JP2010039241A - 有機ｅｌ表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を低減する有機ＥＬ表示装置を提供する。
【解決手段】基板と、該基板上に設けられ少なくとも一種類の蛍光発光画素と、少なくとも一種類の燐光発光画素と、からなる表示部と、から構成され、該蛍光発光画素が、陽極と、蛍光発光層を含む蛍光性有機化合物層と、陰極と、がこの順に積層されてなる蛍光発光素子を複数有する部材であり、該燐光発光画素が、陽極と、燐光発光層を含む燐光性有機化合物層と、陰極と、がこの順に積層されてなる燐光発光素子を複数有する部材であり、該燐光発光画素又は該燐光発光画素それぞれの総面積が、いずれの蛍光発光画素の総面積よりも大きいことを特徴とする、有機ＥＬ表示装置。
【選択図】図１

Description

本発明は有機ＥＬ表示装置に関する。

燐光発光素子は蛍光発光素子よりも発光効率がよいため、現在では有機ＥＬ表示装置の表示部を構成する部材として利用され始めている。その具体例として、特許文献１では、赤色に発光する燐光発光素子と、緑色に発光する蛍光発光素子と、青色に発光する蛍光発光素子と、混載した有機ＥＬ表示装置が開示されている。

特開２００２−６２８２４号公報

ところで燐光発光素子は、従来、高電流密度下で駆動すると発光効率が低下する現象（ロールオフ現象）が起こるという課題があった。この現象は、三重項励起子同士が反応する三重項―三重項励起子消滅（Ｔ−Ｔ Ａｎｎｉｈｉｌａｔｉｏｎ）が原因である。この三重項―三重項励起子消滅は、燐光発光素子特有の現象である。

このように燐光発光素子が抱える課題が判明する一方で、燐光発光素子特有のロールオフ現象を考慮した有機ＥＬ表示装置の設計はなされていなかった。そのため、燐光発光素子の駆動を効率が低下する高電流密度下で行うことにより、結果として消費電力が高くなるという問題があった。

本発明は、上記課題、特に、燐光発光素子における発光効率の電流密度依存性という課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、消費電力を低減する有機ＥＬ表示装置を提供することである。

本発明の有機ＥＬ表示装置は、基板と、
該基板上に設けられ少なくとも一種類の蛍光発光画素と、少なくとも一種類の燐光発光画素と、からなる表示部と、から構成され、
該蛍光発光画素が、陽極と、蛍光発光層を含む蛍光性有機化合物層と、陰極と、がこの順に積層されてなる蛍光発光素子を複数有する部材であり、
該燐光発光画素が、陽極と、燐光発光層を含む燐光性有機化合物層と、陰極と、がこの順に積層されてなる燐光発光素子を複数有する部材であり、
特定の発光色を示す該燐光発光画素の総面積が、他の発光色を示す該蛍光発光画素の総面積よりも大きいことを特徴とする。

本発明の有機ＥＬ表示装置は、燐光発光画素又は各燐光発光画素の総面積がいずれの蛍光発光画素の総面積よりも大きいため、燐光発光素子の駆動に必要な電流密度を小さくすることができる。このため燐光発光する有機発光素子の駆動条件を発光効率がよい低電流密度条件にすることができる。従って、本発明によれば、消費電力を低減する有機ＥＬ表示装置を提供することができる。

本発明の有機ＥＬ表示装置は、基板と、この基板上に設けられる表示部と、から構成される。またこの表示部は少なくとも一種類の蛍光発光画素と、少なくとも一種類の燐光発光画素と、からなる部材である。

ここで蛍光発光画素とは、陽極と、蛍光発光層を含む蛍光性有機化合物層と、陰極と、がこの順に積層されてなる蛍光発光素子を複数有する部材である。

また燐光発光画素とは、陽極と、燐光発光層を含む燐光性有機化合物層と、陰極と、がこの順に積層されてなる燐光発光素子を複数有する部材である。

本発明の有機ＥＬ表示装置は、特定の発光色を示す燐光発光画素の総面積が、他の発光色を示す蛍光発光画素の総面積よりも大きいことを特徴とするものである。即ち、燐光発光画素が一種類の場合、その燐光発光画素の総面積が、他の発光色を示す蛍光発光画素の総面積よりも大きいことを特徴とするものである。ただし、その燐光発光画素の総面積は、全ての種類の蛍光発光画素の総面積よりも大きくする必要はない。また本発明の有機ＥＬ表示装置は、燐光発光画素が複数種類の場合、各燐光発光画素の総面積が、他の発光色を示す蛍光発光画素の総面積よりも大きいことを特徴とするものである。ただし、各燐光発光画素の総面積は、全ての種類の蛍光発光画素の総面積よりも大きくする必要はない。

ここで燐光発光画素の総面積とは、一種類の燐光発光画素が設けられている領域の面積の合計である。ここで、燐光発光画素が設けられている領域が１箇所であれば、当該１箇所の領域の面積が燐光発光画素の総面積に該当する。一方で、燐光発光画素が設けられている領域が複数箇所存在する場合は、各箇所の面積を合計した値が燐光発光画素の総面積に該当する。

一方、蛍光発光画素の総面積とは、蛍光発光画素が設けられている領域の面積の合計である。蛍光発光画素が複数種類ある場合は各々の蛍光発光画素が設けられている領域の面積の合計である。ここで、蛍光発光画素が設けられている領域が１箇所であれば、当該１箇所の面積が蛍光発光画素の総面積に該当する。一方で、蛍光発光画素が設けられている領域が複数箇所存在する場合は、各箇所の面積を合計した値が蛍光発光画素の総面積に相当する。

以上のように、本発明の有機ＥＬ表示装置は、構成材料として一重項励起子により発光する蛍光発光材料と三重項励起子により発光する燐光発光材料とを有する。

ところで蛍光材料を有する有機発光素子（蛍光発光素子）は、生成される励起子の２５％に相当する一重項励起子しか発光に寄与しない。一方、燐光材料を有する有機発光素子（燐光発光素子）は、残りの７５％に相当する三重項励起子も発光に寄与するため、蛍光発光素子と比べて発光効率が高くなる。

しかし燐光発光素子は、電流密度を上げると発光効率がかえって低下する現象（ロールオフ現象）が起こる。これは電流密度を挙げると発光層の中で三重項―三重項励起子消滅（Ｔ−Ｔ Ａｎｎｉｈｉｌａｔｉｏｎ）が起こるためである。このロールオフ現象は燐光素子特有の現象である。

そこで、本実施形態においては、燐光発光をする燐光発光画素又は各燐光発光画素の総面積をいずれの蛍光発光画素の総面積よりも大きくする。こうすることで有機ＥＬ表示装置を駆動するのに必要な電流密度を小さくすることができる。

本発明の有機ＥＬ表示装置は、その駆動方式は特に限定されないが、燐光発光画素の構成部材である燐光発光素子をパルス時間変調駆動方式で駆動してもよい。この駆動方式は高輝度で素子を発光し、発光させる時間を変調することで階調を制御する駆動方式であるため、駆動時に必要な電流密度は高い。しかし本発明の有機ＥＬ表示装置では、パルス時間変調駆動方式であっても、燐光発光素子を駆動するのに必要な電流密度を下げることができるため、有機ＥＬ表示装置の消費電力が低減される。

本発明の有機ＥＬ表示装置は、蛍光発光画素と燐光発光画素とを配置する方法としては、二次元的な配置方法であってもよいし、画素と画素とを積層させるような配置方法であってもよい。尚、ここでいう積層とは、有機ＥＬ表示装置を構成する表示部に含まれる少なくとも１つのサブピクセルにおいて、異なる発光色を示す２つ以上の発光素子が積層されていることをいう。好ましくは、このサブピクセルにおいて、蛍光発光画素のうち少なくとも一種類と、燐光発光画素のうち少なくとも一種類と、が積層されていることをいう。

ここで画素と画素とを積層させるような配置方法について以下に説明する。この配置方法は、一般的には、下部電極と上部電極との間の複数の有機化合物層を設け、有機化合物層と有機化合物層との間に中間電極層を設ける構成をいうものである。この配置方法において、好ましくは、有機化合物層の数は２又は３である。具体的な実施形態については後述する。

上述したように、本発明の有機ＥＬ表示装置には、構成部材として燐光発光材料を含むものである。燐光発光材料は、その発光色により、赤色燐光発光材料、緑色燐光発光材料、青色燐光発光材料に大別される。これら燐光発光材料は、実用的使用に耐え得るものであればどの材料であっても構わない。尚、ここでいう実用的使用に耐え得るとは、例えば、使用する材料が実用的使用において要求される寿命を有することをいう。

赤色燐光発光材料としては、例えば、下記の化合物１（ホスト）と化合物２（ゲスト）との混合材料が挙げられる。尚、化合物１と化合物２との体積濃度比は、９９．５：０．５である。

緑色燐光発光材料としては、例えば、下記の化合物１（ホスト）と下記の化合物３（ゲスト）との混合材料が挙げられる。尚、化合物１と化合物３との体積濃度比は、９８：２である。

青色燐光発光材料としては、例えば、下記の化合物１（ホスト）と下記の化合物４（ゲスト）との混合材料が挙げられる。尚、化合物１と化合物４との体積濃度比は、９０：１０である。

次に、本発明の有機ＥＬ表示装置の具体的な実施形態について図面を参照して説明する。ただし以下に説明する実施形態は、本発明の実施形態の一例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。

［実施形態１］
まず本発明の有機ＥＬ表示装置における第一の実施形態について説明する。

図１は、本発明の有機ＥＬ表示装置における第一の実施形態を示す平面概略図である。図１の有機ＥＬ表示装置１は、基板（図示省略）上に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）に発光する各発光画素が一定の順序で二次元的に配列されている。これら発光画素（Ｒ，Ｇ，Ｂ）が１組ずつ集合して１組の画素２が形成される。またこの画素２を二次元的に配列することにより、有機ＥＬ表示装置１の表示部が形成される。一方、各発光画素（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は、複数の有機発光素子を二次元的に配列することにより構成される部材である。

図２は、図１の有機ＥＬ表示装置を構成する発光画素に含まれる有機発光素子を示す断面概略図である。図２の有機発光素子１０は、基板１１上に、反射電極１２、正孔輸送層１３、発光層１４、電子輸送層１５、電子注入層１６及び陰極１７がこの順に積層されている。尚、図２の有機発光素子１０は、陰極１７側から光を取り出すトップエミッション方式であるが、本発明はこの方式に限定されるものではない。

また、図２の有機発光素子１０は、正孔輸送層１３、発光層１４、電子輸送層１５及び電子注入層１６がこの順に積層されて有機化合物層１８を形成するが、有機化合物層１８の形態は、図２に示される形態に限定されるものではない。有機化合物層の他の形態の具体例としては、以下に示す形態が挙げられる。
（ｉ）単層型（発光層）
（ｉｉ）２層型（発光層／正孔注入層）
（ｉｉｉ）３層型（電子輸送層／発光層／正孔輸送層）
（ｉｖ）４層型（電子注入層／発光層／正孔輸送層／正孔注入層）
（ｖ）５層型（電子注入層／電子輸送層／発光層／正孔輸送層／正孔注入層）

尚、有機化合物層１８の構成材料として使用される有機材料（正孔注入・輸送材料、発光材料、電子注入・輸送材料等）は公知の材料を使用することができる。また有機化合物層の成膜方法は、真空蒸着法等の公知の方法を用いることができる。

図２の有機発光素子において、基板１１は、ガラス板等の基材のみで構成されてもよいが、この基材上にＴＦＴ等のスイッチング素子（図示省略）を形成してアクティブマトリクス型基板としてもよい。また基板１１を、ＴＦＴ駆動回路が不要なパッシブマトリクス型基板としてもよい。

図２の有機発光素子において、反射電極１２は、光反射性の部材からなる電極である。尚、図２の有機発光素子において、反射電極１２は、陽極として機能する。反射電極１２の構成部材として、例えば、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属材料が挙げられる。これらの金属材料は反射率が高い部材であるが、反射率が高ければ高いほど光取り出し効率を向上できるので好ましい。また、反射電極１２は、反射機能を有する光反射性部材からなる層と、電極機能を有するＩＴＯ膜等からなる透明導電層と、で構成される積層体であってもよい。

図２の有機発光素子において、陰極１７の構成材料は、電子注入が可能な部材であれば特に規定は無く、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の透明導電極からＡｇ、Ｍｇ、Ａｌ等の金属電極まで利用が可能である。

本実施形態では、図１に示される赤色発光画素Ｒを燐光発光画素とする。一方、図１に示される緑色発光画素Ｇ及び青色発光画素Ｂを蛍光発光画素とする。ここで、各発光画素１組あたりの面積、表示装置内の画素数、及び表示装置内における各発光画素の総面積を下記表１の通りに設定する。

図３は、有機ＥＬ表示装置に含まれる蛍光発光素子及び燐光発光素子のそれぞれにおける発光効率及び電流密度の関係を示すグラフである。図３に示されるように、蛍光発光素子の場合、発光効率の電流密度依存性は極めて小さい。一方、燐光発光素子の場合、電流密度が高くなるほど発光効率が低下するロールオフ現象が見られる。他方、電流密度は、画素面積に比例する。このため燐光発光素子の場合、駆動に必要な電流密度は燐光発光素子で構成する燐光発光画素の総面積に反比例する。

本実施形態では表１に示すように、燐光発光画素Ｒの総面積が、蛍光発光画素Ｇ及び蛍光発光画素Ｂのいずれにも大きい。このため、有機ＥＬ表示装置を駆動するに必要な電流密度を小さくすることができるため、発光効率が高くなる。

［比較形態１］
上記実施形態１との比較として、比較形態１では、燐光発光画素Ｒ、蛍光発光画素Ｇ及び蛍光発光画素Ｂの各発光画素１組あたりの面積、表示装置内の画素数、及び表示装置内における各発光画素の総面積を下記表２の通りに設定する。

この形態において、燐光発光画素Ｒの総面積は上記実施形態１の２／３である。このため、燐光発光画素Ｒを駆動するのに必要な電流密度は実施形態１の１．５倍になる。従って、この比較形態１における燐光発光画素Ｒの発光効率は、図３に示されるグラフから考慮すると、実施形態１の約０．８倍に低下する。一方、蛍光発光画素Ｇ及び蛍光発光画素Ｂの発光効率は、実施形態１と同等である。

以上より、この比較形態１は、実施形態１と比較して燐光発光画素Ｒの発光効率が低い分消費電力が大きくなる。

［実施形態２］
次に本発明の有機ＥＬ表示装置における第二の実施形態について説明する。尚、本実施形態を説明するにあたり第一の実施形態と同様の事項については説明を省略することがある。

図４は、本発明の有機ＥＬ表示装置における第二の実施形態を示す断面概略図である。図４の有機ＥＬ表示装置２０は、基板２１上に下部電極２２が設けられている。また下部電極２２上に、赤色発光画素Ｒの構成部材となる赤色発光有機化合物層２３と、中間電極層２４とがこの順に設けられている。そして、中間電極層２４上には、緑色発光画素Ｇの構成部材となる緑色発光有機化合物層２５ａと、青色発光画素Ｂの構成部材となる青色発光有機化合物層２５ｂとが二次元的に設けられている。また緑色発光有機化合物層２５ａ及び青色発光有機化合物層２５ｂは、中間電極層２４上に設けられている画素分離膜２６によって一定の領域にそれぞれ区画されている。そして、緑色発光有機化合物層２５ａ及び青色発光有機化合物層２５ｂ上には上部電極２７が設けられている。

図４の有機ＥＬ発光装置において、赤色発光画素Ｒは、下部電極２２と、赤色発光有機化合物層２３と、中間電極層２４との順に形成されている部材である。緑色発光画素Ｇは、中間電極層２４と、緑色発光有機化合物層２５ａと、上部電極２７との順に形成されている部材である。青色発光画素Ｂは、中間電極層２４と、青色発光有機化合物層２５ｂと、上部電極２７との順に形成されている部材である。ところで中間電極層２４は、一層で構成されてもよいし、複数の層で構成されていてもよい。中間電極層２４が一層で構成される場合、中間電極層２４は、赤色発光有機化合物層２３、緑色発光有機化合物層２５ｂ及び青色発光有機化合物層２５ｂの共通電極となる。例えば、下部電極２２をアノードにすると、中間電極層２４はカソードとなり、上部電極２７はアノードとなる。一方、中間電極層２４が複数の層、例えば、導電膜／絶縁膜／導電膜で構成される場合、赤色発光有機化合物層２３と、緑色発光有機化合物層２５ａ及び青色発光有機化合物層２５ｂと、を個別に駆動させることができる。

本実施形態では、赤色発光画素Ｒ及び緑色発光画素Ｇを燐光発光画素とし、青色発光画素Ｂを蛍光発光画素とする。各画素は、図５に示されるように配列する。即ち、赤色発光画素Ｒ上に、緑色発光画素Ｇと青色発光画素Ｂとを二次元的に配列する。ただし、本発明の有機ＥＬ表示装置において各発光画素の配置形式は図５の態様に限定されるものではない。例えば、まず緑色発光画素Ｇと青色発光画素Ｂとを二次元的に配列した後、赤色発光画素Ｒを配列してもよい。

本実施形態において、各発光画素１組あたりの面積、表示装置内の画素数、及び表示装置内における各発光画素の総面積を下記表３の通りに設定する。

表３に示すように、燐光発光画素である赤色発光画素Ｒ及び緑色発光画素Ｇの総面積は、いずれも蛍光発光画素である青色発光画素Ｂの総面積よりも大きい。このため、有機ＥＬ表示装置を駆動するのに必要な電流密度が小さくなるので発光効率が高くなる。

［比較例２］
上記実施形態２との比較として、比較形態２では、燐光発光画素Ｒ、燐光発光画素Ｇ及び蛍光発光画素Ｂの配置を変更している。具体的には、青色発光画素Ｂ上に、緑色発光画素Ｇ又は赤色発光画素Ｒを二次元的に配列する。また比較形態２は、実施形態２と比較すると、実施形態２において、燐光発光画素Ｒ、燐光発光画素Ｇ及び蛍光発光画素Ｂが設けられている領域は、それぞれ蛍光発光画素Ｂ、燐光発光画素Ｒ及び燐光発光画素Ｇに置き換わっている。この結果、各発光画素１組あたりの面積、表示装置内の画素数、及び表示装置内における各画素の総面積は下記表４の通りになる。

表３及び表４より、この比較形態２において、有機ＥＬ表示装置を駆動するのに必要な電流密度は、実施形態２と比較して、燐光発光画素Ｒでは２倍になり、緑色発光画素Ｇでは１．６７倍になり、蛍光発光画素Ｂでは０．３３倍になる。ここで図３のグラフを考慮すると、この比較形態２の発光効率は、実施形態２と比較して、燐光発光画素Ｒでは０．７５倍になり、燐光発光画素Ｇでは０．８倍となり、蛍光発光画素Ｂでは１倍になる。

以上より、この比較形態２は、実施形態２と比較して燐光発光画素Ｒ及び燐光発光画素Ｇの発光効率が低い分消費電力が大きくなる。

以上説明したように、本発明によれば、燐光発光画素と蛍光発光画素とからなる有機ＥＬ表示装置において、発光画素の総面積を調整することで、有機ＥＬ表示装置の消費電力を低減させることができる。

［実施形態３］
次に本発明の有機ＥＬ表示装置における第三の実施形態について説明する。尚、本実施形態を説明するにあたり上述した第一及び第二の実施形態と同様の事項については説明を省略することがある。

図６は、本発明の有機ＥＬ表示装置における第三の実施形態を示す断面概略図である。

図６の有機ＥＬ表示装置３は、基板３０上に、下部電極３１、第一有機化合物層３２、第一中間電極層３３、第二有機化合物層３４、第二中間電極層３５、第三有機化合物層３６及び上部電極３７がこの順に設けられている。

図６の有機ＥＬ表示装置３においては、下部電極３１又は中間電極層（３３，３５）と、有機化合物層（３２、３４、３６）と、中間電極（３３，３５）又は上部電極３７と、の順に積層されている構成部材がそれぞれ発光画素に該当する。図６の有機ＥＬ表示装置３において、各有機化合物層（３２、３４、３６）は、それぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）又は青色（Ｂ）に発光する発光画素の構成部材となる。ただし、本発明においては、各有機化合物層における発光色の配置の順番について特に限定されるものではない。

図６の有機ＥＬ表示装置３を作製する場合は、燐光発光画素の総面積がいずれの蛍光発光画素の総面積よりも大きくするように制御する。発光画素は、有機発光層を２つの電極で挟持したものであるため、発光面積は電極の大きさによって決まる。従って、各発光画素の総面積を制御する方法としては、電極の大きさを変える方法等がある。尚、図６の有機発光装置３は、実際は、各電極間が基本的に絶縁されている。

本発明の有機ＥＬ表示装置における第一の実施形態を示す平面概略図である。 図１の有機ＥＬ表示装置を構成する発光画素に含まれる有機発光素子を示す断面概略図である。 有機ＥＬ表示装置に含まれる蛍光発光素子と燐光発光素子とのそれぞれにおける発光効率及び電流密度の関係を示すグラフである。 本発明の有機ＥＬ表示装置における第二の実施形態を示す断面概略図である。 図４の有機ＥＬ表示装置を構成する発光画素の配置を示す平面概略図である。 本発明の有機ＥＬ表示装置における第三の実施形態を示す断面概略図である。

符号の説明

１ 有機ＥＬ表示装置
２ 画素
３ 有機ＥＬ表示装置
１０ 有機発光素子
１１ 基板
１２ 反射電極
１３ 正孔輸送層
１４ 発光層
１５ 電子輸送層
１６ 電子注入層
１７ 陰極
１８ 有機化合物層
２０ 有機ＥＬ表示装置
２１ 基板
２２ 下部電極
２３ 赤色発光有機化合物層
２４ 中間電極層
２５ａ 緑色発光有機化合物層
２５ｂ 青色発光有機化合物層
２６ 上部電極
３０ 基板
３１ 下部電極
３２ 第一有機化合物層
３３ 第一中間電極層
３４ 第二有機化合物層
３５ 第二中間電極層
３６ 第三有機化合物層
３７ 上部電極

Claims (5)

1. 基板と、
   該基板上に設けられ少なくとも一種類の蛍光発光画素と、少なくとも一種類の燐光発光画素と、からなる表示部と、から構成され、
   該蛍光発光画素が、陽極と、蛍光発光層を含む蛍光性有機化合物層と、陰極と、がこの順に積層されてなる蛍光発光素子を複数有する部材であり、
   該燐光発光画素が、陽極と、燐光発光層を含む燐光性有機化合物層と、陰極と、がこの順に積層されてなる燐光発光素子を複数有する部材であり、
   特定の発光色を示す該燐光発光画素の総面積が、他の発光色を示す該蛍光発光画素の総面積よりも大きいことを特徴とする、有機ＥＬ表示装置。
2. 前記燐光発光素子をパルス時間変調駆動方式で駆動することを特徴とする、請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
3. 前記表示部に含まれる少なくとも１つのサブピクセルにおいて、異なる発光色を示す２つ以上の発光素子が積層されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の有機ＥＬ表示装置。
4. 前記サブピクセルにおいて、前記蛍光発光画素のうち少なくとも一種類と、前記燐光発光画素のうち少なくとも一種類と、が積層されていることを特徴とする、請求項３に記載の有機ＥＬ表示装置。
5. 前記燐光発光画素が赤色発光画素及び緑色発光画素のいずれかであり、
   前記蛍光発光画素が青色発光画素であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ表示装置。

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