JP2019062127A

JP2019062127A - 表示装置

Info

Publication number: JP2019062127A
Application number: JP2017186934A
Authority: JP
Inventors: 淳高城; Atsushi Takagi
Original assignee: Japan Display Inc
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2019-04-18

Abstract

【課題】発光効率を向上することを目的とする。【解決手段】表示装置１００は、複数の有機材料を含む発光層４２ａを有し、複数の有機材料は、少なくとも、ドーパント材料とアシストドーパント材料を含み、アシストドーパント材料は、発光層４２ａの厚さ方向において、ドーパント材料の分布領域よりも広い範囲に分布して設けられる。【選択図】図４

Description

本発明は、表示装置に関する。

従来、ホスト材料と、ドーパント材料と、アシストドーパント材料を蒸着することにより形成される発光層を有する表示装置が知られている。ホスト材料は励起子を生成して輸送する役割を有するものであり、ドーパント材料は励起子を利用して発光する役割を有するものである。また、アシストドーパント材料は、特許文献１及び非特許文献１に開示されるように、熱活性化遅延蛍光（TADF：Thermally Activated Delayed Fluorescence）材料として用いられ、発光効率を向上する役割を有するものである。

特開２０１３−１１６９７５号公報

中野谷一・安達千波矢著「熱活性化遅延蛍光過程を利用した高性能蛍光有機ＥＬ素子」日本写真学会２０１５年８月６日、日本写真学会誌７７巻４号、ｐ.２９６−３００

ここで、高い発光効率を得るためには、ドーパント材料とアシストドーパント材料が均一に分散し、かつ近接して設けられることが好ましい。ドーパント材料とアシストドーパント材料は昇華温度が異なるため、異なる坩堝に充填され、それら坩堝からそれぞれ放出されて蒸着される。そのため、ドーパント材料とアシストドーパント材料を均一に分散して設けることは難しく、従来、ドーパント材料の周辺に近接してアシストドーパント材料が分布されないことにより（図５参照）、高い発光効率を得られないという課題があった。

本発明は、発光効率を向上することを目的とする。

本発明の一態様の表示装置は、複数の有機材料を含む発光層を有し、前記複数の有機材料は、少なくとも、ドーパント材料とアシストドーパント材料を含み、前記アシストドーパント材料は、前記発光層の厚さ方向において、前記ドーパント材料の分布領域よりも広い範囲に分布して設けられる。

本実施形態に係る表示装置の全体構成を模式的に示す斜視図である。本実施形態に係る表示装置を示す断面図である。本実施形態における表示装置の積層構造を模式的に示す図である。本実施形態におけるドーパント材料及びアシストドーパント材料の分布について示す模式図である。従来例におけるドーパント材料及びアシストドーパント材料の分布について示す模式図である。本実施形態における有機エレクトロルミネッセンス層の蒸着方法について説明する図である。

以下、本発明の実施形態（以下、本実施形態という）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、本実施形態において、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、本実施形態に係る表示装置の全体構成の概略を示す斜視図である。本実施形態においては、表示装置１００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１００は、例えば、赤、緑及び青からなる複数色の画素領域Ｐを有し、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１００は、矩形（例えば長方形）の外形を有する第１基板１０と、第１基板１０に対向して配置される第２基板１１とを有する。第１基板１０は、ポリイミド樹脂やポリエチレンテレフタラート等から形成されており、柔軟性を有するとよい。第１基板１０は、複数の画素領域Ｐがマトリクス状に配置された表示領域Ｍを有する。図１においては、１の画素領域Ｐのみを示すが、画素領域Ｐは、表示領域Ｍの略全域に配置されている。また、第１基板１０は、表示領域Ｍの周辺に額縁領域Ｎを有する。さらに、第１基板１０は、端子領域Ｔを有し、端子領域Ｔ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が搭載される。なお、図示しないが、端子領域Ｔにはフレキシブル基板を電気的に接続してもよい

図２を参照して、表示装置１００の積層構造の詳細について説明する。図２は、本実施形態に係る表示装置を示す断面図である。第１基板１０には、複数層からなる表示回路層１６が積層されている。表示回路層１６は、第１基板１０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層１８を含む。アンダーコート層１８は、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜等の無機材料からなり、それらの積層構造であってもよい。アンダーコート層１８の上には半導体層２０が形成されている。半導体層２０にソース電極２２及びドレイン電極２４が電気的に接続し、半導体層２０を覆ってゲート絶縁膜２６が形成されている。ゲート絶縁膜２６も無機材料からなる。ゲート絶縁膜２６の上にはゲート電極２８が形成され、ゲート電極２８を覆って層間絶縁膜３０が形成されている。層間絶縁膜３０も無機材料からなる。ソース電極２２及びドレイン電極２４は、ゲート絶縁膜２６及び層間絶縁膜３０を貫通している。半導体層２０、ソース電極２２、ドレイン電極２４及びゲート電極２８から薄膜トランジスタＴＦＴ（Thin Film Transistor）の少なくとも一部が構成される。薄膜トランジスタＴＦＴを覆うようにパッシベーション膜３２が設けられている。パッシベーション膜３２も無機材料からなる。

パッシベーション膜３２の上には、平坦化層３４が設けられている。平坦化層３４の上には、複数の画素領域Ｐそれぞれに対応するように、複数の画素電極３６（例えば陽極）が設けられている。平坦化層３４は、少なくとも画素電極３６が設けられる面が平坦になるように形成される。平坦化層３４としては、感光性アクリル樹脂等の有機材料を用いるとよい。画素電極３６は、平坦化層３４及びパッシベーション膜３２を貫通するコンタクトホール３８によって、半導体層２０上のソース電極２２及びドレイン電極２４の一方に電気的に接続している。

平坦化層３４及び画素電極３６の上に、複数の画素領域Ｐを区画する絶縁層４０が形成されている。絶縁層４０は、互いに隣り合う画素領域Ｐにおける画素電極３６の端部をそれぞれ覆うように形成される。

画素電極３６上及び絶縁層４０上に有機エレクトロルミネッセンス層４２が設けられている。有機エレクトロルミネッセンス層４２は、画素電極３６ごとに別々に（分離して）設けられており、各画素領域Ｐに対応して青、赤又は緑で発光するようになっている。各画素領域Ｐに対応する色はこれに限られず、例えば、黄又は白等が追加されてもよい。

有機エレクトロルミネッセンス層４２の上には、共通電極４４（例えば陰極）が設けられている。共通電極４４は、隣り合う画素電極３６の上方で連続している。有機エレクトロルミネッセンス層４２は、画素電極３６及び共通電極４４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。有機エレクトロニクスルミネッセンス層４２は少なくとも発光層４２ａ（図３参照）を含んでおり、発光層４２ａにおいて、画素電極３６と共通電極４４のそれぞれから注入された正孔と電子が再結合されることにより励起子が生成される。そして、発光層４２ａが、その励起子のエネルギーを使って発光する。

画素電極３６、有機エレクトロルミネッセンス層４２及び共通電極４４により発光素子４６の少なくとも一部が構成される。封止層４８が複数の発光素子４６を覆う。これにより、発光素子４６は水分から遮断される。封止層４８は、ＳｉＮ、ＳｉＯｘなどの無機膜を含み、単一層でもよく、積層構造であってもよい。例えば、一対の無機膜が、アクリル等の樹脂などの有機膜を上下で挟む構造であってもよい。封止層４８上には充填層５４が設けられ、充填層５４上に第２基板１１が設けられる。

次に、図３を参照して、本実施形態における表示装置１００の積層構造、特に有機エレクトロルミネッセンス層４２の積層構造の詳細について説明する。図３は、本実施形態における表示装置の積層構造を模式的に示す図である。

図３に示すように、画素電極３６上には、正孔注入層（HIL：Hole Injection Layer）、正孔輸送層（HTL：Hole Transfer Layer）、電子遮断層（EBL：Electron Blocking layer）４２ｂがこの順で積層して設けられる。さらに、電子遮断層４２ｂ上には、発光層（EML：Emissive Layer）４２ａ、正孔遮断層（HBL：Hole Blocking Layer）４２ｃ、電子輸送層（ETL：Electron Transport Layer）、電子注入層（EIL：Electron Injection Layer）がこの順で積層して設けられる。さらに、電子注入層上には、共通電極４４、封止層４８、充填層５４がこの順で積層して設けられる。

正孔注入層は正孔を発生させ、正孔輸送層は正孔注入層より注入された正孔を発光層４２ａへ輸送する。電子注入層は電子を発生させ、電子輸送層は電子注入層より注入された電子を発光層４２ａへ輸送する。発光層４２ａにおいて、正孔と電子が再結合することにより発光が行われる。電子遮断層４２ｂは電子の移動を遮断し、正孔遮断層４２ｃは正孔の移動を遮断する。

さらに、図４、図５を参照して、発光層４２ａの詳細について説明する。図４は、本実施形態におけるドーパント材料及びアシストドーパント材料の分布について示す模式図である。図５は、従来例におけるドーパント材料及びアシストドーパント材料の分布について示す模式図である。図４、図５においては、ホスト材料からなる層をＨｏｓｔ、ドーパント材料を示す分子をＤｏｐａｎｔ、アシストドーパント材料を示す分子をＡｓｓｉｓｔＤｏｐａｎｔとして表す。

発光層４２ａは、複数の有機材料を含む。本実施形態においては、発光層４２ａとして、ホスト材料と、発光材料であるドーパント材料と、熱活性化遅延蛍光材料であるアシストドーパント材料とを有機材料として含むものを用いた。ドーパント材料とアシストドーパント材料は、図４に示すように、ホスト材料からなる層内に分散して設けられる。

ホスト材料は励起子を生成する役割を有し、ドーパント材料は励起子を利用して発光する役割を有する。また、アシストドーパント材料は発光効率を向上する役割を有する。

ドーパント材料は発光色毎に異なる材料を用いるとよい。発光色が青色の画素領域Ｐに含まれるドーパント材料としては、例えば、２，５，８，１１−ｔｅｔｒａ−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌｐｅｒｙｌｅｎｅ（ＴＢＰｅ）を用いるとよい。発光色が緑色の画素領域Ｐに含まれるドーパント材料としては、例えば、９，１０−ｂｉｓ［Ｎ，Ｎ−ｄｉ−（ｐ−ｔｏｌｙｌ）−ａｍｉｎｏ］ａｎｔｈｒａｃｅｎｅ（ＴＴＰＡ）を用いるとよい。発光色が黄色の画素領域Ｐに含まれるドーパント材料としては、例えば、２，８−ｄｉ−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌ−５，１１−ｂｉｓ（４−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌｐｈｅｎｙｌ）−６，１２−ｄｉｐｈｅｎｙｌｔｅｔｒａｃｅｎｅ（ＴＢＲｂ）を用いるとよい。発光色が赤色の画素領域Ｐに含まれるドーパント材料としては、例えば、Ｄｉｂｅｎｚｏ［［ｆ，ｆ’］−４，４’，７，７’−ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌ］ｄｉｉｎｄｅｎｏ［１，２，３−ｃｄ：１’，２’３’−ｌｍ］ｐｅｒｙｌｅｎｅ（ＤＢＰ）を用いるとよい。

アシストドーパント材料としては、例えば、１０−ｐｈｅｎｙｌ−１０Ｈ，１０’Ｈ−ｓｐｉｒｏ［ａｃｒｉｄｉｎｅ−９−９’−ａｎｔｒａｃｅｎ］−１０’−ｏｎｅ（ＡＣＲＳＡ）を用いるとよい。また、ホスト材料としては、例えば、ｂｉｓ（２−（ｄｉｐｈｅｎｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｏ）ｐｈｅｎｙｌ）ｅｔｈｅｒｏｘｉｄｅ（ＤＰＥＰＯ）を用いるとよい。

ここで、アシストドーパント材料を用いることによる発光効率の向上についての詳細を説明する。例えば、非特許文献１に記載されるように、ホスト材料とドーパント材料を含む発光層４２ａに、ＴＡＤＦ（Thermally Activated Delayed Fluorescence）現象を示す化合物としてアシストドーパント材料を含めると、発光効率が向上することが知られている。ＴＡＤＦ現象とは、通常の蛍光発光性化合物に比べ、一重項励起エネルギー準位と三重項励起エネルギー準位の差が小さい化合物を用いた場合に、三重項励起子から一重項励起子への逆項間交差（Reverse intersystem crossing : RISC）が生じる現象である。

アシストドーパント材料上に、２５％の一重項励起子と７５％の三重項励起子とを電界励起により発生させることによって、三重項励起子は逆項間交差を伴って一重項励起子を生成することができる。一重項励起子のエネルギーは、ドーパント材料へ蛍光共鳴エネルギー移動（Fluorescence Resonance Energy Transfer : FRET）し、移動してきた励起子エネルギーによりドーパント材料が発光する。ＴＡＤＦ現象を利用することにより、理論上１００％の励起子エネルギーを利用して、ドーパント材料を発光させることが可能となり、発光効率の向上を実現することができる。

ＴＡＤＦ現象を利用した発光効率の向上は、ドーパント材料の周辺に近接してアシストドーパント材料が存在することにより実現される。ドーパント材料に近接してアシストドーパント材料が存在することにより、励起子エネルギーをアシストドーパント材料からドーパント材料へ移動させることができるためである。図５に示すように、アシストドーパント材料を発光層４２ａ内にのみ分散させた場合、発光層４２ａと電子遮断層４２ｂとの界面付近、又は発光層４２ａと正孔遮断層４２ｃとの界面付近において、ドーパント材料の周辺にアシストドーパント材料が存在しない領域が生じる場合がある。このような構成においては、発光材料であるドーパント材料の発光機能を十分に発揮させることができず、発光効率が低下してしまう。

そこで、本実施形態においては、図４に示すように、発光層４２ａのみでなく、発光層４２ａを挟む電子遮断層４２ｂと正孔遮断層４２ｃにもアシストドーパント材料を含ませた。なお、図３の領域Ａは、本実施形態におけるアシストドーパント材料の分布領域を示す。このような構成を採用することにより、発光層４２ａと、発光層４２ａを挟む層との界面付近に存在するドーパント材料の周辺にもアシストドーパント材料が存在することとなる。そのため、発光層４２ａにおいて効率の良い発光に寄与する領域を広くすることができ、発光効率が向上する。また、発光効率が向上することにより、表示装置１００の長寿命化を実現できる。

なお、本実施形態においては、電子遮断層４２ｂと正孔遮断層４２ｃがアシストドーパント材料を含む例について説明したが、これに限られるものではない。少なくとも、アシストドーパント材料が、発光層４２ａの厚さ方向において、ドーパント材料の分布領域よりも広い範囲に分布して設けられていればよい。また、発光層４２ａの厚さ方向におけるホスト材料とドーパント材料の分布領域は略同じであるとよい。すなわち、アシストドーパント材料は、発光層４２ａの厚さ方向において、ホスト材料の分布領域よりも広い範囲に分布して設けられるとよい。

次に、図６を参照して、上記のように各有機材料を分布させるための蒸着方法について説明する。図６は、本実施形態における有機エレクトロルミネッセンス層の蒸着方法について説明する図である。

図６においては、第１基板１０と、複数の坩堝６０を有する蒸着源を模式的に示す。有機エレクトロルミネッセンス層４２を形成する各材料は、それぞれ昇華温度が異なるため、異なる坩堝６０に充填される。坩堝６０から放出される材料の一部は、基板１０に対して斜めに放出されるため、隣接する坩堝６０に充填される材料は互いに混ざる場合がある。材料が混ざらないようにするため、各材料が充填される各坩堝６０は仕切り板７０等によって仕切られて配置される。

図６に示すように、第１基板１０を蒸着源に対して相対的に移動させる。すなわち、複数の坩堝６０上を通過するよう矢印Ｓ方向に、第１基板１０を移動させる。そして、第１基板１０を蒸着源に対して相対移動させると共に、蒸着源の坩堝６０から材料を放出し、第１基板１０上に各材料を順に蒸着させる。

本実施形態においては、図６に示すように、まず、正孔注入層（ＨＩＬ）、正孔輸送層（ＨＴＬ）、電子遮断層（ＥＢＬ）４２ｂ、アシストドーパント材料を順に第１基板１０上に蒸着させる。さらに、ホスト材料とドーパント材料を蒸着させる。ホスト材料とドーパント材料とは、それらが充填される坩堝６０間に仕切り板７０を設けることなく共蒸着させるとよい。ホスト材料とドーパント材料を共蒸着させた後、さらに、アシストドーパント材料、正孔遮断層（ＨＢＬ）４２ｃ、電子輸送層（ＥＴＬ）、電子注入層（ＥＩＬ）を順に蒸着させる。

ここで、アシストドーパント材料を充填する坩堝６０と、電子遮断層４２ｂの材料を充填する坩堝６０との間に設けられる仕切り板７０の高さを、他の仕切り板よりも低くした。そのため、アシストドーパント材料と電子遮断層４２ｂの材料とが混ざり、電子遮断層４２ｂ内にアシストドーパント材料が含まれることとなる。

同様に、アシストドーパント材料を充填する坩堝６０と、正孔輸送層４２ｃの材料を充填する坩堝６０との間に設けられる仕切り板７０の高さを、他の仕切り板よりも低くした。そのため、アシストドーパント材料と正孔遮断層４２ｃの材料とが混ざり、正孔遮断層４２ｃ内にアシストドーパント材料が含まれることとなる。

また、ホスト材料、ドーパント材料を共蒸着するための坩堝６０と、アシストドーパント材料を充填する坩堝６０との間に設けられる仕切り板７０の高さも、他の仕切り板７０よりも低くした。そのため、アシストドーパント材料が発光層４２ａ内に含まれることとなる。このように、アシストドーパント材料の蒸着を、ホスト材料とドーパント材料の共蒸着の前後で行うことにより、アシストドーパント材料を、発光層４２ａの厚さ方向において均一に分散させることができる。以上説明した蒸着方法により、図４に示すように各有機材料が分布される有機エレクトロルミネッセンス層４２を形成することができる。なお、ホスト材料、ドーパント材料を共蒸着するための坩堝６０と、アシストドーパント材料を充填する坩堝６０との間には仕切り板７０を設けず、これら３種の材料を共蒸着させてもよい。

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、１１第２基板、１２集積回路チップ、１６表示回路層、１８アンダーコート層、２０半導体層、２２ソース電極、２４ドレイン電極、２６ゲート絶縁膜、２８ゲート電極、３０層間絶縁膜、３２パッシベーション膜、３４平坦化層、３６画素電極、３８コンタクトホール、４０絶縁層、４２有機エレクトロルミネッセンス層、４２ａ発光層、４２ｂ電子遮断層、４２ｃ正孔遮断層、４４共通電極、４６発光素子、４８封止層、５４充填層、６０坩堝、７０仕切り板、１００表示装置。

Claims

複数の有機材料を含む発光層を有し、
前記複数の有機材料は、少なくとも、ドーパント材料とアシストドーパント材料を含み、
前記アシストドーパント材料は、前記発光層の厚さ方向において、前記ドーパント材料の分布領域よりも広い範囲に分布して設けられる表示装置。
前記アシストドーパント材料は、前記発光層を挟む第１層と第２層の少なくともいずれか一方、及び前記発光層に含まれる請求項１に記載の表示装置。
前記第１層は電子遮断層であり、前記第２層は正孔遮断層である請求項２に記載の表示装置。
前記複数の有機材料はホスト材料を含み、
前記アシストドーパント材料は、前記発光層の厚さ方向において、前記ホスト材料の分布領域よりも広い範囲に分布して設けられる請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示装置。