JP2012151033A5 - - Google Patents

Description

本発明による有機ＥＬ表示装置は、基板に、複数の色の有機ＥＬ素子の各々ごとに設けられた複数の下部電極と、下部電極上に設けられると共に、正孔注入または正孔輸送の少なくとも一方の特性を有する複数の正孔注入・輸送層、有機発光層および電子注入および電子輸送の少なくとも一方の特性を有する電子注入・輸送層を含む有機層と、有機層上に設けられた上部電極とを備え、正孔注入・輸送層、有機発光層および電子注入・輸送層は、各色の有機ＥＬ素子ごとに設けられた個別層と、各色の有機ＥＬ素子の全面に設けられた共通層とに分けられ、共通層の膜厚は個別層の膜厚よりも厚いものである。

また、上記以外の発光ユニットとしては、アントラセン，ナフタレン，フェナントレン，ピレン，テトラセン，コロネン，クリセン，フルオレセイン，ペリレン，フタロペリレン，ナフタロペリレン，ペリノン，フタロペリノン，ナフタロペリノン，ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン，クマリンオキサジアゾール，アルダジン，ビスベンゾキサゾリン，ビススチリル，ピラジン，シクロペンタジエン，キノリン金属錯体，アミノキノリン金属錯体，ベンゾキノリン金属錯体，イミン，ジフェニルエチレン，ビニルアントラセン，ジアミノカルバゾール，ピラン，チオピラン，ポリメチン，メロシアニン，イミダゾールキレート化オキシノイド化合物，キナクリドン，ルブレン等の芳香族炭化水素、または複素環式化合物が挙げられる。更に、三重項励起状態を伴う発光ユニットを用いることができる。三重項励起状態を伴う発光ユニットとしては、イリジウム金属錯体等の金属錯体を含む化合物が多いが、金属錯体の含有も含めこの限りではない。三重項励起状態から発光する高分子発光材料の具体例としては、赤色りん光発光材料としてＲＰＰ（式（２−１））、緑色りん光発光材料としてＧＰＰ（式（２−２））等が挙げられる。

式（９）で表わされる化合物におけるＲ３０〜Ｒ３２が示す芳香族炭化水素基を有する基としては、例えば、フェニル基、２-メチルフェニル基、３−メチルフェニル基、４
−メチルフェニル基、２，４−ジメチルフェニル基、３，４−ジメチルフェニル基、２、４，５−トリメチルフェニル基、４−エチルフェニル基、４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、１−アンスラセニル基、２−アンスラセニル基、９−アンスラセニル基、９−フェナントレニン基等が挙げられるが上記に限定されるものでもない。なお、Ｒ３０〜Ｒ３２は同一であっても、異なっていてもよい。

正孔輸送層１６ＢＢは、低分子材料（モノマーおよびオリゴマー）または高分子材料のいずれでもよい。ここで用いる低分子材料のうちモノマーは赤色発光層１６ＣＲおよび緑色発光層１６ＣＧに添加する低分子材料と同様の低分子化合物の重合体または縮合体等の化合物以外のものであって、分子量が単一であるものであり、単分子で存在するものである。また、オリゴマーはモノマーが複数個結合したものであり、重量平均分子量（Ｍｗ）は５万以下のものを指す。更に高分子材料は正孔輸送層１６ＢＲ，１６ＢＧに用いられる高分子材料と同様に、重量平均分子量が５万〜３０万の範囲であればよく、特に１０万〜２０万程度が好ましい。なお、正孔輸送層１６ＢＢに用いる低分子材料および高分子材料は分子量および重量平均分子量の異なる２種以上の材料を混合して用いてもよい。

式（１１）に示した化合物の具体例としては、例えば以下の式（１１−１）〜式（１１−３）に示した化合物、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレニル−２，７−ジイル）−ｃｏ−（４，４'−（Ｎ−（４−ｓｅｃ−ブチルフェニル））ジフェニルアミン）］（Ｔ
ＦＢ，式（１１−１））、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレニル−２，７−ジイル）−ａｌｔ−ｃｏ−（Ｎ，Ｎ'−ビス｛４−ブチルフェニル｝−ベンジジンＮ，Ｎ'−｛１，４−ジフェニレン｝）］（式（１１−２））、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレニル−２，７−ジイル）］（ＰＦＯ，式（１１−３））が好ましいが、この限りではない。

以上、有機層１６を構成する各層について述べたが、有機層１６全体の膜厚は、１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが望ましい。また、赤色有機ＥＬ素子１０Ｒ、緑色有機ＥＬ素子１０Ｇおよび青色有機ＥＬ素子１０Ｂの全面に共通して設けられた共通層（青色発光層１６ＣＢ，電子輸送層１６Ｄおよび電子注入層１６Ｅの各層）の膜厚は１００ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とすることが望ましい。更に、個別層の膜厚（Ｄｗ）と共通層の膜厚（Ｄｅ）とは数式（１）で示される関係を満たすことが好ましい。理由を以下に説明する。

有機層１６の膜厚が１５０ｎｍより薄い場合には、欠陥などによる絶縁耐性の低下などにより有機層１６での局所的な短絡破壊の確率が増加し、有機ＥＬ素子の信頼性が低くなる。また、有機層１６の膜厚の上限には特に規定はないが、例えば５００ｎｍより厚くした場合には有機ＥＬ素子を発光させるために必要な駆動電圧が増大し、発光効率の低下や寿命の低下が促進されるため現実的ではない。これらのことから、有機層１６の膜厚は１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲とすることが好ましい。

また、上部電極１７と下部電極１４との短絡を防止するためには、有機層１６の膜厚を厚くする必要があるため、光学的距離Ｌを大きく取る必要がある。この際にはｍを増加させて光学的距離Ｌを大きくする。従って、ｍを１以上とすることにより有機層１６の光学的距離Ｌを厚くする。但し、赤色，緑色，青色の波長はそれぞれ異なるため光学的距離Ｌは異なる。光学的距離は異なるが、ｍの値は揃える必要があり、赤色のｍをｍ_R，緑色の
ｍをｍ_G，青色のｍをｍ_Bとした場合には、ｍ_R＝ｍ_G＝ｍ_Bとなるようにそれぞれの光学的
距離Ｌを設定する。下部電極１４および上部電極１７を固定し、取り出したい波長λ（例えば、赤色λ＝６３０ｎｍ，緑色λ＝５３０ｎｍ，青色λ＝４６０ｎｍ）は各有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂによって固定されるため、数式（２）のｍは光学的距離Ｌによって規定される。

本実施の形態の有機ＥＬ表示装置１は複数の有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂによって構成されており、これら有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの有機層１６は塗付法と蒸着法によって形成されている。塗付法は前述したように、成膜材料を溶媒に溶解させて素材（ここでは基板１１）に塗布し、加熱処理を行って溶媒を除去する。このため膜厚の厳密な制御が難しく各有機ＥＬ素子ごとにおいて膜厚の差が生じる。これに対して、蒸着法は成膜材料を蒸発させて素材の表面に付着させるため、膜厚の制御が容易であり各有機ＥＬ素子における膜厚の差が生じにくい。

有機ＥＬ表示装置では、共振部、即ち有機層１６において目的とする波長を得るためには、上述したように膜厚を厳密に設定する必要がある。しかしながら、高分子材料を蒸着法によって成膜することは難しく、正孔注入層１６Ａ（１６ＡＲ，１６ＡＧ，１６ＡＢ）、正孔輸送層１６Ｂ（１６ＢＲ，１６ＢＧ，１６ＢＢ）および赤色発光層１６ＣＲ，緑色発光層１６ＣＧは塗付法により形成する必要がある。但し、上記理由から塗付法によって形成した層（個別層）の膜厚を制御することは難しい。本実施の形態では、個別層の膜厚は薄くし、蒸着法によって形成した層（共通層）の比率を高くすることによって各有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの膜厚のばらつきを抑えるものである。具体的には、光学的に効率よく各色の発光光を取り出せるように設定し、且つ共通層の膜厚を有機層１６全体の膜厚に対して５０％以上とすることによって表示品位が高く、表示領域において均一な発光を得ることができるようになる。

具体的には、例えばインクジェット方式により、赤色発光層１６ＣＲおよび緑色発光層１６ＣＧの形成材料である高分子材料および低分子材料を、例えば1重量%になるように、キシレンとシクロヘキシルベンゼンを２：８に混合した溶媒に溶解した混合溶液または分散液を正孔輸送層１６ＢＲ，１６ＢＧの露出面上に配する。その後、上記赤色有機ＥＬ素子１０Ｒおよび緑色有機ＥＬ素子１０Ｇの正孔輸送層１６ＢＲ，１６ＢＧを形成する工程で説明した熱処理（乾燥処理）と同様の方法および条件の熱処理を行うことにより、赤色発光層１６ＣＲおよび緑色発光層１６ＣＧを形成する。

また、上記各工程において、乾燥と加熱とは別個の工程として分けて行うことが好ましい。理由として、乾燥工程では、塗布したウエット膜が、非常に流動しやすいために、膜ムラが起きやすいからである。好ましい乾燥工程は、常圧で均一に乾燥する方法であり、さらに、乾燥中に風などをあてずに乾燥させることが望ましい。加熱工程では、ある程度、溶媒が飛んで流動性が低下し、硬化した膜になっており、そこからゆっくりと、熱をかけることにより、微量に残存している溶媒を取り除いたり、発光材料や正孔輸送層の材料を分子レベルで再配列を起こさせることが可能となる。

具体的には、赤色有機ＥＬ素子２０Ｒの有機層２６は、例えば、下部電極１４の側から順に、正孔注入層２６ＡＲ，正孔輸送層２６ＢＲ，赤色発光層２６ＣＲ，電子輸送層２６Ｄおよび電子注入層２６Ｅを積層した構成を有する。緑色有機ＥＬ素子２０Ｇ（および青色有機ＥＬ素子２０Ｂ）の有機層２６も赤色有機ＥＬ素子２０Ｒと同様に、例えば、下部電極１４の側から順に、正孔注入層２６ＡＧ（２６ＡＢ），正孔輸送層２６ＢＧ（２６ＢＢ），緑色発光層２６ＣＧ（青色発光層２６ＣＢ），電子輸送層２６Ｄおよび電子注入層２６Ｅを積層した構成を有する。

正孔輸送層１６ＢＢを形成したのち、赤色発光層１６ＣＲまで形成した赤色有機ＥＬ素子１０Ｒ用の基板１１と、緑色発光層１６ＣＧまで形成した緑色有機ＥＬ素子１０Ｇ用の基板１１と、正孔輸送層１６ＢＢまで形成した青色有機ＥＬ素子１０Ｂ用の基板１１とを真空蒸着機に移動させ、電子輸送層１６Ｄ以降の層を形成した。

以上のようにして得られた赤色有機ＥＬ素子１０Ｒ，緑色有機ＥＬ素子１０Ｇ，青色有機ＥＬ素子１０Ｂを２種作製したのち、個別層の膜厚（Ｄｗ）よりも共通層の膜厚（Ｄｅ）が厚い、即ちＤｗ＜Ｄｅのサンプルを実施例とし、個別層の膜厚（Ｄｗ）よりも共通層の膜厚（Ｄｅ）が薄い、即ちＤｗ＞Ｄｅのサンプルを比較例とした。更に、実施例および比較例の発光スペクトル、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ²での駆動時における発光効率（ｃｄ／
Ａ）、色度座標（ｘ，ｙ）を測定した。また、パネル面内において観察された色度ずれについてＵＳＣ色度（ｕ’，ｖ’）を測定してその差Δｕ’ｖ’を算出して、面内で観察される色度変化を確認した。ＵＳＣ色度はｘｙ色度よりも色度図上での距離と人間の感覚が均等であり、発光色の変化の度合いを見る指標として適している。

なお、以上のような効果は上記実施例に示した青色発光層１６ＣＢを共通層として蒸着法によって形成した場合に限らず、青色発光層１６ＣＢを個別層として塗付法によって形成した場合においても同様に得られた。また、実施例では塗付法としてスピンコート方式を用いて形成したが、塗付方式は限定しない。インクジェット方式、ノズルジェット方式、オフセット方式、フレキソ方式、グラビア方式または凸版方式等の各種印刷方式並びにスプレイコート等によって有機ＥＬ材料を噴霧し、高精細のマスク等で塗訳を行う噴霧方式を用いて形成した有機ＥＬ表示装置でも本実施例の結果と同様の結果が得られた。

また、上記実施例１−１、１−２では青色正孔輸送層１６ＢＢとして低分子材料（モノマー）を用いたがこれに限らず、重合化されたオリゴマー材料や高分子材料を用いてもよい。なお、スピンコート方式やインクジェット方式等の塗付法において低分子材料を用いた場合には、一般的に塗布する溶液の粘度が小さくなってしまうため膜厚の調整範囲が限定されてしまうことがある。この問題は、分子量を増加させたオリゴマー材料やポリマー材料を用いることによって解決する。

更に、上記実施の形態および実施例では赤色発光層１６ＣＲ，２６ＣＲおよび緑色発光層１６ＣＧ，２６ＣＧに低分子材料を添加して正孔輸送特性を向上させたが、赤色発光層１６ＣＲおよび緑色発光層１６ＣＧを構成する高分子材料として正孔輸送を担う構造部や置換基を有する高分子材料を用いることによっても同様の効果を得ることができる。

また、上記実施の形態および実施例では、有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を更に備えていてもよい。例えば青色有機ＥＬ素子１０Ｂ，２０Ｂの正孔輸送層１６ＢＢ，２６ＢＢを省き、正孔注入層１６ＡＢ，２６ＡＢ上に直接共通正孔輸送層２６Ｄを設けてもよい。これにより製造工程数が削減されると共に、コストを抑えることも可能となる。また、それぞれ個別層２６ａとして形成した赤色発光層２６ＣＲ，緑色発光層２６ＣＧ，青色発光層２６ＣＢと共通層２６ｂである電子輸送層２６Ｄとの間にホールブロック特性を有する層を共通層として設けてもよい。これにより、電子輸送層２６Ｄへの正孔の移動が抑制され、発光効率が向上すると共に、発光領域の移動による色度の変化も抑制される。

Claims (16)

1. 基板に、複数の色の有機ＥＬ素子の各々ごとに設けられた複数の下部電極と、
   前記下部電極上に設けられると共に、正孔注入または正孔輸送の少なくとも一方の特性を有する複数の正孔注入・輸送層、有機発光層および電子注入および電子輸送の少なくとも一方の特性を有する電子注入・輸送層を含む有機層と、
   前記有機層上に設けられた上部電極とを備え、
   前記正孔注入・輸送層、前記有機発光層および前記電子注入・輸送層は、前記各色の有機ＥＬ素子ごとに設けられた個別層と、前記各色の有機ＥＬ素子の全面に設けられた共通層とに分けられ、
   前記共通層の膜厚は前記個別層の膜厚よりも厚い
   有機ＥＬ表示装置。
2. 前記有機ＥＬ素子は、青色の第１有機ＥＬ素子およびその他の色の第２有機ＥＬ素子からなる、請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
3. 前記有機層は、前記第１有機ＥＬ素子および第２有機ＥＬ素子の各々ごとに設けられた正孔注入・輸送層と、前記第２有機ＥＬ素子用の正孔注入・輸送層上に設けられた第２有機発光層と、前記第２有機発光層および前記第１有機ＥＬ素子用の正孔注入・輸送層の全面に設けられた青色の第１有機発光層と、前記第１有機発光層上に設けられた電子注入および電子輸送の少なくとも一方の特性を有する電子注入・輸送層とからなる、請求項２に記載の有機ＥＬ表示装置。
4. 前記有機層は、前記第１有機ＥＬ素子および第２有機ＥＬ素子の各々ごとに設けられた前記正孔注入・輸送層と、前記正孔注入・輸送層上に前記第１有機ＥＬ素子および第２有機ＥＬ素子ごとに設けられた第１有機発光層および第２有機発光層と、前記第１有機発光層および前記第２有機発光層上に設けられた電子注入および電子輸送の少なくとも一方の特性を有する電子注入・輸送層とからなる、請求項２に記載の有機ＥＬ表示装置。
5. 前記個別層は塗付法により形成されたものである、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示装置。
6. 前記共通層は蒸着法により形成されたものである、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示装置。
7. 前記有機層の膜厚は１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である、請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
8. 前記共通層の膜厚は１００ｎｍ以上２５０ｎｍ以下である、請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
9. 前記共通層の膜厚（Ｄｗ）および前記個別層の膜厚（Ｄｅ）は数式１で示される関係を有する、請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
   （数１）
   Ｄｗ＞Ｄｅ×０．１・・・・・・・・（１）
10. 前記電子注入・輸送層に用いられる含窒素複素環式化合物は、式（１）で表わされる化合物である、請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
    

    

    
    （Ａ１は水素原子あるはハロゲン原子、炭素数１〜２０個のアルキル基、３〜４０個の芳香族環が縮合した多環芳香族炭化水素基を有する炭素数６〜６０個の炭化水素基または含窒素複素環基あるいはそれらの誘導体である。Ｂは単結合、２価の芳香族環基あるいはその誘導体である。Ｒ１，２は各々独立して水素原子あるいはハロゲン原子、炭素数１〜２０個のアルキル基、炭素数６〜６０個の芳香族炭化水素基、含窒素複素環基または炭素数１〜２０個のアルコキシ基あるいはそれらの誘導体である。）
11. 前記電子注入・輸送層に用いられる含窒素複素環式化合物は、式（２）で表わされる化合物である、請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
    

    

    
    （Ａ２は芳香族環が２ないし５個縮合したｎ価の基である。具体的には３個の芳香族環が縮合したｎ価のアセン系芳香族環基、またはその誘導体である。Ｒ３〜Ｒ８は各々独立して水素原子あるはハロゲン原子、Ａ２またはＲ９〜Ｒ１３のいずれか１つに結合する遊離原子価である。Ｒ９〜Ｒ１３は各々独立して水素原子、ハロゲン原子またはＲ３〜８のいずれか１つに結合する遊離原子価である。ｎは２以上の整数であり、ｎ個のピリジルフェニル基は同一でもよく、異なっていてもよい。）
12. 前記電子注入・輸送層に用いられる含窒素複素環式化合物は、式（３）で表わされる化合物である、請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
    

    

    
    （Ａ３は芳香族環が２ないし５個縮合したｍ価の基である。具体的には３個の芳香族環が縮合したｎ価のアセン系芳香族環基、またはその誘導体である。Ｒ１４〜Ｒ１８は各々独立して水素原子あるいはハロゲン原子、Ａ３またはＲ１９〜Ｒ２３のいずれか１つに結合する遊離原子価である。Ｒ１９〜Ｒ２３は各々独立して水素原子、ハロゲン原子またはＲ１４〜１８のいずれか１つに結合する遊離原子価である。ｍは２以上の整数であり、ｍ個のビピリジル基は同一でもよく、異なっていてもよい。）
13. 前記その他の色の第２有機ＥＬ素子は、赤色有機ＥＬ素子、緑色有機ＥＬ素子または白色有機ＥＬ素子のうちの少なくとも１種である、請求項２に記載の有機ＥＬ表示装置。
14. 基板に下部電極を青色の第１有機ＥＬ素子およびその他の色の第２有機ＥＬ素子の各々ごとに形成する工程と、
    前記下部電極の上に正孔注入または正孔輸送の少なくとも一方の特性を有する正孔注入・輸送層を第１有機ＥＬ素子および第２有機ＥＬ素子の各々ごとに塗布法により形成する工程と、
    前記第２有機ＥＬ素子用の正孔注入・輸送層の上にその他の色の第２有機発光層を塗布法により形成する工程と、
    前記第２有機発光層および前記第１有機ＥＬ素子用の前記正孔注入・輸送層の全面に青色の第１有機発光層を蒸着法により形成する工程と、
    前記第１有機発光層および前記第２有機発光層上に電子注入および電子輸送の少なくとも一方の特性を有電子注入・輸送層を蒸着法により形成する工程と、
    前記電子注入・輸送層の全面に上部電極を形成する工程と
    を含む有機ＥＬ表示装置の製造方法。
15. 基板に複数の下部電極を複数の有機ＥＬ素子の各々ごとに形成する工程と、
    前記下部電極上に正孔注入または正孔輸送の少なくとも一方の特性を有する複数の正孔注入・輸送層を前記有機ＥＬ素子ごとに塗付法により形成する工程と、
    前記正孔注入・輸送層上に複数の有機発光層を前記有機ＥＬ素子ごとに塗付法により形成する工程と、
    前記複数の有機発光層の全面に電子注入および電子輸送の少なくとも一方の特性を有する電子注入・輸送層を蒸着法により形成する工程と、
    前記電子注入・輸送層の全面に上部電極を形成する工程と
    を含む有機ＥＬ表示装置の製法方法。
16. 前記塗布法として、インクジェット方式、ノズルコート方式、スピンコート方式、オフセット方式、フレキソ方式または凸版方式を用いる、請求項１４または請求項１５に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。