JP2018073914A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】効率的なＴＴＦ効果により発光効率が高められた、長寿命の表示装置を提供する。【解決手段】表示装置は、アノード、正孔注入層、正孔輸送層、青色発光層、正孔ブロッキング層、電子輸送層及び／又は電子注入層、ならびにカソードがこの順で積層されており、以下の特徴（ｉ）、（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）を有することを特徴とする。（ｉ）前記青色発光層の正孔移動度≧前記青色発光層の電子移動度、（ｉｉ）前記正孔輸送層の正孔移動度≧前記青色発光層の電子移動度、（ｉｉｉ）｜前記青色発光層のＨＵＭＯ値−前記正孔ブロッキング層のＨＯＭＯ値｜≧０．４ｅＶ【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置に関する。
有機ＥＬ（Electro Luminescence）を用いた表示装置では、発光層においてホールと電子とが再結合することにより、電気的に中性な励起子が生成される。この励起子には、発光性の一重項励起子と非発光性の三重項励起子との２種類が存在する。一重項励起子は発光として取り出すことができるのに対して、三重項励起子は、そのままでは発光として取り出すことができない。
近年、三重項励起子同士の衝突により一重項励起子を生成し発光させること（ＴＴＦ（Triplet Triplet Fusion）効果））で、発光効率を向上させる試みがなされている（特許文献１）。
国際公開第ＷＯ２０１２／００１９６９号明細書
本発明は、効率的なＴＴＦ効果により青色発光層の発光効率が高められた、長寿命の表示装置を提供する。
本発明の一態様に係る表示装置は、
アノード、正孔注入層、正孔輸送層、青色発光層、正孔ブロッキング層、電子輸送層及び／又は電子注入層、ならびにカソードがこの順で積層されており、以下の特徴（ｉ）、（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）を有することを特徴とする。
（ｉ）前記青色発光層の正孔移動度≧前記青色発光層の電子移動度
（ｉｉ）前記正孔輸送層の正孔移動度≧前記青色発光層の電子移動度
（ｉｉｉ）｜前記青色発光層のＨＵＭＯ値−前記正孔ブロッキング層のＨＯＭＯ値｜≧０．４ｅＶ
上記表示装置によれば、上記特徴（ｉ）、（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）を有することにより、効率的なＴＴＦ効果を得ることができるため、発光効率を高めることができるうえに、前記青色発光層の劣化を抑制して高寿命化を図ることができる。
本発明の実施形態に係る表示装置の斜視図である。 図１に示す表示装置のII−II線断面の拡大図である。 図２に示す表示装置においてIIIで示される点線で囲まれた領域の拡大図である。 図２に示す表示装置においてIVで示される点線で囲まれた領域の拡大図である。 本発明の他の実施形態に係る表示装置において、図２と同じ断面の拡大図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、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。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。
さらに、本発明の詳細な説明において、ある構成物と他の構成物の位置関係を規定する際、「上に」「下に」とは、ある構成物の直上あるいは直下に位置する場合のみでなく、特に断りの無い限りは、間にさらに他の構成物を介在する場合を含むものとする。
図１は、本発明の実施形態に係る表示装置の斜視図である。表示装置として、有機エレクトロルミネッセンス表示装置を例に挙げる。表示装置は、例えば、赤、緑及び青からなる複数色の単位画素（サブピクセル）を組み合わせて、フルカラーの画素（ピクセル）を形成し、フルカラーの画像を表示するようになっている。表示装置は、第１基板１０を有する。第１基板１０には、画像を表示するための素子を駆動するための集積回路チップ１２が搭載され、外部との電気的接続のために図示しないフレキシブルプリント基板を接続してもよい。
図２は、図１に示す表示装置のII−II線断面の拡大図である。第１基板１０には、それ自体が含有する不純物に対するバリアとなるアンダーコート１４が形成され、その上に半導体層１６が形成されている。半導体層１６にソース電極１８及びドレイン電極２０が電気的に接続し、半導体層１６を覆ってゲート絶縁膜２２が形成されている。ゲート絶縁膜２２の上にはゲート電極２４が形成され、ゲート電極２４を覆って層間絶縁膜２６が形成されている。ソース電極１８及びドレイン電極２０は、ゲート絶縁膜２２及び層間絶縁膜２６を貫通している。半導体層１６、ソース電極１８、ドレイン電極２０及びゲート電極２４によって薄膜トランジスタ２８が構成される。薄膜トランジスタ２８を覆うようにパッシベーション膜３０が設けられている。
パッシベーション膜３０の上には、平坦化層３２が設けられている。平坦化層３２の上には、複数の単位画素それぞれに対応するように構成された複数のアノード３４（例えば画素電極）が設けられている。平坦化層３２は、少なくともアノード３４が設けられる面が平坦になるように形成される。アノード３４は、平坦化層３２及びパッシベーション膜３０を貫通するコンタクトホール３６によって、半導体層１６上のソース電極１８及びドレイン電極２０の一方に電気的に接続している。
平坦化層３２及びアノード３４上に、絶縁層３８が形成されている。絶縁層３８は、アノード３４の周縁部に載り、アノード３４の一部（例えば中央部）を開口させるように形成されている。絶縁層３８によって、アノード３４の一部を囲むバンクが形成される。
アノード３４上に発光素子層４０が設けられている。発光素子層４０は、アノード３４ごとに別々に（分離して）設けられ、絶縁層３８にも載るようになっている。この場合は各画素に対応して青、赤、緑で発光素子層４０が発光するようになる。なお、図２において、IIIで示される点線で囲まれた領域を含む発光素子層４０は青で発光する。
発光素子層４０の上には、カソード４２（例えば共通電極）が設けられている。カソード４２は、バンクとなる絶縁層３８の上方に載るように形成する。発光素子層４０並びに発光素子層４０を挟むアノード３４及びカソード４２から発光素子４４が構成される。発光素子層４０は、アノード３４及びカソード４２に挟まれ、両者間を流れる電流によって輝度が制御されて発光する。発光素子層４０とアノード３４との間には、図示しない正孔輸送層及び正孔注入層の少なくとも一層を設けてもよい。発光素子層４０とカソード４２との間には、電子輸送層及び電子注入層のうち少なくとも一層（図３では電子輸送層９６）が設けられる。
発光素子４４は、カソード４２に積層する封止層４６によって覆われることで封止されて、水分から遮断される。封止層４６には、粘着層５４を介して、第２基板５８が貼り付けられている。
図３は、図２に示す表示装置においてIIIで示される点線で囲まれた領域の拡大図である。発光素子４４は図３に示されるように、アノード３４とカソード４２との間に、アノード３４に近い側から順に、正孔注入層９１、正孔輸送層９２、青色発光層９４、正孔ブロッキング層９５および電子輸送層９６を備える。
本実施形態に係る表示装置は、以下の特徴（ｉ）、（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）を有する。
（ｉ）青色発光層９４の正孔移動度≧青色発光層９４の電子移動度
（ｉｉ）正孔輸送層９２の正孔移動度≧青色発光層９４の電子移動度
（ｉｉｉ）｜青色発光層９４のＨＵＭＯ値−正孔ブロッキング層９５のＨＯＭＯ値｜≧０．４ｅＶ
本実施形態に係る表示装置によれば、上記特徴（ｉ）、（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）を有することにより、効率的なＴＴＦ効果を得ることができる。すなわち、三重項励起子の密度を高めることができるため、該三重項励起子同士が反応して一重項励起子が生成するのを促進させることができる。
より具体的には、本実施形態に係る表示装置が上記特徴（ｉ）を有することにより、青色発光層９４においてカソード４２に近い側（図３において、青色発光層９４において正孔ブロッキング層９５の近傍）に正孔を滞留させることができる。また、本実施形態に係る表示装置が上記特徴（ｉｉ）を有することにより、正孔輸送層９２における電子と正孔との再結合密度を高めることができる。さらに、本実施形態に係る表示装置が上記特徴（ｉｉｉ）を有することにより、電子と正孔との再結合を促進させることができる。
青色発光層９４中のホスト材料の濃度は、３質量％以上１５質量％以下であることが好ましい。
また、青色発光層９４のうちカソード４２側に電子と正孔との再結合領域をより集中させることができる点で、青色発光層９４の膜厚は１５ｎｍ未満であることが好ましく、また、正孔ブロッキング層９５のＨＯＭＯ値が−６．２ｅＶ未満であることが好ましい。
また、正孔ブロッキング層９５の電子移動度は例えば、１０−５以上１０−４以下（ｃｍ２／Ｖｓ）であることが好ましく、また、正孔ブロッキング層９５の電子移動度≧青色発光層９４の電子移動度であることが好ましい。
ＴＴＦ効果をより効率的に得ることができる点で、正孔輸送層９２の正孔移動度は、１０−５以上１０−３以下（ｃｍ２／Ｖｓ）であることが好ましい。
なお、図３には図示しないが、青色発光層９４と正孔輸送層９２との間に電子ブロッキング層が設けられていてもよい。
また、図１に示す表示装置では、正孔注入層９１、正孔輸送層９２、青色発光層９４、正孔ブロッキング層９５および電子輸送層９６が発光素子層４０としてアノード３４の上に設けられている例を示したが、図４に示す表示装置のように、正孔注入層９１および正孔輸送層９２がアノード３４の上に設けられ、その上に、青色発光層９４が設けられ、さらに青色発光層９４の上に正孔ブロッキング層９５および電子輸送層９６が設けられていてもよい。
本実施形態に係る表示装置において、正孔注入層９１、正孔輸送層９２、青色発光層９４、正孔ブロッキング層９５および電子輸送層９６の膜厚は例えば、それぞれ、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下、１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下、および５ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることができる。
本実施形態に係る表示装置を構成する各層の各種パラメータを表１に示す。
Figure 2018073914
なお、本実施形態に係る表示装置を構成する各層に含まれる材料としては、例えば、後述する実施例に例示した材料を用いることができる。
なお、表示装置は、有機エレクトロルミネッセンス表示装置には限定されず、量子ドット発光素子（ＱＬＥＤ：Quantum‐Dot Light Emitting Diode）のような発光素子を各画素に備えた表示装置であってもよいし、液晶表示装置であってもよい。
［実施例］
以下、図面を参照して、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。
表２に示す材料を用いて、表３に示すパラメータを有する各層を含む表示装置を作製した（実施例１〜４および比較例１）。なお、表３において、正孔移動度および電子移動度は０．２５ＭＶ／ｃｍ(ｃｍ２／Ｖｓ)における値である。また、各層の膜厚は、上記実施形態に記載した通りである。
なお、表２において、材料の略称は以下の通りである。ＨＡＴ−ＣＮ（正孔注入層材料：2,3,6,7,10,11-Hexacyano-1,4,5,8,9,12-hexaazatriphenylene, CAS: 105598-27-4）、ＮＰＢ（正孔輸送層材料：N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N-diphenyl-benzidene）、ＨＴＥＢ０３（電子ブロッキング層材料：関東化学株式会社）、ＣＢＰ（青色発光層のホスト材料：4,4'-N,N'-dicarbazolylbiphenyl）ＢＤ１０２（青色発光層のドーパントとしての青色蛍光発光材料：出光興産株式会社）Ａｌｑ３（電子輸送層材料：tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium）
Figure 2018073914
Figure 2018073914
実施例１ないし４および比較例１では、ＬｉＦとＭｇＡｇ合金の積層構造のカソード４２を採用した。実施例１ないし４の表示装置はそれぞれ、発光効率に占めるＴＴＦ由来の発光割合が１１．０％、１８．０％、２０．６％、２３．６％であり、十分なＴＴＦ効果が得られた。また、実施例１ないし４の表示装置では、寿命特性Ｌ９５（温度３０℃に保持した環境下において電流密度５０ｍＡ／ｃｍ２一定の連続点灯で輝度が５％低下したときの時間）がそれぞれ２７０時間、３９０時間、２１０時間、６１時間であることから、十分な信頼性を有することが確認された。
これに対して、比較例１では、正孔ブロッキング層９５を設けず、青色発光層９４に含まれるホスト材料としてＣＢＰのみを用いた以外は実施例１と同様の方法で表示装置を作製した正孔輸送層９２と青色発光層９４の間に、正孔移動度が電子輸送層９２よりも小さい電子ブロッキング層９３を設けたところ、発光効率に占めるＴＴＦ由来の発光割合が２．２％になり、十分なＴＴＦ効果が得られないことが確認された。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。
１０ 第１基板、１２ 集積回路チップ、１４ アンダーコート、１６ 半導体層、１８ ソース電極、２０ ドレイン電極、２２ ゲート絶縁膜、２４ ゲート電極、２６ 層間絶縁膜、２８ 薄膜トランジスタ、３０ パッシべーション膜、 ３２ 平坦化膜、３４ アノード、３６ コンタクトホール、３８ 絶縁層、４０ 発光素子層、４２ カソード、４４ 発光素子、５４ 粘着層、５８ 第２基板、９１ 正孔注入層、９２ 正孔輸送層、９４ 青色発光層、９５ 正孔ブロッキング層、９６ 電子輸送層。

Claims (5)

  1. アノード、正孔注入層、正孔輸送層、青色発光層、正孔ブロッキング層、電子輸送層及び／又は電子注入層、ならびにカソードがこの順で積層されており、
    以下の特徴（ｉ）、（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）を有することを特徴とする表示装置。
    （ｉ）前記青色発光層の正孔移動度≧前記青色発光層の電子移動度
    （ｉｉ）前記正孔輸送層の正孔移動度≧前記青色発光層の電子移動度
    （ｉｉｉ）｜前記青色発光層のＨＵＭＯ値−前記正孔ブロッキング層のＨＯＭＯ値｜≧０．４ｅＶ
  2. 請求項１において、
    前記青色発光層の膜厚が１５ｎｍ未満であることを特徴とする表示装置。
  3. 請求項１または２において、
    前記正孔ブロッキング層のＨＯＭＯ値が−６．２ｅＶ未満であることを特徴とする表示装置。
  4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
    前記正孔ブロッキング層の電子移動度は、１０−５以上１０−４以下（ｃｍ２／Ｖｓ）であることを特徴とする表示装置。
  5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
    前記正孔ブロッキング層の電子移動度≧前記青色発光層の電子移動度であることを特徴とする表示装置。
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