JP2011151101A - 有機ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】耐光性を向上させ外光による色度変化を抑制可能な有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】少なくとも発光層５ｂ，４ｃを含む有機層５を透光性の第一電極２と第二電極６との間に積層形成してなる有機ＥＬ素子であって、有機層５のうち第一電極２と発光層５ｂ，５ｃとの間に形成される層５ａに有機層５の劣化を生じさせる特定の波長の光を吸収する光吸収剤５ｇが含有されてなることを特徴とする。また、光吸収剤５ｇは少なくとも３５０〜３９０ｎｍの波長の光を吸収する。また、光吸収剤５ｇが含有される層５ａは、正孔輸送性材料５ｆからなり、そのガラス転移温度が１００℃以上である。
【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素子の耐光性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、を順次積層してな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、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素子は自己発光のため視認性に優れ、また、完全固体素子であるため耐衝撃性に優れ、さらに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採用されている。

特開昭５９−１９４３９３号公報 特開２００２−１８４５７２号公報

有機ＥＬ素子は、特に車載表示装置等に用いられると主に外光に含まれる紫外線等によって有機層を構成する有機材料に劣化が生じ、発光色の変化が起こることがあり、特に２色の混色によって白色の発光色を得る有機ＥＬ素子では有機材料の劣化に伴い電子及び正孔の注入効率が変化することで色度変化が顕著に現れるという問題点があった。

これに対し有機ＥＬ素子の耐光性を向上させる方法として、特許文献２に開示されるように透明基板上に紫外線吸収層を形成してその上に陽極、有機層及び陰極を形成する方法が知られている。しかしながら、かかる方法は、陽極のパターニング工程において紫外線吸収層に水分を含むことや紫外線吸収層が剥がれるという問題点があり、有機ＥＬ素子に十分な耐光性を得る方法には更なる改善の余地があった。

そこで本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、耐光性を向上させ外光による色度変化を抑制可能な有機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、少なくとも発光層を含む有機層を透光性の第一電極と第二電極との間に積層形成してなる有機ＥＬ素子であって、前記有機層のうち前記第一電極と前記発光層との間に形成される層に前記有機層の劣化を生じさせる特定の波長の光を吸収する光吸収剤が含有されてなることを特徴とする。

本発明は、有機ＥＬ素子に関し、耐光性を向上させ紫外線を含む外光による色度変化を抑制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。 本発明の実施例及び比較例の試験結果を示す図。

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づいて説明する。

図１において、有機ＥＬパネルは、支持基板１と、陽極となる第一電極２と、絶縁膜３と、隔壁部４と、有機層５と、陰極となる第二電極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ＵＶ／Ｏ_３処理やプラズマ処理等の表面処理を施されている。

絶縁膜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。絶縁膜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及び絶縁膜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。

有機層５は、第一電極２及び絶縁膜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５ｂ，第二の発光層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５ｆと例えばベンゾロリアゾール系の光吸収剤５ｇとを共蒸着法等の手段によって膜厚５〜２０ｎｍ程度の層状に形成してなる。正孔輸送性材料５ｆは、ガラス転移温度が１００℃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。また、光吸収剤５ｇは、有機層５の各層を構成する有機材料の劣化に起因する波長の光を吸収するものであり、少なくとも３５０〜３９０ｎｍの波長の光（紫外線）を吸収するものである。

第一の発光層５ｂは、ホスト材料５ｈに発光性材料として第一のドーパント５ｉを蒸着法等の手段によってドーピングし、膜厚１５〜２０ｎｍ程度の層状に形成してなる。ホスト材料５ｈ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またはスチリル誘導体等からなる。第一のドーパント５ｉは、電子と正孔との再結合に反応して発光する機能を有する蛍光ドーパントからなり、所定の発光色として例えば橙色の発光を示す。なお、第一のドーパント５ｉ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、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５ｉが添加される。

第二の発光層５ｃは、第一の発光層５ｂと同一のホスト材料５ｈに発光性材料として第一のドーパント５ｉとは発光色の異なる第二のドーパント５ｊを蒸着法等の手段によってドーピングし、膜厚２０〜４０ｎｍ程度の層状に形成してなる。第二のドーパント５ｊは、所定の発光色として例えば青色の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５ｊ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、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５ｊが添加される。

電子輸送層５ｄは、電子を第一，第二の発光層５ｂ，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。

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及び第一電極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と有機層５と第二電極６とを順次積層して有機ＥＬ素子を得る。前記各有機ＥＬ素子はマトリクス状に配置され、発光表示部を構成する各発光画素となる。

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とで前記発光表示部を封止する。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素子からなる発光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系発光と青色系発光を得て、これらの混色によって白色光を第一電極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。

本実施形態における有機ＥＬ素子は、有機層５のうち第一電極２と第一の発光層５ｂとの間に形成される正孔注入輸送層５ａに有機層５の劣化を生じさせる特定の波長の光を少なくとも吸収する光吸収剤５ｇが含有されてなることを特徴とする。

上記の構成によれば、光吸収剤５ｇを第一電極２のパターニング工程後に形成される正孔注入輸送層５ａに添加することにより、光吸収剤５ｇを含有する層に水分を含むことや層が剥がれるという問題点を解消することができ、耐光性を向上させ外光による色度変化を抑制することが可能となる。また、本願発明者は、鋭意検討の結果、紫外線を含む２９０〜４２０ｎｍの範囲の波長の光に起因して有機材料の劣化が生じており、特に３５０〜３９０ｎｍの範囲の波長の紫外線を光吸収剤５ｇで吸収することによって有機層５の劣化を抑制することができることを見いだした。したがって、光吸収剤５ｇは、有効吸収波長が２９０〜４２０ｎｍの範囲であることが最も望ましいものの、現状適用し得る材料の特性を考慮すれば、有効吸収波長が少なくとも３５０〜３９０ｎｍの範囲であれば十分な効果を奏することができる。また、光吸収剤５ｇが含有される正孔注入輸送層５ａに用いられる正孔輸送性材料５ｆは、そのガラス転移温度が１００℃以上であることが望ましい。これは、光吸収剤５ｇによって吸収された光が熱に変化するため、かかる構成においては耐熱性の高い材料を用いる必要があるためである。

なお、本実施形態における第一の発光層５ｂは橙色の発光色を呈する第一ドーパント５ｉをドーピングするものであり、第二の発光層５ｃは青色の発光色を呈する第二のドーパント５ｊをドーピングするものであったが、本発明は発光層にドーピングされる各発光性材料が他の発光色を呈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５ｈ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５ｈ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。かかる構成においては、光吸収剤５ｇは、正孔注入層及び正孔輸送層のいずれに含有され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。

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１〜４及び比較例１〜４の構成及びサンシャインウェザー試験にて太陽光に近似した光を照射し、５００時間経過した時点でピーク輝度３２０００ｃｄ／ｍ^２で発光させたときの駆動電圧の上昇値と色度変化量を示している。

実施例１は、前述の実施形態で示した有機ＥＬ素子と同様の構成を有する有機ＥＬ素子を作製したものであり、光吸収剤５ｇとして有効吸収波長が３３０〜４００ｎｍの範囲であるジフェニルＢジケトン誘導体をガラス転移温度が１３６℃である正孔輸送性材料５ｆと共蒸着して正孔注入輸送層５ａを形成したものである。

実施例２は、光吸収剤５ｇとして有効吸収波長が３５０〜４００ｎｍの範囲であるベンゾトリアゾールをガラス転移温度が１３６℃である正孔輸送性材料５ｆと共蒸着して正孔注入輸送層５ａを形成したほかは、実施例１と同様の構成を有する有機ＥＬ素子を作製したものである。

実施例３は、光吸収剤５ｇとして有効吸収波長が３９０ｎｍ以下（〜３９０ｎｍ）の範囲である二酸化チタン（ＴｉＯ_２）をガラス転移温度が１３６℃である正孔輸送性材料５ｆと共蒸着して正孔注入輸送層５ａを形成したほかは、実施例１と同様の構成を有する有機ＥＬ素子を作製したものである。

実施例４は、光吸収剤５ｇとして有効吸収波長が３９０ｎｍ以下（〜３９０ｎｍ）の範囲である酸化亜鉛（ＺｎＯ）をガラス転移温度が１３６℃である正孔輸送性材料５ｆと共蒸着して正孔注入輸送層５ａを形成したほかは、実施例１と同様の構成を有する有機ＥＬ素子を作製したものである。

（比較例１）
比較例１は、光吸収剤５ｇを正孔注入輸送層５ａに含有させず、ガラス転移温度が１３６℃である正孔輸送性材料５ｆのみを蒸着して正孔注入輸送層５ａを形成したほかは、実施例１と同様の構成を有する有機ＥＬ素子を作製したものである。

（比較例２）
比較例２は、有効吸収波長が２９０〜３３０ｎｍの範囲であるサリテル酸をガラス転移温度が１３６℃である正孔輸送性材料５ｆと共蒸着して正孔注入輸送層５ａを形成したほかは、実施例１と同様の構成を有する有機ＥＬ素子を作製したものである。

（比較例３）
比較例３は、有効吸収波長が２７０〜３５０ｎｍの範囲であるシアノアクリレートをガラス転移温度が１３６℃である正孔輸送性材料５ｆと共蒸着して正孔注入輸送層５ａを形成したほかは、実施例１と同様の構成を有する有機ＥＬ素子を作製したものである。

（比較例４）
比較例４は、光吸収剤５ｇとして有効吸収波長が３３０〜４００ｎｍの範囲であるジフェニルＢジケトン誘導体をガラス転移温度が９６℃である他の正孔輸送性材料と共蒸着して正孔注入輸送層５ａを形成したほかは、実施例１と同様の構成を有する有機ＥＬ素子を作製したものである。

図３に示すように、正孔注入輸送層５ａに光吸収剤５ｇを含有しない比較例１はサンシャインウェザー試験で５００時間経過した時点での電圧上昇値が１．５Ｖであり、ＣＩＥ色度座標における色度変化量がｘ値及びｙ値でそれぞれ０．０３となっており、外光によって有機材料が劣化し、発光色度が変化するとともに駆動電圧も上昇していることがわかる。これに対し、実施例１〜４は、電圧上昇値が０．５ないし０．４Ｖであり、色度変化量がｘ値及びｙ値でそれぞれ０．０１ないし０．００８となっており、比較例１と比べて色度変化量を抑制し、また駆動電圧の上昇も抑制することが可能となっている。なお、色度変化量が０．０１以下であれば色度の変化は視認されない程度となる。また、比較例２，３においては、電圧上昇値が０．９Ｖであり、色度変化量がｘ値及びｙ値でそれぞれ０．０２５となっており、比較例１よりも駆動電圧の上昇及び色度変化量は抑制されているものの効果としては不十分である。したがって、本発明における光吸収剤５ｇとしては少なくとも３５０〜３９０ｎｍの波長の光を吸収することができる材料を用いることが望ましいことがわかる。また、比較例４においては、電圧上昇値が０．７であり、色度変化量がｘ値及びｙ値でそれぞれ０．０１５となっており、比較例１よりも駆動電圧の上昇及び色度変化量は抑制されているものの効果としては不十分である。これは光吸収剤５ｇに吸収された光が熱に変わることによって耐熱性の低い他の正孔輸送性材料が劣化したためであると推測される。これにより、本発明における正孔輸送性材料５ｆとしてはガラス転移温度が１００℃以上である材料を用いることが望ましいことがわかる。以上の試験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。

本発明は、特に車載装置等に適用される高い耐光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 絶縁膜
５ 有機層
５ａ 正孔注入輸送層
５ｂ 第一の発光層
５ｃ 第二の発光層
５ｄ 電子輸送層
５ｅ 電子注入層
５ｆ 正孔輸送性材料
５ｇ 光吸収剤
５ｈ ホスト材料
５ｉ 第一のドーパント
５ｊ 第二のドーパント
６ 第二電極

Claims (7)

1. 少なくとも発光層を含む有機層を透光性の第一電極と第二電極との間に積層形成してなる有機ＥＬ素子であって、
   前記有機層のうち前記第一電極と前記発光層との間に形成される層に前記有機層の劣化を生じさせる特定の波長の光を吸収する光吸収剤が含有されてなることを特徴とする有機ＥＬ素子。
2. 前記光吸収剤は少なくとも３５０〜３９０ｎｍの波長の光を吸収することを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
3. 前記光吸収剤が含有される層は、正孔輸送性材料からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
4. 前記正孔輸送性材料は、そのガラス転移温度が１００℃以上であることを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ素子。
5. 白色の発光色を呈することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
6. 前記発光層として、発光色の異なる複数の発光層を積層形成してなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
7. 前記各発光層は、発光色の異なる複数のドーパントをそれぞれ含有してなることを特徴とする請求項６に記載の有機ＥＬ素子。

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