JP2005150042A - Organic el light emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は有機EL発光素子に関するもので、特にトップエミッション素子に関し、キャリアバランスを崩すことなしに、干渉を制御して効率を高めた有機EL発光素子に関する。 The present invention relates to an organic EL light emitting device, and more particularly, to a top emission device, and more particularly to an organic EL light emitting device in which the efficiency is improved by controlling interference without breaking the carrier balance.
有機EL発光素子は、自発光性であることによる高い視認性と、完全固体素子であることによる優れた耐衝撃性および取り扱い容易性とを有し、各種表示装置における発光素子としての利用が注目されている。 Organic EL light-emitting elements have high visibility due to being self-luminous, and excellent impact resistance and ease of handling due to being completely solid elements, and attention is paid to their use as light-emitting elements in various display devices. Has been.
近年、複数の有機EL発光素子をマトリクス状に配列して形成される有機ELディスプレイにおいて、アクティブマトリックス型ディスプレイの開発が盛んに行われている。アクティブマトリックス型ディスプレイは、ピクセルまたはサブピクセルと1対1に接続される複数のスイッチング素子(TFTまたはMIMなど)を有する基板上に、有機EL層および均一に形成される透明電極を形成することによって作製される。しかし、スイッチング素子間あるいは各ピクセルもしくはサブピクセルの有機EL層間の特性のバラツキが大きく、現状では、バラツキ補正のために様々な駆動回路を、スイッチング素子とともに基板上に設けることが必要とされている。そのような複雑な回路の必要性は、1つのピクセルまたはサブピクセルを駆動するのに必要なTFT数の増加を招き、ひいては、基板上の透明領域の面積を減少させてしまう。このような状況において、基板側から光を取り出す「ボトムエミッション」方式のディスプレイよりも、光を基板の反対側(上部電極側)から取り出す「トップエミッション」方式の方が有利であると考えられるようになってきている。 In recent years, active matrix displays have been actively developed for organic EL displays formed by arranging a plurality of organic EL light emitting elements in a matrix. An active matrix display is formed by forming an organic EL layer and a uniformly formed transparent electrode on a substrate having a plurality of switching elements (such as TFTs or MIMs) connected one-to-one with pixels or sub-pixels. Produced. However, there is a large variation in characteristics between switching elements or between organic EL layers of each pixel or sub-pixel, and at present, it is necessary to provide various drive circuits on the substrate together with the switching elements in order to correct the variation. . The need for such a complex circuit results in an increase in the number of TFTs required to drive a single pixel or subpixel, which in turn reduces the area of the transparent region on the substrate. In such a situation, it seems that the “top emission” method in which light is extracted from the opposite side (upper electrode side) of the substrate is more advantageous than the “bottom emission” method in which light is extracted from the substrate side. It is becoming.
有機EL発光素子の構成は、陽極/有機EL層/陰極の構成を基本とし、該有機EL層としては、有機発光層を含み、必要に応じて正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層および/または電子輸送層が設けたられた構造が知られている。このようなEL素子においては、有機EL層を構成する各層の膜厚、たとえば正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子注入層の各膜厚を制御し、最大の光取り出し効率および最高の輝度を得る試みが多くなされている。 The structure of the organic EL light-emitting element is based on the structure of an anode / organic EL layer / cathode. The organic EL layer includes an organic light-emitting layer, and if necessary, a hole injection layer, a hole transport layer, and an electron injection. A structure provided with a layer and / or an electron transport layer is known. In such an EL element, the thickness of each layer constituting the organic EL layer, for example, the thickness of each of the hole injection layer, the hole transport layer, the light emitting layer, and the electron injection layer is controlled, and the maximum light extraction efficiency and Many attempts have been made to obtain the highest brightness.
たとえば、従来のボトムエミッション方式の基板/透明陽極/正孔輸送性発光層/電子輸送層/反射性陰極の構成を有する有機EL発光素子において、電子輸送層の膜厚を30〜60nmに制御して、光取り出し効率の向上を図った技術が開示されている(特許文献1参照)。これは、発光層と反射性陰極間の距離が重要な因子であることを示している。また、同様の構成を有する有機EL発光素子において、電子輸送層の膜厚を制御して、発光層にて発生して基板へと向かう光と、発光層を発して反射性陰極で反射して基板へと向かう光とを同相的に干渉させ、発光層からの光を実質的に増大させると同時に輝度の視野角依存性を低減する技術が開示されている(特許文献2参照)。さらに、透明陽極および有機EL層の光学膜厚を選定することにより、素子から発せられる光の色純度を改善する技術が開示されている(特許文献3参照)。 For example, in an organic EL light emitting device having the structure of a conventional bottom emission type substrate / transparent anode / hole transporting light emitting layer / electron transporting layer / reflective cathode, the film thickness of the electron transporting layer is controlled to 30 to 60 nm. A technique for improving the light extraction efficiency is disclosed (see Patent Document 1). This indicates that the distance between the light emitting layer and the reflective cathode is an important factor. Further, in an organic EL light emitting device having the same configuration, the film thickness of the electron transport layer is controlled, and light generated in the light emitting layer and directed to the substrate is emitted from the light emitting layer and reflected by the reflective cathode. A technique is disclosed in which the light traveling toward the substrate interferes in phase with each other to substantially increase the light from the light-emitting layer and at the same time reduce the viewing angle dependency of luminance (see Patent Document 2). Furthermore, a technique for improving the color purity of light emitted from the element by selecting the optical film thickness of the transparent anode and the organic EL layer is disclosed (see Patent Document 3).
同相的な干渉を用いる場合、その干渉条件を満たす特定波長の光に関する取り出し効率を向上させることができるが、その他の波長の光に関する取り出し効率を向上させることはできない。広い波長範囲において高い光取り出し効率を実現するためには、該波長範囲における多重干渉を防止する必要がある。基板/反射陽極/正孔注入輸送層/有機発光層/電子注入輸送層/透明陰極の構成を有するトップエミッション方式の有機EL発光素子において、多重干渉の発生を防止するためには、該干渉は反射電極と有機発光層との間に存在する正孔注入輸送層(たとえば透明導電性酸化物層、正孔注入層、正孔輸送層等を含む)の光路長を調整する必要がある。 When in-phase interference is used, the extraction efficiency for light of a specific wavelength that satisfies the interference condition can be improved, but the extraction efficiency for light of other wavelengths cannot be improved. In order to realize high light extraction efficiency in a wide wavelength range, it is necessary to prevent multiple interference in the wavelength range. In order to prevent the occurrence of multiple interference in a top emission type organic EL light emitting device having the structure of substrate / reflective anode / hole injection transport layer / organic light emitting layer / electron injection transport layer / transparent cathode, the interference is It is necessary to adjust the optical path length of a hole injection transport layer (for example, including a transparent conductive oxide layer, a hole injection layer, a hole transport layer, etc.) existing between the reflective electrode and the organic light emitting layer.
一方、現在用いられている有機EL層の材料系では、有機EL層中の電子移動度が正孔移動度に比較して小さいため、有機発光層において電子に対して正孔が過多となる傾向がある。これに対して、従来は電子注入輸送層を薄くすると同時に正孔注入輸送層を厚くしてキャリアバランスを維持し、有機EL発光素子の発光効率の低下を防止している。したがって、多重干渉の発生を防止し、適切なキャリアバランスを維持しつつ、広い波長範囲の光の取り出し効率を向上させる方法が求められている。 On the other hand, in the organic EL layer material system currently used, since the electron mobility in the organic EL layer is smaller than the hole mobility, the organic light emitting layer tends to have more holes than electrons. There is. On the other hand, conventionally, the electron injecting and transporting layer is made thin and the hole injecting and transporting layer is made thick to maintain the carrier balance, thereby preventing the light emission efficiency of the organic EL light emitting element from being lowered. Therefore, there is a need for a method for improving the light extraction efficiency in a wide wavelength range while preventing the occurrence of multiple interference and maintaining an appropriate carrier balance.
上述の点を鑑みて、本発明は、キャリアバランスを維持しながら、干渉を制御して発光効率と色純度の向上を可能にするトップエミッション方式の有機EL発光素子を提供することにある。 In view of the above, it is an object of the present invention to provide a top emission type organic EL light emitting device that can improve the light emission efficiency and the color purity by controlling the interference while maintaining the carrier balance.
本発明の第1の実施形態の有機EL発光素子は、基板と、金属陽極と、有機EL層と、透明陰極とが順次積層されている有機EL発光素子において、前記有機EL層は正孔注入層、正孔を通過させる反射層、正孔輸送層および発光層をこの順に含むことを特徴とする。前記反射層は、金属、合金、導電性ポリマーおよび導電性化合物からなる群から選択される材料で形成されていてもよい。 The organic EL light-emitting device according to the first embodiment of the present invention is an organic EL light-emitting device in which a substrate, a metal anode, an organic EL layer, and a transparent cathode are sequentially stacked. A layer, a reflective layer through which holes pass, a hole transport layer, and a light emitting layer are included in this order. The reflective layer may be formed of a material selected from the group consisting of metals, alloys, conductive polymers, and conductive compounds.
本発明の第2の実施形態の有機EL発光素子は、基板と、金属陽極と、有機EL層と、透明陰極とが順次積層されている有機EL発光素子において、前記有機EL層は正孔注入層、正孔を通過させる高屈折率層、正孔輸送層および発光層をこの順に含み、前記高屈折率層は有機EL層の他の層よりも高い屈折率を有することを特徴とする。前記高屈折率層は、透明導電性酸化物を用いて形成されていてもよい。 An organic EL light emitting device according to a second embodiment of the present invention is an organic EL light emitting device in which a substrate, a metal anode, an organic EL layer, and a transparent cathode are sequentially laminated. A high refractive index layer that allows holes to pass therethrough, a hole transport layer, and a light emitting layer in this order, wherein the high refractive index layer has a higher refractive index than the other layers of the organic EL layer. The high refractive index layer may be formed using a transparent conductive oxide.
本発明の第3の実施形態の有機EL発光素子は、基板と、金属陽極と、有機EL層と、透明陰極とが順次積層されている有機EL発光素子において、前記有機EL層は、第1正孔層と、第1正孔層よりも高い屈折率を有する第2正孔層と、前記第2正孔層と接触している発光層とを含み、前記第1および第2正孔層は前記発光層と前記金属陽極との間に配置されていることを特徴とする。前記第1正孔層が高分子有機物で形成されており、前記第2正孔層が低分子有機物で形成されていてもよい。 The organic EL light emitting device according to the third embodiment of the present invention is an organic EL light emitting device in which a substrate, a metal anode, an organic EL layer, and a transparent cathode are sequentially laminated. A first hole layer, a second hole layer having a higher refractive index than the first hole layer, and a light emitting layer in contact with the second hole layer, wherein the first and second hole layers Is arranged between the light emitting layer and the metal anode. The first hole layer may be formed of a high molecular weight organic material, and the second hole layer may be formed of a low molecular weight organic material.
本発明により、キャリアバランスを崩すことなく干渉を制御して、良好な発光効率および色純度を与える有機EL発光素子を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an organic EL light emitting element which can control interference without destroying the carrier balance and give good luminous efficiency and color purity.
本発明の第1の実施の形態の有機EL発光素子を、図1に示す。図1の有機EL発光素子は、基板1上に、反射陽極2、透明陽極3、正孔注入層4、反射層5、正孔輸送層6、有機発光層7、電子輸送層8、バッファ層9および透明陰極10が順次積層された構造を有する。
The organic EL light emitting device of the first embodiment of the present invention is shown in FIG. 1 includes a
反射陽極2は、有機EL発光層の発する光の波長域(好ましくは可視光領域全体)において50%以上、好ましくは70%以上の反射率を有する単層膜または積層膜であることが好ましい。反射陽極2は、Al、Ag、Mo、W、Ni、Crなどの高反射率の金属、NiP、NiB、CrPおよびCrBなどのアモルファス合金、NiAlなどの微結晶性合金を用いて形成される。特に、反射電極2はその上に積層される層の下地となるため、良好な平坦性を有するアモルファス合金または微結晶性合金を用いて形成することが好ましい。アモルファス材料の膜の上に高反射率の金属の極薄膜を積層したもの(たとえばCrB/Ag,CrB/Al)が特に好ましい。反射陽極2は、蒸着(抵抗加熱または電子ビーム加熱)、スパッタ、イオンプレーティング、レーザーアブレーションなどの当該技術において知られている任意の手段を用いて形成することができる。
The
透明陽極3は、任意選択的に設けてもよい層であり、スパッタ、イオンプレーティング、レーザーアブレーションなどの当該技術において知られている任意の手段を用いて、SnO2、In2O3、ITO、IZO、ZnO:Alなどの導電性金属酸化物を含む公知の材料から形成することができる。透明陽極3は、波長400〜800nmの光に対して好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上の透過率を有することが好ましい。反射陽極2および透明陽極3は、一体となって陽極として機能する。反射陽極2は、主として低い電気抵抗性を提供するために設けられる層であり、透明陽極3は、主として正孔注入に好適な仕事関数を提供するために設けられる層であり、連続層を形成するのに充分な20nm以上、好ましくは20〜40nmの膜厚を有することが望ましい。
The
本実施形態の有機EL発光素子の有機EL層は、正孔注入層4、反射層5、正孔輸送層6、有機発光層7を含み、必要に応じて電子輸送層8を含む。有機EL層の望ましい層構成は、正孔注入層4/反射層5/正孔輸送層6/有機発光層7/電子輸送層8である。
The organic EL layer of the organic EL light emitting device of the present embodiment includes a hole injection layer 4, a
正孔注入層4は、陽極(反射陽極2または透明陽極3)から有機物層への正孔の注入を容易にするための層である。正孔注入層4は、フタロシアニン類(銅フタロシアニンなど)またはインダンスレン系化合物などを用いて形成することができる。正孔注入層4は、蒸着などの当該技術において知られている任意の手段を用いて形成することができる。
The hole injection layer 4 is a layer for facilitating injection of holes from the anode (the
反射層5は、正孔注入層4と正孔輸送層6との間に設けられる層である。反射層5は、陽極から注入される正孔を通過させると同時に、高反射率を有する材料から形成される。正孔の通過に対するポテンシャル障壁を形成しないために、反射層5は、4.5eV以上、好ましくは4.8eV以上、より好ましくは5.0eV以上の仕事関数を有することが望ましい。また、反射層は、可視光領域の光に対して、50%以上、より好ましくは85%以上の反射率を有することが望ましい。反射層5は、Ag、Al、Rhなどの金属またはそれらの合金;ヨウ素もしくは臭素などのハロゲン類、五フッ化砒素、三フッ化ホウ素または過塩素酸をドープされたポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマー;あるいは酸化バナジウム、酸化モリブデンのような導電性酸化物を含む電気伝導性化合物を用いて形成することができる。反射層5は、連続層を形成するのに充分な20nm以上、好ましくは20〜40nmの膜厚を有することが望ましい。
The
正孔輸送層6は、陽極から注入される正孔を有機発光層7へと輸送するための層であり、同時に陰極から注入される電子の移動を阻止するための層である。正孔輸送層6の材料としては、TPD、N,N’−ビス(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニルビフェニルアミン(α−NPD)、4,4’,4”−トリス(N−3−トリル−N−フェニルアミノ)トリフェニルアミン(m−MTDATA)、N,N,N’,N’−テトラビフェニル−4,4’−ビフェニレンジアミン(TBPB)などのトリアリールアミン系材料を含む公知の材料を用いることができる。正孔輸送層6は、蒸着などの当該技術において知られている任意の手段を用いて形成することができる。
The
有機発光層7は、陽極から注入される正孔と陰極から注入される電子との再結合により発光する層である。有機発光層7は、任意の公知の材料を用いて形成することができる。たとえば、青色から青緑色の発光を得るためには、例えばベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、べンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、金属キレート化オキソニウム化合物、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物などの材料が好ましく使用される。あるいはまた、ホスト化合物(ジスチリルアリーレン化合物、TPD、アルミニウムトリス(8−キノリノラート)(Alq)など)にドーパント(ペリレン、キナクリドン類、ルブレンなど)を添加することによって、種々の波長域の光を発する有機発光層7を形成してもよい。
The organic
電子輸送層8は、陰極から注入される電子を有機発光層7へと輸送するための層であり、同時に陽極から注入される正孔の移動を阻止するための層である。電子輸送層8の材料としては、2−(4−ビフェニル)−5−(p−tブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(PBD)のようなオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、フェニルキノキサリン類、アルミニウムのキノリノール錯体(たとえばAlq)などを用いることができる。電子輸送層8は、蒸着などの当該技術において知られている任意の手段を用いて形成することができる。
The
あるいはまた、正孔注入層4、正孔輸送層6、有機発光層7および電子輸送層8のそれぞれは、前述の低分子材料をポリマー中に分散させた材料、あるいは前述の低分子材料をポリマー鎖に化学的に結合した材料を用いて形成してもよい。用いることができるポリマーは、ポリエステル、ポリイミド、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などを含む。より望ましくは、前述の低分子材料をポリアミド酸に化学的に結合させた材料を塗布および加熱して形成されるポリイミドを用いる。このような高分子材料を用いる場合、それぞれの層は、たとえばスピンコート法、キャスト法、LB法などの公知の方法によって形成することができる。
Alternatively, each of the hole injection layer 4, the
バッファ層9は、透明陰極10から有機物層への電子の注入を容易にすると同時に、透明陰極10の形成に用いられるスパッタ工程において、有機物層がダメージを受けるのを防止するための層である。バッファ層9の材料としては、4.8eV未満、好ましくは4.0eV未満、より好ましくは3.7eV未満の仕事関数を有する、アルカリ金属、アルカリ土類金属またはそれらを含む合金を用いることができ、たとえばAl、AlLi、Ag、MgAg、AgLiなどを用いることができる。あるいはまた、前述の材料と、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のフッ化物などの電子注入性透明材料との積層体としてもよい。電子注入性透明材料としては、例えばLiF、MgF2、CaF、NaF、SiO、Sb2O3などを用いることができる。本発明の有機EL発光素子においては、バッファ層を通して有機発光層の光を外部に取り出すために、バッファ層9の膜厚を20nm以下、より好ましくは10nm以下とし、透明性を付与することが望ましい。バッファ層9は、蒸着などの当該技術において知られている任意の手段を用いて形成することができる。
The
透明陰極10は、透明陽極3と同様の材料を用い、同様の方法で形成することができる。透明電極3は、波長400〜800nmの光に対して好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上の透過率を有することが好ましい。また、発光効率を向上させるために、透明陰極10は充分に低い抵抗率を与えるような厚さ、好ましくは30nm以上、より好ましくは100〜300nmの範囲内の厚さを有することが望ましい。また、透明電極10の膜厚も干渉に影響するため、その膜厚を、干渉条件によってもしくは実験的に求めてもよい。
The
本実施形態の有機EL発光素子においては、有機発光層7から陽極側に発せられる光を反射層5と正孔輸送層6との界面にて反射された光と有機発光層7から透明陰極10側に発せられる光との間の多重干渉を起こさせないようにすることによって、特性波長のみではなく広い波長範囲において高い光取り出し効率を達成することが可能となる。
In the organic EL light emitting device of this embodiment, the light emitted from the organic
多重干渉を起こさないようにするためには、有機発光層から発せられる光の波長λ(400〜700nm)に対して、以下の式(1)を満たすように有機発光層7および正孔輸送層6の膜厚を設定することが必要である。
In order not to cause multiple interference, the organic
(式中、nOEM、dOEMは有機発光層7の屈折率および膜厚であり、nHTL、dHTLは正孔輸送層6の屈折率および膜厚であり、mは1以上の整数である)
(In the formula, n OEM and d OEM are the refractive index and film thickness of the organic
低分子材料から形成された正孔輸送層6および有機発光層7の屈折率nOEMおよびnHTLをエリプソメータを用いて測定したところ、いずれの屈折率も1.85(450nm)、1.75(530nm)、1.72(620nm)の値を示した。また、有機発光層7は、所望される強度の光を得るために20〜60nmの厚さを有することが必要である。したがって、波長λが400〜700nmの範囲内である場合、干渉の制御(多重干渉の防止)のためには、正孔輸送層6の厚さを46nm未満とすることが望ましい。また、有機発光層7に対して正孔を円滑に輸送するために、正孔輸送層6は、10nm以上の厚さを有することが好ましい。
When the refractive indexes n OEM and n HTL of the
さらに、本実施形態の有機EL発光素子において、有機発光層7に注入されるキャリアのバランスは、正孔注入層4/反射層5/正孔輸送層6の総膜厚と、電子輸送層8/バッファ層9の総膜厚との比を変化させることにより維持される。望ましくは、正孔注入層4の膜厚を変化させて、キャリアバランスを維持する。本実施形態の有機EL発光素子においては、正孔注入層4/反射層5/正孔輸送層6の総膜厚が40〜260nmの範囲内であり、正孔注入層4の膜厚が20〜240nmの範囲内であることが望ましい。
Further, in the organic EL light emitting device of this embodiment, the balance of carriers injected into the organic
本発明の第2の実施形態の有機EL発光素子を図2に示す。図2に示した有機EL発光素子は、反射層5に代えて高屈折率層11を形成したことを除いて第1の実施形態と同様の層構成を有する。高屈折率層以外の層は、第1の実施形態と同様の材料から形成することができる。
An organic EL light emitting device according to the second embodiment of the present invention is shown in FIG. The organic EL light emitting device shown in FIG. 2 has the same layer configuration as that of the first embodiment except that the high refractive index layer 11 is formed instead of the
高屈折率層11は、陽極から注入される正孔を通過させると同時に、高屈折率を有する材料から形成される。正孔の通過に対するポテンシャル障壁を形成しないために、高屈折率層11は、4.5eV以上、好ましくは4.8eV以上、より好ましくは5.0eV以上の仕事関数を有することが望ましい。また高屈折率層11は、可視光領域において2.0以上、好ましくは2.0〜3.0の屈折率を有することが好ましい。高屈折率層11は、SnO2、In2O3、ITO、IZO、ZnO:Alのような導電性金属酸化物を用いて形成することができる。エリプソメータで測定した際に2.2(450nm)、2.0(620nm)の屈折率を有するIZOを用いることが特に望ましい。 The high refractive index layer 11 is formed of a material having a high refractive index while allowing holes injected from the anode to pass therethrough. In order not to form a potential barrier against the passage of holes, the high refractive index layer 11 desirably has a work function of 4.5 eV or more, preferably 4.8 eV or more, more preferably 5.0 eV or more. The high refractive index layer 11 preferably has a refractive index of 2.0 or more, preferably 2.0 to 3.0 in the visible light region. The high refractive index layer 11 can be formed using a conductive metal oxide such as SnO 2 , In 2 O 3 , ITO, IZO, ZnO: Al. It is particularly desirable to use IZO having a refractive index of 2.2 (450 nm) and 2.0 (620 nm) when measured with an ellipsometer.
本実施形態の有機EL発光素子においては、有機発光層7から陽極側に発せられる光を正孔注入層4と高屈折率層11の界面にて反射された光と有機発光層7から透明陰極10側に発せられる光との間の多重干渉を起こさせないようにすることによって、特性波長のみではなく広い波長範囲において、色純度の確保および高い光取り出し効率を達成することが可能となる。
In the organic EL light emitting device of the present embodiment, the light emitted from the organic
多重干渉を起こさないようにするためには、有機発光層から発せられる光の波長λ(400〜700nm)に対して、以下の式(2)を満たすように有機発光層7、正孔輸送層6および高屈折率層11の膜厚を設定することが必要である。
In order to prevent multiple interference, the organic light-emitting
(式中、nOEM、dOEMは有機発光層7の屈折率および膜厚であり、nHTL、dHTLは正孔輸送層6の屈折率および膜厚であり、nTOL、dTOLは高屈折率層11の屈折率および膜厚であり、mは1以上の整数である)
(In the formula, n OEM and d OEM are the refractive index and film thickness of the organic
本実施形態において、高屈折率層11は、連続層を形成するのに充分な10〜40nm、好ましくは10〜30nmの膜厚を有することが望ましい。また、本実施形態においても、正孔輸送層6の膜厚によって干渉を制御することが望ましい。高屈折率層11の屈折率および膜厚に依存するが、波長λが400〜700nmの範囲内である場合、正孔輸送層6の厚さを89nm未満とすることが望ましい。また、有機発光層7に対して正孔を円滑に輸送するために、正孔輸送層6は、10nm以上の厚さを有することが好ましい。
In the present embodiment, the high refractive index layer 11 desirably has a thickness of 10 to 40 nm, preferably 10 to 30 nm, sufficient to form a continuous layer. Also in this embodiment, it is desirable to control interference by the film thickness of the
本実施形態の有機EL発光素子において、有機発光層7に注入されるキャリアのバランスは、正孔注入層4/高屈折率層11/正孔輸送層6の総膜厚と、電子輸送層8/バッファ層9の総膜厚との比を変化させることにより維持される。望ましくは、正孔注入層4の膜厚を変化させて、キャリアバランスを維持する。本実施形態の有機EL発光素子においては、正孔注入層4/高屈折率層11/正孔輸送層6の総膜厚が40〜260nmの範囲内であり、正孔注入層4の膜厚が20〜240nmの範囲内であることが望ましい。
In the organic EL light-emitting device of this embodiment, the balance of carriers injected into the organic light-emitting
本発明の第3の実施形態の有機EL発光素子を図3に示す。図3の有機EL発光素子は、基板1上に、反射陽極2、透明陽極3、第1正孔層12、第2正孔層13、有機発光層7、電子輸送層8、バッファ層9および透明陰極10が順次積層された構造を有する。第1正孔層12および第2正孔層13を除くそれぞれの層は、第1の実施形態と同様の材料を用いて形成することができる。
An organic EL light emitting device of the third embodiment of the present invention is shown in FIG. 3 includes a
第1正孔層12は、正孔注入性材料または正孔輸送性材料をポリマー中に分散させた高分子材料から形成される層である。分散される正孔注入性材料としては、フタロシアニン類(銅フタロシアニンなど)またはインダンスレン系化合物を用いることができる。分散される正孔輸送性材料としては、TPD、α−NPD、m−MTDATA、TBPBなどのトリアリールアミン系化合物を用いることができる。また、高分子材料を形成するポリマーとしては、ポリエステル、ポリイミド、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などを含み、より好ましくはポリエステルまたはポリイミドを用いることができる。あるいはまた、第1正孔層12を、前述の正孔注入性材料または正孔輸送性材料を前述のポリマー分子に化学的に結合させた高分子材料から形成してもよい。たとえば、前述の正孔注入性材料または正孔輸送性材料をポリアミド酸に化学的に結合させ、それを加熱することにより形成されるポリイミドを用いることができる。このような高分子材料を用いて第1正孔層12を形成することにより、その屈折率を1.5程度まで低下させることができる。第1正孔層12は、たとえばスピンコート法、キャスト法、LB法などの公知の方法によって形成することができる。 The first hole layer 12 is a layer formed from a polymer material in which a hole injecting material or a hole transporting material is dispersed in a polymer. As the hole-injecting material to be dispersed, phthalocyanines (such as copper phthalocyanine) or indanthrene compounds can be used. As the hole transporting material to be dispersed, triarylamine compounds such as TPD, α-NPD, m-MTDATA, and TBPB can be used. Moreover, as a polymer which forms a polymeric material, polyester, a polyimide, an acrylic resin, an epoxy resin, etc. are included, More preferably, polyester or a polyimide can be used. Alternatively, the first hole layer 12 may be formed of a polymer material in which the above-described hole injecting material or hole transporting material is chemically bonded to the above polymer molecule. For example, polyimide formed by chemically bonding the above-described hole injecting material or hole transporting material to polyamic acid and heating it can be used. By forming the first hole layer 12 using such a polymer material, the refractive index can be lowered to about 1.5. The first hole layer 12 can be formed by a known method such as a spin coating method, a casting method, or an LB method.
第2正孔層13は、正孔注入性材料または正孔輸送性材料から形成される層であり、望ましくは正孔輸送性材料から形成される層である。正孔輸送性材料としては、TPD、α−NPD、m−MTDATA、TBPBなどのトリアリールアミン系化合物を用いることができる。これらの材料は、1.85(450nm)、1.75(530nm)、1.72(620nm)の屈折率を有するので、高分子材料を用いた第1正孔層12との間に、充分な屈折率差を付与することが可能となる。
The
本実施形態の有機EL発光素子においては、第2正孔層13の屈折率を第1正孔層12の屈折率よりも大きくして、第1正孔層12/第2正孔層13の界面において有機発光層7からの光を反射させる。第2正孔層13の屈折率は、第1正孔層12の屈折率よりも10%以上、好ましくは15%以上、より好ましくは20%以上大きいことが望ましい。そして、有機発光層7から陽極側に発せられる光を第1正孔層12と第2正孔層13との界面にて反射された光と有機発光層7から透明陰極10側に発せられる光との間の多重干渉を起こさせないようにすることによって、特性波長のみではなく広い波長範囲において、色純度の確保および高い光取り出し効率を達成することが可能となる。
In the organic EL light emitting device of this embodiment, the refractive index of the
多重干渉を起こさないようにするためには、有機発光層から発せられる光の波長λ(400〜700nm)に対して、以下の式(3)を満たすように有機発光層7および第2正孔層13の膜厚を設定することが必要である。
In order to prevent multiple interference, the organic
(式中、nOEM、dOEMは有機発光層7の屈折率および膜厚であり、nSHL、dSHLは第2正孔層13の屈折率および膜厚であり、mは1以上の整数である)
(In the formula, n OEM and d OEM are the refractive index and film thickness of the organic
有機発光層7は所望される強度の光を得るために20〜60nmの厚さが必要であるので、本実施形態においても第2正孔層13の膜厚によって干渉を制御する(多重干渉を防止する)ことが望ましい。波長λが400〜700nmの範囲内である場合、干渉の制御のためには、第2正孔層13の厚さを100nm未満とすることが望ましい。
Since the organic
一方、第1正孔層12は、反射面を形成するために連続層を形成することができ、かつ第2正孔層13と協調してキャリアバランスを維持するのに充分な膜厚を有することが好ましい。第1正孔層12は、20〜200nmの膜厚を有する。
On the other hand, the first hole layer 12 can form a continuous layer to form a reflective surface, and has a film thickness sufficient to maintain carrier balance in cooperation with the
上記の実施形態においては、単一の発光部を有する有機EL発光素子について説明したが、本発明の有機EL発光素子は、複数の独立した発光部をマトリクス状に配列した素子であってもよい。たとえば、図4に示すように、TFTまたはMIMのようなスイッチング素子を用いてアクティブマトリクス駆動型有機EL発光素子を形成することができる。図4の素子においては、基板上に複数のTFT21が設けられ、TFTを覆うように平坦化絶縁膜22が設けられている。そして、平坦化絶縁膜22に設けられた開口部を通して、複数のTFT21のソースと複数の部分に分割された反射陽極2とが1対1で接続されている。反射陽極2の上に、同様に複数の部分に分割された透明陽極3を設けてもよい。その上に、正孔注入層4、反射層5、正孔輸送層6、有機発光層7、電子輸送層8、バッファ層9、透明陰極10がさらに積層されている。図4の素子における透明陰極10は、複数の部分に分割されていない単一の電極である。透明陽極3以上の構成層を第1の実施形態である構造を図4に示したが、第2および第3の実施形態の構造を用いてもよいことはもちろんである。
In the above embodiment, the organic EL light emitting element having a single light emitting part has been described. However, the organic EL light emitting element of the present invention may be an element in which a plurality of independent light emitting parts are arranged in a matrix. . For example, as shown in FIG. 4, an active matrix driving type organic EL light emitting element can be formed using a switching element such as TFT or MIM. In the element of FIG. 4, a plurality of
あるいはまた、反射陽極と、存在する場合には透明陽極と、透明陰極とのそれぞれを、ライン形状を有する複数の部分から構成して、パッシブマトリクス駆動型有機EL発光素子を形成することも可能である。この場合、反射陽極のライン形状は、透明陰極のライン形状の延びる方向と直交する方向に延びるものである。また、透明陽極のライン形状の部分のそれぞれは、反射陽極のライン形状の部分の上に形成される。 Alternatively, each of the reflective anode, the transparent anode if present, and the transparent cathode can be composed of a plurality of portions having a line shape to form a passive matrix drive type organic EL light emitting device. is there. In this case, the line shape of the reflective anode extends in a direction orthogonal to the direction in which the line shape of the transparent cathode extends. Each of the line-shaped portions of the transparent anode is formed on the line-shaped portion of the reflective anode.
さらに、前述のように複数の独立した発光部を有する有機EL発光素子と、カラーフィルタまたは色変換フィルタとを組み合わせて、有機ELディスプレイを形成してもよい。カラーフィルタまたは色変換フィルタとして、複数種の色透過部または色変換部(たとえば赤色、緑色、青色)を有するものを用い、多色表示ディスプレイを形成することができる。カラーフィルタおよび色変換フィルタは、本発明の有機EL発光素子の透明陰極10の上に積層されるものであってもよい。あるいはまた、別の透明基板上に別途形成されるカラーフィルタおよび色変換フィルタを、本発明の有機EL発光素子と貼り合わせて多色表示ディスプレイを形成してもよい。
Further, as described above, an organic EL display may be formed by combining an organic EL light emitting element having a plurality of independent light emitting portions and a color filter or a color conversion filter. A multicolor display can be formed by using a color filter or a color conversion filter having a plurality of types of color transmission parts or color conversion parts (for example, red, green, and blue). The color filter and the color conversion filter may be laminated on the
(実施例1)
ガラス基板上に膜厚100nmのCrBをDCスパッタ法にて堆積させ、反射陽極2を形成した。DCスパッタ法による堆積は、室温にて、スパッタリングガスとしてArを用い、300Wのスパッタパワーを印加して行った。引き続いて、反射陽極2の乾燥処理(150℃)およびUV処理(室温および150℃)を行った。
(Example 1)
A
反射陽極2を形成した基板を7室型蒸着装置内に配置し、有機EL層の成膜を行った。成膜に際して真空槽内圧は1×10−5Paまで減圧した。蒸発源はそれぞれの層の材料により石英、Mo、BN、PBN製の抵抗加熱式るつぼを用いた。正孔注入層4、反射層5、正孔輸送層6、有機発光層7、電子輸送層8、バッファ層9、陰極10を真空を破らずに順次成膜した。各有機材料の蒸着レートは2〜4Å/sとした。正孔注入層4として膜厚60nmの銅フタロシアニン(CuPc)を、反射層5として膜厚20nmのAg(反射率95%)を、正孔輸送層6として膜厚20nmのTBPB(屈折率1.85)を、有機発光層7として膜厚40nmの4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニル(DPVBi、屈折率1.85)を、電子輸送層8として膜厚20nmのAlqを蒸着法により積層した。引き続いて、バッファ層9として膜厚5nmのMgAgを蒸着法により積層した。次に、スパッタリングターゲットとしてIZO(In2O3−10%ZnO)、スパッタリングガスとしてArを用いたDCスパッタ法にて、膜厚30nmのIZOを積層して、透明陰極10を得た。
The substrate on which the
以上のように作製した素子を、大気に暴露せずにグローブボックス(酸素および水分濃度ともに数ppm以下)に移動して、上記積層体が設けられていない部位にゲッター剤を塗布し、該ゲッター剤の外側の基板周縁部に紫外線硬化型接着剤を塗布し、そしてガラス基板を用いてUV封止を行った。 The device fabricated as described above was moved to a glove box (both oxygen and moisture concentrations of several ppm or less) without being exposed to the atmosphere, and a getter agent was applied to a portion where the laminate was not provided. An ultraviolet curable adhesive was applied to the peripheral edge of the substrate outside the agent, and UV sealing was performed using a glass substrate.
(実施例2)
ガラス基板上に膜厚100nmのCrBをDCスパッタ法にて堆積させ、反射陽極2を形成した。DCスパッタ法による堆積は、室温にて、スパッタリングガスとしてArを用い、300Wのスパッタパワーを印加して行った。引き続いて、反射陽極2の乾燥処理(150℃)およびUV処理(室温および150℃)を行った。
(Example 2)
A
反射陽極2を形成した基板を7室型蒸着装置内に配置し、有機EL層の成膜を行った。成膜に際して真空槽内圧は1×10−5Paまで減圧した。蒸発源はそれぞれの層の材料により石英、Mo、BN、PBN製の抵抗加熱式るつぼを用いた。正孔注入層4、高屈折率層11、正孔輸送層6、有機発光層7、電子輸送層8、バッファ層9、陰極10を真空を破らずに順次成膜した。各有機材料の蒸着レートは2〜4Å/sとした。正孔注入層4として膜厚60nmの銅フタロシアニン(CuPc)を、高屈折率層11として膜厚10nmのIZO(屈折率2.2)を、正孔輸送層6として膜厚20nmのTBPBを、有機発光層7として膜厚40nmのDPVBiを、電子輸送層8として膜厚20nmのAlqを蒸着法により積層した。引き続いて、バッファ層9として膜厚5nmのMgAgを蒸着法により積層した。次に、スパッタリングターゲットとしてIZO(In2O3−10%ZnO)、スパッタリングガスとしてArを用いたDCスパッタ法にて、膜厚30nmのIZOを積層して、透明陰極10を得た。
The substrate on which the
以上のように作製した素子を、大気に暴露せずにグローブボックス(酸素および水分濃度ともに数ppm以下)に移動して、上記積層体が設けられていない部位にゲッター剤を塗布し、該ゲッター剤の外側の基板周縁部に紫外線硬化型接着剤を塗布し、そしてガラス基板を用いてUV封止を行った。 The device fabricated as described above was moved to a glove box (both oxygen and moisture concentrations of several ppm or less) without being exposed to the atmosphere, and a getter agent was applied to a portion where the laminate was not provided. An ultraviolet curable adhesive was applied to the peripheral edge of the substrate outside the agent, and UV sealing was performed using a glass substrate.
(実施例3)
ガラス基板上に膜厚100nmのCrBをDCスパッタ法にて堆積させ、反射陽極2を形成した。DCスパッタ法による堆積は、室温にて、スパッタリングガスとしてArを用い、300Wのスパッタパワーを印加して行った。引き続いて、反射陽極2の乾燥処理(150℃)およびUV処理(室温および150℃)を行った。
(Example 3)
A
次に、反射陽極2の上に、CuPcを分子分散させたポリエステルをスピンコート法により塗布し、膜厚40nmの第1正孔層12(屈折率1.5)を形成した。第1正孔層12は、その全重量を基準として50質量%の含有量でCuPcを含んだ。
Next, on the
第1正孔層12を形成した基板を7室型蒸着装置内に配置し、有機EL層の成膜を行った。成膜に際して真空槽内圧は1×10−5Paまで減圧した。蒸発源はそれぞれの層の材料により石英、Mo、BN、PBN製の抵抗加熱式るつぼを用いた。第2正孔層13、有機発光層7、電子輸送層8、バッファ層9、陰極10を真空を破らずに順次成膜した。各有機材料の蒸着レートを、2〜4Å/sに設定した。第2正孔層13として膜厚20nmのTBPBを、有機発光層7として膜厚40nmのDPVBiを、電子輸送層8として膜厚20nmのAlqを蒸着法により積層した。引き続いて、バッファ層9として膜厚5nmのMgAgを蒸着法により積層した。次に、スパッタリングターゲットとしてIZO(In2O3−10%ZnO)、スパッタリングガスとしてArを用いたDCスパッタ法にて、膜厚30nmのIZOを積層して、透明陰極10を得た。
The substrate on which the first hole layer 12 was formed was placed in a seven-chamber vapor deposition apparatus, and an organic EL layer was formed. During film formation, the internal pressure of the vacuum chamber was reduced to 1 × 10 −5 Pa. As the evaporation source, a resistance heating crucible made of quartz, Mo, BN, or PBN was used depending on the material of each layer. The
以上のように作製した素子を、大気に暴露せずにグローブボックス(酸素濃度、水分濃度 数ppm以下)に移動して、上記積層体が設けられていない部位にゲッター剤を塗布し、該ゲッター剤の外側の基板周縁部に紫外線硬化型接着剤を塗布し、そしてガラス基板を用いてUV封止を行った。 The device fabricated as described above was moved to a glove box (oxygen concentration, moisture concentration of several ppm or less) without being exposed to the atmosphere, and a getter agent was applied to a portion where the above laminate was not provided. An ultraviolet curable adhesive was applied to the peripheral edge of the substrate outside the agent, and UV sealing was performed using a glass substrate.
(比較例1)
正孔注入層4および正孔輸送層6の膜厚を10nmとしたこと、ならびに高屈折率層11を形成しなかったことを除いて、実施例1と同様にして有機EL発光素子を形成した。本実施例の素子の各層の膜厚は、干渉を制御して良好な色純度を得るためのものである。
(Comparative Example 1)
An organic EL light emitting device was formed in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the hole injection layer 4 and the
(比較例2)
高屈折率層11を形成しなかったことを除いて、実施例1と同様にして有機EL発光素子を形成した。本実施例の素子の各層の膜厚は、良好なキャリアバランスを得るためのものである。
(Comparative Example 2)
An organic EL light emitting device was formed in the same manner as in Example 1 except that the high refractive index layer 11 was not formed. The film thickness of each layer of the element of this example is for obtaining a good carrier balance.
(評価)
実施例1および2、比較例1および2の各有機EL発光素子に対して、1.0×10−2A/cm2の電流密度の電流を流す電圧を印加して発光させ、その際の輝度およびスペクトルを測定した。有機EL層を構成する層の膜厚を第1表に、各有機EL発光素子の電流密度および輝度を第2表に、および各有機EL発光素子の発光スペクトルを図5に示した。なお、図5に示した発光スペクトルは、各素子の発光極大波長における輝度を1.0として規格化されたものである。
(Evaluation)
The organic EL light-emitting devices of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were caused to emit light by applying a voltage that passed a current having a current density of 1.0 × 10 −2 A / cm 2 . Luminance and spectrum were measured. The film thicknesses of the layers constituting the organic EL layer are shown in Table 1, the current density and luminance of each organic EL light emitting element are shown in Table 2, and the emission spectrum of each organic EL light emitting element is shown in FIG. Note that the emission spectrum shown in FIG. 5 is normalized with the luminance at the maximum emission wavelength of each element as 1.0.
比較例1の有機EL発光素子は、実施例1および実施例2の素子と同等の所望される発光スペクトルを与えたが、輝度が著しく低下しており、効率が低下していることが分かる。これは、有機発光層に注入されるキャリアのバランスが崩れているためと考えられる。 The organic EL light-emitting device of Comparative Example 1 gave the desired emission spectrum equivalent to the devices of Example 1 and Example 2, but the luminance was significantly reduced and it was found that the efficiency was reduced. This is presumably because the balance of carriers injected into the organic light emitting layer is lost.
一方、比較例2の有機EL発光素子は、所望の発光スペクトルを与えなかった。これは、干渉の制御が不充分で、短波長側の光成分が外部に放射されなかったためと考えられる。さらに、発光の一部を取り出すことができなかったため、実施例1および実施例2の素子と比較して、若干の輝度(すなわち効率)の低下が起こっている。 On the other hand, the organic EL light emitting device of Comparative Example 2 did not give a desired emission spectrum. This is presumably because the interference control was insufficient and the light component on the short wavelength side was not emitted to the outside. Further, since a part of the light emission could not be extracted, the luminance (that is, efficiency) slightly decreased as compared with the elements of Example 1 and Example 2.
比較例の素子に対して、本発明に係る実施例1〜3の有機EL発光素子は、所望のスペクトルとともに、良好な効率を与えた。これは高屈折率層を設けたことまたは材料の屈折率を調整したことにより、良好なキャリアバランスと干渉の制御を両立することができたためと考えられる。 Compared with the device of the comparative example, the organic EL light emitting devices of Examples 1 to 3 according to the present invention gave good efficiency together with a desired spectrum. This is presumably because good carrier balance and interference control could be achieved by providing a high refractive index layer or adjusting the refractive index of the material.
1 基板
2 反射陽極
3 透明陽極
4 正孔注入層
5 反射層
6 正孔輸送層
7 有機発光層
8 電子輸送層
9 バッファ層
10 透明陰極
11 高屈折率層
12 第1正孔層
13 第2正孔層
21 TFT
22 平坦化絶縁膜
DESCRIPTION OF
22 Planarized insulating film
Claims (8)
Wherein the refractive index and thickness of the light-emitting layer n OEM, and d OEM, the second hole-refractive index of the layer and the thickness n SHL, when the d SHL, the λ in the range of 400~700nm for,
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