JP2017174955A - 有機ｅｌ表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光層の長寿命化を図ることが可能な有機ＥＬ表示装置を提供する。【解決手段】有機ＥＬ表示装置は、陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極の間に配置された発光ユニットと、を備え、前記陰極は、前記発光ユニット上に形成された透明導電膜であり、前記発光ユニットは、発光層と、前記発光層と前記陰極の間に配置された電子輸送層と、前記電子輸送層と前記陰極の間に配置された、アルカリ金属がドープされた電子注入層と、を備え、前記電子注入層の厚さは前記電子輸送層の２倍以上である。【選択図】図２

Description

本発明は、有機ＥＬ表示装置に関する。

トップエミッション方式の有機ＥＬ表示装置では、発光層を含む発光ユニット上にＩＺＯ（indium zinc oxide）等からなる透明導電膜が陰極として形成される（特許文献１を参照）。こうした透明導電膜は、一般にスパッタ法によって形成される。

特開２００９−２９５８２２号公報

ところで、透明導電膜が形成された発光ユニットでは発光層の寿命が短い場合があり、本願の発明者らは、その原因が、透明導電膜の形成時に透明導電膜の材料が発光ユニットの内部に拡散して発光層にダメージを与えるためであることを見出した。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、発光層の長寿命化を図ることが可能な有機ＥＬ表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の有機ＥＬ表示装置は、陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極の間に配置された発光ユニットと、を備える。前記陰極は、前記発光ユニット上に形成された透明導電膜である。前記発光ユニットは、発光層と、前記発光層と前記陰極の間に配置された電子輸送層と、前記電子輸送層と前記陰極の間に配置された、アルカリ金属がドープされた電子注入層と、を備える。前記電子注入層の厚さは前記電子輸送層の２倍以上である。

本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の断面構造例を模式的に示す図である。 前記有機ＥＬ表示装置が備える有機膜の積層構造例を模式的に示す図である。 有機膜の電流−電圧特性を示す図である。 有機膜に含まれる第１の発光層の輝度の推移を示す図である。 有機膜に含まれる第２の発光層の輝度の推移を示す図である。 有機膜に所定の電流を流すために必要な電圧の増分の推移を示す図である。 第２の電子注入層の厚さと第２の発光層の寿命との関係を示す図である。 第２の電子注入層の厚さと有機膜に所定の電流を流すために必要な電圧との関係を示す図である。

以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実施の形態に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

図１は、本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置１の断面構造例を模式的に示す図である。同図では、断面構造を見易くするため、絶縁膜２３，２５等のハッチングを省略している。図２は、有機ＥＬ表示装置１が備える有機膜７（有機ＥＬ素子）の積層構造例を模式的に示す図である。

有機ＥＬ表示装置１は、アレイ基板２と、アレイ基板２と対向する対向基板３とを備えている。アレイ基板２と対向基板３は、充填材４を介して貼り合わされている。有機ＥＬ表示装置１では、アレイ基板２に対して対応基板３の方向に光を出射するトップエミッション方式が採用されている。以下の説明では、アレイ基板２に対して対向基板３の方向を上方向とする。

アレイ基板２は、例えばガラス、又はポリイミド等の可撓性がある樹脂からなる透明基板２１上に絶縁膜と導体層が積層された積層体である。下層電極５は、例えば画素を駆動するための不図示のＴＦＴに接続された電極である。下層電極５１は、例えばアルミニウム、銀、銅、ニッケル、チタンなどの導電性金属で形成されている。

下層電極５は、絶縁膜２３によって覆われている。絶縁膜２３上には、各画素に対応する陽極６が配置されている。絶縁膜２３には、陽極６を下層電極５に接続するための開口が形成されている。絶縁膜２３は、例えばアクリル樹脂などの有機絶縁材料で形成され、表面が平坦化されている。陽極６は、例えばアルミニウム、銀、銅、ニッケル、チタンなどの導電性金属で形成されており、反射面を有している。

絶縁膜２３と陽極６は、絶縁膜２５によって覆われている。絶縁膜２５には、陽極６が底に露出する開口が形成されている。絶縁膜２５は、画素分離膜、バンク又はリブとも呼ばれる。絶縁膜２５は、例えばアクリル樹脂などの透明な有機材料で形成されている。絶縁膜２５の開口の底に露出した陽極６は、発光層を含む有機膜７によって覆われている。有機膜７の詳細については後述する。

有機膜７は、陰極８によって覆われている。陰極８は、例えばインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電材料で形成される透明導電膜である。陰極８は、封止膜２７によって覆われている。封止膜２７は、例えば酸化シリコン又は窒化シリコンなどの無機絶縁材料で形成されている。

対向基板３では、例えばガラス、又はポリイミド等の可撓性がある樹脂からなる透明基板３１に、各画素に対応する開口が形成されたブラックマトリクス３３と、当該開口に充填されたカラーフィルタ３５とが設けられている。なお、対向基板３は設けられなくてもよい。

図２に示されるように、有機膜７は、第１の発光ユニット７１と、第２の発光ユニット７２とを備えている。第１の発光ユニット７１が陽極６に近い側に配置されており、第２の発光ユニット７２が陰極８に近い側に配置されている。陽極６と第１の発光ユニット７１の間にはバッファ層７４が配置されている。第１の発光ユニット７１と第２の発光ユニット７２の間には分離層７６が配置されている。

第１の発光ユニット７１は、陽極６に近い側から順に、第１の正孔注入層１１（１ｓｔ−ＨＩＬ）、第１の正孔輸送層１２（１ｓｔ−ＨＴＬ）、第１の発光層１３（１ｓｔ−ＥＭＬ）、第１の電子輸送層１４（１ｓｔ−ＥＴＬ）、及び第１の電子注入層１５（１ｓｔ−ＥＩＬ）を備えている。

第２の発光ユニット７２は、陽極６に近い側から順に、第２の正孔注入層１６（２ｎｄ−ＨＩＬ）、第２の正孔輸送層１７（２ｎｄ−ＨＴＬ）、第２の発光層１８（２ｎｄ−ＥＭＬ）、第２の電子輸送層１９（２ｎｄ−ＥＴＬ）、及び第２の電子注入層２０（２ｎｄ−ＥＩＬ）を備えている。

本実施形態では、有機膜７に２つの発光ユニット７１，７２が設けられているが、発光ユニットは１つであってもよい。また、本実施形態では、例えば第１の発光層１３の発光色が黄色、第２の発光層１８の発光色が青色とされ、全体として白色の光を発するように構成されているが、発光色はこれに限られない。

第１の発光層１３及び第２の発光層１８の材料としては、例えば、Ａｌｑ３（トリス(8-キノリノラト)アルミニウム）などの蛍光発光材料、或いは、「トリス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）」（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）や、「トリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム（ＩＩＩ）」（Ｉｒ（ｐｉｑ）３）、「ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート」（ＦＩｒｐｉｃ）などの燐光発光材料など、種々の発光材料を用いることができる。

第１の正孔輸送層１２及び第２の正孔輸送層１７の材料としては、例えば、ＮＰＢ（４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル）や、ＴＰＤ（Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン）などの材料を用いることができる。

第１の電子輸送層１４及び第２の電子輸送層１９の材料としては、例えば、Ａｌｑ３やＢＣＰ（バソクプロイン）などの材料を用いることができる。

第１の電子注入層１５及び第２の電子注入層２０の材料としては、例えば、アルカリ金属がドープされた電子注入材料を用いることができる。電子注入材料としては、例えば、Ａｌｑ３（トリス（8-キノリノラト)アルミニウム）やＢＣＰ（バソクプロイン）などの有機材料を用いることができる。アルカリ金属としては、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｆｒが例示される。

有機膜７に含まれる各層は、例えば真空蒸着法や塗布法、印刷法などの方法によって形成される。さらに、有機膜７の第２の発光ユニット７２上、すなわち第２の電子注入層２０上には、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の透明導電材料からなる陰極８がスパッタ法によって形成される。

以下、本実施形態のより具体的な内容について説明する。

一般に、発光ユニット上にＩＺＯ等の透明導電膜をスパッタ法により形成すると、発光ユニットに含まれる発光層の寿命が短い場合がある。発光層の寿命とは、例えば、発光層が発する光の輝度が所定の水準まで劣化する時間により表される。

例えば図２の積層構造では、陰極８が形成された第２の発光ユニット７２の第２の発光層１８が発する青色の光が、第１の発光ユニット７１の第１の発光層１３が発する黄色の光よりも早く劣化して、白色の光が黄みがかるように色ずれを起こすおそれがある。

本願の発明者らは、発光層の寿命が短くなる原因が、発光ユニット上にＩＺＯ等の透明導電膜をスパッタ法により形成する際に、透明導電膜の材料であるインジウム（Ｉｎ）が発光ユニットの内部に拡散して発光層にダメージを与えるためであることを見出した。

このようなインジウム（Ｉｎ）の拡散による発光層のダメージを抑制するために、本願の発明者らは、透明導電膜と発光層の距離を従来よりも大きくするという着想に思い至った。

例えば図２の積層構造において、陰極８と第２の発光層１８の距離を大きくしようとした場合、第２の電子輸送層１９のみを厚くすること、第２の電子注入層２０のみを厚くすること、第２の電子輸送層１９と第２の電子注入層２０の両方を厚くすること、の３通りが考えられる。

しかしながら、層を厚くすることは電気抵抗の増加に繋がり、ひいては消費電力の増大に繋がることから、第２の発光層１８のダメージを抑制するために陰極８と第２の発光層１８の距離を大きくする一方で、電気抵抗の増加はなるべく抑制したいという課題も生じる。

そこで、本実施形態では、第２の電子輸送層１９の厚さに対する第２の電子注入層２０の厚さの比を比較的大きくしている。このように構成することで、第２の発光層１８のダメージを抑制しつつ、電気抵抗の増加も抑制することが可能であるという効果が得られることが分かった。これは、第２の電子注入層２０にはＬｉ等のアルカリ金属がドープされており、第２の電子注入層２０の電気抵抗が第２の電子輸送層１９よりも小さいためであると考えられる。

具体的には、第２の電子注入層２０の厚さは第２の電子輸送層１９の２倍以上であることが好ましく、また２．５倍以上であることがより好ましく、さらには３倍以上であることがより好ましい。このように構成することで、上記効果を得ることが可能である。一方で、第２の電子注入層２０が厚すぎても上記効果は飽和するので、第２の電子注入層２０の厚さは第２の電子輸送層１９の６倍以下であることが好ましく、また５倍以下であることがより好ましい。

また、第２の電子注入層２０の厚さは３５ｎｍ以上であることが好ましく、また４５ｎｍ以上であることがより好ましく、さらには５５ｎｍ以上であることがより好ましい。このように構成することで、上記効果を得ることが可能である。一方で、第２の電子注入層２０が厚すぎても上記効果は飽和するので、第２の電子注入層２０の厚さは１２０ｎｍ以下であることが好ましく、また１００ｎｍ以下であることがより好ましい。

また、第２の電子輸送層１９の厚さは２０ｎｍ以下であることが好ましく、また１５ｎｍ以下であることがより好ましく、さらには１０ｎｍ以下であることがより好ましい。このように構成することで、上記効果を得ることが可能である。一方で、第２の電子輸送層１９の機能を発揮するためには、第２の電子輸送層１９の厚さは５ｎｍ以上であることが好ましい。

なお、第２の電子輸送層１９、第２の電子注入層２０及び陰極８の厚さは光学距離に基づいて定められるため、第２の電子注入層２０を厚くする場合には、これに応じて陰極８の厚さを薄くすることが好ましい。このため、本実施形態では、陰極８の厚さに対する第２の電子注入層２０の厚さの比と比較的大きくしている。

具体的には、第２の電子注入層２０の厚さは陰極８の８分の１以上であることが好ましく、また６分の１以上であることがより好ましく、さらには４分の１以上であることがより好ましい。このように構成することで、第２の電子注入層２０と陰極８の合計の厚さを抑えつつ上記効果を得ることが可能である。一方で、第２の電子注入層２０が厚すぎても上記効果は飽和するので、第２の電子注入層２０の厚さは陰極８の２分の１以下であることが好ましく、また３分の１以下であることがより好ましい。

また、陰極８の厚さは２６０ｎｍ以下であることが好ましく、また２５０ｎｍ以下であることがより好ましく、さらには２４０ｎｍ以下であることがより好ましい。このように構成することで、上記効果を得ることが可能である。また、陰極８を比較的薄くすることで、陰極８の形成時間を短縮することが可能である。一方で、陰極８の機能を発揮するためには、陰極８の厚さは１８０ｎｍ以上であることが好ましく、また２００ｎｍ以上であることがより好ましい。

以下、図３〜図８を参照しながら、実施例と参考例について説明する。

ここで、実施例では、陰極８の厚さが２４０ｎｍ、第２の電子注入層２０の厚さが６０ｎｍ、第２の電子輸送層１９の厚さが２０ｎｍであるとする。一方、参考例では、陰極８の厚さが２８０ｎｍ、第２の電子注入層２０の厚さが２０ｎｍ、第２の電子輸送層１９の厚さが２０ｎｍであるとする。これら３層以外の各層の厚さは同じであり、各層の材料も同じであるとする。なお、第２の電子注入層２０による電子注入の機能を発揮するには、第２の電子注入層２０の厚さが２０ｎｍもあれば十分である。

図３は、有機膜７の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を示す図である。これによると、実施例の電流−電圧特性曲線と、参考例の電流−電圧特性曲線は略同一である。特に、発光に使用される７〜９Ｖの範囲において両者は略同一である。実施例では参考例と比較して第２の電子注入層２０を厚くしているが、これによる電圧の増加は見られない。

図４は、有機膜７に含まれる第１の発光層１３の輝度の推移を示す図である。第１の発光層１３が発する光の輝度は、例えば有機膜７からの光を分光して、第１の発光層１３の発光色（例えば黄色）に対応する成分を取り出すことによって測定される。これによると、実施例の輝度の劣化速度と、参考例の輝度の劣化速度は略同一である。これは、有機膜７上にＩＺＯ等の陰極８をスパッタ法により形成する際に、インジウム（Ｉｎ）が第１の発光層１３までは拡散せずに、第１の発光層１３にダメージが生じてないためと考えられる。

図５は、有機膜７に含まれる第２の発光層１８の輝度の推移を示す図である。第２の発光層１８が発する光の輝度は、例えば有機膜７からの光を分光して、第２の発光層１８の発光色（例えば青色）に対応する成分を取り出すことによって測定される。これによると、実施例の輝度の劣化速度は、参考例の輝度の劣化速度と比較して緩やかである。すなわち、実施例の方が参考例よりも輝度の劣化が遅い。例えば輝度が９５％まで劣化するまでの時間を比較すると、実施例は参考例よりも１．５倍程度長い。これは、実施例では参考例よりも第２の電子注入層２０が厚いため、有機膜７上にＩＺＯ等の陰極８をスパッタ法により形成する際に、インジウム（Ｉｎ）が第２の発光層１８まで拡散し難く、第２の発光層１８がダメージを受け難いためと考えられる。

図６は、有機膜７に所定の電流を流すために必要な電圧の増加分ΔＶの推移を示す図である。所定の電流は、例えば１５ｍＡ／ｃｍ２である。これによると、実施例の電圧の増加分は、参考例の電圧の増加分と比較して小さい。すなわち、実施例では所定の電流を流すために必要な電圧が参考例ほど増加しない。言い換えると、実施例では電気抵抗が参考例よりも小さい。これは、実施例では参考例と比較して、第２の電子輸送層１９を厚くせず、Ｌｉ等のアルカリ金属がドープされた電気抵抗が小さい第２の電子注入層２０を厚くすることで、電気抵抗の増加が抑制されていることに加えて、第２の電子注入層２０を厚くすることで第２の発光層１８がダメージを受けることによる電気抵抗の増加も抑制されているためと考えられる。

図７は、第２の電子注入層２０の厚さと第２の発光層１８の寿命との関係を示す図である。第２の電子注入層２０の厚さは、２０ｎｍ、６０ｎｍ、１００ｎｍである。第２の発光層１８の寿命は、例えば輝度が９５％まで劣化するまでの時間とした。これによると、第２の電子注入層２０の厚さが２０ｎｍ（参考例）の場合には寿命が比較的短く、６０，１００ｎｍ（実施例）の場合には寿命が比較的長い。また、第２の発光層１８の厚さが２０〜６０ｎｍの間において寿命が増加し、６０〜１００ｎｍの間において寿命が飽和している。

図８は、第２の電子注入層２０の厚さと有機膜７に所定の電流を流すために必要な電圧との関係を示す図である。同図では、有機膜７に所定の電流を流すために必要な電圧を所定時間おきにプロットしている。所定の電流は、例えば１５ｍＡ／ｃｍ２である。これによると、第２の電子注入層２０の厚さが２０ｎｍ（参考例）の場合には電圧の変化が比較的大きく、６０，１００ｎｍ（実施例）の場合には電圧の変化が比較的小さい。

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

１ 有機ＥＬ表示装置、２ アレイ基板、３ 対向基板、４ 充填材、５ 下層電極、６ 陽極、７ 有機膜、８ 陰極、１１ 第１の正孔注入層、１２ 第１の正孔輸送層、１３ 第１の発光層、１４ 第１の電子輸送層、１５ 第１の電子注入層、１６ 第２の正孔注入層、１７ 第２の正孔輸送層、１８ 第２の発光層、１９ 第２の電子輸送層、２０ 第２の電子注入層、２１ 透明基板、２３ 絶縁膜、２５ 絶縁膜、２７ 封止膜、３１ 透明基板、３３ ブラックマトリクス、３５ カラーフィルタ、７１ 第１の発光ユニット、７２ 第２の発光ユニット、７４ バッファ層、７６ 分離層。

Claims (5)

1. 陽極と、
   陰極と、
   前記陽極と前記陰極の間に配置された発光ユニットと、
   を備え、
   前記陰極は、前記発光ユニット上に形成された透明導電膜であり、
   前記発光ユニットは、
   発光層と、
   前記発光層と前記陰極の間に配置された電子輸送層と、
   前記電子輸送層と前記陰極の間に配置された、アルカリ金属がドープされた電子注入層と、
   を備え、
   前記電子注入層の厚さは前記電子輸送層の２倍以上である、
   有機ＥＬ表示装置。
2. 前記電子注入層の厚さは３５ｎｍ以上である、
   請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
3. 前記電子輸送層の厚さは２０ｎｍ以下である、
   請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
4. 前記電子注入層の厚さは前記陰極の８分の１以上である、
   請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
5. 陽極と、
   陰極と、
   前記陽極と前記陰極の間に配置された発光ユニットと、
   を備え、
   前記陰極は、前記発光ユニット上に形成された透明導電膜であり、
   前記発光ユニットは、
   発光層と、
   前記発光層と前記陰極の間に配置された、アルカリ金属がドープされた電子注入層と、
   を備え、
   前記電子注入層の厚さは３５ｎｍ以上である、
   有機ＥＬ表示装置。
   
   

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