JP2008135625A

JP2008135625A - 有機発光表示装置

Info

Publication number: JP2008135625A
Application number: JP2006321516A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Tanaka; 政博田中; Toshiyuki Matsuura; 利幸松浦; Sukekazu Aratani; 介和荒谷; Masao Shimizu; 政男清水
Original assignee: Hitachi Displays Ltd
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2008-06-12
Also published as: US20080284321A1

Abstract

【課題】電子注入層に注入する電子注入量を増加させることにより、発光輝度を向上させたトップエミッション型の有機発光表示装置を提供する。
【解決手段】絶縁性基板ＳＵＢ上に少なくとも陰極ＣＤ，電子注入層ＥＩＬ，電子輸送層ＥＴＬ，発光層ＥＭＬ，正孔輸送層ＨＴＬ及び陽極ＡＤを順次積層して形成し、電子注入層ＥＩＬが（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）（Ａｌｑ₃）とリチウム（Ｌｉ）との共蒸着層により形成し、電子輸送層ＥＴＬが（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）（Ａｌｑ₃）の蒸着層により形成することにより、Ｌｉ／Ａｌｑ₃共蒸着層の比率は、１以上、３以下とし、共蒸着層の膜厚は、１ｎｍ以上、３ｎｍ以下とし、Ａｌｑ₃蒸着層の膜厚は、５ｎｍ以上、７．５ｎｍ以下とすることにより、抵抗成分が減少し、電流が増加し、発光層に注入される電子注入量が増加（電子移動度が大きくなる）ので、発光輝度が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一対の電極間に有機発光層を設け、一対の電極により有機発光層に電界を印加させて発光させる有機発光表示装置に係わり、特に有機発光層に接合される電子輸送層及び電子注入層を構成する有機材料の層構造に関するものである。

近年、有機発光表示装置が次世代平面型表示装置として注目されている。この有機発光表示装置は、自発光、広視野角、高速応答性特性等の優れた特性を有している。この有機発光表示装置には、所謂ボトムエミッション型とトップエミッション型とがある。

ボトムエミッション型の有機発光表示装置は、ガラス基板を好適とする絶縁性基板上に第１の電極または一方の電極としてのＩＴＯなどの透明電極、電界の印加により発光する有機発光層（有機多層膜とも言う）、第２の電極または他方の電極としての反射性の金属電極を順次積層した発光機構により有機発光素子が構成される。この有機発光素子をマトリクス状に多数配列し、それらの積層構造を覆って封止缶とも称する他の基板を設け、上記発光構造を外部の雰囲気から遮断している。

そして、例えば透明電極を陽極とし、金属電極を陰極として両者の電極間に電界を印加することにより、有機発光層にキャリア（電子と正孔）が注入され、当該有機発光層が発光する。この発光をガラス基板側から外部に出射する構成となっている。

一方、トップエミッション型の有機発光表示装置は、上述した一方の電極を反射性を有する金属電極とし、他方の電極をＩＴＯ等の透明電極として両者の電極間に電界を印加することにより、有機発光層が発光し、この発光を上述した他方の電極側から出射する構成となっている。トップエミッション型では、ボトムエミッション型における封止缶としてガラス板を好適とする透明板が使用される。

このように構成される有機発光表示装置では、有機発光素子の発光時に一方の電極と他方の電極との間に印加される電界に応じて発光機構の有機発光層にキャリアが注入されて発光する。この有機発光素子の各層の膜厚は、それぞれ数十乃至数百ｎｍ程度であり、光干渉効果の影響を受ける。その干渉効果を利用して赤色、緑色、青色の各々の発光効率を高めている。

近年、有機発光表示装置の実用化に向けて発光効率を向上させるための改善例の一つとして下記特許文献１，特許文献２及び特許文献３には、シロールを電子輸送層及び発光層に用いることにより、低電圧にて高輝度発光を実現可能とした有機発光表示装置が開示されている。

また、特許文献４には、アントラセン誘導体を発光層に含有させることにより、発光効率及び耐熱性を向上させた有機発光表示装置が開示されている。

さらに、下記特許文献５には、ジスチリルアリーレン誘導体を発光層に含有させることにより、発光効率及び長寿命を実現可能とした有機発光表示装置が開示されている。

また、下記特許文献６には、ａ−ＳｉＣ：Ｈ（水素添加アモルファスシリコンカーバイト）を発光層に含有させることにより、青色発光色を実現可能とした有機発光表示装置が開示されている。

特開平０９−０８７６１６号公報特開平０９−１９４４８７号公報特開平１０−０１７８６０号公報国際特許公報ＷＯ０１／０７２６７３号特開２０００−２７３０５５号公報特開平０６−２０４５６２号公報

しかしながら、このように構成される有機発光表示装置において、トップエミッション型では電子注入を行う一方の電極（反射性を有する金属電極：陰極），電子注入層，電子輸送層の積層構造がその層構成を最適化する中で発光強度及び電流効率に対して大きな影響を与えていることが分かった。つまり、層構成を最適化する中で種々の得失が明らかとなり、高輝度発光及び長寿命化等が得られ難いという課題があった。

したがって、本発明は前述した従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電子注入層に注入する電子注入量を増加させることにより、発光輝度を向上させたトップエミッション型の有機発光表示装置を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明による有機発光表示装置は、絶縁性基板上に少なくとも陰極，電子注入層，電子輸送層，発光層，正孔輸送層及び陽極を順次積層して形成され、電子注入層が（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）（Ａｌｑ₃）とリチウム（Ｌｉ）との共蒸着層により形成し、電子輸送層が（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）（Ａｌｑ₃）の蒸着層により形成することにより、当該共蒸着層の抵抗成分が減少し、電流が増加し、発光層に注入される電子注入量が増加（電子移動度が大きくなる）するので、発光輝度が向上することになり、背景技術の課題を解決することができる。

また、本発明による他の有機発光表示装置は、好ましくは、上記構成において、電子注入層を形成する（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）とリチウムとの共蒸着層の比率は、１以上、３以下とすることを特徴としている。

また、本発明による他の有機発光表示装置は、好ましくは、上記構成において、電子注入層を形成する（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）とリチウムとの共蒸着層の膜厚は、１ｎｍ以上、３ｎｍ以下とすること特徴としている。

また、本発明による他の有機発光表示装置は、好ましくは、上記構成において、電子輸送層を形成する（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）の蒸着層の膜厚は、５ｎｍ以上、７．５ｎｍ以下とすることを特徴としている。

なお、本発明は、上記各構成及び後述する実施の形態に記載される構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明によれば、発光層に注入される電子注入量が増大するので、発光輝度の高いトップエミッション型の有機発光表示装置が実現可能となるという極めて優れた効果が得られる。

また、本発明によれば、トップエミッション型の有機発光装置の性能がボトムエミッション型と略同等となり、その構成上、高開口率化により発生する高輝度及び長寿命の有機発光表示装置が実現可能となるという極めて優れた効果が得られる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明による有機発光表示装置の一実施例による有機発光素子の構成を製造プロセスに基づいて説明する要部模式拡大断面図である。まず、図１に示すように例えば板厚約１．１ｍｍの絶縁性無アルカリガラス基板ＳＵＢ上にアルミニウム（Ａｌ）を真空蒸着法により約２００ｎｍの厚さに成膜して反射電極ＣＤ１を形成した後、引き続き、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を真空蒸着法により約３５ｎｍの厚さに成膜して透光性電極ＣＤ２を形成して光反射性も同時に有する陰極ＣＤとする。なお、ＩＴＯに代えてＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）を用いることができる。

続いて、この陰極ＣＤ上にリチウム（Ｌｉ）と（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）（Ａｌｑ₃）とを共蒸着法により約３ｎｍの厚さに成膜して電子注入層ＥＩＬを形成する。引き続き、この電子注入層ＥＩＬ上に（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）（Ａｌｑ₃）を真空蒸着法により約７．５ｎｍの厚さに成膜して電子輸送層ＥＴＬを形成する。

このような層構成においては、本実施例では電子注入層ＥＩＬの膜厚を約３ｎｍとしたが、実用的には約１ｎｍ〜３ｎｍの範囲とする。また、電子輸送層ＥＴＬの膜厚を約７．５ｎｍとしたが、実用的には約５ｎｍ〜７．５ｎｍの範囲とする。

次に、この電子輸送層ＥＴＬ上に例えば緑色発光材料として、トリス（８−ヒドロキシキノリノ）アルミニウム（Ａｌｑ）を真空蒸着法により約４０ｎｍの厚さに成膜して有機発光層ＥＭＬを形成する。次にこの有機発光層ＥＭＬ上に有機材料としてラジカルアニオン・カチオン安定性に優れ、正孔及び電子移動度の等しいシラシクロペンタジエン誘導体として例えば１−アリル−１，２，３，４，５−ペンタフェニルシラシクロペンタジエン（ＡＰＳ）を真空蒸着法により約２０ｎｍの厚さに成膜して正孔輸送層ＨＴＬを形成する。

続いて、この正孔輸送層ＨＴＬ上に五酸化バナジウム（Ｖ₂Ｏ₅）を例えば真空蒸着法により約１０ｎｍの厚さに成膜してバッファ層ＢＦを形成した後、このバッファ層ＢＦ上に例えばＩＺＯをスパッタリング法により約６０ｎｍの厚さに成膜して陽極ＡＤを形成する。また、ＩＺＯに代えてＩＴＯを用いることができる。

なお、このバッファ層ＢＦとしてＶ₂Ｏ₅を用いた場合、Ｖ₂Ｏ₅は正孔輸送層の機能も有するため、正孔注入層及び正孔輸送層ＨＴＬを形成しなくても直接発光層ＥＭＬに正孔を注入することが可能となる。また、このＶ₂Ｏ₅は、有機発光層ＥＭＬのスパッタリングからの保護層及び酸化防止機能も同時に兼ね備えている。

このようにして作製された有機発光表示装置は、有機発光素子を構成する陽極ＡＤと陰極ＣＤとの間に陽極ＡＤにプラス、陰極ＣＤにマイナスとなる直流電圧を印加することにより、正孔輸送層ＨＴＬから発光層ＥＭＬへの正孔の移送と、電子輸送層ＥＴＬから発光層ＥＭＬへ注入される電子の移送とにより、有機発光層ＥＭＬを発光させ、陽極ＡＤ側から外部上方に向かって発光光Ｌとして出射する。

図２は、陽極ＡＤと陰極ＣＤとの間に約８Ｖの直流電圧を印加したときの電子注入層ＥＩＬを構成するＬｉとＡｌｑ₃との共蒸着層の膜厚と発光輝度との関係を測定した結果を示す図である。図中、黒の菱形（◆）印はＬｉ／Ａｌｑ₃比率＝３、黒の四角（■）印はＬｉ／Ａｌｑ₃比率＝１の場合を示している。図２から明らかなようにＬｉとＡｌｑ₃との共蒸着層の膜厚範囲としては、膜厚が薄くなるほど抵抗成分が少なくなり、電流が増えて輝度が高くなる傾向がある。しかし、膜厚が約１ｎｍ程度まで薄くなると、発光層ＥＭＬの発光輝度が極端に低下して有機発光素子の発光寿命が短くなる。

この輝度低下は、陰極ＣＤを構成する反射電極ＣＤ１及び透光性電極ＣＤ２の構成材料（ＡＬ，ＩＴＯ）と、電子注入層ＥＩＬ内のＬｉとがその界面で反応してＬｉが酸化して失われる。したがって、電子注入層ＥＩＬの膜厚は、約１ｎｍ以上、好ましくは約３ｎｍ以下の範囲が好適である。

図３は、陽極ＡＤと陰極ＣＤとの間に約８Ｖの直流電圧を印加したときの電子輸送層ＥＴＬを構成するＡｌｑ₃蒸着層の膜厚に対する発光輝度の関係を測定した結果を示す図である。図３から明らかようにＡｌｑ₃蒸着層の膜厚が薄くなるほど抵抗成分が少なくなり、電流が増え、輝度が向上する傾向にあるが、その膜厚が約５ｎｍ以下では輝度の低下を招き、Ａｌｑ₃蒸着層の膜厚が約７．５ｎｍ近傍では輝度が極大となっている。

発明者等は、電子輸送層ＥＴＬとして、膜厚約１０ｎｍのＡｌｑ₃蒸着層のサンプルを複数個作製し、これらのサンプルについてＳＩＭＳ（二次イオン質量分析計）を用いて元素分析を行い、Ａｌ層とＬｉ層との深さ方向のプロファイルを測定した結果、ＬｉがＡｌｑ₃蒸着層中に約７ｎｍ程度拡散していることが分かった。Ａｌｑ₃蒸着層は、Ｌｉの拡散に対してバリア性を有し、比較的薄膜で拡散を防ぐ効果がある。当初Ａｌにキレート結合しているが、その片方がＬｉと結合し直し、トラップすると思われる。

ＳＩＭＳ分析の結果、約７ｎｍ程度でＬｉの拡散が留まっており、有機発光層ＥＭＬ中へのＬｉ拡散としは少ない。Ｌｉが発光層ＥＭＬに侵入すると、消光させてしまうので、輝度は低下する。Ｌｉは約０．１ａｔｍ％以下、有機発光素子の発光寿命も考慮すると、約１０ｐｐｍ以下が好ましい。発光層ＥＭＬ内にＬｉが浸入しない条件としては、電子輸送層ＥＴＬを構成するＡｌｑ₃蒸着層の膜厚は約７．５ｎｍ以上である。

また、電子輸送層ＥＴＬとして、膜厚約５ｎｍのＡｌｑ₃蒸着層のサンプルを複数個作製し、ＳＩＭＳ分析を行ったところ、Ａｌよりも先にＬｉが検出され、膜厚約５ｎｍ以上で拡散することが分かった。さらに、膜厚約７ｎｍのＡｌｑ₃蒸着層のサンプルでは、ＡｌとＬｉとが同時に検出され、Ａｌｑ₃蒸着層の膜厚約１０ｎｍのサンプルの結果と一致した。

図４は、陽極ＡＤと陰極ＣＤとの間に約８Ｖの直流電圧を印加したときの電子輸送層ＥＴＬを構成するＡｌｑ₃蒸着層の膜厚に対する電流密度の関係を測定した結果を示す図である。図４に示すようにＡｌｑ₃蒸着層の膜厚が薄くなるほど抵抗値が小さくなるので、電流密度が大きくなる。したがって、Ａｌｑ₃蒸着層の膜厚は約７．５ｎｍ以上であることが好ましい。

図５は、上記同様の駆動条件において、Ａｌｑ₃蒸着層の膜厚に対する電流輝度効率の関係を測定した結果を示す図である。図５に示すようにＡｌｑ₃蒸着層の膜厚が約７．５ｎｍよりも薄くすると、電子注入層ＥＩＬ内のＬｉが発光層ＥＭＬ内に拡散して侵入することにより電流輝度効率が急激に低下することになる。したがって、Ａｌｑ₃蒸着層の膜厚が約７．５ｎｍ以上であることが好ましい。

図６は、上記同様の駆動条件において、Ａｌｑ₃蒸着層の膜厚に対する電力効率の関係を測定した結果を示す図である。図６に示すようにＡｌｑ₃蒸着層の膜厚が約７．５μｍ以下となると、電力効率は電流輝度効率を反映して急激に低下することになる。

したがって、総合すると、電子輸送層ＥＴＬを構成するＡｌｑ₃蒸着層の膜厚は、約５ｎｍ以上、約７．５ｎｍ以下の範囲が好適であることが明らかとなった。

本発明による有機ＥＬ表示装置の一実施例による有機発光素子の構成を示す要部断面図である。電子注入層を構成するＬｉとＡｌｑ₃との共蒸着層の膜厚に対する発光輝度の関係を示す図である。電子輸送層を構成するＡｌｑ₃の膜厚に対する発光輝度の関係を示す図である。電子輸送層を構成するＡｌｑ₃の膜厚に対する電流密度の関係を示す図である。電子輸送層を構成するＡｌｑ₃の膜厚に対する電流輝度効率の関係を示す図である。電子輸送層を構成するＡｌｑ₃の膜厚に対する電力効率の関係を示す図である。

符号の説明

ＳＵＢ・・・絶縁性基板、ＣＤ１・・・反射電極、ＣＤ２・・・透光性電極、ＣＤ・・・陰極、ＥＩＬ・・・電子注入層、ＥＴＬ・・・電子輸送層、ＥＭＬ・・・有機発光層、ＨＴＬ・・・正孔輸送層、ＢＦ・・・バッファ層、ＡＤ・・・陽極。

Claims

絶縁性基板上に少なくとも陰極，電子注入層，電子輸送層，発光層及び正孔輸送層を順次積層して形成された有機発光表示装置において、
前記電子注入層は、（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）とリチウムとの共蒸着層により形成され、前記電子輸送層は、（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）の蒸着層により形成されたことを特徴とする有機発光表示装置。
前記電子注入層を形成する（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）とリチウムとの共蒸着層の比率は、１以上、３以下とすることを特徴とする請求項１に記載の有機発光表示装置。
前記電子注入層を形成する（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）とリチウムとの共蒸着層の膜厚は、１ｎｍ以上、３ｎｍ以下とすること特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機発光表示装置。
前記電子輸送層を形成する（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）の蒸着層の膜厚は、５ｎｍ以上、７．５ｎｍ以下とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の有機発光表示装置。