JP4750595B2 - 有機発光素子アレイ - Google Patents

Description

本発明は、有機発光素子アレイに関し、パーソナルコンピューター・テレビ・携帯電話等のディスプレイの表示部に使用されるフルカラーの有機発光素子アレイに関するものである。

有機発光素子は、原理的に薄型・軽量のため、ディスプレイの中でもモバイル製品への適用が数多く考えられている。そのため車載を含めたモバイル製品として、耐熱性・耐久性が求められている。

有機発光素子の耐熱性・耐久性向上をめざし、ガラス転移点（Ｔｇ）に着目した例をあげる。

高温での耐久性向上をめざしドーパントとして緑色発光するクマリン誘導体をガラス転移点（Ｔｇ）≧１５０℃とし、好ましくは素子中の全ての有機層のＴｇ≧１２０℃とした例（たとえば特許文献１参照）がある。

また熱的安定をめざし電荷輸送層としてポリアミノフルオレン誘導体をＴｇ＞１５０℃とした例（たとえば特許文献２参照）がある。

また耐熱性改善のため電荷輸送層としてターフェニル基を有するトリフェニルアミン化合物をＴｇ≧２００℃とした先行例（たとえば特許文献３参照）がある。

また発光層・正孔輸送層・電子輸送層等有機化合物薄膜を構成する全材料のそれぞれのＴｇ≧１００℃とした先行例（たとえば特許文献４参照）がある。
特開２００４−２６５６２３号公報（第１頁、解決手段。第１３頁、［００９９］） 特開２００２−１７９６３０号公報（第３頁、［０００７］） 特開２００２−５３５３３号公報（第５頁、［００１２］、［００１４］） 特開２００２―３２４６７６号公報（第２頁、［請求項１１］）

しかし、上記例では、素子内の着目する１つの材料のみのＴｇを高くするものや、素子中の全ての有機層材料のＴｇを一定温度以上に規定するものが提案されてはいるが、車載を考慮した１２０℃の耐熱性試験ではいずれも耐久性が不十分である。

すなわち、有機発光素子を構成する材料の一部にのみＴｇの高い材料を使用しても、低いＴｇの材料があると、全体の耐熱性は達成されない。

環境温度あるいは通電発光によってその低いＴｇの材料の耐熱温度（Ｔｇ）を越えたとき、この材料を含む層では熱膨張率の急激な変化で体積膨張し、異種材料の界面でひび・ひずみが発生しする。

Ｔｇを越えることで液体（過冷却液体）状態となるためこのひびから層内・層間に浸透し、他材料へのにじみ・マイグレートが発生しやすくなる。

この結果、一時的にイオン化ポテンシャルの変化で効率の上昇も見込まれるが、むしろ、色ずれや、電子漏れ・ホール漏れによるキャリアバランスの崩れ、π電子系の重なりによる濃度消光等が起こり、耐久性が低下するという問題があった。引き続き再結晶化が起った場合は結晶の局在化も加わり、上記問題を促進してしまうという問題があった。

また、素子中の全ての有機層材料のＴｇ≧１２０℃の提案もされてはいるが、車載を考慮した１２０℃の耐熱性試験ではいずれも耐久性が不十分であった。
そこで、本発明は有機発光素子の高温での特性・耐久性の向上を図ることを目的とする。

よって、本発明は基板上に、一対の電極と有機化合物からなる発光層とを少なくとも有する有機発光素子を複数有する有機発光素子アレイにおいて、
前記複数の有機発光素子はそれぞれ、赤色を発光する赤画素と、緑色を発光する緑画素と、青色を発光する青画素であり、
前記赤画素と前記緑画素と前記青画素のそれぞれの前記発光層同士のガラス転移点の差が１０℃以内であることを特徴とする有機発光素子アレイを提供する。

本発明によれば構成材料間のガラス転移点の関係を規定することにより、バランスのとれた耐熱性が実現でき、高温での特性・耐久性の向上に優れた有機発光素子アレイを提供することが出来る。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明するが、本発明は本実施形態に限るものではない。

本発明において有機発光素子アレイとは、複数の有機発光素子の集合体のことである。

これは例えば共通する基材に複数の有機発光素子が配置されている構成が該当する。

また有機発光素子とは、一対の電極とその間に配置される有機化合物である発光層とから少なくとも構成される素子である。

そしてこのような有機発光素子アレイは、複数の有機発光素子がそれぞれ異なる色を発光する場合にフルカラー色表示が可能である。

図１は本発明の有機発光素子の３画素分を模式的に示す断面図である。図２は本発明の有機発光素子の数画素分を模式的に示す平面図である。また、図３は本発明の有機発光素子を模式的に示す断面図である。

図１において、１００はスイッチング素子が配置されたガラス基板、１０１は下電極、１０２は有機発光層、１０３は有機化合物層、１０４は上電極、１０５は素子分離膜、１０６は保護膜である。
図２において、２０１は画素、２０２は素子分離膜である。

図３において、３００はガラス基板、３０１は下電極、３０２はホール輸送層、３０３は有機発光層、３０４は電子輸送層、３０５は上電極、３０６は有機化合物層、３０７は封止接着層、３０８は保護用ガラス基板である。
はじめに本発明の実施形態の有機発光素子全般に共通することを説明する。

画素に対応したスイッチング素子が配置されたガラス基板１００上に、一対の電極１０１、１０４を有し、電極間に少なくともＲ・Ｇ・Ｂ画素２０１がそれぞれ複数配されてなる有機発光層１０２を有する有機化合物層１０３を挟持するよう形成されている。

構成によっては、ホール輸送層３０２、電子輸送層３０４を設けても良い。また、各画素の周囲にはＲ・Ｇ・Ｂの３原色の混色を防止する素子分離膜１０５を設けても良い。素子の外周・端部には、水分・酸素等の雰囲気から素子を遮断する封止接着層３０７を設けても良い。

基板１００としては、たとえばガラス基板上に作成した低温Ｐｏｌｙ−Ｓｉを用いたＴＦＴのスイッチング素子基板等を使用できる。また、下電極１０１としては、たとえばＣｒのスパッタ膜を使用できる。

素子分離膜１０５は、たとえば感光性ポリイミドを用いてスピンコートにより成膜し、各画素を取り囲む形状にパターニング出来る。

有機発光層１０２を有する有機化合物層１０３は、たとえばホール輸送層３０２、有機発光材料、電子輸送層３０４等の構成材料を、抵抗過熱方式の真空蒸着装置により連続成膜により作成する。

有機発光層を形成するＲ・Ｇ・Ｂ各発光材料は、単独で発光する材料でも、ホストとドーパントの組み合わせで発光するものを用いても良い。

上電極１０４はたとえばＩＴＯのスパッタ膜を使用できる。

封止接着層３０７は、乾燥雰囲気中で保護用ガラス３０８を被せアクリル系封止接着剤の端面塗布により作成できる。

（第一の実施の形態）
第一の実施形態の有機発光素子アレイについて説明する。

有機発光層１０２に用いられる赤画素緑画素青画素（以下Ｒ・Ｇ・Ｂ画素と記す）を形成する材料には、それぞれのガラス転移点（Ｔｇ）の差がいずれも１０℃以内であるものを使用する。

それによれば、Ｒ・Ｇ・Ｂ画素を形成するそれぞれの材料のＴｇを１０℃以内に抑えることで、熱膨張・熱収縮による最大のずれを１０^−４台に抑えられる（熱膨張率×温度差）。

具体的には、たとえば熱膨張率：いずれも５×１０^−５／Ｋ、画素サイズ：２０μｍ角、画素膜厚：２０ｎｍの時、次のような結果となる。
結果：
Ｒ・Ｇ・Ｂの画素のずれが面内１０ｎｍ
厚さ方向０．０１ｎｍ程度
そしてこれは影響が無視できる程度である。

このような材料を用いることにより１２０℃の耐熱性試験において、色ずれもなく耐久性を満足することが出来る。

これらＲ・Ｇ・Ｂ画素を形成する材料のＴｇをいずれも１５０℃以上とすることで、耐久性はさらに向上する。

（第二の実施の形態）
第二の実施形態の有機発光素子アレイについて説明する。
有機化合物層１０３に設けられるＲ・Ｇ・Ｂ画素を形成するそれぞれの材料とホール輸送層３０２を形成する材料には、それぞれのＴｇの差がいずれも３０℃以内であるものを使用する。また、有機化合物層１０３に設けられるＲ・Ｇ・Ｂ画素を形成するそれぞれの材料と電子輸送層３０４を形成する材料には、それぞれのＴｇの差がいずれも３０℃以内であるものを使用する。

それによれば、Ｒ・Ｇ・Ｂ画素を形成するそれぞれの材料のＴｇとホール輸送層あるいは電子輸送層を形成する材料のＴｇの差をいずれも３０℃以内に抑えることで、熱膨張・熱収縮による最大のずれは１０^−３台に抑えられる。

具体的には、たとえば熱膨張率：いずれも５×１０^−５／Ｋ、画素サイズ：２０μｍ角、画素膜厚：２０ｎｍ、ホール輸送層・電子輸送層膜厚いずれも５０ｎｍの時、次のような結果となる。
結果：
Ｒ・Ｇ・Ｂ素子の平面方向に与えるずれが面内３０ｎｍ／画素
厚さ方向のずれは最大でも０．０７５ｎｍ程度
そしてこれは影響が無視できる程度である。

隣接層としてのホール輸送層・電子輸送層のずれは、層間すべりを考慮してもＲＧＢ画素自体をずらすものではなくフルカラー素子としては影響を無視できる程度である。

このような材料をもちいることにより１２０℃の耐熱試験において、微少なひびやにじみがその部分で発生しても寿命の減少や色ずれが問題となることもなく耐久性を満足することが出来る。

さらにこれらＲ・Ｇ・Ｂ画素を形成する材料、ホール輸送層、電子輸送層のＴｇをいずれも１３０℃以上とすることで、耐久性はさらに向上する。

（第三の実施の形態）
第三の実施形態の有機発光素子について説明する。

Ｒ・Ｇ・Ｂ画素を形成するそれぞれの材料と封止接着層３０７を形成する材料には、それぞれのＴｇの差が７５℃以内であるものを使用する。

それによれば、Ｒ・Ｇ・Ｂ画素を形成するそれぞれの材料のＴｇと封止接着剤を形成する材料のＴｇの差を７５℃以内に抑えることで、それぞれの材料のＴｇを越えたとしても熱膨張・熱収縮の影響は１０^−１から１０^−３台に抑えられる。

具体的に次の場合を示す。
封止接着層を形成する材料の熱膨張率を１．５×１０^−３／Ｋとする、
Ｒ・Ｇ・Ｂ画素画素を形成する材料の熱膨張率：それぞれ５×１０^−５／Ｋとする。

そして画素サイズ：２０μｍ角、封止接着層を形成する材料の膜厚４μｍ、Ｒ・Ｇ・Ｂ画素の膜厚２０ｎｍとして概算する。

Ｒ・Ｇ・Ｂ画素を形成する材料のＴｇのほうが低かった場合、Ｒ・Ｇ・Ｂの平面方向に与えるずれが面内７５ｎｍ／画素、厚さ方向のずれは７．５×１０−^２ｎｍ程度となり、画素自体をずらすものではなくフルカラー素子としては影響を無視できる程度である。

このような材料をもちいることにより１２０℃の耐熱試験において、微少なひびやにじみがその部分で発生しても寿命の減少や色ずれが問題となることもなく耐久性を満足することが出来る。

逆に、封止接着層を形成する材料のＴｇのほうが低かった場合、接着層の厚みのずれは３００ｎｍ程度となる。Ｒ・Ｇ・Ｂ画素自体の物性変化はほとんどないので、接着層に軟化が生じても画素ずれの影響は無視できる程度である。

このような材料をもちいることにより１２０℃の耐熱試験において、微少なひびやにじみがその部分で発生しても寿命の減少や色ずれが問題となることもなく耐久性を満足することが出来る。

さらにこれらＲ・Ｇ・Ｂ画素を形成する材料、封止接着層を形成する材料のＴｇをいずれも１３０℃以上とすることで、耐久性はさらに向上する。

（第四の実施の形態）
第四の実施形態の有機発光素子について説明する。

Ｒ・Ｇ・Ｂ画素を形成するそれぞれの材料のＴｇを１５０℃以上であるものを使用し、ホール輸送層を形成する材料、電子輸送層を形成する材料、封止接着層を形成する材料のＴｇを構成に応じて１５０℃以上であるものを使用する。

有機発光素子は、車載を考慮すると一般的に−４０℃〜１２０℃での耐熱性が必要と考えられる。ガラス転移点（Ｔｇ）をすべて１５０℃以上にすることで、有機発光素子に必要な環境耐久性をもつことが出来る。

Ｔｇはこのピンポイントの温度で物性がガラス状態から過冷却液体状態に急に変化するわけではない。たとえばＴｇの−１５℃付近から徐々に液化が始まり、Ｔｇの＋１５℃付近で全てが過冷却液体となる。

この温度の幅は物質やアモルファス化した時の状態（冷却速度・アモルファス状態・速定時の昇温速度）にも依存するが、アモルファス状態が単一の状態ではないことも考慮すると、一般的にＴｇ±５〜３０℃と考えられる。

また、ガラス状態が組織の内部エネルギー的に一定の安定状態を意味するわけではないことを考えると、発光素子に必要なガラス転移点は、環境耐熱温度＋３０℃程度が妥当な値と言える。

上記各実施形態に共通するガラス転移点について、その測定方法を説明する。装置として、たとえばＤＳＣ（示差走査熱量計）パーキン・エルマー製 Ｐｙｒｉｓ１を使用できる。

測定条件としては、試料は２ｍｇ、昇温・降温条件は、融点＋３０℃以上まで加熱（昇温速度１０℃／ｍｉｎ．）後、１０分間この温度を保持する。次にガラス転移点−５０℃以下まで急冷（降温速度５００℃／ｍｉｎ．）後、１０分間この温度を保持する。次にガラス転移点＋５０℃以上まで加熱（昇温速度２０℃／ｍｉｎ．）後、得られた階段状の曲線から求める。

なお、融解後すぐに急激に蒸発をはじめる試料や融解後すぐに分解が始まる試料の場合は、融点＋５℃までの加熱にとどめる等適宜測定条件を変える必要がある。また、得られた測定曲線が不明瞭な場合は、急冷条件を４０℃／ｍｉｎ．に変更した方が良い場合もある。

（実施例１）
画素に対応したスイッチング素子が配置されたガラス基板１００上に、各画素の下電極１０１として、Ｃｒをスパッタ法により約３００ｎｍ成膜し、パターニングを行った。

次に、素子分離膜１０５を形成するために、感光性ポリイミドをスピンコートにより約２μｍ成膜したのち、各画素を取り囲むような形状にパターニングを行った。

次に、抵抗加熱方式の真空蒸着装置を用いて、表１に示すホール輸送材料、有機発光材料、電子輸送材料の各有機層の構成材料を用いて有機化合物を連続成膜し有機化合物層１０３を設けた。

発光層Ｇはホストとドーパントを同時に成膜した。発光層Ｒと発光層Ｂはそれぞれ使用する化合物（この場合名称Ｒ１、Ｂ１）のみからなる層である。

続いて、上電極１０４として、スパッタ法を用いてＩＴＯを１００ｎｍ成膜した。最後に、水分や酸素等の雰囲気から素子を遮断するために、乾燥雰囲気中で保護用ガラス３０８を被せアクリル系封止接着剤により封止した（封止接着層３０７）。

実施例１で用いた有機化合物層の各材料及び各膜厚、Ｔｇを下記表１に示し、その化学構造を下記に示す。

（比較例１）
有機発光層のＲ１をＲ２にした以外は実施例１と同様に作成した。
比較例１で用いた有機化合物層の各材料及び各膜厚、Ｔｇを下記表２に示す。変更した発光層Ｒに用いたＲ２の化学構造を下記に示す。

（比較例２）
ホール輸送層のＨＴ１をＨＴ２に、電子輸送層のＥＴ１をＥＴ２に変更した以外は実施例１と同様に作成した。

比較例２で用いた有機化合物層の各材料及び各膜厚、Ｔｇを下記表３に示す。変更したホール輸送層、電子輸送層に用いたＨＴ２、ＥＴ２の化学構造を下記に示す。

（実施例２）
実施例１と同様に有機発光素子を作成した。実施例２で用いた有機化合物層の各材料及び各膜厚、Ｔｇを下記表４に示す。

（比較例３）
封止接着層のＡＤ１をＡＤ２にした以外は実施例２と同様に作成した。
比較例３で用いた有機化合物層の各材料及び各膜厚、Ｔｇを下記表５に示す。

実施例１・比較例１・比較例２・実施例２・比較例３で作成した有機発光素子を１２０℃の恒温槽に２４時間放置し、恒温槽に入れる前後の素子の特性を比較した。輝度の初期値に対する割合を示す。

総合評価は表４に示す数値から判断した。
より具体的には有機発光素子アレイを構成する有機発光素子のうち１つでも有機発光素子の数値が０．８を下回れば特性未達とした。表中には総合評価にＮＧと記す。

本実施例は何れもが０．８を上回り、特に０．９も上回り更に０．９５も上回っており非常に有利な結果を得た。表中には総合評価にＯＫと記す。

したがって、本実施例によれば、高温耐久時の特性劣化を防止することができ、高品質の有機ＥＬ発光素子を提供することができる。

有機発光素子の３画素分を模式的に示す断面図である。 有機発光素子の数画素分を模式的に示す平面図である。 有機発光素子を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１００ スイッチング素子が配置されたガラス基板
１０１ 下電極
１０２ 有機発光層
１０３ 有機化合物層
１０４ 上電極
１０５ 素子分離膜
１０６ 保護膜
２０１ 画素
２０２ 素子分離膜
３００ ガラス基板
３０１ 下電極
３０２ ホール輸送層
３０３ 有機発光層
３０４ 電子輸送層
３０５ 上電極
３０６ 有機化合物層
３０７ 封止接着層
３０８ 保護用ガラス基板

Claims (12)

1. 基板上に、一対の電極と有機化合物からなる発光層とを少なくとも有する有機発光素子を複数有する有機発光素子アレイにおいて、
   前記複数の有機発光素子はそれぞれ、赤色を発光する赤画素と、緑色を発光する緑画素と、青色を発光する青画素であり、
   前記赤画素と前記緑画素と前記青画素のそれぞれの前記発光層同士のガラス転移点の差が１０℃以内であることを特徴とする有機発光素子アレイ。
2. 前記有機発光素子アレイは、ホール輸送層と電子輸送層を更に有し、
   前記赤画素と前記緑画素と前記青画素のそれぞれの前記発光層の前記ガラス転移点と、前記ホール輸送層のガラス転移点との差が３０℃以内であり、
   且つ前記赤画素と前記緑画素と前記青画素のそれぞれの前記発光層の前記ガラス転移点と、前記電子輸送層のガラス転移点との差も３０℃以内であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子アレイ。
3. 前記有機発光素子アレイは、前記一対の電極の間の側部に封止接着層を更に有し、
   前記赤画素と前記緑画素と前記青画素のそれぞれの前記発光層の前記ガラス転移点と、前記封止接着剤層のガラス転移点の差が７５℃以内であることを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子アレイ。
4. 前記赤画素と前記緑画素と前記青画素のそれぞれの前記発光層の前記ガラス転移点は１５０℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子アレイ。
5. 前記赤画素と前記緑画素と前記青画素のそれぞれの前記発光層と前記ホール輸送層と前記電子輸送層の前記ガラス転移点は１３０℃以上であることを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子アレイ。
6. 前記赤画素と前記緑画素と前記青画素のそれぞれの前記発光層と前記封止接着層の前記ガラス転移点は１３０℃以上であることを特徴とする請求項３に記載の有機発光素子アレイ。
7. 前記赤画素と前記緑画素と前記青画素のそれぞれの前記発光層と前記ホール輸送層と前記電子輸送層と前記封止接着層の前記ガラス転移点は１３０℃以上であることを特徴とする請求項３に記載の有機発光素子アレイ。
8. 前記ホール輸送層と前記電子輸送層の前記ガラス転移点も１５０℃以上であることを特徴とする請求項４に記載の有機発光素子アレイ。
9. 前記有機発光素子アレイは、前記一対の電極の間の側部に封止接着層を更に有し、
   前記封止接着層のガラス転移点も１５０℃以上であることを特徴とする請求項８に記載の有機発光素子アレイ。
10. 前記赤画素と前記緑画素と前記青画素のそれぞれの間には素子分離膜が配置されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の有機発光素子アレイ。
11. 前記基板には前記赤画素と前記緑画素と前記青画素のそれぞれに対応したスイッチング素子が配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の有機発光素子アレイ。
12. 車載用である請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の有機発光素子アレイ。

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