JP2010225975A - 有機ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】長寿命化が可能な有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【解決手段】少なくとも正孔注入輸送層と有機発光層と電子輸送層とを有する機能層を陽極と陰極との間に積層形成してなる有機ＥＬ素子であって、前記電子輸送層の膜厚と前記陽極と前記正孔注入輸送層との合計膜厚との比（前記電子輸送層の膜厚／前記陽極と前記正孔注入輸送層との合計膜厚）が０．０７以上であることを特徴とする有機ＥＬ素子。また、前記正孔注入輸送層を構成する正孔輸送性材料の正孔移動度と前記電子輸送層を構成する電子輸送性材料の電子移動度との比（前記正孔輸送性材料の正孔移動度／前記電子輸送性材料の電子移動度）が１０以上であることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に関し、特に有機ＥＬ素子の長寿命化に関するものである。

従来、有機材料によって形成される自発光素子である有機ＥＬ素子は、例えば、陽極となるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等からなる第一電極と、少なくとも発光層を有する有機層と、陰極となるアルミニウム（Ａｌ）等からなる非透光性の第二電極と、を順次積層して前記有機ＥＬ素子を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかる有機ＥＬ素子は、前記第一電極から正孔を注入し、また、第二電極から電子を注入して正孔及び電子が前記発光層にて再結合することによって光を発するものである。有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬディスプレイは、視認性や低温環境下での応答性に優れているため表示の瞬間判読が必要な車両用計器などの車載表示装置に適用されている。

特開昭５９−１９４３９３号公報

しかしながら、特に車載表示装置に用いられる有機ＥＬディスプレイは、長期間使用されるものであり、長寿命化が要求されているという点で更なる改良の余地があった。

そこで本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、長寿命化が可能な有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために、少なくとも正孔注入輸送層と有機発光層と電子輸送層とを有する機能層を陽極と陰極との間に積層形成してなる有機ＥＬ素子であって、前記電子輸送層の膜厚と前記陽極と前記正孔注入輸送層との合計膜厚との比（前記電子輸送層の膜厚／前記陽極と前記正孔注入輸送層との合計膜厚）が０．０７以上であることを特徴とする。

また、前記正孔注入輸送層を構成する正孔輸送性材料の正孔移動度と前記電子輸送層を構成する電子輸送性材料の電子移動度との比（前記正孔輸送性材料の正孔移動度／前記電子輸送性材料の電子移動度）が１０以上であることを特徴とする。

また、前記陽極から前記機能層までの総膜厚が２００ｎｍ以下であることを特徴とする。

また、前記陽極から前記機能層までの総膜厚が１７０ｎｍ以下であることを特徴とする。

また、白色発光を示すことを特徴とする。

また、前記有機発光層として発光色の異なる複数の発光層が形成され、混色によって白色発光を示すことを特徴とする。

本発明は、有機ＥＬ素子に関し、長寿命化が可能となるものである。

本発明が適用された有機ＥＬパネルを示す図。 同上の有機層を示す拡大断面図。 本発明の実施例と従来例とを比較した計測結果を示す図。

以下に、ドットマトリクス型の有機ＥＬパネルに本発明を適用した実施形態を添付の図面に基いて説明する。

図１において、有機ＥＬパネルは、支持基板１と、第一電極（陽極）２と、絶縁層３と、隔壁部４と、機能層５と、第二電極（陰極）６と、封止部材７とから主に構成されている。

支持基板１は、長方形形状からなる透光性のガラス基板である。

第一電極２は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透光性の導電材料をスパッタリングあるいは蒸着法等の方法で支持基板１上に層状に形成し、例えばフォトリソグラフィー法にてストライプ状にパターニングしてなるものである。第一電極２は、図１（ａ）に示すように陽極配線部２ａ及び陽極部２ｂを有しており、陽極配線部２ａは終端部に外部電源と電気的に接続するための陽極端子部２ｃを備える。また、第一電極２は、表面がプラズマ処理等の表面処理を施されている。

絶縁層３は、ポリイミド系やフェノール系等の絶縁材料からなるものでフォトリソグラフィー法等の手段によって支持基板１上の非発光個所に所定の形状にて形成される。絶縁層３は、第一電極２の各陽極部２ｂの間に形成されるとともに第一電極２と若干重なるように形成され、第一電極２と第二電極６との間を絶縁するものである。

隔壁部４は、例えばフェノール系等の絶縁材料からなるものであり、フォトリソグラフィー法等の手段によって断面が例えば逆テーパー状に形成される。隔壁部４は第一電極２及び絶縁層３上においては陽極部２ｂと略直角に交わるように形成され、また、支持基板１上の後述する陰極配線部に対応する個所においては図１（ａ）に示すように支持基板１の積層体形成面側から見て円弧状となるように形成される。

機能層５は、第一電極２及び絶縁層３上に形成されるものであり、図２に示すように、正孔注入輸送層５ａ，第一の発光層（有機発光層）５ｂ，第二の発光層（有機発光層）５ｃ，電子輸送層５ｄ及び電子注入層５ｅを蒸着法等の手段によって順次積層形成してなり、膜厚６０〜１００ｎｍ程度の層状となるものである。

正孔注入輸送層５ａは、第一電極２から正孔を取り込み第一，第二の発光層５ｂ，５ｃへ伝達する機能を有し、例えばアミン系化合物等の正孔移動度が高い正孔輸送性材料を蒸着法等の手段によって膜厚１５〜４０ｎｍ程度の層状に形成してなる。前記正孔輸送性材料は、ガラス転移温度が８５℃以上（さらに好ましくは１３０℃以上）であり、正孔移動度は４×１０^−４ｃｍ^２／Ｖ・ｓ程度であり、エネルギーギャップは３．１ｅＶ程度である。

第一の発光層５ｂは、ホスト材料５ｆにゲスト材料として第一のドーパント５ｇを蒸着法等の手段によってドープし、膜厚１５〜２０ｎｍ程度の層状に形成してなる。ホスト材料５ｆは、正孔及び電子の輸送が可能であり、正孔及び電子が輸送されて再結合することで発光を示す発光材料からなり、例えば３．３ｅＶ程度のエネルギーギャップを持つアントラセン誘導体等からなる。第一のドーパント５ｇは、電子と正孔との再結合に反応して発光する機能を有し、所定の発光色を示し、例えば橙色発光を示す蛍光ドーパントからなる。なお、第一のドーパント５ｇのドーピング量は濃度消光を起こさない程度となるように構成することが望ましく、本実施の形態では、第一の発光層５ｂにおける濃度が２〜２０％となるように第一のドーパント５ｇが添加されている。

第二の発光層５ｃは、第一の発光層５ｂと同一のホスト材料５ｆにゲスト材料として第一のドーパント５ｇとは発光色の異なる第二のドーパント５ｈを蒸着法等の手段によってドープし、膜厚２０〜４０ｎｍ程度の層状に形成してなる。第二のドーパント５ｈは、電子と正孔との再結合に反応して発光する機能を有し、所定の発光色を示し、例えば青色発光を示す蛍光ドーパントからなる。なお、第二のドーパント５ｈのドーピング量は濃度消光を起こさない程度となるように構成することが望ましく、本実施の形態では、第二の発光層５ｃにおける濃度が２〜２０％となるように第二のドーパント５ｈが添加されている。

電子輸送層５ｄは、電子を第二の発光層５ｃへ伝達する機能を有し、例えばキレート系化合物であるアルミキノリノール（Ａｌｑ_３）等の電子輸送性材料を蒸着法等の手段によって膜厚８〜３０ｎｍ程度の層状に形成してなる。あるいは、１×１０^−６ｃｍ^２／Ｖ・ｓ以下の電子移動度を持つ有機材料を用いる。

電子注入層５ｅは、第二電極６から電子を注入する機能を有し、例えばフッ化リチウム（ＬｉＦ）を蒸着法等の手段によって膜厚０．５ｎｍ程度の層状に形成してなる。

第二電極６は、アルミニウム（Ａｌ）やマグネシウム銀（Ｍｇ：Ａｇ）等の導電性材料を蒸着法等の手段によって膜厚５０〜２００ｎｍ程度の層状に形成してなるものであり、隔壁部４によってストライプ状に切断され、円弧状の陰極配線部６ａ及び透明電極２に略直角に交わる陰極部６ｂが形成される（図１（ａ）参照）。また、陰極配線部６ａは接続配線部８に電気的に接続されている。接続配線部８ａは、第一電極２とともに形成されるものであり、同一材料のＩＴＯからなるものである。また、接続配線部８は、終端部に前記外部電源と電気的に接続するための陰極端子部８ａが形成されている。

以上のように、支持基板１上に第一電極２と絶縁層３と隔壁部４と機能層５と第二電極６とを順次積層して積層体を形成する。マトリクス状に設けられた陽極部２ｂと陰極部６ｂの対向（交差）箇所が発光画素（有機ＥＬ素子）となる。

封止部材７は、例えばガラス材料からなる成型ガラス或いは平板部材をサンドブラスト、切削及びエッチング等の適宜方法で凹形状に形成してなるものである。封止部材７は、例えば紫外線硬化性エポキシ樹脂からなる接着剤７ａを介して支持基板１上に気密的に配設することで、封止部材７と支持基板１とで前記積層体を封止する。封止部材７は、第一電極２の陽極端子部２ｃおよび第二電極６に接続される陰極端子部８ａが外部に露出するように支持基板１よりも若干小さめに構成されている。なお、封止部材７は平板状であってもよく、その場合封止部材７はスペーサーを介して支持基板１上に配設される。

以上のように、有機ＥＬ素子からなる表示部を有するドットマトリクス型の有機ＥＬパネルが得られる。この有機ＥＬパネルは、第一電極２からの正孔と第二電極６からの電子とが第一，第二の発光層５ｂ，５ｃにて再結合することによって橙色発光と青色発光を得て、これらの混色によって白色の光を第一電極２側から出射するものである。また、有機ＥＬパネルはストライプ状に形成された複数の陽極部２ｂと複数の陰極部６ｂのそれぞれ何れかを選択して定電流を印加し、選択された陽極部２ｂと陰極部６ｂの対向箇所に該当する発光画素を発光させる、いわゆるパッシブ駆動で発光駆動するものである。

本願発明者は、有機ＥＬ素子の電子輸送層５ｄの膜厚Ｔ２と第一電極２と正孔注入輸送層５ａとの合計膜厚Ｔ１との比（Ｔ２／Ｔ１）を規定することによって、発光時間の経過に伴う発光輝度の低下を抑制して長寿命化させることが可能であることを見いだした。すなわち、本実施形態における有機ＥＬ素子は、電子輸送層５ｄの膜厚Ｔ２と第一電極２から正孔注入輸送層５ａまでの合計膜厚Ｔ１との比（Ｔ２／Ｔ１）を０．０７以上とすることを特徴とする。さらに、正孔注入輸送層５ａを構成する前記正孔輸送性材料の正孔移動度Ｍ１と電子輸送層５ｄを構成する前記電子輸送性材料の電子移動度Ｍ２との比（Ｍ１／Ｍ２）を１０以上とすることを特徴とする。

上記の構成によれば、発光時間の経過に伴う発光輝度の低下を抑制して長寿命化させることが可能となる。また、第一電極２から機能層５までの総膜厚Ｔを２００ｎｍ以下（さらに望ましくは１７０ｎｍ以下）とすることで、低温環境下における駆動電圧の上昇を抑制でき、駆動ＩＣの耐圧を下げることが可能となり製造コストを低減することができる。また、従来と同等の駆動ＩＣを使用する場合には発光輝度を高めることができる。

以下、さらに実施例を上げ本発明の具体的な効果を説明する。図３は実施例１〜３及び比較例１の各層の膜厚を示している。なお、電子注入層５ｅは、いずれの例においてもその膜厚を０．５ｎｍ程度としたため誤差の範疇として総膜厚Ｔに算入せずに省略している。実施例１は、第一電極２の膜厚を７５ｎｍ，機能層５の正孔注入輸送層５ａの膜厚を３２ｎｍ，第一の発光層５ｂの膜厚を１５ｎｍ，第二の発光層５ｃの膜厚を４０ｎｍ，電子輸送層５ｄの膜厚Ｔ２を８ｎｍとし、総膜厚Ｔを１７０ｎｍとした発光画素（有機ＥＬ素子）を備える有機ＥＬパネルである。電子輸送層５ｄの膜厚Ｔ２（８ｎｍ）と第一電極２と正孔注入輸送層５ａとの合計膜厚Ｔ１（１０７ｎｍ）との比（Ｔ２／Ｔ１）は、０．０７４である。また、正孔注入輸送層５ａを構成する前記正孔輸送性材料の正孔移動度Ｍ１は４×１０^−４ｃｍ^２／Ｖ・ｓであり、電子輸送層５ｄを構成する前記電子輸送性材料の電子移動度Ｍ２は１×１０^−６ｃｍ^２／Ｖ・ｓであり、両者の比（Ｍ１／Ｍ２）は、４００である。実施例２は、正孔注入輸送層５ａの膜厚を３０ｎｍとし、電子輸送層５ｄの膜厚Ｔ２を１０ｎｍとし、総膜厚Ｔを１７０ｎｍとした他は実施例１と同様に作成した有機ＥＬパネルである。電子輸送層５ｄの膜厚Ｔ２（１０ｎｍ）と第一電極２と正孔注入輸送層５ａとの合計膜厚Ｔ１（１０５ｎｍ）との比（Ｔ２／Ｔ１）は、０．０９５である。また、実施例３は、正孔注入輸送層５ａの膜厚を１５ｎｍとし、電子輸送層５ｄの膜厚Ｔ２を２５ｎｍとし、総膜厚Ｔを１７０ｎｍとした他は実施例１と同様に形成した有機ＥＬパネルである。電子輸送層５ｄの膜厚Ｔ２（２５ｎｍ）と第一電極２と正孔注入輸送層５ａとの合計膜厚Ｔ１（９０ｎｍ）との比（Ｔ２／Ｔ１）は、０．２７７である。また、比較例１は、正孔注入輸送層５ａの膜厚を３５ｎｍとし、電子輸送層５ｄの膜厚Ｔ２を５ｎｍとし、総膜厚Ｔを１７０ｎｍとした他は実施例１と同様に作成した有機ＥＬパネルである。電子輸送層５ｄの膜厚Ｔ２（５ｎｍ）と第一電極２と正孔注入輸送層５ａとの合計膜厚Ｔ１（１１０ｎｍ）との比（Ｔ２／Ｔ１）は、０．０４５である。

図３は、実施例１〜３及び比較例１を９０℃の環境下で初期輝度３００００ｃｄ／ｍ^２で直流駆動させた場合に輝度が初期輝度に対して半減するまでの時間の計測結果を示している。本評価の結果から、電子輸送層５ｄの膜厚Ｔ２と第一電極２と正孔注入輸送層５ａとの合計膜厚Ｔ１との比（Ｔ２／Ｔ１）を０．０７以上とした実施例１〜３は、比較例１に対して輝度半減までの時間を２倍以上に延ばすことが可能となっている。これに対し、電子輸送層５ｄの膜厚Ｔ２と第一電極２と正孔注入輸送層５ａとの合計膜厚Ｔ１との比（Ｔ２／Ｔ１）が０．０７未満である比較例１では十分な寿命が得られていない。かかる計測結果によっても本発明が十分な効果を奏することは明らかである。

なお、実施例１〜３及び比較例１では、ともに正孔注入輸送層５ａを構成する前記正孔輸送性材料の正孔移動度Ｍ１と電子輸送層５ｄを構成する前記電子輸送性材料の電子移動度Ｍ２との比（Ｍ１／Ｍ２）は同一値（４００）であったが、さらに望ましくは正孔注入輸送層５ａを構成する前記正孔輸送性材料の正孔移動度Ｍ１と電子輸送層５ｄを構成する前記電子輸送性材料の電子移動度Ｍ２との比（Ｍ１／Ｍ２）を規定すると良い。これは、前記正孔輸送性材料の正孔移動度Ｍ１と前記電子輸送性材料の電子移動度Ｍ２の差により有機ＥＬ素子のキャリアバランスが決定され発光の中心となる位置が決まるためである。前記電子輸送性材料の電子移動度Ｍ２が前記正孔輸送性材料の正孔移動度Ｍ１より等しいか大きい場合には、正孔注入輸送層５ａと第一の発光層５ｂとの界面に電子が多くたまり、正孔注入輸送層５ａへ電子が入り込む。すると正孔注入輸送層５ａを構成する前記正孔輸送性材料は電子に対して弱いため材料劣化が起こり、輝度低下が早くなり寿命が短くなる。そのため、少なくとも前記正孔輸送性材料の正孔移動度Ｍ１は、前記電子輸送性材料の電子移動度Ｍ２より大きくしなければならない。適正な値としては少なくとも一桁違うことが望まれる。したがって、本発明においては、正孔注入輸送層５ａを構成する前記正孔輸送性材料の正孔移動度Ｍ１と電子輸送層５ｄを構成する前記電子輸送性材料の電子移動度Ｍ２との比（Ｍ１／Ｍ２）を１０以上とすれば本発明の効果をより効果的に得ることができることがわかった。

また、本実施形態はドットマトリクス型の有機ＥＬパネルであったが、本発明はセグメント型の有機ＥＬパネルにも適用可能であり、アクティブ駆動にも適用可能である。

また、本実施形態は正孔注入輸送層５ａが単一層にて構成されるものであったが、本発明においては正孔注入層及び正孔輸送層を順次積層形成して正孔注入輸送層を複数層で構成するものであってもよい。

また、本実施形態は第一の発光層５ｂのホスト材料５ｆを単一材料としたが、本発明においてはホスト材料に複数の材料を用いる構成であってもよい。同様に、第二の発光層５ｃのホスト材料５ｆにおいても単一材料ではなく複数の材料を用いる構成であってもよい。

また、本実施形態における第一の発光層５ｂはホスト材料５ｆに橙色にて発光するドーパント５ｇをドープするものであり、第二の発光層５ｃはホスト材料５ｆに青色にて発光する第二のドーパント５ｈをドープするものであったが、本発明はホスト材料に加えられる各ドーパントが他の発光色にて発光するものであってもよい。

また、本実施形態は電子輸送層５ｄが単一層にて構成されるものであったが、本発明においては、複数の層で構成されるものであってもよい。

また、本実施形態は２つの発光層５ｂ，５ｃを積層するものであったが、本発明においては、有機発光層を１層として単色発光を示す素子構成としてもよい。

本発明は、特に広範囲の温度環境下で高信頼性が要求される有機ＥＬ素子に好適である。

１ 支持基板
２ 第一電極
３ 絶縁層
５ 機能層
５ａ 正孔注入輸送層
５ｂ 第一の発光層（有機発光層）
５ｃ 第二の発光層（有機発光層）
５ｄ 電子輸送層
５ｅ 電子注入層
５ｆ ホスト材料
５ｇ 第一のドーパント
５ｈ 第二のドーパント
６ 第二電極

Claims (6)

1. 少なくとも正孔注入輸送層と有機発光層と電子輸送層とを有する機能層を陽極と陰極との間に積層形成してなる有機ＥＬ素子であって、
   前記電子輸送層の膜厚と前記陽極と前記正孔注入輸送層との合計膜厚との比（前記電子輸送層の膜厚／前記陽極と前記正孔注入輸送層との合計膜厚）が０．０７以上であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
2. 前記正孔注入輸送層を構成する正孔輸送性材料の正孔移動度と前記電子輸送層を構成する電子輸送性材料の電子移動度との比（前記正孔輸送性材料の正孔移動度／前記電子輸送性材料の電子移動度）が１０以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
3. 前記陽極から前記機能層までの総膜厚が２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
4. 前記陽極から前記機能層までの総膜厚が１７０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
5. 白色発光を示すことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
6. 前記有機発光層として発光色の異なる複数の発光層が形成され、混色によって白色発光を示すことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。

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