JP2011165781A - 有機ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】回路構成を複雑にすることなく安定した減光を行うことが可能な有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】陽極２と陰極４との間に少なくとも有機発光層３ｃを含む発光機能層３を形成してなる有機ＥＬ素子Ａである。陽極２と陰極４との積層個所からなる１つの発光単位において、発光機能層３は発光開始電圧の異なる少なくとも２種類以上の発光領域を有してなることを特徴とする。発光機能層３は、陽極２と有機発光層３ｃとの間に部分的に形成される正孔注入層３ａを含み、前記発光領域として正孔注入層３ａが形成される領域と正孔注入層３ａが形成されない領域とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ディスプレイあるいは照明装置に用いられる有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に関する。

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素子を備える有機ＥＬパネルは、例えば、陽極となるＩＴＯ等からなる第１電極と、少なくとも有機発光層を有する発光機能層と、陰極となるアルミニウム（Ａｌ）等からなる非透光性の第２電極と、を順次積層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パネルは、ディスプレイ用途においては液晶パネルに比べ視野角依存性が少ない、コントラスト比が高いあるいは薄膜化が可能であるなどの利点から各所で次世代のフラットパネルディスプレイとして研究開発が行われており、近年では照明用途での開発も盛んである。

ディスプレイあるいは照明として用いられる場合、有機ＥＬ素子には発光輝度を階調する機能が求められ、従来より有機ＥＬ素子の輝度調整方法としてＰＷＭ変調やＰＡＭ変調による制御方法によって有機ＥＬ素子の発光輝度を調整する技術が知られている（例えば特許文献２参照）。ＰＷＭ変調は、駆動パルス波形によって発光している有機ＥＬ素子のＯＮ波形の波長を調整することにより輝度階調を行う方法であり、ＰＡＭ変調は、パルス波形の振幅を調整することにより輝度階調を行う方法である。

特開昭５９−１９４３９３号公報 特開２００１−２８２１６０号公報 特開２００６−５８４０７号公報

しかしながら、ＰＷＭ変調あるいはＰＡＭ変調で有機ＥＬ素子の駆動パルス波形を変更して輝度階調を行う方法では、有機ＥＬ素子を減光し発光輝度が最大輝度時の１０％以下程度となる低電流駆動あるいは低電圧駆動時に、製品毎の輝度差が目立つようになる。これは有機ＥＬ素子の特性であり、有機ＥＬ素子の駆動電圧や発光効率のバラツキが影響していることが知られている。高輝度時における輝度差は視認されにくいが、低輝度時における輝度差は視認されやすいため、安定した減光を行うことができないという問題点があった。

これに対し、特許文献２には、１つの発光画素に対して複数のサブピクセルを設け、減光時には１つのサブピクセルのみを発光させることにより、安定した減光を実現する技術が開示されている。しかしながら、かかる方法ではサブピクセル毎にそれぞれ配線や駆動回路が必要となるため、配線が複雑となり駆動回路の部品点数も増加してコストアップとなるという問題点があった。

本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、回路構成を複雑にすることなく安定した減光を行うことが可能な有機ＥＬ素子を提供することを目的とするものである。

本発明は、前記課題を解決するために、陽極と陰極との間に少なくとも有機発光層を含む発光機能層を形成してなる有機ＥＬ素子であって、前記陽極と前記陰極との積層個所からなる１つの発光単位において、前記発光機能層は発光開始電圧の異なる少なくとも２種類以上の発光領域を有してなることを特徴とする。

本発明はディスプレイあるいは照明装置に用いられる有機ＥＬ素子に関し、回路構成を複雑にすることなく安定した減光を行うことが可能となるものである。

本発明の第１の実施形態である有機ＥＬ素子を示す図。 本発明の第１の実施形態である有機ＥＬ素子の発光領域を示す図。 有機ＥＬ素子の電圧−輝度特性を示す図。 本発明の比較例の測定結果を示す図。 本発明の実施例１の測定結果を示す図。 本発明の比較例及び実施例１の電圧−輝度特性を示す図。 本発明の第２の実施形態である有機ＥＬ素子を示す図。 本発明の第２の実施形態である有機ＥＬ素子の発光領域を示す図。 本発明の実施例２の測定結果を示す図。 本発明の実施例２の電圧−輝度特性を示す図。 本発明の実施例２の別例の測定結果を示す図。 本発明の実施例２の別例の電圧−輝度特性を示す図。

以下、本発明を適用した実施形態について添付図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態を示す図である。第１の実施形態である有機ＥＬ素子Ａは、支持基板１上に形成され、第１電極（陽極）２と、発光機能層３と、第２電極（陰極）４と、を有するものである。なお、図１においては第１電極２と第２電極４との積層個所からなる１つの発光部（発光単位）のみを示しているが、例えば有機ＥＬ素子を用いたディスプレイについてセグメント型表示を得るものにおいては各セグメントが１つの発光単位となり、ドットマトリクス型表示を得るものにおいては各発光画素が１つの発光単位となる。

支持基板１は、例えば透光性のガラス材料からなる矩形状の基板である。支持基板１上には、第１電極２，発光機能層３及び第２電極４が順に積層形成される。

第１電極２は、発光機能層３に正孔を注入する陽極となるものであり、支持基板１上にＩＴＯやＩＺＯあるいはＡＺＯ等の透光性導電材料をスパッタ法等の手段によって層状に形成してなり、フォトエッチング等の手段によって所定の形状にパターニングされる。

発光機能層３は、少なくとも有機発光層を含む発光を得るための各機能を有する複数の層からなり、第１電極２上に形成されるものである。本実施形態においては、第１電極２側から順に正孔注入層３ａ，正孔輸送層３ｂ，有機発光層３ｃ，電子輸送層３ｄ及び電子注入層３ｅが順に積層形成されてなる。

正孔注入層３ａは、第１電極２からの正孔を取り込む機能を有し、例えば酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）や五酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）等の無機材料やアミン系化合物等の有機材料等の正孔注入材料を例えばスプレー法により第１電極２上に微細ドット状に形成してなる。したがって、正孔注入層３ａは、発光単位内に部分的に形成されることとなる。また、スパッタ法によって正孔注入層３ａを形成する場合は、不均一な状態を形成するため微細マスクを用いて成膜する。

正孔輸送層３ｂは、正孔を有機発光層３ｃへ伝達する機能を有し、例えばアミン系化合物であるα−ＮＰＤ等の正孔輸送材料を真空蒸着法等の手段によって第１電極２上あるいは正孔注入層３ａ上に層状に形成してなる。

有機発光層３ｃ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所定色の発光を示す機能を有し、所望の発光色に応じて種々の有機発光材料を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなるものである。なお、有機発光層３ｃは単一材料からなるものであってもよく、また、ホスト材料に発光ドーパントを添加してなるものであってもよい。

電子輸送層３ｄは、電子を有機発光層３ｃへ伝達する機能を有し、有機発光層３ｃ上に例えばアルミキノリノール（Ａｌｑ３）等の電子輸送材料を真空蒸着法等の手段によってに層状に形成してなる。

電子注入層３ｅは、第２電極４からの電子を取り込む機能を有し、電子輸送層３ｄ上にフッ化リチウム（ＬｉＦ）等の電子注入材料を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなるものである。

第２電極４は、発光機能層３に電子を注入する陰極となるものであり、電子注入層３ｅ上に例えばＡｌ等の低抵抗の導電材料を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなる反射電極である。なお、第２電極４としては、Ａｇ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ａｕ，Ｍｇ及びＬｉ等の金属及びＡｇＭｇ等のこれら金属の合金であってもよい。

以上の各部によって有機ＥＬ素子Ａが構成されている。有機ＥＬ素子Ａは支持基板１側の第１電極２を透明電極とし、支持基板１の対向側の第２電極４を反射電極として支持基板１側から光を取り出すいわゆるボトムエミッション型の有機ＥＬ素子である。

本実施形態では、正孔注入層３ａをドット状に形成することによって、１つの発光部内には図２に示すように、正孔注入層３ａが形成される第１の発光領域Ａ１と正孔注入層３ａが形成されない第２の発光領域Ａ２とが形成される。図３に示すように、正孔注入層３ａを形成する場合と正孔注入層３ａを形成しない場合とでは、正孔注入層３ａを形成する場合は発光開始電圧が低く、正孔注入層３ａを形成しない場合は発光開始電圧が正孔注入層３ａを形成する場合よりも高い。したがって、２つの発光領域Ａ１，Ａ２においても同様に、正孔注入層３ａの有無によって発光開始電圧が異なり、第１の発光領域Ａ１においては発光開始電圧が低く、第２の発光領域Ａ２においては発光開始電圧が第１の発光領域Ａ１よりも高い。１つの発光部としては、第１の発光領域Ａ１の発光開始電圧から第２の発光領域Ａ２の発光開始電圧までの低電圧駆動時においては第１の発光領域Ａ１のみが発光を呈する。ここで、第１の発光領域Ａ１は発光部の面積よりも小さいため従来の有機ＥＬ素子と比較して電圧に対する発光輝度の立ち上がりが緩やかになり、駆動電圧のバラツキによる輝度変化が小さくなることで低電圧駆動時の発光輝度のバラツキを抑制することができる。第２の発光領域Ａ２の発光開始電圧以上の高電圧駆動時においては第１，第２の発光領域Ａ１，Ａ２から発光が呈され発光部全体が発光するため、電圧に対する発光輝度の立ち上がりは従来の有機ＥＬ素子と略同等となる。また、第１，第２の発光領域Ａ１，Ａ２は１つの発光部内に設けられるものであり同じ第１電極２及び第２電極４への電圧印加で発光駆動するため、配線や駆動回路の部品点数の増加は不要であり、回路構成を複雑にしてコストアップを招くことはない。

次に、本実施形態の実施例について説明する。

（実施例１）
実施例１は、前述の有機ＥＬ素子Ａと同様の構成を有する有機ＥＬ素子である。また、有機ＥＬ素子Ａは、各層の形成方法、材料についても上記で例示したものを採用した。評価方法としては、有機ＥＬ素子Ａをパルス電源により駆動させて発光を生じさせ、その輝度及び色度を確認した。有機ＥＬ素子Ａの駆動条件は、発光輝度１０００ｃｄ／ｍ^２となる駆動パルスを輝度１００％の状態とした場合、輝度１００％及び輝度１０％（発光輝度１００ｃｄ／ｍ^２）の状態にて駆動させた。なお、輝度測定に際しては一般的な輝度計を用いた。また、製品毎のバラツキの確認のために５つの有機ＥＬ素子Ａについて評価を行った。また、比較例として１つの発光部全体に正孔注入層３ａを形成したほかは実施例１の有機ＥＬ素子Ａと同様の構成を有する有機ＥＬ素子を採用し、同様の方法で評価を行った。

図４は比較例の評価結果を示す表であり、図５は実施例１の評価結果を示す表である。また、図６は比較例及び実施例１の電圧−輝度特性を示すグラフである。図４，５に示すように、比較例に対して実施例１は、輝度１０％状態の減光時においてバラツキ率が±２％程度であり、比較例よりも安定して減光が行われていることが明らかである。これは、図６に示すように、低電圧駆動時（約４Ｖから約５Ｖまでの間）において第１の発光領域Ａ１のみが発光することにより電圧に対する発光輝度の立ち上がりカーブが緩やかになったことによるものである。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、第２の実施形態である有機ＥＬ素子を示す図である。なお、前述の第１の実施形態と同一あるいは相当個所には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

第２の実施形態である有機ＥＬ素子Ｂは、支持基板１上に形成され、第１電極２と、発光機能層３と、第２電極４と、を有するものである。

正孔注入層３ｆは、第１電極２からの正孔を取り込む機能を有し、例えば酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）や五酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）等の無機材料やアミン系化合物等の有機材料等の正孔注入材料をマスクを用いた真空蒸着法により第１電極２上に１つの発光部よりも十分に小さい領域にのみ形成してなる。したがって、正孔注入層３ｆは、発光単位内に部分的に形成されることとなる。

本実施形態では、正孔注入層３ｆを１つの発光部よりも小さく形成することによって、１つの発光部内には図８に示すように、正孔注入層３ｆが形成される第１の発光領域Ｂ１と正孔注入層３ｆが形成されない第２の発光領域Ｂ２とが形成される。したがって、前述の第１の実施形態と同様に１つの発光部としては、第１の発光領域Ｂ１の発光開始電圧から第２の発光領域Ｂ２の発光開始電圧までの低電圧駆動時においては第１の発光領域Ｂ１のみが発光を呈する。ここで、第１の発光領域Ｂ１は発光部の面積よりも小さいため従来の有機ＥＬ素子と比較して電圧に対する発光輝度の立ち上がりが緩やかになり、駆動電圧のバラツキによる輝度変化が小さくなることで低電圧駆動時の発光輝度のバラツキを抑制することができる。第２の発光領域Ｂ２の発光開始電圧以上の高電圧駆動時においては第１,第２の発光領域Ｂ１，Ｂ２の両方から発光が呈され発光部全体が発光するため、電圧に対する発光輝度の立ち上がりは従来の有機ＥＬ素子と略同等となる。また、第１，第２の発光領域Ｂ１，Ｂ２は１つの発光部内に設けられるものであり同じ第１電極２及び第２電極４への電圧印加で発光駆動するため、配線や駆動回路の部品点数の増加は不要であり、回路構成を複雑にしてコストアップを招くことはない。

次に、本実施形態の実施例について説明する。

（実施例２）
実施例２は、前述の有機ＥＬ素子Ｂと同様の構成を有する有機ＥＬ素子である。有機ＥＬ素子Ｂは、各層の形成方法、材料についても上記で例示したものを採用し、第１の発光領域Ｂ１の面積が発光部全体の面積に対して約２５％となるように正孔注入層３ｆを部分的に形成した。評価方法としては、前述の実施例１と同様にして評価を行った。

図９は実施例２の評価結果を示す表である。また、図１０は前述の比較例及び実施例２の電圧−輝度特性を示すグラフである。図９に示すように、比較例に対して実施例２は、輝度１０％状態の減光時においてバラツキ率が±２％程度であり、比較例よりも安定して減光が行われていることが明らかである。これは、図１０に示すように、低電圧駆動時（約４Ｖから約５Ｖまでの間）において第１の発光領域Ｂ１のみが発光することにより電圧に対する発光輝度の立ち上がりカーブが緩やかになったことによるものである。

図１１は、実施例２において正孔注入層３ｆの成膜時にマスクの開口率を変え、第１の発光領域Ｂ１の面積を変化させてそれぞれ作製した場合の輝度１０％状態の減光時の測定結果を示すものである。また、図１２はこれらの電圧−輝度特性を示すグラフである。マスクの開口率は、それぞれ０％，２０％，４０％，６０％，８０％，１００％とした。したがって、第１の発光領域Ｂ１の発光部全体における面積比は、それぞれ１００％，８０％，６０％，４０％，２０％，０％となる。図１１に示す評価結果よれば、開口率を２０％〜８０％（第１の発光領域Ｂ１の面積比を８０％〜２０％）とすることで、輝度１０％状態の減光時においてバラツキ率を±２％程度に抑制して従来例よりも安定して減光を行うことが可能であることがわかる。これは、図１２に示すように、開口率２０％〜８０％（第１の発光領域Ｂ１の面積比８０％〜２０％）の範囲においては、低電圧駆動時（約４Ｖから約５Ｖまでの間）において電圧に対する発光輝度の立ち上がりカーブを緩やかにすることができることによるものである。

なお、本実施形態においては、１つの発光部において正孔注入層３ａ，３ｆが形成される発光領域Ａ１，Ｂ１と正孔注入層３ａ，３ｆが形成されない領域Ａ２，Ｂ２とを設けることで１つの発光部内に発光開始電圧の異なる２種類の発光領域を得る構成であったが、他の方法として、電子注入層を部分的に形成し、電子注入層が形成される領域と電子注入層が形成されない領域とを設けることで１つの発光単位内に発光開始電圧の異なる２種類の発光領域を得るものであってもよい。かかる構成においては、電子注入層は発光部の面積よりも小さく形成するものであっても、ドット状に形成するものであってもよい。さらに本発明においては、発光開始電圧の異なる発光領域は３種類以上設けられるものであってもよい。具体的方法としては、例えば正孔注入材料の種類や正孔注入層の膜厚を発光領域毎に変更して各発光領域の発光開始電圧を異ならせることで３種類以上の発光領域を形成することが可能である。

本発明は、ディスプレイあるいは照明装置に用いられる有機ＥＬ素子に関し、特に輝度階調機能を要する製品に適用される有機ＥＬ素子に好適である。

１ 支持基板
２ 第１電極（陽極）
３ 発光機能層
３ａ 正孔注入層
３ｂ 正孔輸送層
３ｃ 有機発光層
３ｄ 電子輸送層
３ｅ 電子注入層
４ 第２電極（陰極）
Ａ 有機ＥＬ素子
Ａ１ 第１の発光領域
Ａ２ 第２の発光領域
Ｂ 有機ＥＬ素子
Ｂ１ 第１の発光領域
Ｂ２ 第２の発光領域

Claims (6)

1. 陽極と陰極との間に少なくとも有機発光層を含む発光機能層を形成してなる有機ＥＬ素子であって、
   前記陽極と前記陰極との積層個所からなる１つの発光単位において、前記発光機能層は発光開始電圧の異なる少なくとも２種類以上の発光領域を有してなることを特徴とする有機ＥＬ素子。
2. 前記発光機能層は、前記陽極と前記有機発光層との間に部分的に形成される正孔注入層を含み、前記発光領域として前記正孔注入層が形成される領域と前記正孔注入層が形成されない領域とを有することを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
3. 前記正孔注入層は、ドット状に形成されてなることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
4. 前記発光機能層は、前記有機発光層と前記陰極との間に部分的に形成される電子注入層を含み、前記発光領域として前記電子注入層が形成される領域と前記電子注入層が形成されない領域とを有することを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
5. 前記電子注入層は、ドット状に形成されてなることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ素子。
6. 前記発光領域のうち発光開始電圧の小さい領域の前記発光単位における面積比が、２０％以上８０％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。
   

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