JP4916102B2 - 有機el素子 - Google Patents

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Description

本発明は、有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子に関する。より詳しくは、電界発光素子により構成され、表示装置や照明装置等に好適な有機EL素子に関するものである。
電界発光素子(以下、「EL素子」、「ELデバイス」ともいう。)は、自発光性による高い視認性や衝撃に強い等の特徴があり、有機EL素子や無機EL素子が各種の情報端末等のディスプレイ素子や照明装置として広く応用が期待されている。このようなEL素子において、種々の優れた特性を有する有機EL素子が検討されているが、今後の技術課題の一つとして高分子型有機EL素子における寿命の向上が挙げられている。
従来、高分子型有機EL素子においては、正孔注入層と発光層からなる2層構成(陽極/正孔注入層/発光層/陰極)が主流であり、正孔注入層としてPEDOT−PSS(3,4−ポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンサルフォネイト)が、高発光効率、長寿命の点で一般的に用いられてきた。しかし、近年、発光層で生成された励起エネルギー(励起子)により、また、陰極から発光層を経て正孔注入層に漏れ出した電子と陽極からの正孔が、正孔注入層で再結合し生成した励起エネルギーにより、正孔注入層として用いられるPEDOT−PSSが分解することが、高分子型有機EL素子の劣化の原因であると考えられるようになった(例えば、非特許文献1参照)。
この問題に対しての解決法の一つとして、近年、正孔(ホール)注入層と発光層の間に発光層よりバンドギャップの広い励起子防止層(インターレーヤー)を挿入して、励起エネルギーが発光層からホール輸送層に拡散することを防止することで寿命を向上させる技術が開発された(例えば、非特許文献2参照)。
この技術は、発光層より幅の広いバンドギャップの材料、すなわち吸収スペクトルが短波長の材料を励起子ブロッキング層として用いる必要がある。高分子型有機EL素子で、実際に、この技術をフルカラー化において赤、青、緑の発光素子に効果的に用いる場合、緑色発光素子や赤色発光素子では、緑色発光材料、赤色発光材料よりバンドギャップの広い材料は多くあることから充分に適用することができるが、青色発光素子の場合、青色発光材料よりバンドギャップが広く、かつ、正孔を効率良く陽極側から発光層に流す材料は、非常に少ない。これは、一般的に、バンドギャップの広い材料は、絶縁物であるためである。励起子ブロッキング層が絶縁物に近くなると、電流が流れにくくなり、高分子型有機EL素子の性能を低下させることになる。
ところで、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、発光層、電子輸送層、陰極が順次形成されており、発光層と正孔輸送層との間に設けられた電子ブロック層により、発光層から正孔輸送層への電子の注入が防止されている有機EL素子であって、発光層のエネルギーギャップEg(EML)と正孔輸送層のエネルギーギャップEg(HTL)との関係が、Eg(EML)>Eg(HTL)−0.5(単位:eV)であることが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。この有機EL素子については、Eg(HTL)がEg(EML)よりも大きくなる構成が開示され、また、電子ブロック層のエネルギーギャップの絶対値が3.0eV以上であることが開示されている。
また陽極、正孔輸送層、電子注入抑制層、発光層、正孔注入抑制層、電子輸送層及び陰極とから構成される有機エレクトロルミネッセンス素子であって、電子注入抑制層及び発光層が、|Ea(A) |≧|Ea(EBL) |かつ|Ea(EM)|≧|Ea(EBL) |(式中、Ea(A) はアクセプターの電子親和力、Ea(EBL) は電子注入抑制層を構成する材料の電子親和力、Ea(EM)は発光層を構成する材料の電子親和力)を満たす材料から構成されることが開示されている(例えば、特許文献2参照。)。この素子については、発光層のエネルギーギャップと正孔輸送層のエネルギーギャップとの関係が開示されていない。
これら従来の正孔注入層を有する有機EL素子においては、発光層で生成された励起エネルギーによる正孔注入層の劣化を防止して素子寿命を向上するために、励起エネルギーが発光層と陽極との間にある正孔注入層に到達することを防止するに際し、電流が流れにくくならないようにして正孔注入層の劣化防止をすることができる構成とするための工夫の余地があった。
「オーガニック・エレクトロニクス(Organic Electronics)」、(米国)、エルセビアーサイエンス(Elsevier Science)、2002年、第3巻、p.111−118 「ジャーナル オブ ザ ソサイアティ フォア インフォメーション ディスプレイ(Journal of the Society for Information Display)」、(米国)、ソサイアティ フォア インフォメーション ディスプレイ(Society for Information Display, SID)、2004年、p.1517 特開2002−175887号公報(第1、2、5、6頁) 特開2000−196140号公報(第1、2、9頁)
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、正孔注入層を有する有機EL素子であって、励起エネルギーが正孔注入層に到達することを防止し、また電子が正孔注入層に到達することを防止することにより素子寿命を向上することができ、しかも電流が流れにくくならないようにすることができる有機EL素子、それを備えた表示装置及び照明装置を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、有機EL素子の寿命向上技術について種々検討したところ、陽極と発光層との間に正孔注入層を有する有機EL素子においては、発光層で生成された励起エネルギー(励起子)が正孔注入層に到達することにより正孔注入層が劣化することに着目した。
そして、正孔注入層と発光層との間に、発光層のバンドギャップより狭い材料からなる正孔輸送層を挿入することで、発光層で生成された励起エネルギー(励起子)が、正孔注入層へ移動する前に、正孔輸送層でクエンチング(補足され)されることで、発光層で生成された励起エネルギー(励起子)により、正孔注入層として用いられるPEDOT−PSS等が分解することに伴う、有機EL素子の劣化の原因を防止でき、寿命を向上させることが可能となり、また発光層よりバンドギャップの広い励起子防止層を挿入する場合と比較して電流が流れにくくならないことを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明は、陽極、正孔注入層、発光層及び陰極がこの順に積層された構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、上記有機エレクトロルミネッセンス素子は、正孔注入層と発光層との間に正孔輸送層を有するものであり、かつ、正孔輸送層のバンドギャップエネルギー(Eg(HTL))と発光層のバンドギャップエネルギー(Eg(EML))とが下記関係式(1)を満たす有機エレクトロルミネッセンス素子である。
|Eg(HTL)|<|Eg(EML)| (1)
上記有機エレクトロルミネッセンス素子は、少なくとも、陽極と、陰極と、該陽極と該陰極との間に形成された、正孔注入層、発光層からなる有機ELデバイスであり、上記構成とすることにより、励起エネルギーが正孔注入層に到達することを防止して素子寿命を向上することになる。
また上記有機エレクトロルミネッセンス素子は、正孔注入層のバンドギャップエネルギー(Eg(HIL))と発光層のバンドギャップエネルギー(Eg(EML))とが下記関係式(2)を満たすことにより、励起エネルギーの正孔注入層への到達防止がより充分に行われることになる。
|Eg(HIL)|<|Eg(EML)| (2)
上記正孔輸送層のバンドギャップエネルギー(Eg(HTL))は、3.0eV以下であることが好ましい。有機EL素子から可視光を出すためには、例えば通常のディスプレイでは、発光層が、2.0〜3.0eVのバンドギャップを持つことから、本発明の関係式(1)を満たすには、正孔輸送層のバンドギャップとして3.0eV以下とすることが適当である。
また上記正孔輸送層のバンドギャップエネルギー(Eg(HTL))は、2.0eV以下であることが好ましい。これにより、R(赤),G(緑),B(青)それぞれの画素の色に対する正孔輸送層を共通化できるという利点を有することになる。
本発明はまた、陽極、正孔注入層、発光層及び陰極がこの順に積層された構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、上記有機エレクトロルミネッセンス素子は、正孔注入層と発光層との間に正孔輸送層を有するものであり、かつ、正孔輸送層の電子親和力(Ea(HTL))と発光層の電子親和力(Ea(EML))とが下記関係式(3)を満たす有機エレクトロルミネッセンス素子でもある。これにより、電子が正孔注入層に到達することを防止して素子寿命を向上することになる。
|Ea(HTL)|<|Ea(EML)| (3)
上記有機エレクトロルミネッセンス素子は、正孔注入層の電子親和力(Ea(HIL))と発光層の電子親和力(Ea(EML))とが下記関係式(4)を満たすことにより、電子の正孔注入層への到達防止がより充分に行われることになる。
|Ea(HIL)|<|Ea(EML)| (4)
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、上述したように、バンドギャップエネルギーに関し、(1)正孔輸送層のバンドギャップエネルギー(Eg(HTL))と発光層のバンドギャップエネルギー(Eg(EML))との関係を特定した形態、(2)前記(1)の関係を特定し、かつ正孔注入層のバンドギャップエネルギー(Eg(HIL))と発光層のバンドギャップエネルギー(Eg(EML))との関係を特定した形態、電子親和力に関し、(3)正孔輸送層の電子親和力(Ea(HTL))と発光層の電子親和力(Ea(EML))との関係を特定した形態、(4)前記(3)の関係を特定し、かつ正孔注入層の電子親和力(Ea(HIL))と発光層の電子親和力(Ea(EML))との関係を特定した形態の4つのうちのいずれかを満たすものである。
また本発明においては、上記(1)又は(2)のバンドギャップエネルギーに関する特性を満たしたうえで、上記(3)又は(4)の電子親和力に関する特性を満たすこともでき、これらの形態を組み合わせることが可能である。
上記陽極、正孔注入層、発光層及び陰極がこの順に積層された構造を有する有機EL素子は、正孔注入層による特性を充分に発揮しつつ該正孔注入層の劣化を防止して素子寿命が向上され、有機EL素子として優れた基本性能を有するものであり、ディスプレイ素子や照明装置等に好適に適用されるものである。すなわち、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子を備える有機エレクトロルミネッセンス表示装置や、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子を備える有機エレクトロルミネッセンス照明装置もまた、本発明の一つである。
本発明の有機EL素子、表示装置及び照明装置の構成としては、上述した特徴を必須としてこれらの装置が通常有する構成要素を備えたものであればよく、その他の構成において特に限定されるものではない。
本発明の有機EL素子によれば、正孔注入層を有する有機EL素子において励起エネルギーが正孔注入層に到達することを防止し、また電子が正孔注入層に到達することを防止することにより、正孔注入層の劣化に起因する有機EL素子の劣化を防止して素子寿命を向上することができ、しかも電流が流れにくくなることを解消して正孔注入層の機能を充分に発揮することができることから、各種の情報端末等の表示装置や照明装置として好適に適用することができるものである。更に、有機EL素子に通常用いられる発光層に対して容易に適用することができ、またR,G,Bそれぞれの画素の色に対する正孔輸送層を共通化することも可能である。
以下に本発明を実施するための最良の形態として高分子有機EL素子に具現化させた例を掲げ、図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施の形態のみに限定されるものではない。
高分子有機EL素子の基板構成は、下記のとおりである。
本発明の高分子有機EL素子;陽極/正孔注入層/本発明の正孔輸送層/発光層/陰極
従来技術による高分子型有機EL素子1;陽極/正孔注入層/発光層/陰極
従来技術による高分子型有機EL素子2;陽極/正孔注入層/励起子ブロッキング層/発光層/陰極
これらの高分子有機EL素子は、基板上に上記に示される順に各層が積層された構造を有するものである。なお、本実施形態においては、上述した以外に発光層と陰極との間に電子輸送層や電子注入層を有する素子構成としてもよい。更に、表示装置とするために偏光板を備えた構成としてもよく、また水分や酸素の影響を遮断するために封止膜、封止基板により各層を封止した構成としてもよい。
以下に、本実施形態に適用可能である(1)基板、(2)電極、(3)発光層、(4)電荷注入層、(5)電荷輸送層、(6)偏光板、(7)封止膜、封止基板の構成について説明し、実施例と比較例を示す。
1.基板
本実施形態に用いることができる基板としては、通常では絶縁性基板が用いられ、例えば、ガラス、石英等の無機材料、ポリエチレンテレフタレート等のプラスティック材料、アルミナ等のセラミックス等の材料からなる基板;アルミニウム、鉄等の金属基板にSiO、有機絶縁材料等の絶縁物をコートした基板;アルミニウム等の金属基板の表面を陽極酸化等の方法で絶縁化処理を施した基板等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
基板構成としては、基板上には、薄膜トランジスタ等のスイッチング素子が形成されていてもよい。なお、低温プロセスで形成したポリシリコンTFTを用いた薄膜トランジスタを形成するためには、500℃以下の温度で融解せず、かつ、歪みが生じない基板を用いることが好適である。また、高温プロセスで形成したポリシリコンTFTを用いた薄膜トランジスタを形成するためには、1000℃以下の温度で融解せず、かつ、歪みが生じない基板を用いることが好ましい。
2.電極
本実施形態の電極としては、通常有機EL素子に使用できる電極材料を用いればよいが、特に限定されるものではない。陽極としては、効率よく正孔(ホール)を有機層に注入する目的で、仕事関数が高い金属(Au、Pt、Ni等)、又は、発光を外部に取り出す目的では、透明電極(ITO、IDIXO、SnO等)を用いることが好ましい。陰極としては、効率よく電子を有機層に注入する目的で、仕事関数の低い金属と安定な金属とを積層した電極(Ca/Al、Ce/Al、Cs/Al、Ba/Al等)、仕事関数の低い金属を少なくとも含有するもの(Ca:Al合金、Mg:Ag合金、Li:Al合金等)、薄膜の絶縁層と金属電極を組み合わせたもの(LiF/Al、LiF/Ca/Al、BaF/Ba/Al等)、又は、発光を外部に取り出す目的では、透明電極中に仕事関数の低い金属を含有したもの(ITO:Cs、IDIXO:Cs、SnO:Cs等)、透明電極と仕事関数の低い金属を積層したもの(Ba/ITO、Ca/IDIXO、Ba/SnO等)が好ましい。これらの材料は、蒸着法、EB法、MBE法、スパッタ法等のドライプロセス、又は、スピンコート法、印刷法、インクジェット法等のウエットプロセスを用いることが可能であるが、これも特に限定されるものではない。
3.発光層
本実施形態の発光層(有機発光層)は、発光材料を用いて成膜することにより形成することが可能であり、1層であってもよいし、多層構造であってもよく、特に限定されるものではない。
上記有機発光層は、1種類の発光材料をドライプロセスにより成膜しても、複数の発光材料をドライプロセスにより成膜してもよい。また、発光アシスト剤、正孔輸送材料、添加剤(ドナー、アクセプター等)、発光性のドーパント等が含有されていてもよい。
また上記有機発光層は、発光層形成用塗液からウエットプロセスにより成膜してもよい。発光層形成用塗液は、少なくとも発光材料を含有した溶液であり、1種類又は多種類の発光材料を含有していてもよく、結着用の樹脂や、その他に、レベリング剤、発光アシスト剤、正孔注入輸送材料、添加剤(ドナー、アクセプター等)、発光性のドーパント等が含有されていてもよい。
上記発光材料としては、通常有機EL素子に使用できる発光材料であればよく、特に限定されるものではない。低分子発光材料としては、例えば、4,4′−ビス(2,2′−ジフェニルビニル)−ビフェニル(DPVBi)等の芳香族ジメチリデェン化合物、5−メチル−2−[2−[4−(5−メチル−2−ベンゾオキサゾリル)フェニル]ビニル]ベンゾオキサゾール等のオキサジアゾール化合物、3−(4−ビフェニルイル)−4−フェニル−5−t−ブチルフェニル−1,2,4−トリアゾール(TAZ)等のトリアゾ−ル誘導体、1,4−ビス(2−メチルスチリル)ベンゼン等のスチリルベンゼン化合物、チオピラジンジオキシド誘導体、ベンゾキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、アントラキノン誘導体、ジフェノキノン誘導体、フルオレノン誘導体等の蛍光性有機材料、アゾメチン亜鉛錯体、(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム錯体(Alq3)等の蛍光性有機金属化合物等が挙げられ、高分子発光材料としては、例えば、ポリ(2−デシルオキシ−1,4−フェニレン)DO−PPP、ポリ[2,5−ビス−[2−(N,N,N−トリエチルアンモニウム)エトキシ]−1,4−フェニル−アルト−1,4−フェニレン]ジブロマイド(PPP−NEt3+)、ポリ[2−(2′−エチルヘキシルオキシ)−5−メトキシ−1,4−フェニレンビニレン](MEH−PPV)、ポリ[5−メトキシ−(2−プロパノキシサルフォニド)−1,4−フェニレンビニレン](MPS−PPV)、ポリ[2,5−ビス−(ヘキシルオキシ)−1,4−フェニレン−(1−シアノビニレン)](CN−PPV)、ポリ(9,9−ジオクチルフルオレン)(PDAF)、ポリスピロ(PS)等が挙げられ、高分子発光材料の前駆体としては、例えば、PPV前駆体、PNV前駆体、PPP前駆体等が挙げられる。
上記結着用樹脂としては、例えば、ポリカーボネート、ポリエステル等が挙げられる。
上記溶剤としては、発光材料を溶解又は分散できる溶剤であればよく、例えば、純水、メタノール、エタノール、THF、クロロホルム、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン等が挙げられる。成膜法として、インクジェット法等を用いる場合には、150℃以上の高沸点をもつ高沸点溶剤を含有させることが好ましい。
上記有機発光層の膜厚としては、通常では5Å〜1μmであり、好ましくは10nm〜200nmである。有機発光層の膜厚が10nm未満であると、ピンホールが発生するおそれがあり、200nmを超えると、素子の抵抗が増加し、高い駆動電圧が必要となるおそれがある。
4.電荷注入層
本実施形態で用いることができる電荷注入層は、通常有機EL素子に使用できる電荷注入材料を用いて成膜することにより形成することが可能であり、1層であってもよいし、多層構造であってもよく、特に限定されるものではない。電荷注入層としては、正孔(ホール)注入層、電子注入層等が挙げられる。このような電荷注入層は、少なくも電荷注入材料をドライプロセスにより成膜することができる。
また電荷注入層形成用塗液からウエットプロセスにより成膜してもよい。電荷注入層形成用塗液は、少なくとも電荷注入材料を含有した溶液であり、1種類又は多種類の注入材料を含有していてもよく、結着用の樹脂や、その他にレベリング剤、添加剤(ドナー、アクセプター等)等が含有されていてもよい。
上記正孔注入層を形成する正孔注入材料としては、有機EL用、有機光導電体用の正孔注入材料が使用可能であるが、特にこれらに限定されるものではなく、例えば、銅フタロシアニン(CuPc)等の金属フタロシアニン類やフタロシアニン類、4,4′,4′−トリス(3−メチルフェニルフェニルアミノ)トリフェニルアミン(m−MTDATA)、N,N′−(3−メチルフェニル)−1,1′−ビフェニル−4,4′−ジアミン(TPD)等の低分子材料、ポリアニリン(PANI)、3,4−ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンサルフォネイト(PEDOT−PSS)、ポリピロール、ポリパラフェニレンビニレン(PPV)及びこれらの誘導体、ポリシラン及び誘導体、ポリシロキサン及び誘導体等に代表されるp型導電性高分子等が挙げられる。
上記電子注入層を形成する電子注入材料としても、有機EL用、有機光導電体用の電子注入材料が使用可能であるが、特にこれらに限定されるものではなく、例えば、低分子化合物として、3−(4−ビフェニル)−4−フェニル−5−(4−t−ブチルフェニル)1,2,4−トリアゾールに代表されるアゾール誘導体、1,3−ビス{[4−(4−ジフェニルアミノ)]フェニル−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル}ベンゼンに代表されるオキサジアゾール誘導体等が挙げられ、高分子電子注入材料として、ポリチオフェン等の電子親和性の高いn型電性高分子等が挙げられる。
上記結着用樹脂としては、例えば、ポリカーボネート、ポリエステル等が挙げられる。
上記溶剤としては、正孔注入材料を溶解又は分散できる溶剤であればよく、例えば、純水、メタノール、エタノール、THF、クロロホルム、キシレン、トリメチルベンゼン等が挙げられる。
上記電荷注入層の膜厚としては、通常では5Å〜1μmであり、好ましくは10nm〜200nmである。電荷注入層の膜厚が10nm未満であると、ピンホールが発生するおそれがあり、200nmを超えると、素子の抵抗が増加し、高い駆動電圧が必要となるおそれがある。
5.電荷輸送層
本実施形態で用いることができる電荷輸送層は、通常有機EL素子に使用できる電荷輸送材料を用いて成膜することにより形成することが可能であり、1層であってもよいし、多層構造であってもよく、特に限定されるものではない。電荷輸送層としては、正孔(ホール)輸送層、電子輸送層等が挙げられる。このような電荷輸送層は、少なくも電荷輸送材料をドライプロセスにより成膜することができる。
また電荷輸送層形成用塗液からウエットプロセスにより成膜してもよい。電荷輸送層形成用塗液は、少なくとも電荷輸送材料を含有した溶液であり、1種類又は多種類の輸送材料を含有していてもよく、他の高分子材料や結着用の樹脂、その他に、レベリング剤、添加剤(ドナー、アクセプター等)等が含有されていてもよい。
上記正孔輸送層を形成する正孔輸送材料としては、例えば、4, 4′−ビス(N−3−メチルフェニル−N−フェニルアミノ)ビフェニル、1, 3, 5−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)ベンゼン及びそれらの誘導体等が挙げられる。
上記電子輸送層を形成する電子輸送材料としては、例えば、3−(4−ビフェニル)−4−フェニル−5−(4−t−ブチルフェニル)1,2,4−トリアゾールに代表されるアゾール誘導体、1,3−ビス{[4−(4−ジフェニルアミノ)]フェニル−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル}ベンゼンに代表されるオキサジアゾール誘導体が挙げられる。
上記高分子材料としては、例えば、ポリカルバゾール、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)及びその誘導体、ポリ(2,5−チエニレンビニレン)及びその誘導体、ポリカーボネート、ポリシロキサン、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等のビニル系重合体、ポリエーテルスルホン等が挙げられる。
6.偏光板
本実施形態で用いることができる偏光板としては、通常用いられる直線偏向板と1/4λ板を組み合わせたものが好適である。これにより、コントラストを向上させることが可能である。
7.封止膜、封止基板
本実施形態で用いることができる封止膜又は封止基板としては特に限定されるものではなく、通常、有機EL素子において封止に用いられる材料、封止方法を用いることが可能であり、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスをガラス、金属等で封止する方法、更に、不活性ガス中に酸化バリウム等の吸湿剤等を混入する方法をとることができる。また、対向電極上に樹脂を直接スピンコート、又は、貼り合わせて封止膜としてもよい。これにより、外部からの酸素、水分が素子内に混入するのを防止することが可能となり、寿命の向上に有効である。
本実施形態の有機EL素子により有機EL表示装置(有機EL表示パネル)を形成することができる。この有機EL表示パネルの駆動方法としては、通常の有機EL表示パネルの駆動方法を用いることが可能であるが、特に限定されるものではない。例えば、パッシブマトリックス駆動でもアクティブマトリックス駆動でもよい。
また本実施形態の有機EL素子から発光光源としての各種照明装置を形成することができる。
発光光源としては、例えば、家庭用照明、車内照明、時計や液晶用のバックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられる。
このように、本実施形態の有機EL素子は、各種情報端末等の表示装置として、また各種照明装置として好適なものである。
(実施例1)
実施例1の有機ELデバイスは、25×25mm角のガラス基板上に、陽極としてITO電極が190nm成膜された上に、スピンコーターにより正孔注入材料(PEDOT−PSS)を用いて形成された正孔注入層、その上にスピンコーターにより正孔輸送材料(ポリフルオレン誘導体:バンドギャップ=2.0eV)を用いて形成された正孔輸送層(励起子クエンチング層、厚さ:20nm)、その上にスピンコーターにより高分子発光材料(緑色発光ポリフルオレン誘導体:バンドギャップ=2.6eV)を用いて形成された発光層(厚さ:80nm)、陰極としてカルシウム(膜厚10nm)、アルミニウム(膜厚300nm)が順次積層された構造を有している。
実施例1の有機ELデバイスにおける発光層のバンドギャップEg(EML)は2.6eV、であり、正孔輸送層のバンドギャップEg(HTL)は2.0eVである。
図1では、実施例1の有機ELデバイスにおけるバンドギャップに関するエネルギーダイヤグラムが概念的に示されている。図中の左方向の矢印は、励起エネルギーが正孔注入層に到達することが妨げられていることを概念的に示したものである。
従って、図1に示されるように、実施例1の有機ELデバイスは、本発明のバンドギャップの関係式|Eg(HTL)|<|Eg(EML)|を満足しており、緑色発光層で生成された励起エネルギー(励起子)が、ホール注入層へ移動する前に、正孔輸送層でクエンチング(補足され)されることで、発光層で生成された励起エネルギー(励起子)により、ホール注入層として用いられるPEDOT−PSSが分解することに伴う、高分子型有機EL素子の劣化の原因を防止でき、後述する励起子クエンチング層を有していない素子(比較例1)より寿命が向上している。
実施例1の有機ELデバイスは、本発明の正孔輸送層のバンドギャップエネルギー(Eg(HTL))と発光層のバンドギャップエネルギー(Eg(EML))との関係式|Eg(HTL)|<|Eg(EML)|を満足するとともに、正孔注入層のバンドギャップエネルギー(Eg(HIL))と発光層のバンドギャップエネルギー(Eg(EML))との関係式|Eg(HIL)|<|Eg(EML)|を満たすものであり、また正孔輸送層のバンドギャップエネルギー(Eg(HTL))が2.0eV以下であることも満たしていることから、R,G,Bそれぞれの画素の色に対する正孔輸送層を共通化することが可能である。
(比較例1)
比較例1の有機ELデバイスは、25×25mm角のガラス基板上に、陽極としてITO電極が190nm成膜された上に、スピンコーターにより正孔注入材料(PEDOT−PSS:バンドギャップ=1.6eV)を用いて形成された正孔注入層、その上にスピンコーターにより青色高分子発光材料(緑色発光ポリフルオレン誘導体:バンドギャップ=2.6eV)を用いて形成された発光層(厚さ:80nm)、陰極としてカルシウム(膜厚10nm)、アルミニウム(膜厚300nm)が順次積層された構造を有している。
図2では、比較例1の有機ELデバイスにおけるバンドギャップに関するエネルギーダイヤグラムが概念的に示されている。図中の左方向の矢印は、励起エネルギーが正孔注入層に到達してしまうことを概念的に示したものである。
(比較例2)
比較例2の有機ELデバイスは、25×25mm角のガラス基板上に、陽極としてITO電極が190nm成膜された上に、スピンコーターにより正孔注入材料(PEDOT−PSS)を用いて形成された正孔注入層、その上にスピンコーターによりバンドギャップの広い高分子材料(ポリフルオレン誘導体:バンドギャップ=2.9eV)を用いて形成された励起子ブロッキング層(厚さ:80nm)とし、緑色高分子発光材料(緑色発光ポリフルオレン誘導体:バンドギャップ=2.6eV)を用いて形成された発光層(厚さ:80nm)、陰極としてカルシウム(膜厚10nm)、アルミニウム(膜厚300nm)が順次積層された構造を有している。
図4には、実施例1の輝度半減寿命が比較例1及び2に比べて向上されることが示されている。また、図5には、比較例2と実施例1を比較して、比較例2では、広いバンドギャップを持つ材料を用いているため、電流が流れにくいことが示されている。一般に、バンドギャップが広い材料は、絶縁物に近くなるので、電流が流れにくくなる。
(実施例2)
実施例2の有機ELデバイスは、25×25mm角のガラス基板上に、陽極としてITO電極が190nm成膜された上に、スピンコーターにより正孔注入材料(PEDOT−PSS:電子親和力=3.3eV)を用いて形成された正孔注入層、その上にスピンコーターにより正孔輸送材料(銅フタロシアニン:電子親和力=3.1eV)を用いて形成された正孔輸送層(厚さ:20nm)、その上にスピンコーターにより高分子発光材料(青色発光ポリフルオレン誘導体:電子親和力=2.7eV)を用いて形成された発光層(厚さ:80nm)、陰極としてカルシウム(膜厚10nm)、アルミニウム(膜厚300nm)6が順次積層された構造を有している。
実施例2の有機ELデバイスは、正孔輸送層の電子親和力(Ea(HTL))と発光層の電子親和力(Ea(EML))との関係式|Ea(HTL)|<|Ea(EML)| を満足するとともに、正孔注入層の電子親和力(Ea(HIL))と発光層の電子親和力(Ea(EML))との関係式|Ea(HIL)|<|Ea(EML)| を満たすものである。
実施例1における本発明の高分子有機EL素子のエネルギーダイヤグラムを示す概念図である。正孔注入層、正孔輸送層及び発光層のバンドギャップが示されている。 比較例1における従来の高分子有機EL素子1のエネルギーダイヤグラムを示す概念図である。正孔注入層及び発光層のバンドギャップが示されている。 比較例2における従来の高分子有機EL素子2のエネルギーダイヤグラムを示す概念図である。正孔注入層、正孔輸送層及び発光層のバンドギャップが示されている。 実施形態における高分子有機EL素子(実施例1、比較例1及び2)の輝度半減寿命を示すグラフである。 実施形態における高分子有機EL素子(実施例1、比較例2)の電流密度−電圧特性を示すグラフである。

Claims (3)

  1. 陽極、正孔注入層、発光層及び陰極がこの順に積層された構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
    該有機エレクトロルミネッセンス素子は、正孔注入層と発光層との間に正孔輸送層を有するものであり、かつ、正孔輸送層のバンドギャップエネルギー(Eg(HTL))と発光層のバンドギャップエネルギー(Eg(EML))とが下記関係式(1)を満たし、かつ正孔注入層のバンドギャップエネルギー(Eg(HIL))と発光層のバンドギャップエネルギー(Eg(EML))とが下記関係式(2)を満たし、
    該正孔注入層の材料は、3,4−ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンサルフォネイトであり、
    該正孔輸送層を形成する正孔輸送材料は、ポリフルオレン誘導体であり、
    該発光層の材料は、発光ポリフルオレン誘導体である
    ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
    |Eg(HTL)|<|Eg(EML)| (1)
    |Eg(HIL)|<|Eg(EML)| (2)
  2. 請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
  3. 請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス照明装置。
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