JP2007005680A

JP2007005680A - 有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JP2007005680A
Application number: JP2005186237A
Authority: JP
Inventors: Takeo Wakimoto; 健夫脇本; Shunichi Suwa; 俊一諏訪; Izuru Kashima; 出鹿島
Original assignee: Kyocera Display Corp
Current assignee: Kyocera Display Corp
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2007-01-11

Abstract

【課題】
発光量子効率を維持しつつ、駆動電圧を低減することができる。
【解決手段】
本発明に係る有機ＥＬ表示装置は、陽極２と、陰極５と、陽極２および陰極５の間に配置された有機発光層７ｃと、陽極２と有機発光層７ｃとの間に設けられ、陽極２上に配置された正孔注入層７ａと、陽極２と有機発光層７ｃとの間に、正孔注入層７ａに接して配置された正孔輸送層７ｂとを基板上に備え、正孔注入層７ａのイオン化ポテンシャルエネルギー（Ｉｐ）を、正孔輸送層７ｂのＩｐ以上とする。また、好ましくは、正孔注入層７ａのＩｐと、正孔輸送層７ｂのＩｐとの差を０．５６×１０^−１９Ｊ（０．３５ｅＶ）以下とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、有機ＥＬ素子に関し、特に、陽極と有機発光層の間に、正孔注入層と正孔輸送層を備えた有機ＥＬ素子に関する。

近年、ＦＰＤ(Flat Panel Display)として有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置が注目されている。有機ＥＬ表示装置は自発光表示素子であり、液晶表示装置と比較して視野角が広く、バックライトが不要なため薄型化が可能である。また、応答速度も速く、有機物が有する発光性の多様性から、次世代の表示装置として期待されている。

有機ＥＬ表示装置は、画素となる有機ＥＬ素子を複数配置した有機ＥＬ表示素子を備えている。たとえば、パッシブ型の有機ＥＬ素子は、ストライプ状に配列された陽極配線と、当該陽極配線に交差するようにストライプ状に配列された陰極配線との交差部の間に有機発光層を含む有機化合物層が挟持された構造となっている。この一つの交差部に、発光素子としての画素が形成されている。有機ＥＬ素子は、このような画素がマトリックス状に配列されることにより構成されている。有機化合物層は、例えば、陽極から陰極へ向けて、正孔（ホール）注入層（ＨＴＬ：Hole Injecting Layer）、正孔輸送層（ＨＴＬ：Hole
Transporting Layer）、有機発光層（ＥＬＬ：Electro Luminescence
Layer）、電子（キャリア）輸送層（ＥＴＬ：Electro Transporting Layer）が積層されてなる（例えば、特許文献１）。なお、これとは異なる構成を有する場合もある。

陽極と陰極の間に電圧を印加すると、陽極からは正孔が正孔（ホール）注入層や正孔輸送層を介して有機発光層に注入され、陰極からは電子が電子輸送層などを介して有機発光層に注入されて、正孔と電子とが有機発光層で再結合し、その際に生じるエネルギーにより有機発光層に含まれる有機発光性化合物の分子が励起され、励起子が生成される。このようにして、励起子が基底状態に失活する過程で発光現象が生じる。

ここで、有機ＥＬ素子を実用化するに際し、駆動電圧の低減化や発光量子効率の上昇が重要な課題となっている。この課題解決には、陽極から正孔を効率よく引き出して有機発光層側に注入し、陰極から電子を効率よく引き出して有機発光層側に注入し、正孔および電子を有機発光層まで損失なく効率よく輸送することが、求められている。
従来、たとえば、陽極から有機発光層に向けて、イオン化ポテンシャルエネルギーを段階的に大きくし、陰極から有機発光層に向けて、電子親和力を段階的に小さくすることにより、正孔および電子を有機発光層まで効率よく輸送する有機ＥＬ素子の積層構造が提案されていた。

図４は、従来の有機ＥＬ素子の積層体における各層のエネルギー状態を示す概念図である。
図４に示されるように、有機ＥＬ素子は、基板（不図示）上に形成された陽極上に、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層および陰極が順次積層されて構成されている。例示として、陽極の材料にはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、陰極の材料にはリチウムＬｉを使用している。

図４に示されるように、イオン化ポテンシャルエネルギー（Ｉｐ）は、陽極であるＩＴＯ電極から有機発光層へ向けて、陽極のＩｐ＝８．０１×１０^−１９Ｊ＝５．０ｅＶ（但し、１ｅＶ＝１．６０２１７７３３×１０^−１９Ｊ）、正孔注入層のＩｐ＝８．１７×１０^−１９Ｊ＝５．１ｅＶ、正孔輸送層のＩｐ＝８．６５×１０^−１９Ｊ＝５．４ｅＶ、有機発光層のＩｐ＝９．２９×１０^−１９Ｊ＝５．８ｅＶとし、順次段階的に大きくなるように設定されている。また、電子親和力（Ｅａ）は、陰極であるＬｉ電極から有機発光層へ向けて、順次小さくなるように設定されている。各層の材料には、各Ｉｐに対応した材料が選択されている。なお、このような構成にする考え方の詳細については、例えば非特許文献１に紹介されている。

この構成は、正孔がイオン化ポテンシャルエネルギーの低い層から高い層に向けて移動するという正孔の移動特性や、電子が電子親和力の高い層から低い層に向けて移動するという電子の移動特性を利用したものであって、効率的に正孔や電子を陽極や陰極から有機発光層に注入することを狙ったものである。
特開２００３−１４２２６４号公報時任静士、安達千波矢、村田英幸、「有機ＥＬデジスプレイ」、第１版、日本、株式会社オーム社、平成１６年８月２０日発行、２７頁−３０頁

従来から、このような構成を採用することにより、駆動電圧の低減化や発光量子効率の上昇が実現されていたものの、有機ＥＬ表示装置の長寿命化のため、発光量子効率を維持しつつ、駆動電圧の更なる低減化を図る必要があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、発光量子効率を維持しつつ、駆動電圧を低減することができる有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。

本発明に係る有機ＥＬ表示装置は、陽極と、陰極と、陽極および陰極の間に配置された有機発光層と、陽極と有機発光層との間に配置された正孔注入層と、正孔注入層と有機発光層との間に、正孔注入層に接して配置された正孔輸送層とを備え、正孔注入層のイオン化ポテンシャルエネルギーは、正孔輸送層のイオン化ポテンシャルエネルギー以上とするものである。
このような構成にしたことにより、発光量子効率を維持しつつ、駆動電圧を低減することができる。

また、正孔注入層のイオン化ポテンシャルエネルギーと、正孔輸送層のイオン化ポテンシャルエネルギーとの差を０．５６×１０^−１９ジュール以下とするものである。
このような構成にしたことにより、発光量子効率を維持しつつ、駆動電圧を更に安定して低減することができる。

本発明によれば、発光量子効率を維持しつつ、駆動電圧を低減することができる。

本発明の実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置について、図に基づいて説明する。
図１は、有機ＥＬ表示装置の構成を示す図であって、図１（ａ）は電極が形成される側から基板を観察した状況を示す模式図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘにおける断面図である。なお、図１（ａ）では封止基板８および捕水剤１０を省略している。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、有機ＥＬ素子基板１００は、基板１上に陽極配線２、陰極配線５、有機化合物層７、絶縁膜４、陰極隔壁６等が形成されて構成されている。
基板１上に陽極配線２がストライプ状に形成される。基板１には例えばガラス基板が用いられる。陽極配線２の材料には、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）が用いられる。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、陽極配線２上に積層して、開口部３を有する絶縁膜４が形成される。開口部３は、陽極配線２と陰極配線５との交差部に設けられる。
図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、有機化合物層７は陽極配線２上に積層して形成される。なお、有機化合物層７の構成については、図２および図３を用いて、後で詳述する。
図１（ｂ）に示されるように、陰極配線５は、有機発光層７上に形成される。

また、図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、陰極隔壁６が、陽極配線２と直交するように、絶縁膜４上に形成されている。陰極隔壁６が有機発光層７や陰極配線５を分離することにより、陰極隔壁６間に有機発光層７が形成され、ストライプ状にされた陰極配線５が形成される。陰極配線５の材料には、通常はアルミニウムＡｌまたはアルミニウム合金が用いられる。なお、ＡｌやＡｌ合金の他に、Ｌｉ等のアルカリ金属、Ａｇ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙ、Ｉｎやこれらを含む合金を、陰極配線５の材料に用いてもよい。陽極配線２と陰極配線５の交差部では、陽極配線２は陽極として、陰極配線５は陰極として機能する。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、陰極隔壁６は、陰極配線５と平行に配設される。図１（ｂ）に示されるように、陰極隔壁６の断面形状は逆テーパ形状となっており、陰極隔壁６を逆テーパ形状にすることにより、陰極隔壁６の側壁およびの立ち上がり部分が影となり、製造工程において、複数の陰極配線５を空間的に分離することができる。
図１（ｂ）に示されるように、有機ＥＬ素子基板１００の表面、すなわち基板１の有機化合物層７等が配置された面上には、封止基板８が対向するように配置され、基板１上の有機発光層７等が外気と遮断されるように封止されている。図１（ｂ）に示されるように、封止基板８の基板１との対向側の中央部には、凹部８ａが形成されている。

また、図１（ｂ）に示されるように、封止基板８と基板１とは、封止基板８の外周に塗布されたシール材９により貼り合わされる。基板１上の有機発光層７等は、両基板１、８およびシール材９によって封止されることで、空気中の水分にさらされないように保たれる。
また、基板１と封止基板８との間の封止空間には、酸素や窒素等の支燃性ガスが封入されている。

次に、有機化合物層７の構造について、詳細に説明する。
図２は、有機化合物層７を含む有機ＥＬ素子の構成を模式的に示す断面図である。
図２に示されるように、基板１上に、陽極２、正孔注入層７ａ、正孔輸送層７ｂ、有機発光層７ｃ、電子輸送層７ｄおよび陰極５が、順次積層されて形成されている。なお、陽極２、正孔注入層７ａ、正孔輸送層７ｂ、有機発光層７ｃ、電子輸送層７ｄおよび陰極５で、有機ＥＬ素子を構成するものとする。更に、電子輸送層７ｄと陰極５の間に、電子注入層を設けてもよい。

正孔注入層７ａは、陽極２と有機発光層７との間に形成されており、陽極２から有機発光層７ｃへの正孔注入効率を高めるために設けられている。正孔輸送層７ｂは、正孔注入層７ａと有機発光層７ｃとの間に、正孔注入層７ａに接して積層して形成されており、正孔を円滑に有機発光層７ｃに移動させるためと、有機発光層７ｃに入った電子が陽極２側に移動してくるのを阻止するために設けられている。有機発光層７ｃは、陽極２から注入された正孔と陰極５から注入された電子とを再結合させて励起子を生成し、この励起子を基底状態に失活させることにより発光現象を生じさせるために設けられている。電子輸送層７ｄは、有機発光層７ｃと陰極５との間に形成されており、電子を円滑に有機発光層７ｃに移動させるためと、有機発光層７ｃに入った正孔が電子輸送層７ｄに移動してくるのを阻止するために設けられる。なお、図示しない電子注入層は、陰極５からの有機発光層７ｃへの電子注入効率を高めるために設けられる。

次に、本発明の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の積層体のエネルギー準位について、図に基づいて説明する。図３は、本発明に係る有機ＥＬ素子の積層体における各層のエネルギー状態の一例を示す概念図である。
図４に示されるように、従来の有機ＥＬ素子の積層体のイオン化ポテンシャルエネルギー（Ｉｐ）は、陽極から有機発光層へ向けて、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層と順次段階的に大きくなるように設定されているのに対し、本発明実施の形態に係る有機ＥＬ素子では、図３に示されるように、正孔注入層７ａのイオン化ポテンシャルエネルギー（Ｉｐ）は、正孔輸送層７ｂのＩｐ以上である点で相違する。
このように、正孔注入層のイオン化ポテンシャルエネルギーを、正孔輸送層のイオン化ポテンシャルエネルギー以上にすることにより、発光量子効率を維持しつつ、駆動電圧を低減することができる。

また、さらに、好ましくは、正孔注入層のイオン化ポテンシャルエネルギーと、正孔輸送層のイオン化ポテンシャルエネルギーとの差を０．５６×１０^−１９ジュール（Ｊ）以下、すなわち０．３５ｅＶ以下とする。
このように、正孔注入層のイオン化ポテンシャルエネルギーと、正孔輸送層のイオン化ポテンシャルエネルギーとの差を一定範囲内とすることにより、発光量子効率を維持しつつ、更に安定して駆動電圧を低減することができる。

なお、正孔注入層のイオン化ポテンシャルエネルギーと、正孔輸送層のイオン化ポテンシャルエネルギーとの差を０．５６×１０^−１９ジュール（Ｊ）以下、すなわち０．３５ｅＶ以下としたのは、正孔注入層のイオン化ポテンシャルエネルギーを、正孔輸送層のイオン化ポテンシャルエネルギーに対して０．５６×１０^−１９Ｊよりも大きくしてしまうと、正孔が有機発光層７ｃへ移動しにくくなり、同じ輝度を得るのに駆動電圧が大きくする必要が生じてしまうためである。

図３に示されるように、イオン化ポテンシャルエネルギー（Ｉｐ）は、陽極２から有機発光層７ｃへ向けて、陽極２のＩｐ＝８．０１×１０^−１９Ｊ＝５．０ｅＶ、正孔注入層７ａのＩｐ＝８．８１×１０^−１９Ｊ＝５．５ｅＶ、正孔輸送層７ｂのＩｐ＝８．４９×１０^−１９Ｊ＝５．３ｅＶ、有機発光層７ｄのＩｐ＝９．２９×１０^−１９Ｊ＝５．８ｅＶと設定されている。この例示においては、正孔注入層７ａのＩｐは、正孔輸送層７ｂのＩｐよりも＝０．３２×１０^−１９Ｊ＝０．２ｅＶだけ大きく設定している。

以下、本発明の実施例および比較例について説明する。
実施例１．
板厚１３０ｎｍのガラス基板上にＩＴＯを用いて陽極２を形成し、陽極２が形成されたガラス基板を、真空蒸着機の基板ホルダーに固定して、真空度１×１０^−６Ｔｏｒｒまで減圧した。そして、イオン化ポテンシャルエネルギー（Ｉｐ）＝８．８１×１０^−１９Ｊ＝５．５ｅＶの化学式（１）の有機化合物（α−ＮＰＤ）を、蒸着速度０．２ｎｍ／秒で４０ｎｍの膜厚となるように、陽極２上に蒸着し、この層を正孔注入層７ａとした。

次に、Ｉｐ＝８．６５×１０^−１９Ｊ＝５．４ｅＶの化学式（２）の有機化合物を、蒸着速度０．２ｎｍ／秒で４０ｎｍの膜厚となるように、正孔注入層７ａ上に蒸着し、この層を正孔輸送層７ｂとした。

次に、Ｉｐ＝９．２９×１０^−１９Ｊ＝５．８ｅＶの化学式（３）の有機化合物（Ａｌｑ３）を、蒸着速度０．２ｎｍ／秒で５０ｎｍの膜厚となるように、正孔輸送層７ｂ上に蒸着し、この層を有機発光層７ｃとした。

次に、フッ化リチウムを、蒸着速度０．０５ｎｍ／秒で０．５ｎｍの膜厚となるように、有機発光層７ｃ上に蒸着し、この層を電子注入層７ｄとした。次に、アルミニウムを、蒸着速度０．５ｎｍ／秒で１００ｎｍの膜厚となるように、電子注入層上に蒸着し、この層を陰極５とした。
このようにして積層形成された有機ＥＬ素子の陽極２および陰極５の間に駆動電圧を印加して輝度を測定したところ、３００ｃｄ／ｍ^２を得るのに、駆動電圧４．１Ｖ、電流効率５．０ｃｄ／Ａであった。

実施例２．
板厚１３０ｎｍのガラス基板上にＩＴＯを用いて陽極２を形成し、陽極２が形成されたガラス基板を、真空蒸着機の基板ホルダーに固定して、真空度１×１０^−６Ｔｏｒｒまで減圧した。そして、Ｉｐ＝９．０７×１０^−１９Ｊ＝５．６６ｅＶの化学式（４）の有機化合物を、蒸着速度０．２ｎｍ／秒で４０ｎｍの膜厚となるように、陽極２上に蒸着し、この層を正孔注入層７ａとした。

次に、Ｉｐ＝８．５２×１０^−１９Ｊ＝５．３２ｅＶの化学式（５）の有機化合物を、蒸着速度０．２ｎｍ／秒で４０ｎｍの膜厚となるように、正孔注入層７ａ上に蒸着し、この層を正孔輸送層７ｂとした。

次に、フッ化リチウムを、蒸着速度０．０５ｎｍ／秒で０．５ｎｍの膜厚となるように、有機発光層７ｃ上に蒸着し、この層を電子注入層とした。次に、アルミニウムを、蒸着速度０．５ｎｍ／秒で１００ｎｍの膜厚となるように、電子注入層上に蒸着し、この層を陰極５とした。
このようにして積層形成された有機ＥＬ素子の陽極２および陰極５の間に駆動電圧を印加して輝度を測定したところ、３００ｃｄ／Ａを得るのに、駆動電圧４．２Ｖ、電流効率４．８ｃｄ／Ａであった。

従来例．
板厚１３０ｎｍのガラス基板上にＩＴＯを用いて陽極２を形成し、陽極２が形成されたガラス基板を、真空蒸着機の基板ホルダーに固定して、真空度１×１０^−６Ｔｏｒｒまで減圧した。そして、Ｉｐ＝８．３８×１０^−１９Ｊ＝５．２３ｅＶの化学式（６）の有機化合物を、蒸着速度０．２ｎｍ／秒で４０ｎｍの膜厚となるように、陽極２上に蒸着し、この層を正孔注入層７ａとした。

次に、Ｉｐ＝９．０４×１０^−１９Ｊ＝５．４６ｅＶの化学式（７）の有機化合物を、蒸着速度０．２ｎｍ／秒で４０ｎｍの膜厚となるように、正孔注入層７ａ上に蒸着し、この層を正孔輸送層７ｂとした。

次に、Ｉｐ＝９．２９×１０^−１９Ｊ＝５．８ｅＶの化学式（３）の有機化合物（Ａｌｑ３）を、蒸着速度０．２ｎｍ／秒で５０ｎｍの膜厚となるように、正孔輸送層７ｂ上に蒸着し、この層を有機発光層７ｃとした。次に、フッ化リチウムを、蒸着速度０．０５ｎｍ／秒で０．５ｎｍの膜厚となるように、有機発光層７ｃ上に蒸着し、この層を電子注入層とした。次に、アルミニウムを、蒸着速度０．５ｎｍ／秒で１００ｎｍの膜厚となるように、電子注入層上に蒸着し、この層を陰極５とした。
このようにして積層形成された有機ＥＬ素子の陽極２および陰極５の間に駆動電圧を印加して輝度を測定したところ、３００ｃｄ／Ａを得るのに、駆動電圧５．８Ｖ、電流効率４．５ｃｄ／Ａであった。

実施例１および実施例２と、従来例とを比較すると、同じ輝度３００ｃｄ／ｍ^２を得るのに、実施例１および実施例２では従来例と比較して、１．６〜１．７Ｖの駆動電圧の低減を実現することができた。また、同じ３００ｃｄ／ｍ^２を得るのに、実施例１および実施例２では従来例と比較して、０．３〜０．５ｃｄ／Ａの電流効率の上昇を実現することができた。
以上のように、正孔注入層のイオン化ポテンシャルエネルギーを、正孔輸送層のイオン化ポテンシャルエネルギー以上にすることにより、発光量子効率を維持しつつ、駆動電圧を低減することができる。

また、さらに、好ましくは、正孔注入層のイオン化ポテンシャルエネルギーと、正孔輸送層のイオン化ポテンシャルエネルギーとの差を０．５６×１０^−１９ジュール（Ｊ）以下、すなわち０．３５ｅＶ以下とすることにより、発光量子効率を維持しつつ、更に安定して駆動電圧を低減することができる。

以上の説明は、本発明を実施の形態を説明するものであり、本発明が以上の実施の形態に限定されるものではない。また、当業者であれば、以上の実施の形態の各要素を、本発明の範囲において、容易に変更、追加、変換することが可能である。
上記発明の実施態様では、パッシブ型有機ＥＬ装置として説明したが、アクティブ型有機ＥＬ表示装置にも本発明を適用できる。

有機ＥＬ表示素子の構成を示す図であって、図１（ａ）は電極が形成される側から基板を観察した状況を示す模式図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘにおける断面図である。有機化合物層を含む有機ＥＬ素子の構成を模式的に示す断面図である。本発明に係る有機ＥＬ素子の積層体における各層のエネルギー状態を示す概念図である。従来の有機ＥＬ素子の積層体における各層のエネルギー状態を示す概念図である。

符号の説明

１基板
２陽極配線（陽極）
３開口部
４絶縁膜
５陰極配線（陰極）
６陰極隔壁
７有機化合物層
７ａ正孔注入層
７ｂ正孔輸送層
７ｃ有機発光層
７ｄ電子輸送層
８封止基板
９シール材
１０捕水剤
１００有機ＥＬ素子基板
１００ａ表示領域

Claims

陽極と、陰極と、上記陽極および上記陰極の間に配置された有機発光層と、上記陽極と上記有機発光層との間に配置された正孔注入層と、上記正孔注入層と上記有機発光層との間に、上記正孔注入層に接して配置された正孔輸送層とを備え、
上記正孔注入層のイオン化ポテンシャルエネルギーは、上記正孔輸送層のイオン化ポテンシャルエネルギー以上である、有機ＥＬ素子。
上記正孔注入層のイオン化ポテンシャルエネルギーと、上記正孔輸送層のイオン化ポテンシャルエネルギーとの差が０．５６×１０^−１９ジュール以下である、請求項１に記載の有機ＥＬ素子。