JP4610792B2

JP4610792B2 - 有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JP4610792B2
Application number: JP2001173821A
Authority: JP
Inventors: 戸淳二城
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2021-06-08
Also published as: JP2002367782A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、着色発光をする有機ＥＬ素子および特にフルカラー有機ＥＬディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フルカラー表示のディスプレイにおいては、赤色、緑色および青色の組み合わせによって多彩な色を表示するために、これら３原色を発光する画素を形成している。有機ＥＬディスプレイにおいてこれら３原色の画素を形成するためには以下の３種の方法が知られている。
【０００３】
第１の方法は、赤色、緑色および青色の各画素にそれぞれ異なる発光材料を用いる方法（３色塗り分け方式とも呼ばれる）であり、場合により発光色の色純度改善のためカラーフィルターが配置される。
【０００４】
第２の方法は、有機ＥＬ素子の白色発光からカラーフィルターを用いて赤、緑および青の各色の発光を取り出す方法である。
【０００５】
第３の方法は、青色発光する有機ＥＬ材料からの発光を、色変換層により緑色光と赤色光に変換する方法（色変換方式とも呼ばれる）であり、場合により発光色の色純度改善のためカラーフィルターが配置される。
【０００６】
これらの方法において、カラーフィルターを用いる場合には、従来は有機ＥＬ素子とは別個にカラーフィルターを形成する必要があり、このため製造工程の増加やコスト上昇を招いてしまう問題がある。また、第１の方法である３色塗り分け方式の場合などには、通常は有機ＥＬ素子をカラーフィルターのパターンに合わせてパターニング成膜しなければならないため、困難な位置合わせ作業が要求される問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は上記の問題点を解決することであって、製造工程が簡易化でき、製造コストが低下でき、色純度が良好であり、フルカラー表示の可能な有機ＥＬディスプレイを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、光選択透過性の着色層を有機ＥＬ素子の対向する電極間に設けることにより前記課題を解決できることを見出し本発明を完成させた。
【０００９】
したがって、本発明の有機ＥＬ素子は、第１電極と、前記第１電極上に形成された１層以上のＥＬ層と、前記ＥＬ層上に形成された第２電極から少なくともなる有機ＥＬ素子であって、前記ＥＬ層として電荷輸送性着色層を前記第１電極と第２電極との間に有することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
有機ＥＬ素子
本発明の有機ＥＬ素子は、前記のように、第１電極と、前記第１電極上に形成された１層以上のＥＬ層と、前記ＥＬ層上に形成された第２電極から少なくともなる有機ＥＬ素子であって、前記ＥＬ層として電荷輸送性着色層を前記第１電極と第２電極との間に有するものである。本発明の有機ＥＬ素子は通常有機ＥＬ素子に用いることのある、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、保護層などの任意の層を含むことができる。またこれらの各層はそれぞれ他の機能を備えたものであってもよい。さらに好ましくは、この有機ＥＬ素子は微細な画素をパターニングするフルカラー表示のディスプレイとする。また、有機ＥＬ素子が基板を有するものである場合に、発光取出方向を基板側としたときには、基板および有機ＥＬ素子の一対の電極のうち基板上に設けられる電極が、透明または半透明であることが望ましい。
【００１１】
図１は、本発明の一例である有機ＥＬ素子の断面図であり、基板１上に順次第１電極２、電荷輸送性着色層３、発光層４および第２電極５が積層された構造になっている。この有機ＥＬ素子では、発光層４から放射された光は電荷輸送性着色層３、透明な第１電極２、透明な基板１を通して取り出される。この電荷輸送性着色層３がカラーフィルターとして機能し、発光スペクトル分布が修正され着色された光が取り出される。
【００１２】
本発明の有機ＥＬ素子ではさらに、電荷輸送性着色層に正孔輸送あるいは正孔注入などの機能を付加することで着色した正孔輸送層あるいは正孔注入層とし、また、発光層を白色発光層として、この白色発光層を着色した正孔輸送層、正孔注入層と組み合わせることで任意の発光色を取り出すようにできる。
【００１３】
図２は本発明の一例であるフルカラー有機ＥＬディスプレイの断面図であり、基板１上に第１電極２が設けられ、第１電極２上に赤色電荷輸送性着色層３１、緑色電荷輸送性着色層３２および青色電荷輸送性着色層３３が、これら３色の電荷輸送性着色層上に発光層４が、さらに発光層４上に第２電極５が積層された構造になっている。このような赤、緑、青色の３色の電荷輸送性着色層（正孔輸送層）を微細配置することで、発光層の微細な配置やカラーフィルターを必要とすることなく、赤、緑、青の発光ピクセルを微細配置でき、フルカラー有機ＥＬディスプレイを形成することができる。もちろん、この電荷輸送性着色層の微細配置を発光層の微細配置、カラーフィルターと組み合わせて用いることもできる。
【００１４】
ＥＬ層
本発明の有機ＥＬ素子に設けられるＥＬ層とは、対向する第１電極と第２電極間に設けられる有機物層である。少なくともＥＬ層の１層がエレクトロルミネッセンスを起こすものであれば限定されない。また、ＥＬ層は第１電極上（第１電極と第２電極の間）に設けられるが、第１電極上に直接設けられたものであっても、必要に応じ第１電極とＥＬ層との間に他の層を介在させたものであってもよい。
【００１５】
本発明のＥＬ層はさらに、その構成要素として、必須の層として発光層、電荷輸送性着色層、任意の層として、発光層に正孔を輸送する正孔輸送層および電子を輸送する電子輸送層（これらはまとめて、電荷輸送層とよぶことがある）、ならびに、発光層または正孔輸送層に正孔を注入する正孔注入層および発光層または電子輸送層に電子を注入する電子注入層（これらはまとめて、電荷注入層とよぶことがある）を設けることができる。
【００１６】
これらＥＬ層を構成する材料としては以下のものが挙げられる。
【００１７】
（電荷輸送性着色層）
本発明で用いる電荷輸送性着色層は、光透過率が特定の波長領域のみで大きくなる電荷輸送性を有する有機化合物層である。本発明で用いる電荷輸送性着色層は、それ自体電荷輸送性を有する染料、顔料で構成されるか、または、電荷輸送性を有さなくともよい染料、顔料を電荷輸送性材料に分散させて構成される。また、正孔注入、正孔輸送など他の機能を備えたものであってもよい。電荷輸送性着色層に用いることのできる染料、顔料としては、例えばトリフェニルメタン色素、キサンチン色素、アゾ色素などの有機色素、金属フタロシアニン、金属錯体アゾなどの金属錯体、α−Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｏＯ・Ａｌ_２Ｏ_３などの無機顔料、ＣｄＳ、ＣｄＳＳｅなどの可視域にバンドギャップの値を持つ半導体などが挙げられる。染料、顔料を分散させる場合の電荷輸送性材料として、後述の正孔輸送材料などを用いることができる。このような材料を用いた場合、発光強度に悪影響はない。
【００１８】
電荷輸送性着色層の厚みは、好ましくは選択透過波長領域以外での透過率を２０％以下にするため、２０〜２０００ｎｍ、より好ましくは１００〜５００ｎｍと通常の正孔輸送層より厚いものとする。染料、顔料を電荷輸送性材料に分散させて用いる場合には、染料、顔料と電荷輸送性材料との間で塩を形成することや電荷移動錯体を形成することによる沈降や色変化を生じにくいことが重要である。
【００１９】
（発光層）
発光層は、正孔と電子の再結合の場を提供して発光させる機能を有する層であり、電圧印加時に陽極または正孔輸送層から正孔を注入できるとともに陰極または電子注入層、電子輸送層から電子を注入することができる機能や、注入された電荷を移動させる機能を有することができる。発光層の材料として用いることのできる材料としては、例えばオキサジアゾール誘導体、スチリルベンゼン誘導体、クマリン誘導体、ペリレン誘導体、キナクリドン誘導体、８−キノリノール誘導体の金属錯体や希土類錯体に代表される各種金属錯体、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体などの高分子化合物、およびこれらの混合物などが挙げられる。
【００２０】
（正孔輸送層）
正孔輸送層は陽極から正孔を注入する機能、正孔を輸送する機能、陰極から注入された電子を障壁する機能の少なくともいずれかを有している層である。また、機能別に正孔注入層、正孔輸送層など複数層に分割してもよい。正孔輸送層を構成する材料としては、例えば、カルバゾール誘導体、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などの正孔輸送性低分子、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリチオフェン誘導体などの正孔輸送性高分子、ポリメチルメタクリレートやポリスチレンのような電荷輸送性のない高分子をバインダーとして正孔輸送性低分子を分散したものなどが挙げられる。前出の電荷輸送性着色層材料を分散させることで着色した正孔輸送層として用いることができる。
【００２１】
第１電極および第２電極
本明細書においては、先に設ける電極を第１電極、その後ＥＬ層上に設ける電極を第２電極として呼ぶ。これらの電極は、特に限定されないが、好ましくは、電極は陽極と陰極からなり、この場合第１電極は陽極、陰極のいずれであってもよい。好ましくは陽極と陰極のどちらか一方が、透明または、半透明である。
【００２２】
陽極は正孔を注入しやすいように４ｅＶより大きい仕事関数を持つものが好ましく、例えば酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）などの導電性金属酸化物、金、銀、クロム、ニッケルなどの金属、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリピロールなどの有機導電性材料、これらの混合物または積層物などが挙げられ、特に、高導電性、透明性などの点からＩＴＯが好ましい。
【００２３】
陰極は電子を注入しやすいように４ｅＶより小さい仕事関数を持つものが好ましく、例えばアルカリ金属（例えばリチウム、ナトリウム、セシウムなど）およびそのフッ化物、アルカリ土類金属（カルシウム、マグネシウムなど）およびそのフッ化物、アルミニウム、銀などの金属およびこれらの合金または混合物などが挙げられる。
【００２４】
基板
本発明においては基板を設けることができる。この基板は、その上に電極やＥＬ層が設けられるものであり、所望により透明材料からなることができるが、不透明材料であってもよい。基板には、例えば石英、ソーダガラスなどのガラス板、金属板や金属箔、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂などのプラスチックなどが用いられるが、ガラス、プラスチックのような透明なものが望ましい。
【００２５】
製造方法
本発明の有機ＥＬ素子の製造方法は、前記の有機ＥＬ素子が製造できる方法であれば限定されない。具体的には例えば基板上に第１電極を設ける工程と、前記第１電極上に赤色、緑色および青色の電荷輸送性着色層を形成する工程と、前記赤色、緑色および青色の電荷輸送性着色層上に白色発光層を形成する工程と、前記白色発光層上に第２電極を設ける工程から少なくともなる有機ＥＬ素子の製造方法を用いることができる。
【００２６】
このような手順による製造方法とすることにより、従来一般的な、基板上にカラーフィルター、第１電極、正孔輸送層、白色発光層、第２電極を順次設ける手順と比較して、製造工程を短縮することができる。なお、カラーフィルター、基板、第１電極の順での配置は、視差が大きくなるため実用的ではない。また、発光層と電荷輸送性着色層が隣接するので、従来のカラーフィルターと発光層との間に第１電極を挟む有機ＥＬ素子と比べてもさらに色純度が良好である。さらに、第１電極の形成が、耐熱温度が最高でも２５０℃程度のカラーフィルターなどの熱に弱い中間層を介在させることなく基板上に形成できるので、第１電極が高温で形成でき、そのため第１電極の抵抗値が従来の１／４程度まで低下して、導電性が高まり、有機ＥＬ素子の発光効率が高まる利点がある。
【００２７】
また、本発明に用いることのできる正孔輸送層は厚膜化が可能なものであるので、正孔輸送層や電荷輸送性着色層の形成に印刷法を用いることができ、この点でも製造工程の簡略化やコストダウンが可能である。さらに、ＥＬ素子の発光層は、薄くしかも空気との接触を避ける必要がありパターニングが困難であるが、本発明は発光層のパターニングを行わずパターニングしやすい電荷輸送性着色層について行うことが可能であるので、製造工程上有利である。
【００２８】
【実施例】
実施例１
ガラス基板上にＩＴＯの透明導電性膜が成膜された基板を所望の形状にパターニングした後、洗浄およびＵＶ／オゾン処理を施した。次いで、以下の構造式を有するビクトリアブルーのエタノール溶液（濃度５重量％）を洗浄済みの基板上に滴下し、スピンナーにより１０００回転／分の回転数で１０秒間保持して厚み１００ｎｍの正孔輸送兼カラーフィルター層を形成した。
【００２９】
ビクトリアブルー構造式
【化１】

続いて、下記組成の電子輸送兼発光層形成用組成物をスピンナーにより１０００回転／分の回転数で１０秒間保持して厚み１００ｎｍの電子輸送兼発光層を形成した。
【００３０】
（電子輸送兼発光層形成用組成物）
ポリビニルカルバゾール１，７５０重量部
オキサジアゾール化合物ＰＢＤ７５０重量部
テトラフェニルブタジエン７５重量部
クマリン６１重量部
ナイルレッド１重量部
トルエン１１２，５００重量部
ポリビニルカルバゾール構造式
【化２】

オキサジアゾール化合物ＰＢＤ構造式
【化３】

テトラフェニルブタジエン構造式
【化４】

クマリン６構造式
【化５】

ナイルレッド構造式
【化６】

さらに、１．０×１０^−６Ｔｏｒｒの真空条件下で、金属カルシウムを０．２ｎｍ／ｓの成膜速度で２０ｎｍ真空蒸着し、さらにその上に金属アルミニウムを０．５ｎｍ／ｓの成膜速度で８０ｎｍ真空蒸着して、電極を形成した。
【００３１】
このようにして得られた有機ＥＬ素子に外部電源を接続し、ＩＴＯを陽極、金属電極を陰極として１５Ｖ直流電圧を印加することによって青色発光を得た。発光スペクトルは分光放射計（商品名ＳＲ−２、トプコン（株）製）にて測定した。図３に示すように、ビクトリアブルーの透過率が大きい４５０〜５００ｎｍにピークを持つスペクトルの発光が認められた。
【００３２】
比較例１
実施例１と同様に、ただし正孔輸送層として以下に構造式を示す、ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォネート水分散液（略称ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、商品名ＢａｙｔｒｏｎＰＴＰＡＩ４０８３、バイエル社製）を用いた。このようにして得られた有機ＥＬ素子を発光させ、白色発光を得た。発光スペクトルは分光放射計（商品名ＳＲ−２、トプコン製）にて測定した。図４に示すように、可視域全体に渡るブロードなスペクトルの発光が認められた。
【００３３】
ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン構造式
【化７】

ポリスチレンスルフォネート
【化８】

【００３４】
【発明の効果】
本発明によって、カラーフィルターを別個に形成する必要がなくなり、発光層の塗り分けが不要とできるので、有機ＥＬディスプレイを構成する層を減らすことができ、製造工程の簡易化や製造コストの低下が実現できる。さらに色純度が良好なフルカラー表示の可能な有機ＥＬディスプレイを提供することができる。また、第１電極の形成がカラーフィルターなどの熱に弱い中間層を介在させることなく基板上に形成できるので、電極が高温で形成でき、そのため電極の導電性が高め、有機ＥＬ素子の発光効率が高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例である有機ＥＬ素子の断面図である。
【図２】本発明の一例であるフルカラー有機ＥＬディスプレイの断面図である。
【図３】実施例１における発光スペクトル図である。
【図４】比較例１における発光スペクトル図である。
【符号の説明】
１基板
２第１電極
３電荷輸送性着色層
４発光層
５第２電極
３１赤色電荷輸送性着色層
３２緑色電荷輸送性着色層
３３青色電荷輸送性着色層

Claims

第１電極と、
前記第１電極上に形成された１層以上のＥＬ層と、
前記ＥＬ層上に形成された第２電極
から少なくともなる有機ＥＬ素子であって、
前記ＥＬ層として、電荷輸送性着色層を前記第１電極と第２電極との間に有することを特徴とする、有機ＥＬ素子。
前記ＥＬ層として、正孔輸送層と発光層を有してなり、前記正孔輸送層が前記電荷輸送性着色層である、請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
前記発光層が白色発光を行うものである、請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
前記正孔輸送層として、２種以上の異なる色の電荷輸送性着色層を組み合わせてなる、請求項２または３に記載の有機ＥＬ素子。
前記正孔輸送層として、赤色、緑色および青色の３色の光選択透過性を有する３種の電荷輸送性着色層を組み合わせ、フルカラー表示を行うことのできる、請求項２または３に記載の有機ＥＬ素子。
基板上に第１電極を設ける工程と、
前記第１電極上に赤色、緑色および青色の電荷輸送性着色層を形成する工程と、
前記赤色、緑色および青色の電荷輸送性着色層上に白色発光層を形成する工程と、
前記白色発光層上に第２電極を設ける工程から少なくともなる有機ＥＬ素子の製造方法。