結(jié)果，確認(rèn)可以制造目標(biāo)光柵圖形。通過反應(yīng)氣體刻蝕(Samuco，RIE1ONR)對(duì)附著到制造的抗蝕劑圖形上的石英基板進(jìn)行刻蝕。在100W輸出的條件下，使用CF4(4Pa，20SCCM)進(jìn)行刻蝕。進(jìn)行刻蝕從而在2080秒期間在石英基板上形成10000的溝槽。
接著，用稀釋的氫氟酸處理形成的溝槽，并在溝槽中形成不平整。利用去除劑除去抗蝕劑材料之后，通過在溶膠-凝膠工藝中使用的分散形成TiO2，將該分散施加于形成的溝槽，并且通過低溫塑料溶膠-凝膠工藝進(jìn)行TiO2的填充。然后，通過使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)法拋光基板表面，平坦化基板表面。測(cè)量基板表面的平坦度，Ra為2nm。這個(gè)基板通過TiO2/石英界面和TiO2本身顯示了良好的散射特性。使用濺射工藝在基板上形成ITO層，從而薄層電阻變?yōu)?0Ω/□。ITO層是100nm厚。
接下來，在形成的ITO上形成下面的兩層，作為有機(jī)層。首先，作為空穴傳輸層，使用真空淀積法形成厚度為50nm的N-N’-雙(3-甲基苯基)-N，N’-聯(lián)苯-[1，1’-聯(lián)苯]-4，4’-二胺，然后使用真空淀積法形成厚度為70nm的三(8-羥基喹啉)鋁作為發(fā)射層。接著，使用真空淀積法以淀積速度比9∶1(原子重量比)淀積厚度為150nm的Mg-Ag合金作為陰極，從而制造有機(jī)電致發(fā)光元件。發(fā)光面積為4mm2。
當(dāng)5mA/cm2的電流施加于這個(gè)制造的器件時(shí)，獲得275cd/m2的亮度。證實(shí)了與第一比較例的有機(jī)EL器件相比提高了發(fā)光效率。
(比較例)除了沒有光散射單元之外，與第一例子的情況相同地制造有機(jī)電致發(fā)光元件。當(dāng)5mA/cm2的電流施加于這個(gè)器件時(shí)，獲得190cd/m2的亮度。
(例2)使用旋涂器在石英基板(折射率為1.457)上形成厚度為4000的正型抗蝕劑材料，用作光致抗蝕劑材料，然后通過兩光通量激光器干涉曝光系統(tǒng)對(duì)形成的光致抗蝕劑進(jìn)行曝光。作為在這種兩光通量激光器干涉曝光系統(tǒng)中使用的激光光源，采用Ar離子激光器(波長為488nm)，在下列條件下進(jìn)行曝光。
用分束器將激光分成兩個(gè)光通量，并且利用反射鏡進(jìn)行干涉曝光，使得在基板表面上的交叉角變?yōu)榇蠹s31度(激光器發(fā)光強(qiáng)度100mA/cm2，曝光時(shí)間15秒)。進(jìn)行一次這種曝光之后，將基板旋轉(zhuǎn)90°，并利用相同的條件進(jìn)行再次曝光。
曝光之后，通過堿性顯影劑AZ300MIF(由Clariant日本公司制造的)將其處理，從而形成光柵圖形。作為SEM觀察的結(jié)果，獲得大約475nm的周期性結(jié)構(gòu)。線與空間的比(圖形間隔與圖形寬度的比)大約為3∶1。使用反應(yīng)氣體刻蝕(Samuco，RIE-1ONR)工藝刻蝕附著到制造的抗蝕劑圖形上的石英基板。該刻蝕是在100W輸出的條件下使用CF4(4Pa，20SCCM)進(jìn)行的。在1040秒期間在石英基板中將溝槽刻蝕到5000。接著，用稀釋的氫氟酸處理形成的溝槽，并且在溝槽中形成不平整。然后，通過除去劑除去抗蝕劑材料。此外，通過溶膠-凝膠工藝，使用TiO2多孔層填滿溝槽并進(jìn)行平坦化。接著，通過CMP工藝拋光TiO2。通過這個(gè)拋光，可以在石英基板上制造TiO2的周期性結(jié)構(gòu)。在與第一例子相同的條件下測(cè)量基板表面的平坦度，Ra為2nm。這個(gè)基板通過TiO2/石英界面和TiO2本身展示了良好散射特性。使用濺射工藝在基板上形成ITO層，從而薄層電阻變?yōu)?0Ω/□。ITO層的厚度為100nm。
接下來，在形成的ITO上形成作為有機(jī)層的兩層。首先，作為空穴傳輸層，使用真空淀積法形成厚度為50nm的N-N’-雙(3-甲基苯基)-N，N’-聯(lián)苯-[1，1’-聯(lián)苯]-4，4’-二胺，然后使用真空淀積法形成厚度為70nm的三(8-羥基喹啉)鋁作為發(fā)射層。接著，使用真空淀積法以淀積速度比9∶1淀積厚度為150nm的Mg-Ag合金作為陰極，從而制造有機(jī)電致發(fā)光元件。發(fā)光面積為4mm2。當(dāng)5mA/cm2的電流施加于這個(gè)器件時(shí)，獲得275cd/m2的亮度。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的基板，提高了基板前向的亮度，并且可以提供具有良好可見度的有機(jī)電致發(fā)光元件。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)元件用基板，包括散射可見光的光散射單元，和在透射可見光的透光基板中透射可見光的光透射開口；其中在基板厚度方向上的光散射單元的長度L和光透射開口的寬度W由以下方程式表示W(wǎng)/L≤tan(arcsin(n1/n2))其中n1表示空氣的折射率，n2表示透光基板的折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的基板，其中光散射單元的一個(gè)表面具有與透光基板相同的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的基板，其中光透射開口通過由至少光散射單元的分割而形成在透光基板中，和其中光透射開口周期性地設(shè)置在基板表面的方向上。
4.根據(jù)權(quán)利要求的基板，其中該光學(xué)元件用基板是用于形成至少一個(gè)顯示像素的，并且光散射單元在顯示像素的至少一個(gè)方向中延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的基板，其中光散射單元是分割顯示像素的壁結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的基板，其中被壁型結(jié)構(gòu)分割的光透射開口周期性地設(shè)置在基板表面的方向中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的基板，其中光透射開口的寬度W為100nm到20μm。
8.根據(jù)權(quán)利要求3的基板，其中光透射開口在基板表面的方向上周期性地設(shè)置，并且分割壁的厚度和與該分割壁相鄰的一個(gè)光透射開口的寬度之和為130nm到25μm。
9.一種有機(jī)電致發(fā)光元件，包括權(quán)利要求1的光學(xué)元件用基板、陽極、至少由發(fā)射層構(gòu)成的有機(jī)層、和陰極。
10.一種有機(jī)電致發(fā)光顯示器件，包括多個(gè)權(quán)利要求9的有機(jī)電致發(fā)光元件。
全文摘要
本發(fā)明使用光學(xué)元件用基板作為有機(jī)電致發(fā)光元件的光提取基板，該光學(xué)元件用基板包括散射可見光的光散射單元和在透射可見光的透光基板中透射可見光的光透射開口。借此，提供光學(xué)元件用基板、有機(jī)電致發(fā)光元件和有機(jī)電致發(fā)光顯示器件，提高了向基板外部的光提取效率，通過獲得高亮度有機(jī)電致發(fā)光元件還提高了光提取效率。
文檔編號(hào)H01L51/50GK1578565SQ20041005902
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月29日
發(fā)明者五藤智久, 東口達(dá), 上條敦, 大西康晴, 石川仁志, 山成淳一 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社