JP5300300B2 - 有機発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、有機発光素子に係り、さらに詳細には、急激な輝度低下を防止して安定した画質特性を確保することができる有機発光素子に関する。

近来、ディスプレイ装置は、携帯の可能な薄型の平板表示装置に代替されていく趨勢である。平板ディスプレイ装置のなかでも、電界発光表示装置は、自発光型ディスプレイ装置であって、視野角が広くてコントラストにすぐれるのみではなく、応答速度が速いという長所を有しており、次世代ディスプレイ装置として注目されている。また、発光層の形成物質が有機物によって構成される有機発光素子は、無機発光素子に比べ、輝度、駆動電圧及び応答速度特性にすぐれ、多色化が可能であるという点を有している。

一方、有機発光素子は、発光時間によって発光素子が劣化され、その結果として、有機発光素子の光効率が低下する。

しかも、高温で作動するときには、有機発光素子自体が劣化されやすい。また、有機発光表示装置の使用初期にも、かかる有機発光素子の劣化が大きく、長期間の安定した画質特性確保に問題になっている。ＡＭ ＯＬＥＤ素子で、約８５℃で緑色の輝度または効率が急激に低下し、緑色輝度低下によるホワイト色変化及び緑色効率低下によるホワイト効率低下が現れるようになる。

本発明は、高温での使用時に急激な輝度低下を防止し、安定した画質特性を確保することができる有機発光素子を提供するところにその目的がある。

前記のような目的を達成するために、本発明は、アノード電極と、前記アノード電極と対向するカソード電極と、前記アノード電極とカソード電極との間に介在された有機発光層と、前記有機発光層と前記カソード電極との間に介在されたアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物を含有する電子輸送層と、前記有機発光層と前記電子輸送層との間に介在されたバッファ層とを備える有機発光素子を提供する。

前記電子輸送層は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｙｂ及びＣｓからなる群から選択された少なくとも一つ、またはその化合物を含むことができる。

前記電子輸送層は、セシウムキノレート（ｃｅｓｉｕｍ ｑｕｉｎｏｌａｔｅ）、カリウムキノレート（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｑｕｉｎｏｌａｔｅ）、ルビジウムキノレート（ｒｕｂｉｄｉｕｍ ｑｕｉｎｏｌａｔｅ）、ＣａＦ、ＢａＦ_２、ＬｉＦ、ＮａＣｌ、ＣｓＦ、Ｌｉ_２Ｏ及びＢａＯからなる群から選択された少なくとも一つを含むことができる。

前記電子輸送層と前記カソード電極との間に電子注入層が介在されうる。

前記有機発光層と前記アノード電極との間に介在された正孔注入層及び正孔輸送層をさらに備えることができる。

前記有機発光層は、赤色、緑色、及び青色の有機発光層を含み、前記バッファ層は、少なくとも１つの色相の有機発光層と電子輸送層との間に介在されうる。

前記バッファ層は、前記緑色有機発光層と電子輸送層との間にのみ介在されうる。

前記バッファ層は、Ａｌｑ３、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル（ＣＢＰ）、ジスチリルアリーレン（ＤＳＡ）、ＤＰＢ、ＢＡｌｑ及び下記化学式１のアントラセン誘導体化合物からなる群から選択された少なくとも一つを含むことができる：

前記化学式１で、−Ｒ_１及びＲ_２はそれぞれ独立に、水素原子、Ｃ_１−Ｃ_３０の置換または非置換のアルキル基、Ｃ_１−Ｃ_３０の置換または非置換のアルコキシ基、Ｃ_６−Ｃ_３０の置換または非置換のアリール基、Ｃ_６−Ｃ_３０の置換または非置換のアリールオキシ基、Ｃ_４−Ｃ_３０の置換または非置換のヘテロアリール基、またはＣ_６−Ｃ_３０の置換または非置換の縮合多環基、ヒドロキシ基、ハロゲン、シアノ基、または置換または非置換のアミノ基である。

本発明によって、高温での使用時にも急激な輝度低下を防止し、安定した画質特性を確保することができる有機発光素子を提供することが可能である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施例について詳細に説明すれば、次の通りである。

図１は、本発明の一実施例に関する有機発光素子を図示した断面図である。本発明の一実施例に関する有機発光素子は、基板１上に互いに対向されたアノード電極２及びカソード電極３を具備し、それら間に介在された有機発光層４２を備える有機膜４を有することができる。

基板１は、ＳｉＯ_２を主成分とする透明なガラス材質からなりうる。基板１は、必ずしもガラス材質に限定されるものではなく、プラスチック材により形成することもあり、金属ホイル（ｆｏｉｌ）なども適用が可能である。

基板１の方向に画像が具現される背面発光型（ｂｏｔｔｏｍ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｙｐｅ）である場合、アノード電極２は透明電極になり、カソード電極３は反射電極になりうる。アノード電極２は、仕事関数の大きいＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、またはＩｎ_２Ｏ_３などにより形成し、カソード電極３は、仕事関数の小さな金属、すなわちＡｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｃａなどにより形成できる。

カソード電極３の方向に画像を具現する前面発光型（ｔｏｐ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｙｐｅ）である場合、アノード電極２は反射電極であってよく、カソード電極３は透明電極であってよい。このとき、アノード電極２になる反射電極は、Ａｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｃａ及びそれらの化合物で反射膜を形成した後、その上に仕事関数の高いＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、またはＩｎ_２Ｏ_３などを形成してなされうる。そして、カソード電極３になる透明電極は、仕事関数の小さな金属、すなわちＡｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｃａ及びそれらの化合物を蒸着した後、その上にＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、またはＩｎ_２Ｏ_３のような透明導電物質で、補助電極層やバス電極ラインを形成できる。

両面発光型の場合、アノード電極２とカソード電極３とをいずれも透明電極で形成できる。

アノード電極２とカソード電極３との間に、有機膜４が介在する。有機膜４は、可視光線を発する有機発光層４２及びアルカリ金属またはアルカリ土類金属化合物を含有する電子輸送層４４を含む。そして、電子輸送層４４とカソード電極３の間には、電子注入層４５が介在される。

アノード電極２とカソード電極３の間に介在された有機発光層４２は、アノード電極２とカソード電極３との電気的駆動により発光する。有機発光層４２は、低分子または高分子の有機物を使用できる。有機発光層４２とアノード電極２との間には、正孔注入輸送層４１が介在されうるが、これは、正孔注入層及び正孔輸送層が積層されているものでありうる。それ以外にも、電子遮断層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｌａｙｅｒ）のように、必要によって多様な層が積層されうる。

正孔注入層は、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法などにより形成できる。正孔注入層は、多様な有機物質を利用して形成が可能である。銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）またはスターバースト（Ｓｔａｒｂｕｒｓｔ）型アミン類であるＴＣＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ、ＩＤＥ４０６（出光社の材料）、ポリアニリン／ドデシルベンゼンスルホン酸（Ｐａｎｉ／ＤＢＳＡ）またはポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（４−スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）などが含まれるが、それらに限定されるものではない。

正孔輸送層も正孔注入層と同様に、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法などにより形成が可能である。正孔輸送層は、多様な有機物質により形成が可能である。１，３，５−トリカルバゾリルベンゼン、４，４’−ビスカルバゾリルビフェニル、ポリビニルカルバゾール、ｍ−ビスカルバゾリルフェニル、４，４’−ビスカルバゾリル−２，２’−ジメチルビフェニル、４，４’，４”−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン、１，３，５−トリ（２−カルバゾリルフェニル）ベンゼン、１，３，５−トリス（２−カルバゾリル−５−メトシキフェニル）ベンゼン、ビス（４−カルバゾリルフェニル）シラン、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１−ビフェニル］−４，４’ジアミン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（１−ナフチル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＮＰＢ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−ｃｏ−Ｎ−（４−ブチルフェニル）ジフェニルアミン）（ＴＦＢ）またはポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−ｃｏ−ビス−Ｎ，Ｎ’−（４−ブチルフェニル）−ビス−Ｎ，Ｎ’−フェニル−１，４−フェニレンジアミン（ＰＦＢ）などが含まれるが、それらに限定されるものではない。

有機発光層４２は、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法などにより、有機発光層４２を形成する。使用可能な有機材料も、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、Ｎ，Ｎ−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、トリス−８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）などを始めとして多様に適用可能である。

電子輸送層４４も、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法などにより形成が可能である。電子輸送層４４は、アルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物を含有するように形成する。従って、電子輸送層４４に含まれているアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｃｓのようなアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含むことができるが、例えば、セシウムキノレート（ｃｅｓｉｕｍ ｑｕｉｎｏｌａｔｅ）、カリウムキノレート（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｑｕｉｎｏｌａｔｅ）、ルビジウムキノレート（ｒｕｂｉｄｉｕｍ ｑｕｉｎｏｌａｔｅ）、ＣａＦ、ＢａＦ_２、ＬｉＦ、ＮａＣｌ、ＣｓＦ、Ｌｉ_２ＯまたはＢａＯであってよい。電子輸送層４４にアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物が含まれる場合、有機発光素子の効率を大きく上昇させ、駆動電圧を下げて消費電力を改善できる。この電子輸送層４４に含まれるアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物は、５ないし９５重量％含まれることが望ましい。

電子輸送層４４を形成するとき、共蒸着またはドーピングなどの方法でアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物を含有させる。電子輸送層４４がアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物を含むようになり、カソード電極３から有機発光層４２側に電子をさらに良好に流入させる。結果的に、有機発光素子の効率を向上させ、駆動電圧を下げて消費電力を減少させる。

電子輸送層４４上部に電子注入層４５を形成する。真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法などにより形成可能でＢａＦ_２、ＬｉＦ、ＮａＣｌ、ＣｓＦ、Ｌｉ_２Ｏ、ＢａＯ、Ｌｉｑなどの物質を利用し形成できるが、これに限定されるものではない。

前記有機膜４は、高分子有機物により形成されることもある。高分子有機膜の場合には、有機発光層４２を中心に、アノード電極２側に、ポリエチレンジヒドロキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ：ｐｏｌｙ−（２，４）−ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｄｉｈｙｄｒｏｘｙ ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）や、ポリアニリン（ＰＡＮＩ：ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）などを使用して正孔輸送層が形成されうる。このとき、インクジェット・プリンティングやスピン・コーティングの方法で正孔輸送層を、アノード電極２の上部に形成する。高分子有機発光層４２は、ＰＰＶ、可溶性ＰＰＶ、シアノ−ＰＰＶ、ポリフルオレンなどを使用でき、インクジェット・プリンティングやスピン・コーティングまたはレーザを利用した熱転写方式のような通常の方法でカラーパターンを形成できる。

本発明は、前記電子輸送層４４と有機発光層４２との間にバッファ層４３をさらに介在させる。前記バッファ層４３は、Ａｌｑ３、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル（ＣＢＰ）、ジスチリルアリーレン（ＤＳＡ）、ＤＰＢ、ＢＡｌｑ、または下記化学式１のようなアントラセン誘導体化合物で備わりうる：

前記化学式１で、−Ｒ_１及びＲ_２はそれぞれ独立に、水素原子、Ｃ_１−Ｃ_３０の置換または非置換のアルキル基、Ｃ_１−Ｃ_３０の置換または非置換のアルコキシ基、Ｃ_６−Ｃ_３０の置換または非置換のアリール基、Ｃ_６−Ｃ_３０の置換または非置換のアリールオキシ基、Ｃ_４−Ｃ_３０の置換または非置換のヘテロアリール基、またはＣ_６−Ｃ_３０の置換または非置換の縮合多環基、ヒドロキシ基、ハロゲン、シアノ基、または置換または非置換のアミノ基である。

本発明によれば、該バッファ層４３の適用によって、高温保管信頼性を向上させることができる。

前述のように、電子輸送層４４に含まれたアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物内のアルカリ金属またはアルカリ土類金属は、高温でアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物から分離され、有機発光層４２に移動しうる。かかる場合、有機発光層４２で励起子消光（ｅｘｃｉｔｏｎ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）が起きて効率が低下しうる。従って、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の含まれた電子輸送層４４と有機発光層４２との間にバッファ層４３を挿入する場合、上記のようなアルカリ金属またはアルカリ土類金属の移動から有機発光層４２を隔離させることができ、効率低下を防止することができる。従って、有機発光素子の高温保管信頼性を向上させることができる。

かかるバッファ層４３は、１０〜５００Åの厚さに形成できる。１０Åより薄い場合には、前記のような高温信頼性に対する効果を得難く、５００Åより厚い場合には、効率を落としてしまう。

前記のようなバッファ層４３は、画素の色相別に独立的に蒸着可能である。従って、各画素別に、高温保管時に輝度または効率が低下する画素に前記バッファ層を形成できる。

図２は、そのうちの一例を図示したものであり、高温保管時に輝度または効率低下が特に問題になる緑色画素（Ｇ）にのみバッファ層４３を具備した構造を示す。図２から分かるように、高温保管時に特に問題になる緑色画素（Ｇ）にのみバッファ層４３を適用しても、緑色の輝度または効率が急激に低下することを防止し、ホワイト色変化及びホワイト効率低下の問題を防止できるのである。

図３は、高温保管時間による緑色画素の効率変化比を図示したものである。

図３で、試験例１ないし試験例３は、本発明による構造を採択したものであり、正孔注入層を７５０Åに、正孔輸送層を１５０Å、緑色発光層を３００Å、バッファ層を５０Å、アルカリ金属化合物が５０％含まれた電子輸送層を１００Å、電子注入層を１０Åの厚さに形成した素子を三つ作って試験したものである。

比較例１−１ないし比較例１−３は、上記の試験例１ないし３と同じ条件で、バッファ層を具備していない素子を三つ作って試験したものであり、比較例２−１ないし比較例２−３は、比較例１−１ないし比較例１−３と同じ条件で、電子輸送層がアルカリ金属化合物を２３％含んだ場合の素子を三つ作って試験したものである。

図３から、本発明のようにバッファ構造を採用した場合には、約８５℃の高温で保管される場合にも、その効率低下がバッファ層を採用していない場合に比べて大きくないということが分かる。

従って、高温信頼性を向上させることが可能となり、高温で有機発光表示装置を使用しても輝度が急激に低下することを防止し、画質の安定性を確保することができる。

図面に図示された実施例を参考に説明したが、それらは、例示的なものに過ぎず、本技術分野の当業者ならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点を理解することができるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によってのみ決まるのである。

本発明の有機発光素子は、例えば、ディスプレイ関連の技術分野に効果的に適用可能である。

本発明の一実施例に関する有機発光素子を図示した断面図である。 本発明の他の一実施例に関する有機発光素子を図示した断面図である。 本発明の効果を示すグラフである。

符号の説明

１ 基板
２ アノード電極
３ カソード電極
４ 有機膜
４１ 正孔注入輸送層
４２ 有機発光層
４３ バッファ層
４４ 電子輸送層
４５ 電子注入層

Claims (4)

1. アノード電極と、
   前記アノード電極と対向するカソード電極と、
   前記アノード電極とカソード電極との間に介在された有機発光層と、
   前記有機発光層と前記カソード電極との間に介在されたアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物を含有する電子輸送層と、
   前記有機発光層と前記電子輸送層との間に選択的に介在されたバッファ層とをそれぞれ備えた赤色、青色、緑色の有機発光素子であって、
   前記電子輸送層は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｙｂ及びＣｓからなる群から選択された少なくとも一つ、またはその化合物を含み、
   前記バッファ層は、Ａｌｑ３、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル、ジスチリルアリーレン、ＤＰＢ、ＢＡｌｑ及び化学式１のアントラセン誘導体化合物からなる群から選択された少なくとも一つを含み、さらに、前記バッファ層は、緑色の前記有機発光層と電子輸送層との間にのみ介在され、かつ赤色及び青色の前記有機発光層上には形成されず、
   緑色の前記有機発光層として、Ｎ，Ｎ−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、トリス−８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）といった有機材料が使用されることを特徴とする有機発光素子。
   

   

   前記化学式１で、−Ｒ_１及びＲ_２はそれぞれ独立的に、水素原子、Ｃ_１−Ｃ_３０の置換または非置換のアルキル基、Ｃ_１−Ｃ_３０の置換または非置換のアルコキシ基、Ｃ_６−Ｃ_３０の置換または非置換のアリール基、Ｃ_６−Ｃ_３０の置換または非置換のアリールオキシ基、Ｃ_４−Ｃ_３０の置換または非置換のヘテロアリール基、またはＣ_６−Ｃ_３０の置換または非置換の縮合多環基、ヒドロキシ基、ハロゲン、シアノ基、または置換または非置換のアミノ基である。
2. 前記電子輸送層は、セシウムキノレート、カリウムキノレート、ルビジウムキノレート、ＣａＦ、ＢａＦ_２、ＬｉＦ、ＮａＣｌ、ＣｓＦ、Ｌｉ_２Ｏ及びＢａＯからなる群から選択された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
3. 前記電子輸送層と前記カソード電極との間に電子注入層が介在されたことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
4. 前記有機発光層と前記アノード電極との間に介在された正孔注入層及び正孔輸送層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。

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