JP2006073640A - 有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 長寿命な有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置を提供する。
【解決手段】 第1の平坦化層18上に有機EL素子100が形成される。有機EL素子100は、ホール注入電極2、ホール注入層3、ホール輸送層4、バッファ層BF、橙色発光層5、青色発光層6、電子輸送層7および電子注入電極8を順に含む。バッファ層BFは橙色発光層5のホスト材料のLUMOレベルよりも高いLUMOレベルを有する。また、バッファ層BFは橙色発光層5のホスト材料のLUMOレベル以下のLUMOレベルを有する。
【選択図】 図2
【解決手段】 第1の平坦化層18上に有機EL素子100が形成される。有機EL素子100は、ホール注入電極2、ホール注入層3、ホール輸送層4、バッファ層BF、橙色発光層5、青色発光層6、電子輸送層7および電子注入電極8を順に含む。バッファ層BFは橙色発光層5のホスト材料のLUMOレベルよりも高いLUMOレベルを有する。また、バッファ層BFは橙色発光層5のホスト材料のLUMOレベル以下のLUMOレベルを有する。
【選択図】 図2
Description
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置に関する。
近年、情報機器の多様化に伴い、一般に使用されているCRT(陰極線管)に比べて消費電力が少ない平面表示素子に対するニーズが高まってきている。このような平面表示素子の一つとして、高効率・薄型・軽量・低視野角依存性等の特徴を有する有機エレクトロルミネッセンス(以下、有機EL素子と略記する。)素子が注目されている。
有機EL素子は、ホール注入電極と電子注入電極との間に、ホール輸送層、発光層および電子輸送層が順に形成された積層構造を有する(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−179142号公報
上記の構成を有する有機EL素子では、発光層において電子とホールとが再結合することにより所定の波長の光が発生される。これにより、十分な発光輝度を得るためには、電子注入電極から発光層に与えられる電子がより多いことが好ましい。それにより、発光層に与えられる電子が多くなると、発光層からホール輸送層に到達する電子が発生する。
ところで、有機EL素子においては、ホール輸送層の材料として一般的にトリアリールアミン誘導体が用いられる。このトリアリールアミン誘導体は電子を受け入れると非常に不安定になり劣化する。
したがって、上記のように、発光層からホール輸送層に到達する電子が発生すると、ホール輸送層が劣化し、有機EL素子の発光寿命が短くなる。
本発明の目的は、長寿命な有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置を提供することである。
第1の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、ホール注入電極と、ホールの輸送を促進するホール輸送層と、電子移動制限層と、発光層と、電子注入電極とを順に備え、電子移動制限層の最低空分子軌道は、発光層の最低空分子軌道よりも高いレベルを有するものである。
第1の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、ホール注入電極と、ホールの輸送を促進するホール輸送層と、電子移動制限層と、発光層と、電子注入電極とが順に設けられている。これにより、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動時においては、電子注入電極から発光層に電子が注入され、ホール注入電極から発光層にホールが注入される。その結果、発光層で電子とホールとが再結合し、発光層が発光する。
この場合、電子移動制限層の最低空分子軌道は、発光層の最低空分子軌道よりも高いレベルを有する。これにより、発光層の最低空分子軌道から電子移動制限層の最低空分子軌道へエネルギー障壁が形成される。それにより、発光層から電子が電子移動制限層を通過してホール輸送層に移動することが阻止できる。したがって、ホール輸送層に侵入する電子を著しく低減することができるので、ホール輸送層の劣化が低減され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命が長くなる。
電子移動制限層はフッ化炭素を含んでもよい。この場合、発光層の最低空分子軌道からフッ化炭素の最低空分子軌道へエネルギー障壁が形成される。それにより、発光層から電子が電子移動制限層を通過してホール輸送層に移動することが阻止できる。
電子移動制限層は式(1)で示される分子構造を有する銅フタロシアニンを含んでもよい。
この場合、発光層の最低空分子軌道から銅フタロシアニンの最低空分子軌道へエネルギー障壁が形成される。それにより、発光層から電子が電子移動制限層を通過してホール輸送層に移動することが阻止できる。
第2の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、ホール注入電極と、ホールの輸送を促進するホール輸送層と、電子移動制限層と、発光層と、電子注入電極とを順に備え、電子移動制限層の最低空分子軌道は、発光層の最低空分子軌道以下のレベルを有するものである。
第2の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、ホール注入電極と、ホールの輸送を促進するホール輸送層と、電子移動制限層と、発光層と、電子注入電極とが順に設けられている。これにより、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動時においては、電子注入電極から発光層に電子が注入され、ホール注入電極から発光層にホールが注入される。その結果、発光層で電子とホールとが再結合し、発光層が発光する。
この場合、電子移動制限層の最低空分子軌道は、発光層の最低空分子軌道以下のレベルを有する。これにより、電子移動制限層内においても発光層を通過した電子とホールとが再結合する。また、発光層を通過した他の電子は電子移動制限層内で失活する。それにより、発光層から電子移動制限層を通過してホール輸送層に移動する電子を低減することができる。その結果、ホール輸送層の劣化が低減され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命が長くなる。
電子移動制限層は式(1)で示される分子構造を有する銅フタロシアニンを含んでもよい。
この場合、銅フタロシアニンからなる電子移動制限層内においても発光層を通過した電子とホールとが再結合する。また、発光層を通過した他の電子は銅フタロシアニンからなる電子移動制限層内で失活する。それにより、発光層から電子移動制限層を通過してホール輸送層に移動する電子を低減することができる。
ホール輸送層は、式(2)で示される分子構造を有するトリアリールアミン誘導体を含み、式(2)中のAr1〜Ar3は同一または異なり、芳香族置換基であってもよい。
この場合、トリアリールアミン誘導体によりホールが効率よく輸送されるので、電子とホールとの再結合が効率よく行われ、発光効率が向上する。
発光層は、式(2)で示される分子構造を有するトリアリールアミン誘導体を含み、式(2)中のAr1〜Ar3は同一または異なり、芳香族置換基であってもよい。
この場合、トリアリールアミン誘導体によりホールが効率よく輸送されるので、電子とホールとの再結合が効率よく行われ、発光効率が向上するとともに再結合しない電子によるホール輸送層の劣化をより防止することができる。
第3の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置は、1または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、1または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子により発生された光を透過する1または複数の色変換部材とを備え、その有機エレクトロルミネッセンス素子は第1または第2の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子であるものである。
第3の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置においては、1または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子により発生された光が、1または複数の色変換部材を透過して外部に出射される。また、第1または第2の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子が用いられているので、ホール輸送層に侵入する電子を著しく低減することができる。したがって、ホール輸送層の劣化が低減され、有機エレクトロルミネッセンス装置の長寿命化が実現される。
第4の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置は、透光性基板と、透光性基板上に設けられた第1または第2の発明に係る1または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、透光性基板と1または複数の有機エレクトロルミネッセンスとの間に設けられる1または複数の色変換部材とを備えたものである。
第4の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置においては、1または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子により発生された光が、1または複数の色変換部材および透光性基板を透過して外部に出射される。また、第1または第2の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子が用いられているので、ホール輸送層に侵入する電子を著しく低減することができる。したがって、ホール輸送層の劣化が低減され、長寿命のバックエミッション構造の有機エレクトロルミネッセンス装置が実現される。
第5の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置は、基板と、基板上に設けられた第1または第2の発明に係る1または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、1または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子上に設けられる1または複数の色変換部材とを備えたものである。
第5の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置においては、1または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子により発生された光が、1または複数の色変換部材を透過して外部に出射される。また、第1または第2の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子が用いられているので、ホール輸送層に侵入する電子を著しく低減することができる。したがって、ホール輸送層の劣化が低減され、長寿命のトップエミッション構造の有機エレクトロルミネッセンス装置が実現される。
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置によれば、ホール輸送層に侵入する電子を著しく低減することができるので、ホール輸送層の劣化が低減され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命が長くなる。
以下、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス(以下、有機ELと称する)素子およびそれを備える有機EL装置について図面を参照しながら説明する。
図1は本実施の形態に係る有機EL装置を示す模式的な断面図であり、図2は図1の有機EL装置の構造を詳細に示した断面図である。
図1の有機EL装置は、有機EL素子100、赤色カラーフィルタ層CFR、緑色カラーフィルタ層CFG、青色カラーフィルタ層CFBおよび基板1から構成される。
赤色カラーフィルタ層CFR、緑色カラーフィルタ層CFGおよび青色カラーフィルタ層CFBは、有機EL素子100および基板1の間に形成される。また、赤色カラーフィルタ層CFR、緑色カラーフィルタ層CFGおよび青色カラーフィルタ層CFBにより有機EL装置の各画素が形成されるように配置される。
これら各カラーフィルタ層は、例えばガラスまたはプラスチック等の透明な材料からなる。また、各カラーフィルタ層として、CCM(色彩転換媒体)を用いてもよく、ガラスまたはプラスチック等の透明な材料およびCCMの両方を用いてもよい。
次に、図2を用いて図1の有機EL装置の構造の詳細を説明する。
図2に示すように、ガラスまたはプラスチック等からなる透明の基板1上に、例えば酸化シリコン(SiO2 )からなる層と窒化シリコン(SiNx )からなる層との積層膜11が形成される。
積層膜11上の一部にTFT(薄膜トランジスタ)20が形成される。TFT20はチャネル領域12、ドレイン電極13d、ソース電極13s、ゲート酸化膜14およびゲート電極15からなる。
例えば、積層膜11上の一部にポリシリコン層等からなるチャネル領域12が形成される。チャネル領域12上には、ドレイン電極13dおよびソース電極13sが形成される。チャネル領域12上にゲート酸化膜14が形成される。ゲート酸化膜14上にゲート電極15が形成される。
TFT20のドレイン電極13dは後述のホール注入電極2に接続され、TFT20のソース電極13sは電源線(図示せず)に接続される。
ゲート電極15を覆うようにゲート酸化膜14上に第1の層間絶縁膜16が形成される。ドレイン電極13dおよびソース電極13sを覆うように第1の層間絶縁膜16上に第2の層間絶縁膜17が形成される。ゲート電極15は電極(図示せず)に接続される。
なお、ゲート酸化膜14は、例えば窒化シリコンからなる層と酸化シリコンからなる層との積層構造を有する。また、第1の層間絶縁膜16は、例えば酸化シリコンからなる層と窒化シリコンからなる層との積層構造を有し、第2の層間絶縁膜17は、例えば窒化シリコンからなる。
第2の層間絶縁膜17上に、赤色カラーフィルタ層CFR、緑色カラーフィルタ層CFGおよび青色カラーフィルタ層CFBがそれぞれ形成される。赤色カラーフィルタ層CFRは、赤色の波長領域の光を透過させ、緑色カラーフィルタ層CFGは、緑色の波長領域の光を透過させ、青色カラーフィルタ層CFBは、青色の波長領域の光を透過させる。なお、図2においては、青色カラーフィルタ層CFBを例示する。青色カラーフィルタ層CFBは、400nm〜530nmの波長領域の光を70%以上透過させることが好ましく、80%以上透過させることがより好ましい。
赤色カラーフィルタ層CFR、緑色カラーフィルタ層CFGおよび青色カラーフィルタ層CFBを覆うように第2の層間絶縁膜17上に、例えばアクリル樹脂等からなる第1の平坦化層18が形成される。
第1の平坦化層18上に有機EL素子100が形成される。有機EL素子100は、ホール注入電極2、ホール注入層3、ホール輸送層4、バッファ層BF、橙色発光層5、青色発光層6、電子輸送層7および電子注入電極8を順に含む。第1の平坦化層18上にホール注入電極2が各画素ごとに形成され、画素間の領域においてホール注入電極2を覆うように絶縁性の第2の平坦化層19が形成される。なお、ホール注入電極2は、例えばインジウム−スズ酸化物(ITO)等の透明導電膜からなる。
ホール注入電極2および第2の平坦化層19を覆うようにホール注入層3が形成される。ホール注入層3は、例えば、プラズマCVD法(プラズマ化学的気相成長法)により形成されたCFX (フッ化炭素)からなる。
このホール注入層3上に、ホール輸送層4、バッファ層BF、橙色発光層5、青色発光層6および電子輸送層7が順に形成される。さらに、この電子輸送層7上に、例えば、アルミニウム等からなる電子注入電極8が形成される。
ホール輸送層4は、例えば、下記式(3)に示されるN,N'-ジ(1-ナフチル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジン(N,N'-Di(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-benzidine)(以下、NPBと略記する)等の有機材料からなる。このNPBは電子を受け入れると非常に不安定になり劣化する。
NPBの最低空分子軌道(LUMOレベル)は2.4eVであり、最高被占有分子軌道(HOMOレベル)は5.4eVである。なお、LUMOのエネルギーの値が小さいほどレベルが高いものとする。
本実施の形態において、ホール輸送層4には上記のNPBを含むトリアリールアミン誘導体を用いることができる。トリアリールアミン誘導体は下記式(2)で表される。
式(2)において、Ar1〜Ar3は芳香族置換基を示し、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよい。
バッファ層BFの材料は、LUMOレベルが隣接する発光層(橙色発光層5)に用いられる材料のLUMOレベルよりも高いことが好ましい。また、バッファ層BFの材料は、LUMOレベルが隣接する発光層(橙色発光層5)に用いられる材料のLUMOレベル以下であることが好ましい。
本実施の形態において、バッファ層BFは、例えば、下記式(1)に示される銅フタロシアニン(Copper phthalocyanine)(以下、CuPcと略記する)またはCFX 等の有機材料からなる。
CuPcは1.7eVおよび3.2eVの2つのLUMOレベルを有し、4.8eVのHOMOレベルを有する。CFX のLUMOレベルは2.0eV以下であり、HOMOレベルは5.8eV以上である。
橙色発光層5は、例えば、NPBをホスト材料とし、下記式(4)に示す5,12-ビス(4-ターシャリー-ブチルフェニル)-ナフタセン(5,12-Bis(4-tert-butylphenyl)-naphthacene)(以下、tBuDPNと略記する)を第1のドーパントとし、下記式(5)に示す5,12-ビス(4-(6-メチルベンゾチアゾール-2-イル)フェニル)-6,11-ジフェニルナフタセン(5,12-Bis(4-(6-methylbenzothiazol-2-yl)phenyl)-6,11-diphenylnaphthacene)(以下、DBzRと略記する)を第2のドーパントとして形成される。
この場合、第2のドーパントは発光し、第1のドーパントは、ホスト材料から第2のドーパントへのエネルギーの移動を促進することにより第2のドーパントの発光を補助する役割を担う。それにより、橙色発光層5は500nmよりも大きく650nmよりも小さいピーク波長を有する橙色光を発生する。
tBuDPNのLUMOレベルは3.1eVであり、HOMOレベルは5.4eVである。DBzRのLUMOレベルは3.1eVであり、HOMOレベルは5.2eVである。
青色発光層6は、例えば、下記式(6)に示されるターシャリー-ブチル置換ジナフチルアントラセン(tert-butyl substituted dinaphthylanthracene)(以下、TBADNと略記する)をホスト材料とし、NPBを第1のドーパントとし、下記式(7)に示す1,4,7,10-テトラ-ターシャリー-ブチルペリレン(1,4,7,10-Tetra-tert-butylPerylene)(以下、TBPと略記する)を第2のドーパントとして形成してもよい。この場合、第2のドーパントは発光し、第1のドーパントはキャリアの輸送を促進することにより第2のドーパントの発光を補助する役割を担う。それにより、青色発光層6は400nmよりも大きく500nmよりも小さいピーク波長を有する青色光を発生する。
電子輸送層7としては、例えば、下記式(8)に示される2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)(以下、BCPと略記する)を用いることができる。この場合、BCPは高い電子移動度を有するので、電子を効率よく青色発光層6および橙色発光層5に注入することができる。それにより、駆動電圧が低くなり有機EL素子100の消費電力が低減される。
また、電子輸送層7としては、下記式(9)に示されるトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum)(以下、Alq3と略記する)等の他の有機材料を用いてもよい。
上記の有機EL素子100においては、ホール注入電極2と電子注入電極8との間に電圧を印加することにより、ホール注入電極2からホールが注入され、電子注入電極8から電子が注入される。ホールはホール輸送層4およびバッファ層BFを通して橙色発光層5および青色発光層6に輸送され、電子は電子輸送層7を通して青色発光層6および橙色発光層5に輸送され、橙色発光層5および青色発光層6においてホールと電子とが再結合し、橙色発光層5および青色発光層6が発光する。その結果、白色光が得られる。
以上のように、基板1上に積層膜11、TFT20、第1の層間絶縁膜16、第2の層間絶縁膜17、赤色カラーフィルタ層CFR、緑色カラーフィルタ層CFGおよび青色カラーフィルタ層CFB、第1の平坦化層18、第2の平坦化層19ならびに有機EL素子100が形成されることにより、バックエミッション構造の有機EL装置が完成する。
有機EL素子100により発生された光は、赤色カラーフィルタ層CFR、緑色カラーフィルタ層CFGおよび青色カラーフィルタ層CFBと透明の基板1とを通じて外部に取り出される。
以下、有機EL素子100の駆動時において、移動する電子に対するバッファ層BFの働きについて説明する。
図3は、バッファ層BFのLUMOレベルが橙色発光層5のホスト材料のLUMOレベルよりも高い場合の電子移動を説明するための図である。
上述のように、バッファ層BFにCFX を用いる場合、CFX のLUMOレベルは2.0eV以下である。また、橙色発光層5のホスト材料にNPBを用いる場合、NPBのLUMOレベルは、2.4eVである。
この場合、図3に示すように、橙色発光層5のホスト材料のLUMOレベルからバッファ層BFのLUMOレベルへは0.4ev以上のエネルギー障壁Gが形成される。そのエネルギー障壁Gにより橙色発光層5のホスト材料から電子がバッファ層BFを通過してホール輸送層4に移動することが阻止される。したがって、ホール輸送層4に進入する電子を著しく低減することができる。その結果、ホール輸送層4の劣化が低減され、有機EL素子の発光寿命が長くなる。
図3の括弧に示すように、バッファ層BFにCFX に代えてCuPcを用いる。この場合、CuPcは1.7eVのLUMOレベルを有するので、橙色発光層5のホスト材料のLUMOレベルからバッファ層BFのLUMOレベルへ0.7evのエネルギー障壁Gが形成される。それにより、ホール輸送層4の劣化が低減され、有機EL素子の発光寿命が長くなる。
図4は、バッファ層BFのLUMOレベルが橙色発光層5のホスト材料のLUMOレベル以下である場合の電子移動を説明するための図である。
上述のように、バッファ層BFにCuPcを用いる場合、CuPcのHOMOレベルは4.8eVであり、CuPcは3.2eVのLUMOレベルを有する。
また、橙色発光層5のホスト材料にNPBを用いる場合、NPBのLUMOレベルは、2.4eVであり、HOMOレベルは5.4eVである。
この場合、図4に示すように、バッファ層BFのLUMOレベルが橙色発光層5のホスト材料のLUMOレベル以下であるので、橙色発光層5のホスト材料から電子が容易にバッファ層BFへ移動する。
一方、バッファ層BFにはホール輸送層4からホールが移動している。これにより、バッファ層BF内では波線の矢印に示すように、電子とホールとが再結合する。また、橙色発光層5のホスト材料からの電子はバッファ層BF内でホールと再結合しない場合でも、バッファ層BFを移動することにより失活する。
したがって、ホール輸送層4に進入する電子が著しく低減される。その結果、ホール輸送層4の劣化が低減され、有機EL素子の発光寿命が長くなる。
このように、本実施の形態に係る有機EL素子100によれば、ホール輸送層4と橙色発光層5との間にバッファ層BFを形成することにより、有機EL素子100の発光寿命を長くすることが可能となる。
本実施の形態に係る有機EL素子100においては、ホール輸送層4にトリアリールアミン誘導体が用いられている。トリアリールアミン誘導体によりホールが効率よく輸送されるので、電子とホールとの再結合が効率よく行われ、発光効率が向上するとともに再結合しない電子によるホール輸送層4の劣化をより防止することができる。
また、橙色発光層5のホスト材料にトリアリールアミン誘導体が用いられている。トリアリールアミン誘導体によりホールが効率よく輸送されるので、電子とホールとの再結合が効率よく行われ、発光効率が向上するとともに再結合しない電子によるホール輸送層4の劣化をより防止することができる。
上記では、発光層として橙色発光層5および青色発光層6が形成されているが、これに限らず、発光層は1つであってもよいし、他の波長の光を発生する発光層をさらに含んでもよい。
例えば、発光層として、青色の光を発生する1つの青色発光層が用いられてもよい。この青色発光層には、ホスト材料として下記式(10)に示すアントラセン誘導体が用いられてもよい。上記式(10)において、Ar1〜Ar4は水素原子、ハロゲン原子、脂肪族置換基または芳香族置換基を示し、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよく、nは1〜3のいずれかの整数を示す。
本実施の形態に係る有機EL素子100においては、ホール注入電極2がホール注入電極に相当し、ホール輸送層4がホール輸送層に相当し、バッファ層BFが電子移動制限層に相当し、橙色発光層5および青色発光層6が発光層に相当し、電子注入電極8が電子注入電極に相当する。
また、赤色カラーフィルタ層CFR、緑色カラーフィルタ層CFG、青色カラーフィルタ層CFBが1または複数の色変換媒体に相当する。
本実施の形態に係る有機EL装置は、以下の構成を有してもよい。
図5は、他の実施の形態に係る有機EL装置を示す詳細断面図である。図5の有機EL装置は以下の点で図2の有機EL装置と構造が異なる。
図5の有機EL装置においては、図2の有機EL装置と同様に、基板1上に積層膜11、TFT20、第1の層間絶縁膜16、第2の層間絶縁膜17、青色カラーフィルタ層CFB、第1の平坦化層18、第2の平坦化層19および有機EL素子100が形成される。なお、図5においても、青色カラーフィルタ層CFBを例示する。
その後、有機EL素子100上に、透明の接着剤層23を介してオーバーコート層22、青色カラーフィルタ層CFBおよび透明の封止基板21が順に積層された積層体が接着される。これにより、トップエミッション構造の有機EL装置が完成する。
有機EL素子100により発生された光は、赤色カラーフィルタ層CFR、緑色カラーフィルタ層CFGおよび青色カラーフィルタ層CFBと透明の封止基板21とを通じて外部に取り出される。
図5の有機EL装置において、基板1は不透明な材料により形成されてもよい。また、有機EL素子100のホール注入電極2は、例えば膜厚約50nmのインジウム−スズ酸化物(ITO)と膜厚約100nmのアルミニウム、クロムまたは銀とを積層することにより形成される。この場合、ホール注入電極2は、有機EL素子100により発生された光を封止基板21側へ反射する。
電子注入電極8は、透明な材料からなる。電子注入電極8は、例えば膜厚約100nmのインジウム−スズ酸化物(ITO)と膜厚約20nmの銀とを積層することにより形成される。
オーバーコート層22は、例えば厚み約1μmのアクリル樹脂等により形成される。赤色カラーフィルタ層CFR、緑色カラーフィルタ層CFGおよび青色カラーフィルタ層CFBはそれぞれ約1μmの厚みを有する。
封止基板21としては、例えばガラス、酸化シリコン(SiO2 )からなる層または窒化シリコン(SiNx )からなる層を用いることができる。
図5の有機EL装置においては、トップエミッション構造であることによりTFT20上の領域も画素領域として用いることができる。すなわち、図5の有機EL装置では、図2の青色カラーフィルタ層CFBよりも大きい青色カラーフィルタ層CFBを用いることができる。それにより、より広い領域を画素領域として用いることができるので、有機EL装置の発光効率が向上する。
以下、実施例および比較例の有機EL素子を作製し、作製した有機EL素子の発光特性を測定した。
(実施例1)
実施例1においては、図2の構造を有する有機EL素子を次のように作製した。
実施例1においては、図2の構造を有する有機EL素子を次のように作製した。
ガラスからなる基板1上にインジウム−スズ酸化物(ITO)からなるホール注入電極2を形成した。次に、ホール注入電極2上にプラズマCVD法によりCFX (フッ化炭素)からなるホール注入層3を形成した。プラズマCVDにおけるプラズマ放電時間は15秒とした。
さらに、ホール注入層3上に、ホール輸送層4、バッファ層BF、橙色発光層5、青色発光層6および電子輸送層7を真空蒸着により順に形成した。
ホール輸送層4は、膜厚160nmのNPBからなる。バッファ層BFは、CFX からなる。プラズマCVDにおけるプラズマ放電時間は10秒とした。
橙色発光層5は、膜厚30nmを有し、NPBからなるホスト材料に、tBuDPNからなる第1のドーパントを10体積%添加し、DBzRからなる第2のドーパントを3体積%添加することにより形成した。
青色発光層6は、膜厚50nmを有し、ホスト材料に、NPBからなる第1のドーパントを20体積%添加し、第2のドーパントを2.5体積%添加することにより形成した。
電子輸送層7は、膜厚10nmで形成した。電子注入電極8は、1nmのフッ化リチウム(LiF)膜および200nmのアルミニウム膜を積層することにより形成した。
(実施例2)
実施例2においては、バッファ層BFとしてCFX に代えてCuPcを用いた点を除いて実施例1と同じ有機EL素子を作製した。なお、CuPcにより形成するバッファ層BFの厚みは10nmとした。
実施例2においては、バッファ層BFとしてCFX に代えてCuPcを用いた点を除いて実施例1と同じ有機EL素子を作製した。なお、CuPcにより形成するバッファ層BFの厚みは10nmとした。
(比較例)
比較例においては、バッファ層BFを設けなかった点を除いて実施例1と同じ有機EL素子を作製した。
比較例においては、バッファ層BFを設けなかった点を除いて実施例1と同じ有機EL素子を作製した。
上記実施例1,2および比較例の有機EL素子のホール輸送層4、バッファ層BF、橙色発光層5および青色発光層6の各条件が表1に示されている。
(評価)
以上のようにして作製した実施例1,2および比較例の有機EL素子の80mA/cm2 での輝度および発光効率を測定した。なお、測定温度は60℃である。
以上のようにして作製した実施例1,2および比較例の有機EL素子の80mA/cm2 での輝度および発光効率を測定した。なお、測定温度は60℃である。
表2に、実施例1,2および比較例の有機EL素子の発光効率および輝度の劣化時間を示す。なお、輝度の劣化時間とは、有機EL素子の測定開始時の輝度を基準として、その輝度が5%低下した場合の時間を表す。
図6は、実施例1,2および比較例の有機EL素子の輝度の経時変化の測定結果を示した図である。図6において、横軸は時間を示し、縦軸は規格化輝度を示す。また、曲線L1,L2,LJは、順に実施例1,2および比較例の有機EL素子の輝度の経時変化を示す。
なお、図6においては、実施例1,2および比較例の各有機EL素子の測定開始時の輝度を1として以後の輝度を規格化した。
図6に示すように、実施例1,2の有機EL素子の輝度の経時劣化は、比較例の有機EL素子に比べて十分に小さい。
特に、表2に示したように、測定開始時から輝度が5%低下する時間を比較すると、実施例1,2および比較例の有機EL素子は順に約5時間、約12時間および約1時間となっている。
実施例1の有機EL素子においては、ホール輸送層4および橙色発光層5間にCFX からなるバッファ層BFが形成されている。ここで、バッファ層BFに用いられるCFX のLUMOレベルは、橙色発光層5にホスト材料として用いられるNPBのLUMOレベルよりも高い。
それにより、橙色発光層5からホール輸送層4への電子の移動が橙色発光層5のホスト材料からバッファ層BFへのエネルギー障壁により制限される。その結果、ホール輸送層4の劣化が低減され、有機EL素子の発光寿命が長くなっていると考えられる。
実施例2の有機EL素子においては、ホール輸送層4と橙色発光層5との間にCuPcからなるバッファ層BFが形成されている。ここで、バッファ層BFに用いられるCuPcの1つのLUMOレベルは、橙色発光層5のホスト材料に用いられるNPBのLUMOレベルよりも高い。
それにより、橙色発光層5のホスト材料からホール輸送層4への電子の移動が橙色発光層5のホスト材料からバッファ層BFへのエネルギー障壁により制限される。その結果、ホール輸送層4の劣化が低減され、有機EL素子の発光寿命が長くなっていると考えられる。
さらに、CuPcの他の1つのLUMOレベルは、橙色発光層5のホスト材料に用いられるNPBのLUMOレベルよりも低い。
それにより、橙色発光層5のホスト材料からの電子がバッファ層BF内でホールと再結合する。また、バッファ層BF内で移動する電子の失活も発生する。
その結果、ホール輸送層4に到達する電子が低減され、ホール輸送層4の劣化が低減され、有機EL素子の発光寿命が長くなっていると考えられる。
このように、実施例2の有機EL素子では、CuPcからなるバッファ層BFの上記2つの作用により、有機EL素子の長寿命化が著しく向上していると考えられる。
これに対して、比較例の有機EL素子においては、ホール輸送層4と橙色発光層5との間にバッファ層BFが形成されていない。それにより、ホール輸送層4が電子を受け入れる割合が高くなり、ホール輸送層4が劣化しやすくなる。その結果、比較例の有機EL素子の輝度の経時劣化が大きいと考えられる。
以上のように、ホール輸送層4と橙色発光層5との間に橙色発光層5のホスト材料のLUMOレベルよりも高いLUMOレベルを有する材料からなるバッファ層BFを設けることにより、長寿命な有機EL素子が得られる。
また、ホール輸送層4と橙色発光層5との間に橙色発光層5のホスト材料のLUMOレベル以下のLUMOレベルを有する材料からなるバッファ層BFを設けることにより、長寿命な有機EL素子が得られる。
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、各光源または表示装置等に有効に利用できる。
1 基板
2 ホール注入電極
4 ホール輸送層
5 橙色発光層
6 青色発光層
8 電子注入電極
100 有機エレクトロルミネッセンス素子
BF バッファ層
CFR 赤色カラーフィルタ層
CFG 緑色カラーフィルタ層
CFB 青色カラーフィルタ層
2 ホール注入電極
4 ホール輸送層
5 橙色発光層
6 青色発光層
8 電子注入電極
100 有機エレクトロルミネッセンス素子
BF バッファ層
CFR 赤色カラーフィルタ層
CFG 緑色カラーフィルタ層
CFB 青色カラーフィルタ層
Claims (10)
- ホール注入電極と、
ホールの輸送を促進するホール輸送層と、
電子移動制限層と、
発光層と、
電子注入電極とを順に備え、
前記電子移動制限層の最低空分子軌道は、前記発光層の最低空分子軌道よりも高いレベルを有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記電子移動制限層はフッ化炭素を含むことを特徴とする請求項1記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- ホール注入電極と、
ホールの輸送を促進するホール輸送層と、
電子移動制限層と、
発光層と、
電子注入電極とを順に備え、
前記電子移動制限層の最低空分子軌道は、前記発光層の最低空分子軌道以下のレベルを有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 1または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、
前記1または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子により発生された光を透過する1または複数の色変換部材とを備え、
前記有機エレクトロルミネッセンス素子は請求項1〜7のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置。 - 透光性基板と、
前記透光性基板上に設けられた請求項1〜7のいずれかに記載の1または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、
前記透光性基板と前記1または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子との間に設けられる1または複数の色変換部材とを備えることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置。 - 基板と、
前記基板上に設けられた請求項1〜7のいずれかに記載の1または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、
前記1または複数の有機エレクトロルミネッセンス上に設けられる1または複数の色変換部材とを備えることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置。
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US8803419B2 (en) | 2007-09-20 | 2014-08-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light-emitting element, light-emitting device, and electronic device |
JP2015065457A (ja) * | 2007-09-27 | 2015-04-09 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 発光素子、発光装置および電子機器 |
US9269906B2 (en) | 2007-09-13 | 2016-02-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light-emitting element, light-emitting device, and electronic device |
-
2004
- 2004-08-31 JP JP2004253043A patent/JP2006073640A/ja not_active Withdrawn
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