JP2022080879A - Organic el element, organic el panel, and organic el element manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、キャリア注入性材料を用いた有機EL素子における駆動電圧の上昇抑止と寿命の改善に関する。 The present disclosure relates to suppressing an increase in drive voltage and improving the life of an organic EL device using a carrier-injectable material.
近年、有機材料の電界発光現象を利用した有機EL素子を利用した表示装置が普及しつつある。 In recent years, display devices using organic EL elements that utilize the electroluminescence phenomenon of organic materials are becoming widespread.
有機EL素子は、一対の電極の間に発光層が配された基本構造を有し、電極間に電圧を印加することにより、正孔と電子が再結合して発光層が発光する。より具体的には、陽極から正孔が発光層に注入され、陰極から電子が発光層に注入され、発光層内において正孔と電子が再結合する。一方で、多くの場合において、陰極材料のフェルミ準位と発光層に含まれる発光材料の最低空軌道(LUMO;Lowest Unoccupied Molecular Orbital)のエネルギー準位との差が大きい。したがって、陰極から発光層への電子の注入を容易とするため、仕事関数の低い金属材料を含む機能層を陰極と発光層との間に設ける構成が用いられている。また、同様に、陽極から発光層への正孔の注入を容易とするため、正孔注入性を有する材料を含む機能層を陽極と発光層との間に設ける構成が用いられている。さらに、発光層から陰極への正孔の流出を抑止するための層を陰極と発光層との間に設ける構成や、発光層から陽極への電子の流出を抑止するための層を陽極と発光層との間に設ける構成が用いられることもある(例えば、特許文献1-3参照)。 The organic EL element has a basic structure in which a light emitting layer is arranged between a pair of electrodes, and when a voltage is applied between the electrodes, holes and electrons are recombined and the light emitting layer emits light. More specifically, holes are injected into the light emitting layer from the anode, electrons are injected into the light emitting layer from the cathode, and holes and electrons are recombined in the light emitting layer. On the other hand, in many cases, the difference between the Fermi level of the cathode material and the energy level of the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of the light emitting material contained in the light emitting layer is large. Therefore, in order to facilitate the injection of electrons from the cathode into the light emitting layer, a configuration is used in which a functional layer containing a metal material having a low work function is provided between the cathode and the light emitting layer. Similarly, in order to facilitate the injection of holes from the anode into the light emitting layer, a configuration is used in which a functional layer containing a material having a hole injecting property is provided between the anode and the light emitting layer. Further, a layer for suppressing the outflow of holes from the light emitting layer to the cathode is provided between the cathode and the light emitting layer, and a layer for suppressing the outflow of electrons from the light emitting layer to the anode is provided with the anode and light emission. A configuration provided between the layers may be used (see, for example, Patent Documents 1-3).
しかしながら、発光層において再結合を効率よく発生させようとする場合、発光層におけるキャリア(電子および/または正孔)の密度を上昇させる必要があるため、一般に、発光層の陽極側界面および/または陰極側界面において、キャリア密度や励起子密度が高くなる。したがって、励起子が発光層から機能層に移動したり、キャリアが発光層から漏れることによって機能層内で励起子が生成したりすることにより、機能層で励起子密度が上昇しやすい。そして、機能層材料中のキャリアであるポーラロンに励起子のエネルギーが移動することでポーラロンが高エネルギー化して機能層材料内の化学結合が破壊されて解離生成物が生じ、機能層のキャリア輸送性が低下するとともに、解離生成物がキャリアトラップや消光サイトを生成することによる機能層の機能低下がもたらされる課題がある(例えば、非特許文献1、非特許文献2参照)。
However, in order to efficiently generate recombination in the light emitting layer, it is necessary to increase the density of carriers (electrons and / or holes) in the light emitting layer, so that the anode side interface and / or the light emitting layer is generally used. At the interface on the cathode side, the carrier density and exciton density become high. Therefore, excitons tend to increase in the functional layer due to the movement of excitons from the light emitting layer to the functional layer or the generation of excitons in the functional layer due to the leakage of carriers from the light emitting layer. Then, the energy of the excitons is transferred to the polaron which is the carrier in the functional layer material, so that the polaron becomes high energy and the chemical bond in the functional layer material is destroyed to generate a dissociation product, and the carrier transport property of the functional layer is generated. There is a problem that the function of the functional layer is deteriorated due to the dissociation product forming carrier traps and quenching sites (see, for example, Non-Patent
本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、励起子とキャリアとの失活反応による機能層の劣化を抑止して長寿命化した有機EL素子および有機ELパネル、および、有機EL素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above problems, and is an organic EL element, an organic EL panel, and an organic EL element having a long life by suppressing deterioration of the functional layer due to a deactivation reaction between excitons and carriers. It is an object of the present invention to provide the manufacturing method of.
本開示の一態様に係る有機EL素子は、陽極と、前記陽極の上方に配され、有機材料を含む第1機能層と、前記第1機能層の上に接して配され、有機材料を含む第2機能層と、前記第2機能層の上に接して配される発光層と、前記発光層の上方に配される陰極とを備え、前記第2機能層に含まれる有機材料の最高被占有軌道(HOMO)準位は、前記第1機能層に含まれる有機材料のHOMO準位より0.2eV以上エネルギーレベルが低く、前記第2機能層の膜厚は、15nm以下であることを特徴とする。 The organic EL element according to one aspect of the present disclosure is arranged above the anode, the first functional layer containing the organic material, and is arranged in contact with the first functional layer, and includes the organic material. A second functional layer, a light emitting layer arranged in contact with the second functional layer, and a cathode arranged above the light emitting layer are provided, and the maximum cover of the organic material contained in the second functional layer is provided. The occupied orbital (HOMO) level is characterized in that the energy level is 0.2 eV or more lower than the HOMO level of the organic material contained in the first functional layer, and the film thickness of the second functional layer is 15 nm or less. And.
本開示の一態様に係る有機EL素子によれば、第1機能層から第2機能層へのホール注入性が低下するため、第2機能層内のホール密度を低下させることができる。したがって、第2機能層においてホールと励起子との失活反応を抑止し、機能層の劣化を抑止することができるため、有機EL素子の長寿命化が期待できる。また、第2機能層の膜厚を制限することにより、第1機能層から第2機能層へのホール注入性が低下しても駆動電圧の上昇を抑止することができる。 According to the organic EL device according to one aspect of the present disclosure, since the hole injection property from the first functional layer to the second functional layer is lowered, the hole density in the second functional layer can be lowered. Therefore, since the deactivation reaction between the hole and the exciton can be suppressed in the second functional layer and the deterioration of the functional layer can be suppressed, the life of the organic EL element can be expected to be extended. Further, by limiting the film thickness of the second functional layer, it is possible to suppress an increase in the drive voltage even if the hole injection property from the first functional layer to the second functional layer is lowered.
≪開示の態様≫
本開示の少なくとも1つの態様に係る有機EL素子は、陽極と、前記陽極の上方に配され、有機材料を含む第1機能層と、前記第1機能層の上に接して配され、有機材料を含む第2機能層と、前記第2機能層の上に接して配される発光層と、前記発光層の上方に配される陰極とを備え、前記第2機能層に含まれる有機材料の最高被占有軌道(HOMO)準位は、前記第1機能層に含まれる有機材料のHOMO準位より0.2eV以上エネルギーレベルが低く、前記第2機能層の膜厚は、15nm以下であることを特徴とする。
<< Aspects of disclosure >>
The organic EL device according to at least one aspect of the present disclosure is arranged above the anode, the first functional layer containing the organic material, and the first functional layer, and is arranged in contact with the first functional layer. A second functional layer including, a light emitting layer arranged in contact with the second functional layer, and a cathode arranged above the light emitting layer, and the organic material contained in the second functional layer. The highest occupied orbital (HOMO) level has an energy level 0.2 eV or more lower than the HOMO level of the organic material contained in the first functional layer, and the film thickness of the second functional layer is 15 nm or less. It is characterized by.
本開示の少なくとも1つの態様に係る有機EL素子の製造方法は、基板上に陽極を形成し、前記陽極の上方に有機材料を含む第1機能層を形成し、前記第1機能層の上に接するように、有機材料を含む第2機能層を形成し、前記第2機能層の上に接するように発光層を形成し、前記発光層の上方に陰極を形成する有機EL素子の製造方法であって、前記第2機能層に含まれる有機材料の最高被占有軌道(HOMO)準位は、前記第1機能層に含まれる有機材料のHOMO準位より0.2eV以上エネルギーレベルが低く、前記第2機能層の膜厚を15nm以下とすることを特徴とする。 In the method for manufacturing an organic EL element according to at least one aspect of the present disclosure, an anode is formed on a substrate, a first functional layer containing an organic material is formed above the anode, and the first functional layer is placed on the first functional layer. A method for manufacturing an organic EL element in which a second functional layer containing an organic material is formed so as to be in contact with the light emitting layer, a light emitting layer is formed so as to be in contact with the second functional layer, and a cathode is formed above the light emitting layer. The maximum occupied orbital (HOMO) level of the organic material contained in the second functional layer is 0.2 eV or more lower than the HOMO level of the organic material contained in the first functional layer. The second functional layer is characterized in that the film thickness is 15 nm or less.
本開示の少なくとも1つの態様に係る有機EL素子、または、有機EL素子の製造方法は、第1機能層から第2機能層へのホール注入性が低下するため、第2機能層内のホール密度を低下させることができる。したがって、第2機能層においてホールと励起子との失活反応を抑止し、機能層の劣化を抑止することができるため、有機EL素子の長寿命化が期待できる。また、第2機能層の膜厚を制限することにより、第1機能層から第2機能層へのホール注入性が低下しても駆動電圧の上昇を抑止することができる。 In the organic EL element or the method for manufacturing an organic EL element according to at least one aspect of the present disclosure, the hole injectability from the first functional layer to the second functional layer is lowered, so that the hole density in the second functional layer is reduced. Can be reduced. Therefore, since the deactivation reaction between the hole and the exciton can be suppressed in the second functional layer and the deterioration of the functional layer can be suppressed, the life of the organic EL element can be expected to be extended. Further, by limiting the film thickness of the second functional layer, it is possible to suppress an increase in the drive voltage even if the hole injection property from the first functional layer to the second functional layer is lowered.
本開示の少なくとも1つの態様に係る有機EL素子は、前記第2機能層におけるホール移動度は、1×10-9cm2/Vs以上である、としてもよい。 The organic EL device according to at least one aspect of the present disclosure may have a hole mobility in the second functional layer of 1 × 10 -9 cm 2 / Vs or more.
上記の態様の有機EL素子は、第2機能層のホール移動度が十分に高くインピーダンスが低いため、第2機能層の膜厚を15nm以下とすることで有機EL素子の駆動電圧を低減させることができる。 In the organic EL element of the above aspect, since the hole mobility of the second functional layer is sufficiently high and the impedance is low, the drive voltage of the organic EL element is reduced by setting the film thickness of the second functional layer to 15 nm or less. Can be done.
本開示の少なくとも1つの態様に係る有機EL素子は、前記発光層における電子移動度は、前記発光層におけるホール移動度より大きい、としてもよい。 In the organic EL device according to at least one aspect of the present disclosure, the electron mobility in the light emitting layer may be larger than the hole mobility in the light emitting layer.
上記の態様の有機EL素子は、発光層の第2機能層との界面において励起子密度が高いため発光効率が高く、一方で第2機能層が励起子とホールとの結合で劣化することを抑止することができるため長寿命化を図ることができる。 The organic EL device of the above aspect has high luminous efficiency because the exciton density is high at the interface of the light emitting layer with the second functional layer, while the second functional layer is deteriorated by the coupling between the exciton and the hole. Since it can be suppressed, the life can be extended.
本開示の少なくとも1つの態様に係る有機EL素子は、前記第2機能層に含まれる有機材料における一重項励起子のエネルギーは、前記発光層に含まれる機能材料における一重項励起子のエネルギーより大きい、としてもよい。 In the organic EL element according to at least one aspect of the present disclosure, the energy of the singlet excitons in the organic material contained in the second functional layer is larger than the energy of the singlet excitons in the functional material contained in the light emitting layer. , May be.
上記の態様の有機EL素子は、発光層内の一重項励起子が第2機能層に移動することを抑止することができるため、発光効率の低下を抑止するとともに、第2機能層の劣化を抑止して長寿命化を図ることができる。 Since the organic EL device of the above embodiment can prevent the singlet excitons in the light emitting layer from moving to the second functional layer, it suppresses the decrease in luminous efficiency and deteriorates the second functional layer. It can be suppressed and the life can be extended.
本開示の少なくとも1つの態様に係る有機EL素子は、前記第2機能層に含まれる有機材料における三重項励起子のエネルギーは、前記発光層に含まれる機能材料における三重項励起子のエネルギーより大きい、としてもよい。 In the organic EL element according to at least one aspect of the present disclosure, the energy of triplet excitons in the organic material contained in the second functional layer is larger than the energy of triplet excitons in the functional material contained in the light emitting layer. , May be.
上記の態様の有機EL素子は、発光層内の三重項励起子が第2機能層に移動することを抑止することができるため、第2機能層の劣化を抑止して長寿命化を図ることができる。 Since the organic EL element of the above aspect can prevent the triplet excitons in the light emitting layer from moving to the second functional layer, deterioration of the second functional layer is suppressed and the life is extended. Can be done.
本開示の少なくとも1つの態様に係る有機EL素子は、前記陽極は光反射性電極であり、前記陽極の前記発光層側の面と、前記発光層の前記陽極側の面との距離は40nm以下である、としてもよい。 In the organic EL device according to at least one aspect of the present disclosure, the anode is a light-reflecting electrode, and the distance between the surface of the anode on the light emitting layer side and the surface of the light emitting layer on the anode side is 40 nm or less. It may be.
上記の態様の有機EL素子は、光取り出し効率を向上させた構成とすることができる。 The organic EL element of the above aspect can be configured to have improved light extraction efficiency.
本開示の少なくとも1つの態様に係る有機EL素子は、前記陽極の前記発光層側の面と前記陰極の前記発光層側の面との間に光共振器構造が構成され、前記透明導電層は、ITOまたはIZOを含む、としてもよい。 In the organic EL device according to at least one aspect of the present disclosure, an optical resonator structure is formed between the surface of the anode on the light emitting layer side and the surface of the cathode on the light emitting layer side, and the transparent conductive layer is formed. , ITO or IZO may be included.
上記の態様の有機EL素子は、陰極と陽極との間に存在する各機能層の膜厚を最適に設計したまま共振器構造を容易に実現することができるため、発光効率と光取り出し効率の両立を容易に図ることができる。 In the organic EL element of the above aspect, the resonator structure can be easily realized while the thickness of each functional layer existing between the cathode and the anode is optimally designed, so that the luminous efficiency and the light extraction efficiency are improved. It is possible to easily achieve both.
本開示の少なくとも1つの態様に係る有機EL素子は、前記第2機能層に含まれる有機材料の最高被占有軌道(HOMO)準位は、前記第1機能層に含まれる有機材料のHOMO準位より0.6eV以下の範囲でエネルギーレベルが低く、前記第2機能層の膜厚は、5nm以上である構成としてもよい。 In the organic EL element according to at least one aspect of the present disclosure, the highest occupied orbital (HOMO) level of the organic material contained in the second functional layer is the HOMO level of the organic material contained in the first functional layer. The energy level may be low in the range of 0.6 eV or less, and the thickness of the second functional layer may be 5 nm or more.
上記の態様の有機EL素子は、有機EL素子として必要な電流密度を確保するとともに、前記第2機能層を構成する有機半導体材料の絶縁破壊電界強度を満たすことができる。併せて、前記第2機能層を、有機半導体の薄膜を用いて構成するとともに、絶縁耐圧やキャリア輸送・注入性を確保することができる。 The organic EL device of the above aspect can secure the current density required for the organic EL device and can satisfy the dielectric breakdown electric field strength of the organic semiconductor material constituting the second functional layer. At the same time, the second functional layer can be formed by using a thin film of an organic semiconductor, and can secure dielectric strength and carrier transport / injection properties.
本開示の少なくとも1つの態様に係る有機EL表示パネルは、本開示の少なくとも1つの態様に係る有機EL素子を基板上に複数備える。 The organic EL display panel according to at least one aspect of the present disclosure includes a plurality of organic EL elements according to at least one aspect of the present disclosure on a substrate.
≪実施の形態≫
以下、実施の形態に係る有機EL素子について説明する。なお、以下の説明は、本発明の一態様に係る構成および作用・効果を説明するための例示であって、本発明の本質的部分以外は以下の形態に限定されない。
<< Embodiment >>
Hereinafter, the organic EL element according to the embodiment will be described. The following description is an example for explaining the configuration, action, and effect according to one aspect of the present invention, and is not limited to the following forms except for the essential part of the present invention.
[1.有機EL素子の構成]
図1は、本実施の形態に係る有機EL素子1の断面構造を模式的に示す図である。有機EL素子1は、陽極である画素電極13、正孔注入層15、正孔輸送層16、発光層17、第1電子輸送層18、第2電子輸送層19、光学調整層20、および、陰極である対向電極21を備える。
[1. Configuration of organic EL element]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of the
有機EL素子1において、画素電極13と対向電極21とは主面同士が向き合うように互いに対向して配されており、画素電極13と対向電極21との間に発光層17が形成されている。
In the
発光層17の画素電極13側には、発光層17に接して正孔輸送層16が形成されている。正孔輸送層16の画素電極13側には、正孔輸送層16に接して正孔注入層15が形成されている。
On the
発光層17の対向電極21側には、発光層17に接して第1電子輸送層18が形成されている。電子輸送層18の対向電極21側には、第1電子輸送層18に接して第2電子輸送層19が形成されている。第2電子輸送層19と対向電極21との間に光学調整層20とが形成されている。
A first
[1.1 有機EL素子の各構成要素]
<画素電極>
画素電極13は、層間絶縁層12上に形成されている。画素電極13は、画素ごとに設けられ、層間絶縁層12に設けられたコンタクトホールを通じてTFT層112と電気的に接続されている。
[1.1 Each component of the organic EL element]
<Pixel electrode>
The
本実施の形態において、画素電極13は、陽極として機能する。
In this embodiment, the
光反射性を具備する金属材料の具体例としては、Ag(銀)、Al(アルミニウム)、アルミニウム合金、Mo(モリブデン)、APC(銀、パラジウム、銅の合金)、ARA(銀、ルビジウム、金の合金)、MoCr(モリブデンとクロムの合金)、MoW(モリブデンとタングステンの合金)、NiCr(ニッケルとクロムの合金)などが挙げられる。 Specific examples of metal materials having light reflectivity include Ag (silver), Al (aluminum), aluminum alloys, Mo (molybdenum), APC (alloys of silver, palladium and copper), and ARA (silver, rubidium, gold). , MoCr (alloy of molybdenum and chromium), MoW (alloy of molybdenum and tungsten), NiCr (alloy of nickel and chromium) and the like.
画素電極13は、金属層単独で構成してもよいが、金属層の上に、ITO(酸化インジウム錫)やIZO(酸化インジウム亜鉛)のような金属酸化物からなる層を積層した積層構造としてもよい。
The
なお、対向電極21を光反射性電極とする場合には、画素電極13を光透過性電極としてもよい。この場合、画素電極13は、金属材料で形成された金属層および金属酸化物で形成された金属酸化物層の少なくとも一方を含んでいる。画素電極13の膜厚は1nm~50nm程度に薄く設定されて光透過性を有している。金属材料は光反射性の材料であるが、金属層の薄膜を50nm以下と薄くすることによって、光透過性を確保することができる。したがって、発光層17からの光の一部は画素電極13において反射されるが、残りの一部は画素電極13を透過する。
When the
このとき、画素電極13に含まれる金属層を形成する金属材料としては、Ag、Agを主成分とする銀合金、Al、Alを主成分とするAl合金が挙げられる。Ag合金としては、マグネシウム-銀合金(MgAg)、インジウム-銀合金が挙げられる。Agは、基本的に低抵抗率を有し、Ag合金は、耐熱性、耐腐食性に優れ、長期にわたって良好な電気伝導性を維持できる点で好ましい。Al合金としては、マグネシウム-アルミニウム合金(MgAl)、リチウム-アルミニウム合金(LiAl)が挙げられる。その他の合金として、リチウム-マグネシウム合金、リチウム-インジウム合金が挙げられる。
At this time, examples of the metal material forming the metal layer contained in the
画素電極13に含まれる金属層は、例えばAg層あるいはMgAg合金層の単層で構成してもよいし、Mg層とAg層の積層構造(Mg/Ag)、あるいは、MgAg合金層とAg層の積層構造(MgAg/Ag)にしてもよい。
The metal layer included in the
画素電極13に含まれる金属酸化物層を形成する金属酸化物としては、ITO(酸化インジウム錫)、IZO(酸化インジウム亜鉛)が挙げられる。
Examples of the metal oxide forming the metal oxide layer contained in the
また、画素電極13は、金属層単独、または、金属酸化物層単独で構成してもよいが、金属層の上に金属酸化物層を積層した積層構造、あるいは金属酸化物層の上に金属層を積層した積層構造としてもよい。
Further, the
<正孔注入層>
正孔注入層15は、陽極である画素電極13から発光層17へのホール(正孔)の注入を促進させる機能を有する。正孔注入層15は、例えば、正孔注入材料と溶質とする溶液の塗布および乾燥より形成されている。正孔注入層15は、例えば、PEDOT:PSS(ポリチオフェンとポリスチレンスルホン酸との混合物)、ポリフルオレンやその誘導体、あるいは、ポリアリールアミンやその誘導体などの導電性ポリマー材料からなる。後述するように、正孔注入層15の材料は、正孔注入層15の材料のHOMO準位が、正孔輸送層16の材料のHOMO準位より0.2eV以上高い(真空準位に近い)材料が選択される。また、実施の一態様において、正孔注入層15の膜厚は10nmである。
<Hole injection layer>
The
また、正孔注入層15と画素電極13との間に、正孔注入性を有する無機層を設けてもよい。無機層としては、例えば、Ag、Mo、クロム(Cr)、バナジウム(V)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)、イリジウム(Ir)などの酸化物を用いることができる。
Further, an inorganic layer having a hole-injecting property may be provided between the hole-injecting
<正孔輸送層>
正孔輸送層16は、正孔注入層15から注入されたホールを発光層17へ輸送する機能を有する。正孔輸送層16は、例えば、正孔輸送材料を溶質とする溶液の塗布および乾燥より形成されている。正孔輸送層16は、例えば、ポリフルオレンやその誘導体、あるいは、ポリアリールアミンやその誘導体などの高分子化合物であって、親水基を備えないものからなる。正孔輸送層16の材料は、正孔輸送層16の材料のHOMO準位が、正孔注入層15の材料のHOMO準位より0.2eV以上低い材料が選択される。また、実施の形態の一態様において、正孔輸送層16の膜厚は15nmである。
<Hole transport layer>
The
なお、正孔輸送層16のホール移動度が低いと、正孔輸送層16のインピーダンスが増大して有機EL素子1の駆動電圧が高くなる傾向にある。したがって、有機EL素子1の駆動電圧の上昇を抑えるため、正孔輸送層16のホール移動度は、1×10-9cm2/Vs以上であることが好ましい。
When the hole mobility of the
また、発光層17の発光材料の励起子のエネルギーが正孔輸送層16の正孔輸送材料に移動することに起因する発光層17から正孔輸送層16への励起子の移動は、発光効率の低下と、正孔輸送層16の正孔輸送材料の劣化の両方をもたらすため好ましくない。したがって、正孔輸送層16の正孔輸送材料の一重項励起子のエネルギーS1(htl)は、発光層17の発光材料の一重項励起子のエネルギーS1(eml)より大きいことが好ましい。同様に、正孔輸送層16の正孔輸送材料の三重項励起子のエネルギーは、発光層17の発光材料の三重項励起子のエネルギーより大きいことが好ましい。
Further, the movement of excitons from the
なお、光共振器構造を形成する上で、発光中心と画素電極13との光路長を過大にしないため、画素電極13と発光層17との間に存在する機能層の膜厚の合計、すなわち、正孔注入層15の膜厚と正孔輸送層16の膜厚との合計が40nm以下であることが好ましい。
In order to prevent the optical path length between the light emitting center and the
また、正孔輸送層16の膜厚は5nm以であることが好ましい。正孔輸送層16は、多結晶もしくはアモルファスからなる有機半導体の薄膜から構成される。多結晶は、大きさが数nmから数mm程度の小さな結晶子が集まって構成される。正孔輸送層16として有機半導体の薄膜を用い、絶縁耐圧やキャリア輸送・注入性といった電気的な機能得るためには、比較的微細な結晶子で膜を構成するとともに、正孔輸送層16の最小膜厚として5nm程度の膜厚が必要となる。
Further, the film thickness of the
これより、正孔輸送層16の膜厚を、5nm以上にすることにより、正孔輸送層16を、有機半導体の薄膜を用いて構成するとともに、絶縁耐圧やキャリア輸送・注入性を確保することができる。
Therefore, by setting the film thickness of the
なお、正孔輸送層16は塗布膜に限らず、蒸着膜であってもよい。
The
<発光層>
発光層17は、ホールと電子の再結合により光を出射する機能を有する。発光層17は、例えば、塗布膜であり、例えば、発光層を形成する材料と溶質とする溶液の塗布および乾燥より形成されている。または、発光層17は蒸着膜で形成されていてもよい。
<Light emitting layer>
The
また、発光層17は、電子移動度とホール移動度のうち少なくとも1つが大きいことが、励起子を増加させる点で好ましい。また、発光層17において電子移動度がホール移動度より高い場合、発光層17の正孔輸送層16との界面側で励起子の密度が高いため、本開示の態様における正孔輸送層16の長寿命化の効果がより期待できる。
Further, it is preferable that at least one of the electron mobility and the hole mobility of the
発光層17を形成する材料としては、公知の蛍光物質である有機材料を利用することができる。例えば、オキシノイド化合物、ペリレン化合物、クマリン化合物、アザクマリン化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、ペリノン化合物、ピロロピロール化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、フルオレン化合物、フルオランテン化合物、テトラセン化合物、ピレン化合物、コロネン化合物、キノロン化合物及びアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、ローダミン化合物、クリセン化合物、フェナントレン化合物、シクロペンタジエン化合物、スチルベン化合物、ジフェニルキノン化合物、スチリル化合物、ブタジエン化合物、ジシアノメチレンピラン化合物、ジシアノメチレンチオピラン化合物、フルオレセイン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、セレナピリリウム化合物、テルロピリリウム化合物、芳香族アルダジエン化合物、オリゴフェニレン化合物、チオキサンテン化合物、シアニン化合物、アクリジン化合物等を用いることができる。なお、発光材料としては、蛍光物質に限らず、トリス(2-フェニルピリジン)イリジウムなどの燐光を発光する金属錯体等の公知の燐光物質であってもよい。
As a material for forming the
また、発光層17は、キャリア移動度が高いホスト材料に発光材料がドープされて構成されてもよい。ここで、キャリア移動度が高いとは、電子移動度が高い、および/または、ホール移動度が高いことを指す。ホスト材料としては、例えば、アミン化合物、縮合多環芳香族化合物、ヘテロ環化合物を用いることができる。アミン化合物としては、例えば、モノアミン誘導体、ジアミン誘導体、トリアミン誘導体、テトラアミン誘導体を用いることができる。縮合多環芳香族化合物としては、例えば、アントラセン誘導体、ナフタレン誘導体、ナフタセン誘導体、フェナントレン誘導体、クリセン誘導体、フルオランテン誘導体、トリフェニレン誘導体、ペンタセン誘導体、ペリレン誘導体を用いることができる。ヘテロ環化合物としては、例えば、カルバゾール誘導体、フラン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、イミダゾール誘導体、ピラゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピロール誘導体、インドール誘導体、アザインドール誘導体、アザカルバゾール誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フタロシアニン誘導体を用いることができる。なお、発光層を蛍光材料とホスト材料とから形成する場合において、実施の一態様では、蛍光材料の濃度は1wt%以上である。また、実施の一態様では、蛍光材料の濃度は10wt%以下である。また、実施の一態様では、蛍光材料の濃度は30wt%以下である。
Further, the
<第1電子輸送層>
電子輸送層18は、発光層17上に形成されており、第2電子輸送層19から注入された電子を発光層17へ輸送する機能を有する。第1電子輸送層18は、例えば、蒸着膜であり、電子輸送性を有する有機材料からなる。第1電子輸送層18は、例えば、オキサジアゾール誘導体(OXD)、トリアゾール誘導体(TAZ)、フェナンスロリン誘導体(BCP、Bphen)などのπ電子系低分子有機材料からなる。
<First electron transport layer>
The
<第2電子輸送層>
第2電子輸送層19は、第1電子輸送層18上に形成されており、電子輸送性を有する有機材料に、電子注入性を向上させる金属材料がドープされてなる。ここで、ドープとは、金属材料の金属原子または金属イオンを有機材料中に略均等に分散させることを指し、具体的には、有機材料と微量の金属材料を含む単一の相を形成することを指す。なお、それ以外の相、特に、金属片や金属膜など、金属材料のみからなる相、または、金属材料を主成分とする相は、存在していないことが好ましい。また、有機材料と微量の金属材料を含む単一の相において、金属原子または金属イオンの濃度は均一であることが好ましく、金属原子または金属イオンは凝集していないことが好ましい。金属材料としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属から選択されることが好ましい。また、第2電子輸送層18における金属材料のドープ量は3~60wt%が好ましい。なお、ドープ金属は、金属単体に限られず、フッ化物(例えば、NaF)やキノリニウム錯体(例えば、Alq3、Liq)など化合物としてドープされてもよい。ドープ金属としては、例えば、アルカリ金属に該当するリチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)、フランシウム(Fr)、アルカリ土類金属に該当するカルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、ラジウム(Ra)、希土類金属に該当するイットリウム(Y)、サマリウム(Sm)、ユーロピウム(Eu)、イッテルビウム(Yb)等である。
<Second electron transport layer>
The second
電子輸送性を有する有機材料としては、例えば、オキサジアゾール誘導体(OXD)、トリアゾール誘導体(TAZ)、フェナンスロリン誘導体(BCP、Bphen)などのπ電子系低分子有機材料が挙げられる。 Examples of the organic material having an electron transport property include π-electron low molecular weight organic materials such as an oxadiazole derivative (OXD), a triazole derivative (TAZ), and a phenanthroline derivative (BCP, Bphen).
なお、第1電子輸送層18と第2電子輸送層19とに替えて、単一の電子輸送層を形成してもよい。
A single electron transport layer may be formed in place of the first
<光学調整層>
光学調整層20は、光半透過性の導電性材料からなり、第2電子輸送層19上に形成されている。
<Optical adjustment layer>
The
対向電極21の光学調整層20との界面の光反射面は、画素電極13の正孔注入層15との界面の光反射面と対となって共振器構造を形成する。したがって、発光層17から出射された光が、光学調整層20から対向電極21へと入射する際にその一部が光学調整層20へと反射される必要がある。したがって、対向電極21と光学調整層20との間で、屈折率が異なっていることが好ましい。例えば、対向電極21が金属薄膜である場合は、光学調整層20は、ITO、IZOなどの、酸化物導電体であることが好ましい。また、例えば、対向電極21がITO、IZOなどの酸化物導電体である場合は、光学調整層20は、Ag、Alなどの金属薄膜であることが好ましい。実施の形態の一態様において、光学調整層20の材料はIZOであり、その膜厚は104nmである。
The light reflecting surface at the interface of the
<対向電極>
対向電極21は、光半透過性の導電性材料からなり、光学調整層20上に形成されている。本実施の形態においては、対向電極21は、陰極として機能する。
<Counter electrode>
The
上述したように、対向電極21の光学調整層20との界面の光反射面は、画素電極13の正孔注入層15との界面の光反射面と対となって共振器構造を形成する。したがって、対向電極21と光学調整層20との間で、屈折率が異なっていることが好ましい。実施の形態の一態様において、対向電極21は、金属薄膜である。光半透過性を確保するため、金属層の膜厚は1nm~50nm程度である。
As described above, the light reflecting surface at the interface of the
対向電極21の材料としては、例えば、Ag、Agを主成分とする銀合金、Al、Alを主成分とするAl合金が挙げられる。Ag合金としては、マグネシウム-銀合金(MgAg)、インジウム-銀合金が挙げられる。Al合金としては、マグネシウム-アルミニウム合金(MgAl)、リチウム-アルミニウム合金(LiAl)が挙げられる。その他の合金として、リチウム-マグネシウム合金、リチウム-インジウム合金が挙げられる。本実施の形態では、対向電極21はAgの薄膜である。
Examples of the material of the
また、対向電極21は、金属層単独、または、金属酸化物層単独で構成してもよいが、金属層の上に金属酸化物層を積層した積層構造、あるいは金属酸化物層の上に金属層を積層した積層構造としてもよい。
Further, the
なお、画素電極13を光透過性電極とする場合には、対向電極21を光反射性電極としてもよい。このとき、対向電極21は、光反射性の金属材料からなる金属層を含む。光反射性を具備する金属材料の具体例としては、銀、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、APC、ARA、MoCr、MoW、NiCrなどが挙げられる。
When the
<その他>
有機EL素子1は基板11上に形成される。基板11は、絶縁材料である基材111からなる。あるいは、絶縁材料である基材111上に配線層112を形成してもよい。基材111は、例えば、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、プラスチック基板等を採用することができる。プラスチック材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂いずれの樹脂を用いてもよい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリイミド(PI)、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタール、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうち1種、または2種以上を積層した積層体を用いることができる。配線層112を構成する材料としては、硫化モリブデン、銅、亜鉛、アルミニウム、ステンレス、マグネシウム、鉄、ニッケル、金、銀などの金属材料、窒化ガリウム、ガリウム砒素などの無機半導体材料、アントラセン、ルブレン、ポリパラフェニレンビニレンなどの有機半導体材料等が挙げられ、これらを複合的に用いて形成したTFT(Thin Film Transistor)層としてもよい。
<Others>
The
また、図示していないが、基板11上には層間絶縁層12が形成されている。層間絶縁層12は、樹脂材料からなり、TFT層112の上面の段差を平坦化するためのものである。樹脂材料としては、例えば、ポジ型の感光性材料が挙げられる。また、このような感光性材料として、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、シロキサン系樹脂、フェノール系樹脂が挙げられる。また、層間絶縁層12には、画素ごとにコンタクトホールが形成されている。
Further, although not shown, an
有機EL表示パネル100がボトムエミッション型である場合には、基材111、層間絶縁層12は光透過性の材料で形成されることが必要となる。さらに、TFT層112が存在する場合には、TFT層112において画素電極13の下方に存在する領域の少なくとも一部分は、光透過性を有する必要がある。
When the organic
また、有機EL素子1上には、封止層22が形成されている。封止層22は、正孔注入層15、正孔輸送層16、発光層17、第1電子輸送層18、第2電子輸送層19などの有機層が水分に晒されたり、空気に晒されたりすることを抑制する機能を有し、例えば、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)などの透光性材料を用い形成される。また、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)などの材料を用い形成された層の上に、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料からなる封止樹脂層を設けてもよい。
Further, a sealing layer 22 is formed on the
有機EL表示パネル100がトップエミッション型である場合には、封止層22は光透過性の材料で形成されることが必要となる。なお図1には示されないが、封止層22の上に、封止樹脂を介してカラーフィルタや上部基板を貼り合せてもよい。上部基板を貼り合せることによって、正孔注入層15、正孔輸送層16、発光層17、第1電子輸送層18、第2電子輸送層19を水分および空気などから保護できる。
When the organic
[2.正孔注入性と駆動電圧との関係]
本開示の一態様に係る有機EL素子は、励起子による機能層の劣化が抑止できる点に特徴を有する。以下、本開示の一態様として、励起子により正孔輸送層16の劣化を抑止した有機EL素子1について、ホール注入障壁と正孔密度との関係、および、駆動電圧との関係を、比較例との対比説明で示す。なお、[2.3]以降に示す実施例および比較例の電気的特性は、SILVACO製デバイスシミュレーションTCADにおいて、[2.1]に示すエネルギーバンド構造を有するデバイスモデルを用いて計算したものである。
[2. Relationship between hole injection and drive voltage]
The organic EL device according to one aspect of the present disclosure is characterized in that deterioration of the functional layer due to excitons can be suppressed. Hereinafter, as one aspect of the present disclosure, a comparative example of the relationship between the hole injection barrier and the hole density and the relationship with the drive voltage of the
[2.1 エネルギーバンド構造]
図2は、実施例に係る有機EL素子1のエネルギーバンド構造を示すバンドダイアグラムである。なお、説明の簡略化のために、以下、層を形成する有機材料のエネルギー準位を「層のエネルギー準位」と略記する。なお、複数の種類の材料からなる層については、電子および/またはホールの輸送を担っている代表的な有機材料のエネルギー準位を「層のエネルギー準位」として表記する。
[2.1 Energy band structure]
FIG. 2 is a band diagram showing an energy band structure of the
図2では、正孔注入層15、正孔輸送層16、発光層17、および、第1電子輸送層18のLUMOの準位(以下、「LUMO準位」と表記する)とHOMOのエネルギー準位(以下、「HOMO準位」と表記する)とを示し、他の層は記載を省略している。なお、図2では電子の真空準位を図示していないが、LUMO準位、HOMO準位のそれぞれは、バンドダイアグラムの下側であるほど、電子の真空準位からの差が大きく、エネルギーレベルが低い。
In FIG. 2, the LUMO level (hereinafter referred to as “LUMO level”) of the
実施例において、第1電子輸送層18から発光層17へ電子を注入するためのエネルギー障壁は、発光層17のLUMO準位171と第1電子輸送層18のLUMO準位181との差で規定される。また、発光層17から正孔輸送層16へ電子を注入するためのエネルギー障壁Eg(htl)は、正孔輸送層16のLUMO準位161と発光層17のLUMO準位171との差で規定される。
In the embodiment, the energy barrier for injecting electrons from the first
また、正孔注入層15から正孔輸送層16へホールを注入するためのエネルギー障壁Hg(htl)は、正孔注入層15のHOMO準位152と正孔輸送層16のHOMO準位162との差で規定される。実施の形態において、エネルギー障壁Hg(htl)は、以下の(式1)を満たすことが好ましい。
Further, the energy barrier Hg (htl) for injecting holes from the
Hg(htl)≧0.2eV ……(式1)
実施例において、Hg(htl)は0.3eVである。
Hg (htl) ≧ 0.2 eV …… (Equation 1)
In the examples, Hg (htl) is 0.3 eV.
また、正孔輸送層16から発光層17へホールを注入するためのエネルギー障壁Hg(eml)は、正孔輸送層16のHOMO準位162と発光層17のHOMO準位172との差で規定される。また、発光層17から電子輸送層18へホールを注入するためのエネルギー障壁Hg(etl1)は、発光層17のHOMO準位172と第1電子輸送層18のHOMO準位182との差で規定される。
Further, the energy barrier Hg (eml) for injecting holes from the
なお、比較例では、Hg(htl)を0eVとし、それ以外の電子注入障壁、ホール注入障壁、および、LUMO準位とHOMO準位との差である一重項励起子エネルギーS1については同一とした。 In the comparative example, Hg (htl) was set to 0 eV, and the other electron injection barrier, hole injection barrier, and singlet exciton energy S1 which is the difference between the LUMO level and the HOMO level were set to be the same. ..
[2.2 設計から予測される効果]
図3(a)~(b)、および、(c)は、それぞれ、実施例および比較例に係る、正孔注入層15、正孔輸送層16、発光層17、第1電子輸送層18のバンドダイアグラム及び電子と正孔の再結合を示した簡易模式図である。
[2.2 Expected effects from design]
3 (a) to 3 (b) and (c) show the
実施の形態に係る有機EL素子では、図3(a)の模式図に示すように、発光層17の陰極側に注入された電子は、一部が再結合によって消費され、残りは発光層17の正孔輸送層16との界面付近まで移動する。一方、図3(b)に示すように、正孔注入層15から正孔輸送層16へのホール注入障壁Hg(htl)は0.2eV以上と大きいため、正孔輸送層16内のホール密度は小さい。また、正孔輸送層16内のホールは発光層17との界面付近まで移動した後、ホール注入障壁Hg(eml)を越えて発光層17内に注入され、一部が再結合によって消費され、残りは発光層17の第1電子輸送層18との界面付近まで移動する。したがって、正孔輸送層16におけるホール密度を低下させることができ、ホールと励起子の相互作用による正孔輸送性材料の劣化を抑止することができる。
In the organic EL device according to the embodiment, as shown in the schematic diagram of FIG. 3A, a part of the electrons injected into the cathode side of the
これに対し、図3(c)は、正孔注入層15から正孔輸送層16へのホール注入障壁Hg(htl)を0.2eV未満とした場合の模式図である。この場合も、発光層17の陰極側に注入された電子は、一部が再結合によって消費され、残りは発光層17の正孔輸送層16との界面付近まで移動する。一方、正孔注入層15から正孔輸送層16へのホール注入障壁Hg(htl)は0.2eV未満と小さいため、正孔輸送層16内のホール密度が大きくなる。また、正孔輸送層16内のホールは発光層17との界面付近まで移動した後、ホール注入障壁Hg(eml)を越えて発光層17内に注入され、一部が再結合によって消費され、残りは発光層17の第1電子輸送層18との界面付近まで移動する。したがって、正孔輸送層16内のホール密度が高いため、正孔輸送層16内において励起子が生成しやすい。さらに、発光層17の正孔輸送層16との界面付近に励起子が多く存在するため、発光層17内の発光材料から正孔輸送層16内の正孔輸送材料に励起子のエネルギーが移動することによっても、正孔輸送層16内の励起子が増加しやすい。このような原因により、正孔輸送層16においてホール密度と励起子密度の双方が高くなる。したがって、非特許文献1および非特許文献2に開示されているように、正孔輸送層16内の正孔輸送材料の励起子のエネルギーが、正孔輸送層16内のホールである正孔輸送材料のポーラロンに移動する現象が発生しうる。この現象により、高エネルギー状態となった正孔輸送材料のポーラロン内の化学結合の一部が解除され、解離生成物が生成することがある。解離生成物は、解離前の正孔輸送材料が存在していた部位に生成されるため、解離により正孔輸送材料が失われることで正孔輸送層16のホール輸送性が低下するだけでなく、解離生成物がホールをトラップすることにより正孔輸送層16のホール輸送性が低下することもあり得る。また、解離生成物は、正孔輸送層16の発光層17との界面付近に生成されるため、発光層17内の励起のエネルギーが正孔輸送層16内の解離生成物に移動することで生じる非発光失活の原因となる消光サイトともなり得るため、有機EL素子1の量子効率の低下ももたらすことがある。これらの要因により、正孔注入層15から正孔輸送層16へのホール注入障壁Hg(htl)を0.2eV未満とした場合、正孔輸送層16のホール輸送性の低下や有機EL素子1の量子効率の低下が生じ、有機EL素子1の駆動電圧の上昇や量子効率の低下、また、これらに起因する寿命低下が生じやすい。
On the other hand, FIG. 3C is a schematic diagram when the hole injection barrier Hg (htl) from the
[2.3 ホール密度と励起子密度]
以下、実施の形態に係る有機EL素子におけるホール密度と励起子密度について、実施例と比較例とのそれぞれに係るシミュレーション結果の対比で説明する。
[2.3 Hall Density and Exciton Density]
Hereinafter, the hole density and the exciton density in the organic EL device according to the embodiment will be described by comparing the simulation results according to each of the example and the comparative example.
図4(a)は、実施例と比較例とのそれぞれにおいて、同一の電流密度となるように電圧を印加したときのホール密度の分布を膜厚方向に沿って示したグラフである。図4(a)は、Hg(htl)=0.3eVとしたシミュレーション結果を実施例として破線で示し、Hg(htl)=0.0eVとし、それ以外の条件を同一としたシミュレーション結果を比較例として実線で示している。図4(a)に示すように、比較例では、正孔注入層15と正孔輸送層16との間のホール注入障壁Hg(htl)が小さいため、正孔注入層15から正孔輸送層16にホールが滞りなく注入され、正孔注入層15と正孔輸送層16とでホール密度に差がほとんどない。これに対し、実施例では、正孔注入層15と正孔輸送層16との間のホール注入障壁Hg(htl)が0.3eVと大きいため、正孔注入層15から正孔輸送層16へのホールの注入が抑制され、正孔注入層15の正孔輸送層16との界面付近でホール密度が上昇し、正孔輸送層16の密度が低下する。すなわち、比較例では、正孔注入層15から正孔輸送層16に亘ってほぼ均等にホールが存在するのに対し、実施例では、ホールが正孔注入層15に偏在し、正孔輸送層16のホール密度が低下する。一方、発光層17におけるホール密度は、ホール注入障壁Hg(htl)の値によらず略同一である。その理由としては、正孔輸送層16のホール密度が低下すると、正孔輸送層16の電気抵抗が大きくなり、正孔輸送層16により大きな電圧がかかることになり、正孔輸送層16の内部にはより大きな電界が生じる。このため、このより大きな電界により正孔輸送層16の内部のホール移動度はより大きくなり、低下したホール密度であってもホール密度が低下した分、ホール電流は低下せず、ホール電流をホール注入障壁が小さい場合に近づけるようなフィードバックがかかる。このため、有機EL素子を流れる電流が同一であれば、陽極(画素電極13)から発光層17に注入されるホールの量が同一となるからと考えられる。すなわち、実施例では、比較例に対し、有機EL素子全体を流れる電流が同一であれば、発光層17内のホール密度を低下させることなく、正孔輸送層16内のホール密度を低下させることができる。
FIG. 4A is a graph showing the distribution of the hole density when a voltage is applied so as to have the same current density in each of the examples and the comparative examples along the film thickness direction. FIG. 4A shows a simulation result in which Hg (htl) = 0.3 eV is shown by a broken line as an example, and a simulation result in which Hg (htl) = 0.0 eV is set and other conditions are the same is a comparative example. It is shown by a solid line. As shown in FIG. 4A, in the comparative example, since the hole injection barrier Hg (htl) between the
図4(b)は、実施例と比較例とのそれぞれにおいて、同一の電流密度となるように電圧を印加したときの電子とホールの再結合レートの分布を膜厚方向に沿って示したグラフである。図4(b)は、Hg(htl)=0.3eVとしたシミュレーション結果を実施例として破線で示し、Hg(htl)=0.0eVとし、それ以外の条件を同一としたシミュレーション結果を比較例として実線で示している。図4(b)に示すように、比較例と比べて、実施例では正孔輸送層16内の再結合レートが低い。その理由としては、上述したように、実施例では比較例より正孔輸送層16内のホール密度が低いためと考えられる。一方、上述したように、発光層17における再結合レートは、実施例と比較例とでほとんど差がない。その理由としては、上述したように、実施例と比較例とで、発光層17におけるホール密度の差がないためと考えられる。
FIG. 4B is a graph showing the distribution of the recombination rate of electrons and holes when a voltage is applied so as to have the same current density in each of the examples and the comparative examples along the film thickness direction. Is. FIG. 4B shows a simulation result in which Hg (htl) = 0.3 eV is shown by a broken line as an example, and a simulation result in which Hg (htl) = 0.0 eV is set and other conditions are the same is a comparative example. It is shown by a solid line. As shown in FIG. 4B, the recombination rate in the
図4(c)は、実施例と比較例とのそれぞれにおいて、同一の電流密度となるように電圧を印加したときの励起子の分布を膜厚方向に沿って示したグラフである。図4(c)は、Hg(htl)=0.3eVとしたシミュレーション結果を実施例として破線で示し、Hg(htl)=0.0eVとし、それ以外の条件を同一としたシミュレーション結果を比較例として実線で示している。図4(c)に示すように、発光層17における励起子密度は、実施例と比較例とでほとんど差がない。その理由としては、上述したように、実施例と比較例とで、発光層17におけるホール密度の差がなく、再結合レートに差がないためと考えられる。また、正孔輸送層16においても、実施例と比較例とで励起子密度にほとんど差がない。その理由としては、実施例では、正孔輸送層16においてホール密度と再結合レートが低く励起子の生成量が小さくなるものの、発光層17の正孔輸送層16との界面付近に多くの励起子が生成しているため、発光層17から正孔輸送層16へのエネルギー移動によって正孔輸送層16内においても励起子密度が低下しないことが考えられる。しかしながら、実施例では、比較例に対し、正孔輸送層16内における励起子密度が大きくなく、ホール密度が低いため、励起子とホールの結合による失活反応が抑制され、正孔輸送層16の材料の劣化を抑制することができる。
FIG. 4C is a graph showing the distribution of excitons when a voltage is applied so as to have the same current density in each of the examples and the comparative examples along the film thickness direction. FIG. 4C shows a simulation result in which Hg (htl) = 0.3 eV is shown by a broken line as an example, and a simulation result in which Hg (htl) = 0.0 eV is set and other conditions are the same is a comparative example. It is shown by a solid line. As shown in FIG. 4 (c), the exciton densities in the
[2.4 電圧-電流特性]
以下、実施の形態に係る有機EL素子における電圧-電流特性について、Hg(htl)と正孔輸送層16の膜厚とがそれぞれ及ぼす影響をシミュレーション結果で説明する。
[2.4 Voltage-Current Characteristics]
Hereinafter, the effects of Hg (htl) and the film thickness of the
図5(a)は、上述の実施例と比較例とのそれぞれにおいて、印加電圧と電流値との関係を示したグラフである。図5(a)は、Hg(htl)=0.3eVとしたシミュレーション結果を実施例として破線で示し、Hg(htl)=0.0eVとし、それ以外の条件を同一としたシミュレーション結果を比較例として実線で示している。図5(a)に示すように、同一量の電流を流そうとした場合、比較例より実施例の方が高い電圧を必要とする。その理由としては、正孔注入層15から正孔輸送層16へのホール注入障壁Hg(htl)が大きいため、正孔輸送層16のインピーダンスが増大するためと考えられる。すなわち、正孔注入層15から正孔輸送層16へのホール注入障壁Hg(htl)の値以外の条件が同一である場合、実施例は比較例より高い駆動電圧を必要とする。
FIG. 5A is a graph showing the relationship between the applied voltage and the current value in each of the above-mentioned Examples and Comparative Examples. FIG. 5A shows a simulation result in which Hg (htl) = 0.3 eV is shown by a broken line as an example, and a simulation result in which Hg (htl) = 0.0 eV is set and other conditions are the same is a comparative example. It is shown by a solid line. As shown in FIG. 5A, when the same amount of current is to be passed, the example requires a higher voltage than the comparative example. It is considered that the reason is that the impedance of the
一方、図5(b)は、実施例、及び、正孔輸送層16の膜厚以外が実施例と同一の有機EL素子における、正孔輸送層16の膜厚ごとの、印加電圧と電流値との関係を示したグラフである。図5(b)に示すように、正孔輸送層16の膜厚が小さくなるほど、同一量の電流を流そうとしたときの印加電圧が小さくなる。その理由としては、正孔輸送層16の膜厚が小さくなるほど、正孔輸送層16のインピーダンスが小さくなるからと考えられる。すなわち、正孔輸送層16の膜厚を小さくするほど、有機EL素子の駆動電圧を低減することができる。
On the other hand, FIG. 5B shows an applied voltage and a current value for each film thickness of the
[2.5 ホール注入障壁と正孔輸送層の膜厚の最適値]
図6(a)は、Hg(htl)の値と、正孔輸送層16内のホール密度を示すグラフである。図6(a)に示すように、正孔輸送層16内のホール密度は、Hg(htl)が0.15eV以下でほとんど変化せず、0.2eV以上で顕著に低下する。したがって、正孔輸送層16内のホール密度を低減させるためには、Hg(htl)が0.2eV以上であることが好ましい。
[2.5 Optimal value of hole injection barrier and hole transport layer film thickness]
FIG. 6A is a graph showing the value of Hg (htl) and the hole density in the
一方、図6(b)は、Hg(htl)の値と、有機EL素子の駆動電圧との関係を示すグラフである。ここで、駆動電圧とは、電流値を所定の値とするために必要な電圧を指す。図6(b)に示すように、駆動電圧は、Hg(htl)が0.15eV以下でほとんど変化せず、0.2eV以上で顕著に上昇する。したがって、Hg(htl)の上昇による駆動電圧の上昇の影響を、正孔輸送層16の膜厚削減による駆動電圧の低下で相殺することができれば、有機EL素子全体の駆動電圧を上昇することなく、正孔輸送層16の長寿命化を図ることができる。
On the other hand, FIG. 6B is a graph showing the relationship between the value of Hg (htl) and the drive voltage of the organic EL element. Here, the drive voltage refers to the voltage required to set the current value to a predetermined value. As shown in FIG. 6B, the drive voltage hardly changes when Hg (htl) is 0.15 eV or less, and increases remarkably at 0.2 eV or more. Therefore, if the influence of the increase in the drive voltage due to the increase in Hg (htl) can be offset by the decrease in the drive voltage due to the reduction in the film thickness of the
図7は、Hg(htl)の値と、有機EL素子として必要な電流密度を得るための有機EL素子の駆動電圧との関係を示すグラフである。正孔輸送層16の膜厚は15nmとしHg(htl)の値を変えて特性計算を行った結果であり、必要な電流密度を20mA/cm2としたとき、当該電流密度を得るための駆動電圧とHg(htl)の値との関係は図7のようになる。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the value of Hg (htl) and the drive voltage of the organic EL element for obtaining the current density required for the organic EL element. The thickness of the
ここで、有機EL素子として必要な電流密度20mA/cm2は以下により算出される。すなわち、有機EL素子は、白色ピーク輝度として1000cd/m2程度の高輝度が求められている。単色発光においても、数百cd/cm2程度の輝度が必要となり、例えば、最もエネルギー効率が低い青発光素子では輝度300~400cd/m2が必要となる。青発光素子の効率(2cd/A~10cd/A、本例では2cd/m2)を考慮すると、輝度400cd/m2を得るためには電流密度は20mA/cm2が必要となる。 Here, the current density of 20 mA / cm 2 required for the organic EL element is calculated by the following. That is, the organic EL element is required to have a high brightness of about 1000 cd / m 2 as a white peak brightness. Even in monochromatic light emission, a brightness of about several hundred cd / cm 2 is required. For example, a blue light emitting element having the lowest energy efficiency requires a brightness of 300 to 400 cd / m 2 . Considering the efficiency of the blue light emitting element (2 cd / A to 10 cd / A, 2 cd / m 2 in this example), a current density of 20 mA / cm 2 is required to obtain a brightness of 400 cd / m 2 .
一方、有機EL素子のアノードーカソード電極間距離(100nm~200nm、本例では200nm)を考慮すると、有機EL素子を構成する有機半導体材料の絶縁破壊電界強度約1×106V/cm2に対応する印加電圧は20Vとなる。図7より、Hg(htl)の値が0.62eVのとき印加電圧は20Vになることが見て取れ、Hg(htl)の値が0.6eV以上となって20Vを超える駆動電圧が印加された場合には、絶縁破壊が生起しやすくなる。 On the other hand, considering the distance between the anode and cathode electrodes of the organic EL element (100 nm to 200 nm, 200 nm in this example), the dielectric breakdown electric field strength of the organic semiconductor material constituting the organic EL element is about 1 × 10 6 V / cm 2 . The corresponding applied voltage is 20V. From FIG. 7, it can be seen that the applied voltage is 20 V when the Hg (htl) value is 0.62 eV, and when the Hg (htl) value is 0.6 eV or more and a drive voltage exceeding 20 V is applied. Insulation breakdown is likely to occur.
以上のことから、有機EL素子として必要な電流密度20mA/cm2を、有機半導体材料の絶縁破壊電界強度を満たす20V以下の駆動電圧で得るためには、Hg(htl)の値は約0.6eVが上限となることがわかる。 From the above, in order to obtain the current density of 20 mA / cm 2 required for the organic EL device at a drive voltage of 20 V or less that satisfies the dielectric breakdown electric field strength of the organic semiconductor material, the value of Hg (htl) is about 0. It can be seen that 6 eV is the upper limit.
これより、有機EL素子1において、Hg(htl)の値を0.6eV以下とすることにより、有機EL素子として必要な電流密度を確保するとともに、正孔輸送層16を構成する有機半導体材料の絶縁破壊電界強度を満たすことができる。
As a result, in the
ここで、正孔輸送層16の膜厚削減によって正孔輸送層16内のホール密度が上昇しないことを確認する。図8(a)は、正孔輸送層16の膜厚と、正孔輸送層16内のホール密度との関係を示すグラフである。ここで、正孔輸送層16内のホール密度は、正孔輸送層16において、発光層17との界面から1nmだけ陽極(画素電極13)側における値である。図8(a)に示すように、正孔輸送層16内のホール密度は、正孔輸送層16の膜厚にはほとんど依存しない。すなわち、正孔輸送層16の膜厚を小さくしても、正孔輸送層16内のホール密度は上昇しないため、正孔輸送層16内の劣化度合いは変化せず、駆動電圧のみを削減することができる。
Here, it is confirmed that the hole density in the
図8(b)は、正孔輸送層16の膜厚と駆動電圧との関係を示すグラフである。ここで、駆動電圧とは、上述したように電流値を所定の値とするために必要な電圧を指す。図8(b)に示すように、正孔輸送層16の膜厚が小さくなるほど駆動電圧が小さくなる。例えば、Hg(htl)を0.0eVから0.2eVに上昇させると、図6(b)に示すように駆動電圧が0.4V大きくなるが、正孔輸送層16の膜厚を20nmから15nmに削減すると、図8(b)に示すように駆動電圧が0.4V小さくなるため、駆動電圧の上昇を抑えることができる。したがって、例えば、正孔輸送層16の膜厚は15nm以下であることが好ましい。
FIG. 8B is a graph showing the relationship between the film thickness of the
[3.効果]
図9(a)は、実施例、及び、正孔輸送層16の膜厚以外が実施例と同一の有機EL素子における、ホール注入障壁Hg(htl)ごとの、稼働時間と輝度との関係を示したグラフである。なお、輝度については、使用時間0の状態の輝度を1として相対値で示した。図9(a)に示すように、ホール注入障壁Hg(htl)が大きくなるほど、輝度の低下の度合いが小さくなる。その理由としては、上述したようにホール注入障壁Hg(htl)が大きくなるほど正孔輸送層16のホール密度が小さくなるため、正孔輸送層16の劣化速度が低下したためと考えられる。
[3. effect]
FIG. 9A shows the relationship between the operating time and the brightness for each hole injection barrier Hg (htl) in the organic EL device of the example and the same organic EL device except for the film thickness of the
図9(b)は、ホール注入障壁Hg(htl)の値と、50%輝度寿命との関係を示したグラフである。なお、50%輝度寿命とは、使用時間0の状態の輝度を1としたときに輝度が0.5となる使用時間であり、Hg(htl)=0.0eVのときの使用時間を1とした相対値で示している。図9(b)に示すように、ホール注入障壁Hg(htl)が大きくなるほど、50%輝度寿命が向上し、特に、ホール注入障壁Hg(htl)が0.2eV以上において、顕著に向上する。 FIG. 9B is a graph showing the relationship between the value of the hole injection barrier Hg (htl) and the 50% luminance life. The 50% luminance life is the luminance time at which the luminance becomes 0.5 when the luminance in the state where the luminance time is 0 is 1, and the luminance time when Hg (htl) = 0.0 eV is 1. It is shown by the relative value. As shown in FIG. 9B, the larger the hole injection barrier Hg (htl), the better the luminance life by 50%, and particularly when the hole injection barrier Hg (htl) is 0.2 eV or more, the luminance life is significantly improved.
[4.まとめ]
以上説明したように、本実施の形態に係る有機EL素子は、正孔注入層15から正孔輸送層16へのホール注入障壁Hg(htl)が0.2eV以上である。したがって、正孔輸送層16内のホール密度を低減させることができるため、ホールと励起子とによる失活反応を抑止することができ、失活反応による正孔輸送層16の正孔輸送材料の劣化を抑止し、有機EL素子の長寿命化を図ることができる。
[4. summary]
As described above, the organic EL device according to the present embodiment has a hole injection barrier Hg (htl) from the
また、本実施の形態に係る有機EL素子は、正孔輸送層16の膜厚が15nm以下である。したがって、正孔輸送層16のインピーダンスを低下させることができ、正孔注入層15から正孔輸送層16へのホール注入障壁Hg(htl)が大きいことによる正孔輸送層16のインピーダンス上昇の影響を相殺することができる。したがって、駆動電圧の上昇を抑止することができる。
Further, in the organic EL device according to the present embodiment, the film thickness of the
[5.有機EL素子の製造方法]
有機EL素子の製造方法について、図面を用いて説明する。図10(a)~図13(c)は、有機EL素子を備える有機EL表示パネルの製造における各工程での状態を示す模式断面図である。図14は、有機EL素子を備える有機EL表示パネルの製造方法を示すフローチャートである。
[5. Manufacturing method of organic EL element]
A method of manufacturing an organic EL element will be described with reference to the drawings. 10 (a) to 13 (c) are schematic cross-sectional views showing a state in each step in manufacturing an organic EL display panel including an organic EL element. FIG. 14 is a flowchart showing a method of manufacturing an organic EL display panel including an organic EL element.
なお、有機EL表示パネルにおいて、画素電極(下部電極)は有機EL素子の陽極として、対向電極(上部電極、共通電極)は有機EL素子の陰極として、それぞれ機能する。 In the organic EL display panel, the pixel electrode (lower electrode) functions as an anode of the organic EL element, and the counter electrode (upper electrode, common electrode) functions as a cathode of the organic EL element.
(1)基板11の形成
まず、図10(a)に示すように、基材111上にTFT層112を成膜して基板11を形成する(ステップS10)。TFT層112は、公知のTFTの製造方法により成膜することができる。
(1) Formation of
次に、図10(b)に示すように、基板11上に層間絶縁層12を形成する(ステップS20)。層間絶縁層12は、例えば、プラズマCVD法、スパッタリング法などを用いて積層形成することができる。
Next, as shown in FIG. 10B, the
次に、層間絶縁層12における、TFT層のソース電極上の個所にドライエッチングを行い、コンタクトホールを形成する。コンタクトホールは、その底部にソース電極の表面が露出するように形成される。
Next, in the
次に、コンタクトホールの内壁に沿って接続電極層を形成する。接続電極層の上部は、その一部が層間絶縁層12上に配される。接続電極層の形成は、例えば、スパッタリング法を用いることができ、金属膜を成膜した後、フォトリソグラフィ法およびウェットエッチング法を用いパターニングすることがなされる。
Next, a connection electrode layer is formed along the inner wall of the contact hole. A part of the upper part of the connection electrode layer is arranged on the
(2)画素電極13の形成
次に、図10(c)に示すように、層間絶縁層12上に画素電極材料層130を形成する(ステップS31)。画素電極材料層130は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法などを用いて形成することができる。
(2) Formation of the
次に、図10(d)に示すように、画素電極材料層130をエッチングによりパターニングして、サブピクセルごとに区画された複数の画素電極13を形成する(ステップS32)。この画素電極13は、各有機EL素子の陽極として機能する。
Next, as shown in FIG. 10D, the pixel
なお、画素電極13の形成方法は上述の方法に限られず、例えば、画素電極材料層130上に正孔注入材料層150を蒸着法で形成し、画素電極材料層130と正孔注入材料層150とを同一のフォトレジストを用いてパターニングすることで、画素電極13と正孔注入層15との積層構造を形成してもよい。
The method for forming the
(3)隔壁14の形成
次に、図10(e)に示すように、画素電極13および層間絶縁層12上に、隔壁14の材料である隔壁用樹脂を塗布し、隔壁材料層140を形成する。隔壁材料層140は、隔壁層用樹脂であるフェノール樹脂を溶媒(例えば、乳酸エチルとGBLの混合溶媒)に溶解させた溶液を画素電極13上および層間絶縁層12上にスピンコート法などを用いて一様に塗布することにより形成される(ステップS41)。そして、隔壁材料層140にパターン露光と現像を行うことで隔壁14を形成し(図11(a)、ステップS42)、隔壁14を焼成する。これにより、発光層17の形成領域となる開口部14aが規定される。隔壁14の焼成は、例えば、150℃以上210℃以下の温度で60分間行う。
(3) Formation of the
また、隔壁14の形成工程においては、さらに、隔壁14の表面を所定のアルカリ性溶液や水、有機溶媒等によって表面処理するか、プラズマ処理を施すこととしてもよい。これは、開口部14aに塗布するインク(溶液)に対する隔壁14の接触角を調節する目的で、もしくは、表面に撥水性を付与する目的で行われる。
Further, in the step of forming the
(4)正孔注入層15の形成
次に、図11(b)に示すように、隔壁14が規定する開口部14aに対し、正孔注入層15の構成材料を含むインクを、インクジェットヘッド401のノズルから吐出して開口部14a内の画素電極13上に塗布し、焼成(乾燥)を行って、正孔注入層15を形成する(ステップS50)。
(4) Formation of
(5)正孔輸送層16の形成
次に、図11(c)に示すように、隔壁14が規定する開口部14aに対し、正孔輸送層16の構成材料を含むインクを、インクジェットヘッド402のノズルから吐出して開口部14a内の正孔注入層15上に塗布し、焼成(乾燥)を行って、正孔輸送層16を形成する(ステップS60)。
(5) Formation of
(6)発光層17の形成
次に、図12(a)に示すように、発光層17の構成材料を含むインクを、インクジェットヘッド403のノズルから吐出して開口部14a内の正孔輸送層16上に塗布し、焼成(乾燥)を行って発光層17を形成する(ステップS70)。
(6) Formation of the
(7)第1電子輸送層18の形成
次に、図12(b)に示すように、発光層17および隔壁14上に、第1電子輸送層18を形成する(ステップS80)。第1電子輸送層18は、例えば、第1電子輸送層18の材料となる有機化合物を蒸着法により各サブピクセルに共通して成膜することにより形成される。
(7) Formation of First
(8)第2電子輸送層19の形成
次に、図12(c)に示すように、第1電子輸送層18上に、第2電子輸送層19を形成する(ステップS90)。第2電子輸送層19は、例えば、電子輸送性の有機材料とドープ金属とを共蒸着法により各サブピクセルに共通して成膜することにより形成される。
(8) Formation of Second
(9)光学調整層20の形成
次に、図13(a)に示すように、第2電子輸送層19上に、光学調整層20を形成する(ステップS100)。光学調整層20は、例えば、IZO、ITOなどの酸化物導電体を蒸着法やスパッタリング法により各サブピクセルに共通して成膜することにより形成される。
(9) Formation of
(10)対向電極21の形成
次に、図13(b)に示すように、光学調整層20上に、対向電極21を形成する(ステップS110)。対向電極21は、銀、アルミニウム等を、スパッタリング法、真空蒸着法により成膜することにより形成される。なお、対向電極21は、各有機EL素子の陰極として機能する。
(10) Formation of the
(11)封止層22の形成
最後に、図13(c)に示すように、対向電極21上に、封止層22を形成する(ステップS120)。封止層22は、SiON、SiN等を、スパッタリング法、CVD法などにより成膜することにより形成することができる。なお、SiON、SiNなどの無機膜上に封止樹脂層をさらに塗布、焼成等により形成してもよい。
(11) Formation of Sealing Layer 22 Finally, as shown in FIG. 13C, the sealing layer 22 is formed on the counter electrode 21 (step S120). The sealing layer 22 can be formed by forming a film of SiON, SiN, or the like by a sputtering method, a CVD method, or the like. A sealing resin layer may be further applied on an inorganic film such as SiON or SiN, and may be formed by firing or the like.
なお、封止層22の上にカラーフィルタや上部基板を載置し、接合してもよい。 A color filter or an upper substrate may be placed on the sealing layer 22 and joined.
[6.有機EL表示装置の全体構成]
図15は、有機EL表示パネル100を備えた有機EL表示装置1000の構成を示す模式ブロック図である。図15に示すように、有機EL表示装置1000は、有機EL表示パネル100と、これに接続された駆動制御部200とを含む構成である。駆動制御部200は、4つの駆動回路210~240と、制御回路250とから構成されている。
[6. Overall configuration of organic EL display device]
FIG. 15 is a schematic block diagram showing the configuration of the organic
なお、実際の有機EL表示装置1000では、有機EL表示パネル100に対する駆動制御部200の配置については、これに限られない。
In the actual organic
[7.その他の変形例]
(1)上記実施の形態において、正孔輸送層16の劣化を防ぐために正孔注入層15から正孔輸送層16へのホール注入障壁Hg(htl)と正孔輸送層16の膜厚とを設計するとした。しかしながら、第1電子輸送層18の劣化を防ぐために第2電子輸送層19から第1電子輸送層18への電子注入障壁Eg(etl1)と第1電子輸送層18の膜厚とを設計してもよい。
[7. Other variants]
(1) In the above embodiment, in order to prevent deterioration of the
図16(a)は、変形例に係るバンドダイアグラムである。この場合、第2電子輸送層19から第1電子輸送層18への電子注入障壁Eg(etl1)を0.2eV以上とする。すなわち、第2電子輸送層19のLUMO準位191が、第1電子輸送層18のLUMO準位181より0.2eV高くなるように、第1電子輸送層18と第2電子輸送層19のそれぞれの材料を選択する。上記構成によれば、図16(b)の模式図に示すように、発光層17の電子密度を低下させずに第1電子輸送層18の電子密度を低下させることができ、電子と励起子とによる失活反応によって第1電子輸送層18の劣化を抑止することができる。また、この場合も、第1電子輸送層18のインピーダンス上昇によって駆動電圧が上昇するが、第1電子輸送層18を薄膜化することにより駆動電圧の上昇を抑止することができる。
FIG. 16A is a band diagram according to a modified example. In this case, the electron injection barrier Eg (etl1) from the second
なお、実施の形態と変形例の構成の両方を同時に採用してもよい。 In addition, both the embodiment and the configuration of the modified example may be adopted at the same time.
(2)上記実施の形態においては、発光層17が単一の有機発光材料からなるとしたが、これに限られない。例えば、発光層17が、蛍光材料と、ホスト材料とを含むなど、複数の材料からなるとしてもよい。
(2) In the above embodiment, the
(3)上記実施の形態においては、第1電子輸送層18や第2電子輸送層19を必須構成であるとしたが、これに限られない。例えば、単一の電子輸送層を有する有機EL素子であってもよい。また、さらに追加の機能層を備えてもよい。例えば、画素電極13と正孔注入層15との間に、遷移金属の酸化物を含む機能層をさらに備えてもよいし、第1電子輸送層18と発光層17との間に、アルカリ金属やアルカリ土類金属、希土類金属のフッ化物やキノリニウム錯体を含む機能層をさらに備えてもよい。
(3) In the above embodiment, the first
また、光学調整層20は必須の構成ではなく、光学調整層20を備えない有機EL素子であってもよい。また、光学調整層20の位置は実施の形態に限られず、例えば、発光層17と第1電子輸送層18との間であってもよいし、対向電極21と封止層22との間であってもよい。
Further, the
(4)上記実施の形態においては、有機EL表示パネルはトップエミッション構成であるとしたが、陽極を光透過型電極、陰極を光反射型電極とすることでボトムエミッション構成としてもよい。 (4) In the above embodiment, the organic EL display panel has a top-emission configuration, but a bottom-emission configuration may be used by using a light-transmitting electrode as the anode and a light-reflecting electrode as the cathode.
また、上記実施の形態においては、陽極が画素電極、陰極が対向電極であるとしたが、陰極が画素電極、陽極が対向電極であるとしてもよい。 Further, in the above embodiment, the anode is a pixel electrode and the cathode is a counter electrode, but the cathode may be a pixel electrode and the anode may be a counter electrode.
以上、本開示に係る有機発光パネルおよび表示装置について、実施の形態および変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態および変形例に限定されるものではない。上記実施の形態および変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態および変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。 Although the organic light emitting panel and the display device according to the present disclosure have been described above based on the embodiments and modifications, the present invention is not limited to the above embodiments and modifications. By arbitrarily combining the embodiments obtained by applying various modifications to the above-described embodiments and modifications, and the components and functions of the embodiments and modifications without departing from the spirit of the present invention. The realized form is also included in the present invention.
本発明は、長寿命の有機EL素子およびそれを備える有機EL表示パネル、表示装置を製造するのに有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for manufacturing an organic EL element having a long life, an organic EL display panel including the organic EL element, and a display device.
1 有機EL素子
11 基板
12 層間絶縁層
13 画素電極
14 隔壁
15 正孔注入層
16 正孔輸送層
17 発光層
18 第1電子輸送層
19 第2電子輸送層
20 光学調整層
21 対向電極
22 封止層
100 有機EL表示パネル
200 駆動制御部
210 駆動回路
250 制御回路
1
Claims (11)
前記陽極の上方に配され、有機材料を含む第1機能層と、
前記第1機能層の上に接して配され、有機材料を含む第2機能層と、
前記第2機能層の上に接して配される発光層と、
前記発光層の上方に配される陰極と
を備え、
前記第2機能層に含まれる有機材料の最高被占有軌道(HOMO)準位は、前記第1機能層に含まれる有機材料のHOMO準位より0.2eV以上エネルギーレベルが低く、
前記第2機能層の膜厚は、15nm以下である
ことを特徴とする有機EL素子。 With the anode
A first functional layer disposed above the anode and containing an organic material,
A second functional layer, which is arranged in contact with the first functional layer and contains an organic material,
A light emitting layer arranged in contact with the second functional layer and
It is provided with a cathode arranged above the light emitting layer.
The highest occupied orbital (HOMO) level of the organic material contained in the second functional layer has an energy level lower than that of the HOMO level of the organic material contained in the first functional layer by 0.2 eV or more.
An organic EL device characterized in that the film thickness of the second functional layer is 15 nm or less.
ことを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子。 The organic EL device according to claim 1, wherein the hole mobility in the second functional layer is 1 × 10 -9 cm 2 / Vs or more.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の有機EL素子。 The organic EL device according to claim 1 or 2, wherein the electron mobility in the light emitting layer is larger than the hole mobility in the light emitting layer.
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の有機EL素子。 Any one of claims 1 to 3, wherein the energy of the singlet excitons in the organic material contained in the second functional layer is larger than the energy of the singlet excitons in the functional material contained in the light emitting layer. The organic EL element according to the section.
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の有機EL素子。 One of claims 1 to 4, wherein the energy of the triplet excitons in the organic material contained in the second functional layer is larger than the energy of the triplet excitons in the functional material contained in the light emitting layer. The organic EL element according to the section.
前記陽極の前記発光層側の面と、前記発光層の前記陽極側の面との距離は40nm以下である
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の有機EL素子。 The anode is a light-reflecting electrode and
The organic EL device according to any one of claims 1 to 5, wherein the distance between the surface of the anode on the light emitting layer side and the surface of the light emitting layer on the anode side is 40 nm or less.
前記透明導電層は、ITOまたはIZOを含む
請求項6に記載の有機EL素子。 An optical resonator structure is formed between the surface of the anode on the light emitting layer side and the surface of the cathode on the light emitting layer side.
The organic EL element according to claim 6, wherein the transparent conductive layer contains ITO or IZO.
前記第2機能層の膜厚は、5nm以上である
請求項1から7のいずれか1項に記載の有機EL素子。 The maximum occupied orbital (HOMO) level of the organic material contained in the second functional layer has a lower energy level in the range of 0.6 eV or less than the HOMO level of the organic material contained in the first functional layer.
The organic EL device according to any one of claims 1 to 7, wherein the film thickness of the second functional layer is 5 nm or more.
有機ELパネル。 An organic EL panel including a plurality of organic EL elements according to any one of claims 1 to 7 on a substrate.
前記陽極の上方に有機材料を含む第1機能層を形成し、
前記第1機能層の上に接するように、有機材料を含む第2機能層を形成し、
前記第2機能層の上に接するように発光層を形成し、
前記発光層の上方に陰極を形成する
有機EL素子の製造方法であって、
前記第2機能層に含まれる有機材料の最高被占有軌道(HOMO)準位は、前記第1機能層に含まれる有機材料のHOMO準位より0.2eV以上エネルギーレベルが低く、
前記第2機能層の膜厚を15nm以下とする
ことを特徴とする有機EL素子の製造方法。 Form an anode on the substrate and
A first functional layer containing an organic material is formed above the anode,
A second functional layer containing an organic material is formed so as to be in contact with the first functional layer.
A light emitting layer is formed so as to be in contact with the second functional layer.
A method for manufacturing an organic EL element that forms a cathode above the light emitting layer.
The highest occupied orbital (HOMO) level of the organic material contained in the second functional layer has an energy level lower than that of the HOMO level of the organic material contained in the first functional layer by 0.2 eV or more.
A method for manufacturing an organic EL device, characterized in that the film thickness of the second functional layer is 15 nm or less.
前記第2機能層の膜厚は、5nm以上である
請求項10に記載の有機EL素子の製造方法。 The maximum occupied orbital (HOMO) level of the organic material contained in the second functional layer has a lower energy level in the range of 0.6 eV or less than the HOMO level of the organic material contained in the first functional layer.
The method for manufacturing an organic EL device according to claim 10, wherein the film thickness of the second functional layer is 5 nm or more.
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