JP2011249117A - 有機el素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】有機EL素子から発生した熱を効率よく放熱できる有機EL素子を提供する。
【解決手段】有機EL素子は、基板上に形成される第1電極と、前記第1電極上に形成される第1キャリア輸送層と、前記第1キャリア輸送層上に形成される発光層と、前記発光層上に形成される第2キャリア輸送層と、前記第2キャリア輸送層上に形成される第2電極と、前記第2電極の中央部と離隔して配置されるように、前記第2電極上に形成される熱吸収層と、前記熱吸収層上に形成される対向基板と、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、有機EL素子に関する。
有機EL表示装置は自発光素子である有機EL素子を備えており、視野角が広い、バックライトが不要で薄型化が可能、応答速度が早い、等の特徴がある。そのため、有機EL表示装置は次世代の表示装置として注目されている。また、近年では、有機EL素子を表示用だけではなく、光源装置として用いることも検討されている。
有機EL素子では、発光時の発熱により寿命が短くなるという問題がある。特に光源装置に用いる場合、表示装置として用いる場合より大きな電流を流して有機EL素子を高輝度駆動する必要がある。そのため発熱量も大きくなり、さらに有機EL素子の寿命が短くなってしまう。
特開2010−60970号公報
有機EL素子から発生した熱を効率よく放熱できる有機EL素子を提供する。
本実施形態によれば、基板上に形成される第1電極と、前記第1電極上に形成される第1キャリア輸送層と、前記第1キャリア輸送層上に形成される発光層と、前記発光層上に形成される第2キャリア輸送層と、前記第2キャリア輸送層上に形成される第2電極と、前記第2電極の中央部と離隔して配置されるように、前記第2電極上に形成される熱吸収層と、前記熱吸収層上に形成される対向基板と、を備えることを特徴とする有機EL素子が提供される。
また、本実施形態によれば、基板上に形成される第1電極と、前記第1電極上に形成される第1キャリア輸送層と、前記第1キャリア輸送層上に形成される発光層と、前記発光層上に形成される第2キャリア輸送層と、前記第2キャリア輸送層上に形成される第2電極と、前記第2電極の中央部と離隔して配置されるように、前記第2電極上に形成される対向基板と、前記対向基板上に形成される熱吸収層と、を備えることを特徴とする有機EL素子が提供される。
また、本実施形態によれば、基板上に形成される第1電極と、前記第1電極上に形成される第1キャリア輸送層と、前記第1キャリア輸送層上に形成される発光層と、前記発光層上に形成される第2キャリア輸送層と、前記第2キャリア輸送層上に形成される第2電極と、前記第2電極の中央部と離隔して配置されるように、前記第2電極上に形成されるカーボン層と、前記カーボン層上に形成される対向基板と、を備えることを特徴とする有機EL素子が提供される。
また、本実施形態によれば、基板上に形成される第1電極と、前記第1電極上に形成される第1キャリア輸送層と、前記第1キャリア輸送層上に形成される発光層と、前記発光層上に形成される第2キャリア輸送層と、前記第2キャリア輸送層上に形成される第2電極と、前記第2電極の中央部と離隔して配置されるように、前記第2電極上に形成される対向基板と、前記対向基板上に形成されるカーボン層と、を備えることを特徴とする有機EL素子が提供される。
本発明の第1の実施形態に係る有機EL素子1を含む有機EL装置100の断面図。 有機EL素子1の断面拡大図。 本発明の第2の実施形態に係る有機EL素子1aを含む有機EL装置100aの断面図。 有機EL素子1aの断面拡大図。 本発明の第3の実施形態に係る有機EL素子1bを含む有機EL装置100bの断面図。 有機EL素子1bの拡大図。 図2および図4の有機EL素子を組み合わせた有機EL素子1cの断面図。 図2および図6の有機EL素子を組み合わせた有機EL素子1dの断面図。 図4および図6の有機EL素子を組み合わせた有機EL素子1eの断面図。 図2、図4および図6の有機EL素子を組み合わせた有機EL素子1fの断面図。
以下、本発明に係る有機EL素子の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る有機EL素子1を含む有機EL装置100の断面図であり、図2は、図1の点線で囲まれた有機EL素子1の断面拡大図である。図2の有機EL素子1を例えば1列に300個並べたものが図1の有機EL装置100であり、例えば光源装置として用いられる。
図1の有機EL装置100は、列設される複数の有機EL素子1と、その周囲に設けられる乾燥剤2および樹脂封止部3とを備えている。図1の有機EL装置100は、有機EL素子1が発する光が基板11側から取り出される下面発光型の例を示している。
図2の有機EL素子1は、基板11と、絶縁有機層12と、陽極(第1電極)ANDと、正孔輸送層HTL(Hole Transport Layer)と、発光層EML(Emitting Layer)と、電子輸送層ETL(Electron Transport Layer)と、陰極(第2電極)CTDと、カーボン膜(カーボン層)13と、対向基板14と、隔壁20とを有する。
陽極AND、正孔輸送層HTL、発光層EML、電子輸送層ETLおよび陰極CTDは、基板11上に形成された絶縁有機層12上に順に積層される。陰極CTDは複数の有機EL素子1で共通に用いてもよい。隔壁20は有機EL素子1と隣接する有機EL素子1とを電気的に分離するものであり、例えば樹脂材料により形成される。また、絶縁有機層12と基板11の間には、有機EL素子1に電流を供給するための駆動用TFT(Thin Film Transistor)などが形成されるが、図2では省略している。
陰極CTDとカーボン膜13の間には、窒素等が充填された中空部21が設けられている。各有機EL素子1の中空部21は連結されており、これら中空部21は有機EL素子100の端部の樹脂封止部3により封止されている。なお、図2では、カーボン膜13は陰極CTDと接触していないが、カーボン膜13は陰極CTDの中央部22と離隔して配置されればよく、カーボン膜13は陰極CTDの周囲部23と接触していてもよい。
陽極ANDは例えばITO(Indium Tin Oxide)からなる透明な電極である。正孔輸送層HTLは正孔(第1キャリア)を発光層EMLに輸送する。電子輸送層ETLは陰極CTDから電子(第2キャリア)を発光層EMLに輸送する。発光層EMLは、例えばAlq(アルミキノール錯体)からなるホストと、ホストに添加された数%のドーパントからなる。発光層EMLに正孔および電子が供給されると、ドーパントはホストからエネルギーを受け取り、ドーパントの種類に応じた色に発光する。
発光層EMLが発光する際には発光層EMLは発熱する。特に、有機EL装置100を光源装置として使用する場合、駆動用TFTから大きな電流を流す必要があるため、発光層EMLからの発熱は大きくなる。
そこで、本実施形態では、陰極CTDの上方にカーボン膜13および対向基板14を設けている。カーボン膜13および対向基板14は以下のようにして形成される。まず、ガラス等からなる対向基板14上に水溶性カーボンペーストをスピンコートすることにより、対向基板14上に例えば厚さ1μmのアモルファスカーボンからなるカーボン膜13を成膜する。そして、カーボン膜13を陰極CTD側に向けて、対向基板14を陰極CTDの上方に配置して樹脂封止部3で封止する。この対向基板14は、陰極CTD等を保護する保護膜としても機能する。また、図示していないが、対向基板14のカーボン膜13の形成面とは反対側の面上には、例えば銅またはアルミニウムからなる放熱板、もしくは、放熱テープが設けられる。
カーボン膜13は発光層EMLで発生した熱を吸収する。カーボン膜13により吸収された熱は対向基板14を介して放熱板(または放熱テープ)に伝えられ、有機EL装置100の外部に効率よく放熱される。これにより、発光層EML周辺の発熱が抑制され、発光層EMLや、発光層EMLと正孔輸送層HTLおよび電子輸送層ETLとの界面の劣化を抑制できる。
なお、図2では、対向基板14を厚く描いているが、実際には、カーボン膜13から放熱板等への熱の伝達性を向上させるために、対向基板14は十分薄く形成される。
発光層EMLで発生した熱を効率よく放熱できるため、発光層EMLの発熱を抑制でき、カーボン膜13を設けない場合に比べ、例えば有機EL素子1の寿命を数百倍にまで伸ばすことができる。
このように、第1の実施形態では、陰極CTDの上方に熱吸収層としてカーボン膜13を設ける。そのため、発光層EMLで発生した熱を効率よく外部に放熱でき、有機EL素子1の寿命を伸ばすことができる。
なお、図1の有機EL装置100および図2の有機EL素子1は一例であって、種々の変形が可能である。
例えば、陽極ANDと正孔輸送層HTLとの間に正孔注入層HIL(Hole Injection Layer)を、電子輸送層ETLと陰極CTDとの間に電子輸送層EIL(Electron Injection Layer)をそれぞれ設けてもよい。さらに、発光層EMLと電子輸送層ETLとの間に正孔ブロック層を設けてもよい。これらの層を設けることで、発光効率をより向上できる。
図2において、陰極CTD上に例えば酸化膜/窒化膜/酸化膜等を積層し、陰極CTDを薄膜封止してもよい。さらに、図2では、各有機EL素子1の内部に中空部21を設ける例を説明したが、この中空部21の少なくとも一部に樹脂等の充填材料を充填してもよい。充填材料はカーボン膜13と接触していてもよいし、非接触でもよい。
また、対向基板14にカーボン膜13を成膜するのではなく、予め対向基板14中にカーボンを混入させてもよい。また、必ずしもカーボン膜13でなくてもよく、熱伝導率または吸熱性が高い他の材料からなる熱吸収層であればよい。熱吸収層は対向基板14上またはその内部に形成されるため、金属材料よりも、ガラスとの接触性が高い有機材料が望ましい。
有機EL装置100は下面発光型でなく、発光層EMLが発した光を対向基板14側から取り出す上面発光型でもよい。この場合、カーボン膜13は有機EL素子1が発する光を透過するよう薄く形成する必要がある。
また、図1の有機EL装置100は、光源装置としてではなく、表示装置等の他の用途に用いてもよい。
(第2の実施形態)
上述した第1の実施形態は対向基板14と陰極CTDとの間に熱吸収層を設けたが、以下に説明する第2の実施形態では対向基板14の上面に熱吸収層を設けるものである。
図3は、本発明の第2の実施形態に係る有機EL素子1aを含む有機EL装置100aの断面図であり、図4は、図3の点線で囲まれた有機EL素子1aの断面拡大図である。図3および図4では、図1および図2と共通する構成部分には同一の符号をそれぞれ付しており、以下では相違点を中心に説明する。
図4の有機EL素子1aは、対向基板14と、熱吸収層としてのカーボンテープ(カーボン層)15とを有する。対向基板14は陰極CTDの上方に形成され、カーボンテープ15は対向基板14の陰極CTDとは反対側の面上に形成される。図4では、対向基板14は陰極CTDと接触していないが、対向基板14は陰極CTDの中央部22と離隔して配置されればよく、対向基板14は陰極CTDの周囲部23と接触していてもよい。
カーボンテープ15は、例えば厚さ0.2mmであり、カーボンを含む材料および接着剤からなる。カーボンテープ15は予め対向基板14上に貼り付けられる。この対向基板14を陰極CTD上に配置することにより、図4の構造の有機EL素子1aが得られる。本実施形態では、スピンコートによりカーボン膜13を形成する第1の実施形態より簡易に熱吸収層を形成できる。なお、カーボンテープ15上にはやはり放熱板等(不図示)が設けられる。
発光層EMLで発生した熱は対向基板14を介してカーボンテープ15により吸収される。この熱は放熱板等に伝えられ、有機EL装置100aの外部に放熱される。
このように、第2の実施形態では、対向基板14上に熱吸収層としてカーボンテープ15を設ける。そのため、発光層EMLで発生した熱を効率よく外部に放熱でき、有機EL素子1aの寿命を長くすることができる。
(第3の実施形態)
上述した第1および第2の実施形態は下面発光型の有機EL装置であったが、以下に説明する第3の実施形態では上面発光型の有機EL装置である。
図5は、本発明の第3の実施形態に係る有機EL素子1bを含む有機EL装置100bの断面図であり、図6は、図5の点線で囲まれた有機EL素子1bの拡大図である。図5の有機EL素子1bをマトリクス状に並べたものが図6の有機EL装置100bであり、例えば表示装置として用いられる。図5および図6では、図1および図2と共通する構成部分には同一の符号をそれぞれ付しており、以下では相違点を中心に説明する。
図5の有機EL装置100bは、有機EL素子1bと、フリット封止部4とを備えている。図5の有機EL装置100bは、有機EL素子1bが発する光が対向基板14側から取り出される上面発光型の例を示している。
図6の有機EL素子1bは陽極ANDの下に形成される反射層MRLを有する。反射層MRLの材料はアルミニウムまたは銀等である。反射層MRLは有機EL素子1bが基板11側に発した光を対向基板14側に反射する。陰極CTDは例えばITOからなる透明な電極、または、マグネシウムおよび銀の合金からなる半透明な電極である。有機EL素子1bが発する光および反射層MRLで反射された光の少なくとも一部は陰極CTDを透過し、有機EL装置100bの外部に取り出される。
有機EL素子1bは、発光層EMLのホストに添加されたドーパントの種類に応じて、赤色(R)、緑色(G)および青色(B)のいずれかの色に発光する能力を持つ。
本実施形態では、有機材料層16および対向基板14が陰極CTD上に設けられる。有機材料層16の材料は、例えば発光層EMLのホストであるAlqや、正孔輸送層HTLまたは電子輸送層ETLで用いられる材料である。有機材料層16の材料として有機EL素子1bに含まれる材料を用いることで、有機EL素子1bやその製造装置の汚染を防ぐことができる。また、別の材料を使う場合に比べて、コストを抑制できる。有機材料層16に代えて、光が透過する程度に薄いカーボン層を設けてもよい。
上述した各実施形態と同様に、有機材料層16は熱吸収層として機能する。
また、本実施形態では、陰極CTDは、中央部22では有機材料層16と離隔して配置され、周囲部23では有機材料層16と接触している。陰極CTDの周辺を真空にして有機材料層16および対向基板14を陰極CTD上に押さえつけて封止することにより、有機材料層16を陰極CTDの周囲部23に接触させることができる。有機材料層16は金属と比べると柔らかいため、陰極CTDや対向基板14を傷つけることはない。
上面発光型の有機EL装置100bの場合、仮に陰極CTDと有機材料層16との間に隙間があると、干渉ムラが生じてしまう。この隙間の大きさに応じて、光が強めあったり弱めあったりするためである。干渉ムラが生じると、表示装置として用いる場合に画質が大きく劣化してしまう。
これに対し本実施形態では、有機材料層16と陰極CTDの周囲部23とを接触させる。そのため、干渉ムラを抑制でき、表示される画像の画質を向上できる。この有機材料層16は薄い(例えば200nm)ため、有機材料層16の厚さが多少ばらついてもほとんど干渉ムラが生じることはない。
このように、第3の実施形態では、陰極CTDに有機材料層16を設けるため、発光層EMLで発生する熱を効率よく放熱できる。さらに、陰極CTDと有機材料層16の周囲部23とを接触させるため、干渉ムラを抑制できる。
(第4の実施形態)
以下に説明する第4の実施形態は、上述した第1〜第3の実施形態をそれぞれ組み合わせたものである。
図7は、図2および図4の有機EL素子を組み合わせた有機EL素子1cの断面図である。図7の有機EL素子1cは下面発光型の例を示しているが、上面発光型であってもよい。図7では、対向基板14の下面にカーボン膜13が形成され、上面にカーボンテープ15が形成される。図7では、カーボン膜13は陰極CTDと接触していないが、カーボン膜13は陰極CTDの中央部22と離隔して配置されればよく、カーボン膜13は陰極CTDの周囲部23と接触していてもよい。カーボン膜13およびカーボンテープ15の両方が、発光層EMLで発生した熱を吸収するため、より効率よく放熱でき、有機EL素子1cの寿命を長くすることができる。
図8は、図2および図6の有機EL素子を組み合わせた有機EL素子1dの断面図である。図8の有機EL素子1dは上面発光型の例を示しているが、下面発光型であってもよい。図8では、対向基板14の下面にカーボン膜13が形成され、カーボン膜13の下に有機材料層16が形成される。陰極CTDは、中央部22では有機材料層16と離隔して配置され、周囲部23では有機材料層16と接触している。有機材料層16と陰極CTDの周囲部23とが接触するため、干渉ムラを抑制できる。また、有機材料層16およびカーボン膜13が発光層EMLで発生した熱を吸収するため、より効率よく放熱でき、有機EL素子1dの寿命を長くすることができる。
図9は、図4および図6の有機EL素子を組み合わせた有機EL素子1eの断面図である。図9の有機EL素子1eは上面発光型の例を示しているが、下面発光型であってもよい。図9では、対向基板14の上面にカーボンテープ15が形成され、下面に有機材料層16が形成される。陰極CTDは、中央部22では有機材料層16と離隔して配置され、周囲部23では有機材料層16と接触している。有機材料層16と陰極CTDの周囲部23とが接触するため、干渉ムラを抑制できる。また、有機材料層16およびカーボンテープ15が発光層EMLで発生した熱を吸収するため、より効率よく放熱でき、有機EL素子1eの寿命を長くすることができる。
図10は、図2、図4および図6の有機EL素子を組み合わせた有機EL素子1fの断面図である。図10の有機EL素子1fは上面発光型の例を示しているが、下面発光型であってもよい。図10では、対向基板14の上面にカーボンテープ15が形成される。対向基板14の下面にカーボン膜13が形成され、カーボン膜13の下に有機材料層16が形成される。陰極CTDは、中央部22では有機材料層16と離隔して配置され、周囲部23では有機材料層16と接触している。有機材料層16と陰極CTDの周囲部23とが接触するため、干渉ムラを抑制できる。また、有機材料層16、カーボン膜13およびカーボンテープ15が発光層EMLで発生した熱を吸収するため、さらに効率よく放熱でき、有機EL素子1fの寿命を長くすることができる。
このように、第4の実施形態では、有機EL素子が、カーボン膜13、カーボンテープ15および有機材料層16のうち2つ以上を有するため、より効率よく放熱でき、有機EL素子の寿命を長くできる。また、有機材料層16を形成して陰極CTDの周囲部23と接触させた場合、効率よく放熱できるとともに、干渉ムラを抑制できる。
上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態には限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
1,1a,1b,1c,1d,1e,1f 有機EL素子
11 基板
13 カーボン膜
14 対向基板
15 カーボンテープ
16 有機材料層
22 中央部
23 周囲部
100,100a,100b 有機EL装置
AND 陽極
HTL 正孔輸送層
EML 発光層
ETL 電子輸送層
CTD 陰極
実施形態によれば、基板上に形成される第1電極と、前記第1電極上に形成される第1キャリア輸送層と、前記第1キャリア輸送層上に形成される発光層と、前記発光層上に形成される第2キャリア輸送層と、前記第2キャリア輸送層上に形成される第2電極と、前記第2電極の中央部と離隔して配置されるように、前記第2電極上に形成される熱吸収層と、前記熱吸収層上に形成される対向基板と、を備えることを特徴とする有機EL素子が提供される。
第1の実施形態に係る有機EL素子1を含む有機EL装置100の断面図。 有機EL素子1の断面拡大図。 第2の実施形態に係る有機EL素子1aを含む有機EL装置100aの断面図。 有機EL素子1aの断面拡大図。 第3の実施形態に係る有機EL素子1bを含む有機EL装置100bの断面図。 有機EL素子1bの拡大図。 図2および図4の有機EL素子を組み合わせた有機EL素子1cの断面図。 図2および図6の有機EL素子を組み合わせた有機EL素子1dの断面図。 図4および図6の有機EL素子を組み合わせた有機EL素子1eの断面図。 図2、図4および図6の有機EL素子を組み合わせた有機EL素子1fの断面図。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る有機EL素子1を含む有機EL装置100の断面図であり、図2は、図1の点線で囲まれた有機EL素子1の断面拡大図である。図2の有機EL素子1を例えば1列に300個並べたものが図1の有機EL装置100であり、例えば光源装置として用いられる。
図3は、第2の実施形態に係る有機EL素子1aを含む有機EL装置100aの断面図であり、図4は、図3の点線で囲まれた有機EL素子1aの断面拡大図である。
図3および図4では、図1および図2と共通する構成部分には同一の符号をそれぞれ付しており、以下では相違点を中心に説明する。
図5は、第3の実施形態に係る有機EL素子1bを含む有機EL装置100bの断面図であり、図6は、図5の点線で囲まれた有機EL素子1bの拡大図である。図5の有機EL素子1bをマトリクス状に並べたものが図6の有機EL装置100bであり、例えば表示装置として用いられる。図5および図6では、図1および図2と共通する構成部分には同一の符号をそれぞれ付しており、以下では相違点を中心に説明する。
上記の記載に基づいて、当業者であれば、実施形態の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、実施形態の態様は、上述した個々の実施形態には限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される実施形態の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

Claims (5)

  1. 基板上に形成される第1電極と、
    前記第1電極上に形成される第1キャリア輸送層と、
    前記第1キャリア輸送層上に形成される発光層と、
    前記発光層上に形成される第2キャリア輸送層と、
    前記第2キャリア輸送層上に形成される第2電極と、
    前記第2電極の中央部と離隔して配置されるように、前記第2電極上に形成される熱吸収層と、
    前記熱吸収層上に形成される対向基板と、を備えることを特徴とする有機EL素子。
  2. 前記発光層が発する光は前記対向基板側から外部に取り出され、
    前記第2電極は、中央部で前記熱吸収層と離隔して配置され、周囲部で前記熱吸収層と接触されることを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子。
  3. 基板上に形成される第1電極と、
    前記第1電極上に形成される第1キャリア輸送層と、
    前記第1キャリア輸送層上に形成される発光層と、
    前記発光層上に形成される第2キャリア輸送層と、
    前記第2キャリア輸送層上に形成される第2電極と、
    前記第2電極の中央部と離隔して配置されるように、前記第2電極上に形成される対向基板と、
    前記対向基板上に形成される熱吸収層と、を備えることを特徴とする有機EL素子。
  4. 基板上に形成される第1電極と、
    前記第1電極上に形成される第1キャリア輸送層と、
    前記第1キャリア輸送層上に形成される発光層と、
    前記発光層上に形成される第2キャリア輸送層と、
    前記第2キャリア輸送層上に形成される第2電極と、
    前記第2電極の中央部と離隔して配置されるように、前記第2電極上に形成されるカーボン層と、
    前記カーボン層上に形成される対向基板と、を備えることを特徴とする有機EL素子。
  5. 基板上に形成される第1電極と、
    前記第1電極上に形成される第1キャリア輸送層と、
    前記第1キャリア輸送層上に形成される発光層と、
    前記発光層上に形成される第2キャリア輸送層と、
    前記第2キャリア輸送層上に形成される第2電極と、
    前記第2電極の中央部と離隔して配置されるように、前記第2電極上に形成される対向基板と、
    前記対向基板上に形成されるカーボン層と、を備えることを特徴とする有機EL素子。
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