JP5339329B2 - 画像表示システム - Google Patents
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Description
本発明は画像表示システムに関し、より詳細には有機エレクトロルミネセントダイオードを含む画像表示システムに関するものである。
有機エレクトロルミネセントダイオード（organic electroluminescent diode）は自己発光かつ高輝度で、視野角が広く、応答がより速く、製造プロセスが簡単であることから、工業的なディスプレイによく用いられている。近年、携帯電話、携帯情報端末（personal digital assistant）およびノートブックコンピュータなどの電子製品の発展と広範な応用に伴い、消費する電力がより低くかつ占めるスペースのより小さなフラットディスプレイデバイスに対する需要が高まっている。
しかしながら、従来の有機エレクトロルミネセントダイオードは、一般的に真性半導体材料に依存し、かつ非ドープ正孔注入層を有しており、同じタイプの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）と比べ、駆動電圧と消費電力が高い。有機エレクトロルミネセントダイオードの駆動電圧および消費電力を減らすため、非特許文献１にｐ−ｉ−ｎ構造を有するＯＬＥＤが記載されている。具体的に言うと、そのＯＬＥＤはｐ−ドープ正孔注入層を有する。
Stephen R. Forrestは、ｐ−ドーパントとしてのＦ４−ＴＣＮＱ（２，３，５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８−テトラシアノ−ｐ−キノジメタン(2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyano-p-quinodimethane)）、およびｐ−ドープ層のホストとしてのｍ−ＭＴＤＡＴＡ（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(4,4’,4 ”-tris(3-methylphenylphenylamino)-triphenylamine)）を用いて、電流密度１００ｃｄ／ｍ２で約２ボルトを超えない駆動電圧を達成するｐ−ｉ−ｎＯＬＥＤを開示している。Ｆ４−ＴＣＮＱは熱安定性が低く、蒸発時に分解し易いことから、ＯＬＥＤの信頼性および性能が落ちる。さらに、Ｆ４−ＴＣＮＱの蒸着温度は低いため、Ｆ４−ＴＣＮＱのドーパント量は制御し難い。
よって、広範な用途に対応するため、熱安定性およびオプトエレクトニクス特性が改善された新規な材料をｐ−ドーパントとして用いるｐ−ｉ−ｎＯＤＥＬを開発することが必要である。
Huangら、Low Voltage Organic Electroluminescent Devices Using pin Structures, Applied Physics Letters, Vol. 80, No. 1, pp 139-141 (2002)
Huangら、Low Voltage Organic Electroluminescent Devices Using pin Structures, Applied Physics Letters, Vol. 80, No. 1, pp 139-141 (2002)
画像表示システムを提供する。
システムの代表的な実施形態は、正孔注入層を有する有機エレクトロルミネセントダイオードを含む。その正孔注入層は下記の化学式で示される構造を有する化合物を含む。ここで、式中のＸは独立していると共にＯ、Ｎ−Ｒ 3 またはＳであり、かつ、Ｒ 3 は水素またはハロゲン原子である。
または
有機エレクトロルミネセントダイオードを含むシステムのもう一つの代表的な実施形態は、陽極、陽極上に形成されるエレクトロルミネセント層、およびエレクトロルミネセント層上に形成される陰極を含む。エレクトロルミネセント層は陽極上に直接形成されるｐ−ドープ正孔注入層を含む。ｐ−ドープ正孔注入層は、ｐ−ドーパントとして機能する上記の化学式で示される構造を有する化合物を含む。
本発明によれば、有機エレクトロルミネセントダイオードの信頼性および性能が改善された画像表示システムが提供される。
以下の記載は本発明を実施する上での最良の形態である。本記載は本発明の一般的な原理を説明する目的でなされたものであって、限定の意味に解されるべきものではない。本発明の範囲は添付された特許請求の範囲を参照することで最良に判断される。
図１は本発明の１実施形態による有機エレクトロルミネセントダイオード１００の断面である。有機エレクトロルミネセントダイオード１００は、例えばガラス、プラスティックまたはセラミックなどの絶縁材の基板１１０を含む。さらに、基板１１０は半導体基板、透明または任意で不透明体であってもよく、具体的には有機エレクトロルミネセントダイオード１００がボトムエミッションまたはデュアルエミッションの有機エレクトロルミネセントデバイスである場合には透明基板、有機エレクトロルミネセントダイオード１００がトップエミッションの有機エレクトロルミネセントデバイスである場合には不透明基板とすることができる。
例えば陽極電極１２０である第１の電極は、基板１１０上に形成され、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物(ＩＺＯ)、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、またはそれらの合金を含む透明電極、金属電極またはそれらの組み合わせとすることができ、例えばスパッタリング、電子ビーム蒸着、熱蒸着または化学蒸着などの方法で形成される。
図１に示すように、エレクトロルミネセント層１３０は陽極電極１２０上に形成され、エレクトロルミネセント層１３０は少なくともｐ−ドープ正孔注入層１３１および発光層１３２を含み、さらに、正孔輸送層１３３、電子輸送層１３４、および電子注入層１３５を含んでいてもよい。エレクトロルミネセント層１３０は、例えば小分子材料、ポリマー、または有機金属錯体などの有機半導体材料であり、熱真空蒸着（thermal vacuum evaporation）、スピンコーティング、ディップコーティング、ロールコーティング、インジェクション充填（injection-fill）、エンボス加工、スタンピング、物理蒸着、または化学蒸着によって形成することができる。発光層１３２は発光材料およびこの発光材料中にドープされたエレクトロルミネセントドーパントを含むものとでき、発光層中での電子・正孔再結合の下でエネルギー輸送やキャリヤー捕獲を行う。発光材料は蛍光性またはリン光性とすることができる。詳細には、ｐ−ドープ正孔注入層１３１は、ｐ−ドーパントおよびホストとしての正孔注入材料を有しており、このうちｐ−ドーパントは正孔注入材料中にドープされる。正孔注入層は、構造（化学式（Ｉ）、（ＩＩ）および（ＩＩＩ）で示される）を有するｐ−ドーパントとしての化合物を含む。
化学式(Ｉ)
化学式(ＩＩ)
少なくとも一方の隣接する２つのＲ１基が、それらの連結する炭素原子とつながって、４から２０の原子を有する飽和環系を形成し、残りのＲ１およびＲ２は同じまたは異なっており、水素またはハロゲン原子を含む。さらに、飽和環系はベンゼン基（benzenic group）、テニル基（thenyl group）、ピロール基（pyrrol group）、フラン基（furan group）、含硫環状基（sulfur-containing cyclic group）、およびジチイン環（dithiin ring）からなるグループより選ばれたものとすることができる。任意で、飽和環系の炭素原子と結合している水素原子の少なくとも１つをハロゲン原子で置換することができる。
少なくとも一方の隣接する２つのＲ１基が、それらの連結する炭素原子とつながって、４から２０の原子を有する飽和環系を形成し、残りのＲ１およびＲ２は同じまたは異なっており、水素またはハロゲン原子を含む。さらに、飽和環系はベンゼン基（benzenic group）、テニル基（thenyl group）、ピロール基（pyrrol group）、フラン基（furan group）、含硫環状基（sulfur-containing cyclic group）、およびジチイン環（dithiin ring）からなるグループより選ばれたものとすることができる。任意で、飽和環系の炭素原子と結合している水素原子の少なくとも１つをハロゲン原子で置換することができる。
さらに、化学式（Ｉ）で示される構造を有する化合物は、例えば、
または
などのシアノ置換誘導体とすることができ、このうち、Ｘは独立していると共にＯ、Ｎ−Ｒ３またはＳであってよく、かつＲ２およびＲ３は水素またはハロゲン原子である。さらに、化学式(Ｉ)で示される構造を有する化合物は、例えば、
または
などのシアノ置換誘導体とすることもでき、このうち、Ｘは独立していると共にＯ、Ｎ−Ｒ３またはＳであってよく、かつＲ２およびＲ３は水素またはハロゲン原子である。
陰極としての第２の電極１４０はエレクトロルミネセント層１３０（例えば電子注入層１３５）上に形成される。第２の電極１４０（陰極）は、（電子注入層１３５を介し）エレクトロルミネセント層１３０に電子を注入することができ、例えばＣａ、Ａｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｌｉ、またはそれらの合金などの低仕事関数材料であり、スパッタリング、電子ビーム蒸着、熱蒸着、または化学蒸着などにより形成される。
多数の修正や変更は当業者には明白なはずであるので、以下の実施例はその範囲を限定することなく本発明をより充分に説明することを意図している。
ｐ−ドーパントの合成
実施例１
化合物（Ａ）
の合成
最初に、０．６３５ｇの４，８−ビス(ジシアノメチレン)−４，８−ジヒドロベンゾ[１，２−ｂ：４，５−ｂ’]ジチチオフェン−４，８−ジオン、３．８ｇのマロノニトリル（malononitrile）、および１０ｍｌのピリジンを瓶に入れ、２００ｍｌのクロロホルムに溶かした。瓶に０．８ｍｌのＴｉＣｌ４を加えてから、その混合物を加熱し、攪拌しながら５時間還流した。冷却後、得られた混合物に対し抽出を行い、つまり、ろ過、抽出、濃縮および乾燥を行って、融点３３２℃の赤色有機化合物（Ａ）を得た。
実施例１
化合物（Ａ）
最初に、０．６３５ｇの４，８−ビス(ジシアノメチレン)−４，８−ジヒドロベンゾ[１，２−ｂ：４，５−ｂ’]ジチチオフェン−４，８−ジオン、３．８ｇのマロノニトリル（malononitrile）、および１０ｍｌのピリジンを瓶に入れ、２００ｍｌのクロロホルムに溶かした。瓶に０．８ｍｌのＴｉＣｌ４を加えてから、その混合物を加熱し、攪拌しながら５時間還流した。冷却後、得られた混合物に対し抽出を行い、つまり、ろ過、抽出、濃縮および乾燥を行って、融点３３２℃の赤色有機化合物（Ａ）を得た。
有機エレクトロルミネセントダイオードの作製
比較例１
厚さ１００ｎｍのインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）フィルムを備えたガラス基板を準備し、超音波攪拌により清浄剤、アセトンおよびイソプロパノールで洗浄した。窒素を吹き付けて乾燥した後、そのＩＴＯフィルムをＵＶ／オゾン処理した。次に、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層およびアルミニウム電極を１０−５ＰａでＩＴＯフィルム上に順次形成し、封止後、有機エレクトロルミネセントダイオード（１）を得た。明確とするために、この例により形成された材料および層について以下に説明する。
比較例１
厚さ１００ｎｍのインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）フィルムを備えたガラス基板を準備し、超音波攪拌により清浄剤、アセトンおよびイソプロパノールで洗浄した。窒素を吹き付けて乾燥した後、そのＩＴＯフィルムをＵＶ／オゾン処理した。次に、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層およびアルミニウム電極を１０−５ＰａでＩＴＯフィルム上に順次形成し、封止後、有機エレクトロルミネセントダイオード（１）を得た。明確とするために、この例により形成された材料および層について以下に説明する。
正孔注入層は厚さが１５００ｎｍで、ＨＩ４０６（出光Ｃｏ.,Ｌｔｄ.より製造および販売）から成る。正孔輸送層は厚さが２０ｎｍで、ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’−ジ−１−ナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１,１’−ビフェニル−１,１’−ビフェニル−４,４’−ジアミン(N,N'-di-1-naphthyl-N,N'-diphenyl-1,1'-biphenyl-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine））から成る。発光層は厚さが３１ｎｍで、ＢＤ１０２（出光Ｃｏ.,Ｌｔｄ.より製造および販売）でドープしたＢＨ１２０（出光Ｃｏ.,Ｌｔｄ.より製造および販売）（ＢＨ１２０／ＢＤ１０２＝１００Å／３．５Å）と、ＲＤ０１（出光Ｃｏ.,Ｌｔｄ.より製造および販売）でドープしたＢＨ１２０（ＢＨ１２０／ＲＤ０１＝２００Å／７Å）と、から成る。電子輸送層は厚さが１３ｎｍで、（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）から成る。電子注入層は厚さが１ｎｍで、ＬｉＦから成る。アルミニウム電極の厚さは１５０ｎｍである。
比較例１に記載した有機エレクトロルミネセントダイオード（１）の光学特性をＰＲ６５０（Ｐｈｏｔｏ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃ.より購入）およびＭｉｎｏｌｔａ ＬＳ１１０により測定した。その測定結果が表１および図２に示されている。
比較例２
厚さ１００ｎｍのインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）フィルムを備えたガラス基板を準備し、超音波攪拌により清浄剤、アセトンおよびイソプロパノールで洗浄した。窒素を吹き付けて乾燥した後、そのＩＴＯフィルムをＵＶ／オゾン処理した。次に、ｐ−ドープ正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、およびアルミニウム電極を１０−５ＰａでＩＴＯフィルム上に順次形成し、封止後、有機エレクトロルミネセントダイオード(２)を得た。明確とするために、この例により形成された材料および層について以下に説明する。
厚さ１００ｎｍのインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）フィルムを備えたガラス基板を準備し、超音波攪拌により清浄剤、アセトンおよびイソプロパノールで洗浄した。窒素を吹き付けて乾燥した後、そのＩＴＯフィルムをＵＶ／オゾン処理した。次に、ｐ−ドープ正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、およびアルミニウム電極を１０−５ＰａでＩＴＯフィルム上に順次形成し、封止後、有機エレクトロルミネセントダイオード(２)を得た。明確とするために、この例により形成された材料および層について以下に説明する。
ｐ−ドープ正孔注入層は厚さが１５００ｎｍで、ドーパントとしてのＦ４−ＴＣＮＱと、正孔注入材料ホストとしてのＨＩ４０６と、から成り、このうちＦ４−ＴＣＱＮとＨＩ４０６の重量比は１００：２．５である。正孔輸送層は厚さが２０ｎｍで、ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’−ジ−１−ナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１,１’−ビフェニル−１,１’−ビフェニル−４,４’−ジアミン）から成る。発光層は厚さが３１ｎｍで、ＢＤ１０２（出光Ｃｏ.,Ｌｔｄ.より製造および販売）でドープしたＢＨ１２０（出光Ｃｏ.,Ｌｔｄ.より製造および販売）（ＢＨ１２０／ＢＤ１０２＝１００Å／３．５Å）と、ＲＤ０１（出光Ｃｏ.,Ｌｔｄ.より製造および販売）でドープしたＢＨ１２０（ＢＨ１２０／ＲＤ０１＝２００Å／７Å）と、から成る。電子輸送層は厚さが１３ｎｍで、（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）から成る。電子注入層は厚さが１ｎｍで、ＬｉＦから成る。アルミニウム電極の厚さは１５０ｎｍである。
比較例２に記載した有機エレクトロルミネセントダイオード（２）の光学特性をＰＲ６５０（Ｐｈｏｔｏ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃ.より購入）およびＭｉｎｏｌｔａ ＬＳ１１０により測定した。その測定結果が表１および図２に示されている。
実施例２
厚さ１００ｎｍのインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）フィルムを備えたガラス基板を準備し、超音波攪拌により清浄剤、アセトンおよびイソプロパノールで洗浄した。窒素を吹き付けて乾燥した後、そのＩＴＯフィルムをＵＶ／オゾン処理した。次に、ｐ−ドープ正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、およびアルミニウム電極を１０−５ＰａでＩＴＯフィルム上に順次形成し、封止後、有機エレクトロルミネセントダイオード(３)を得た。明確とするために、この例により形成された材料および層について以下に説明する。
厚さ１００ｎｍのインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）フィルムを備えたガラス基板を準備し、超音波攪拌により清浄剤、アセトンおよびイソプロパノールで洗浄した。窒素を吹き付けて乾燥した後、そのＩＴＯフィルムをＵＶ／オゾン処理した。次に、ｐ−ドープ正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、およびアルミニウム電極を１０−５ＰａでＩＴＯフィルム上に順次形成し、封止後、有機エレクトロルミネセントダイオード(３)を得た。明確とするために、この例により形成された材料および層について以下に説明する。
ｐ−ドープ正孔注入層は厚さが１５００ｎｍで、ドーパントとしての有機化合物（Ａ）（実施例１にて合成）と、正孔注入材料ホストとしてのＨＩ４０６（出光）と、から成り、このうち有機化合物（Ａ）の重量比率は４％である。正孔輸送層は厚さが２０ｎｍで、ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’−ジ−１−ナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１,１’−ビフェニル−１,１’−ビフェニル−４,４’−ジアミン）から成る。発光層は厚さが３１ｎｍで、ＢＨ１２０：ＢＤ１０２（１００：３．５Å）／ＢＨ１２０：ＲＤ０１（２００：７．５Å）から成る。電子輸送層は厚さが１３ｎｍで、（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）から成る。電子注入層は厚さが１ｎｍで、ＬｉＦから成る。アルミニウム電極の厚さは１５０ｎｍである。
比較例２に記載した有機エレクトロルミネセントダイオード（３）の光学特性をＰＲ６５０（Ｐｈｏｔｏ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃ.より購入）およびＭｉｎｏｌｔａ ＬＳ１１０により測定した。その測定結果が表１および図２に示されている。
図２は有機エレクトロルミネセントダイオード（１〜３）の輝度に対し動作電圧をプロットしたグラフを表している。図２と表１を参照すると、有機エレクトロルミネセントダイオード（３）（実施例２）の駆動電圧は有機エレクトロルミネセントダイオード（２）（比較例２）よりも低くなっている。
特定のドーパント、例えば本発明の１実施形態における正孔注入層の上記化合物（Ａ）は、高い熱安定性および高い蒸着温度（１７０℃を超える）を示すことから、該特定のドーパントを用いた有機エレクトロルミネセントダイオードの信頼性および性能が改善される。さらに、該特定のドーパントの高い蒸着温度のために、そのドーピング量の制御が容易になる。
図３は画像表示システムのもう１つの実施形態を示しており、この場合、ディスプレイパネル２００または電子デバイス４００として実施される。上述の有機エレクトロルミネセントダイオードは、ＯＬＥＤパネルであり得るディスプレイパネルに組み込むことができる。図３に示すように、ディスプレイパネル２００は、例えば図１に示した有機エレクトロルミネセントダイオード１００である有機エレクトロルミネセントダイオードを含む。このディスプレイパネル２００は、種々の電子デバイス（この場合、電子デバイス４００）の一部を構成することができる。一般に、電子デバイス４００はディスプレイパネル２００および入力装置３００を含み得る。さらに、入力装置３００はディスプレイパネル２００に動作可能に接続し、入力信号（例えば、画像信号）をディスプレイパネル２００へ供給して画像を生成させる。電子デバイス４００は例えば、携帯電話、デジタルカメラ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノートブックコンピュータ、デスクトップコンピュータ、テレビジョン、自動車用ディスプレイ(car display)、またはポータブルＤＶＤプレーヤーであっても良い。
本発明を実施例により、および好ましい実施形態の点から記載したが、本発明は開示した実施形態に限定はされないと解されるべきである。それとは反対に、（当業者に明らかであるような）各種変更および類似のアレンジをカバーすることが意図されている。故に、添付の特許請求の範囲は、かかる各種変更および類似のアレンジが全て包含されるように、最も広い意味に解釈されるべきである。
１００ 有機エレクトロルミネセントダイオード
１１０ 基板
１２０ 陽極電極
１３０ エレクトロルミネセント層
１３１ ｐ−ドープ正孔注入層
１３２ 発光層
１３３ 正孔輸送層
１３４ 電子輸送層
１３５ 電子注入層
１４０ 第２の電極（例えば陰極）
２００ ディスプレイパネル
３００ 入力装置
４００ 電子デバイス
１１０ 基板
１２０ 陽極電極
１３０ エレクトロルミネセント層
１３１ ｐ−ドープ正孔注入層
１３２ 発光層
１３３ 正孔輸送層
１３４ 電子輸送層
１３５ 電子注入層
１４０ 第２の電極（例えば陰極）
２００ ディスプレイパネル
３００ 入力装置
４００ 電子デバイス
Claims (5)
- 正孔注入層を有する有機エレクトロルミネセントダイオードを含む画像表示システムであって、前記正孔注入層が、下記の化学式を有する化合物を含む、システム。
ここで、式中のＸは独立していると共にＯ、Ｎ−Ｒ 3 またはＳであり、かつ、Ｒ 3 は水素またはハロゲン原子である。
- 前記化合物が前記正孔注入層のｐ−ドーパントとなる請求項１記載のシステム。
- ディスプレイパネルをさらに含み、前記有機エレクトロルミネセントダイオードが、前記ディスプレイパネルの一部を構成する請求項１記載のシステム。
- 電子デバイスをさらに含み、前記電子デバイスが
前記ディスプレイパネルと、
前記ディスプレイパネルに接続されると共に、前記ディスプレイパネルへ入力を供給して前記ディスプレイパネルに画像を表示させるように動作する入力装置と、を含む請求項３記載のシステム。 - 前記電子デバイスが携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ（携帯情報端末）、ノートブックコンピュータ、デスクトップコンピュータ、テレビジョン、自動車用ディスプレイ（car display）またはポータブルＤＶＤプレイヤーである請求項４記載のシステム。
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