JP6111468B2 - 有機発光素子、有機発光表示パネルおよび有機発光表示装置 - Google Patents
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Description
有機発光パネルにおいて、良好な画質で画像表示をするために、特に青色の有機発光素子においては、色度が良好で且つ光取り出し効率が高い青色光を得ることが望まれている。従って、上記のように共振器構造を採用した青色の有機発光素子においても、色度が良好な青色光の取り出し効率をさらに向上させることが望まれている。
本開示の一態様にかかる有機発光素子は、入射された光を反射する第1電極と、第1電極に対向して配置され、入射された光を透過する第2電極と、第1電極と前記第2電極との間に配置され、少なくとも青色光を出射する有機発光層と、第1電極と有機発光層との間に配置され、1または2以上の層からなる第1機能層と、有機発光層と第2電極との間に配置され、1または2以上の層からなる第2機能層と、を備えている。
X3=Rxcosθcosφ−Rysinθsinφ+X0
Y3=Rxcosθsinφ+Rysinθcosφ+Y0
ただし、θは、0≦θ≦2πの範囲で変化する変数パラメータ,
Xo=91.4Yo=10.7, Rx=5.6, Ry=9.6,φ=0
(2)第1機能層の光学膜厚を272nm以上286nm以下に設定する。この光学膜厚は後述する1.5cavに相当する膜厚であり、色度が良好な青色光を、高い取り出し効率で取り出すことができる。
X3=Rxcosθcosφ−Rysinθsinφ+X0
Y3=Rxcosθsinφ+Rysinθcosφ+Y0
ただし、0≦θ≦2π, X0=91.3、Y0=11.9、Rx=5.3、Ry=4.4、φ=0(rad)
(3)第1機能層の光学膜厚を17nm以上33nm以下に設定する。この光学膜厚も後述する0.5cavに相当する膜厚であり、色度が良好な青色光を、高い取り出し効率で取り出すことができる。
X3=Rxcosθcosφ−Rysinθsinφ+Xo
Y3=Rxcosθsinφ+Rysinθcosφ+Yo
ただし、0≦θ≦2π, Xo=50、Yo=15、Rx=15、Ry=5、φ=−9.7(rad)
上記各態様の有機発光素子において、金属層の膜厚は10nm以上であることが、シート抵抗値を低くする上で好ましい。
実施の形態1ではトップエミッション構造の有機表示パネルに関して説明する。
図1は、実施の形態1に係る有機表示パネルの画素構造を模式的に示す断面図である。
<基板>
基板1は、例えば、TFT(Thin Film Transistor)基板である。
バンク12は、絶縁性材料により形成されていれば良く、有機溶剤耐性を有していてもよい。また、バンク12はエッチング処理、ベーク処理などされることがあるので、それらの処理に対する耐性の高い材料で形成されても良い。バンク12の材料は、樹脂などの有機材料であっても、ガラスなどの無機材料であっても良い。有機材料として、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ノボラック型フェノール樹脂などを使用することができ、無機材料として、シリコンオキサイド(SiO2)、シリコンナイトライド(Si3N4)などを使用することができる。
反射陽極2は、基板1に配されたTFTに電気的に接続されており、発光素子の正極として機能すると共に、有機発光層6b,6g,6rから反射陽極2に向けて出射された光を反射する機能を有する。反射機能は、反射陽極2の構成材料により発揮されるものでもよいし、反射陽極2の表面部分に反射コーティングを施すことにより発揮されるものでもよい。反射陽極2は、例えば、Al(アルミニウム)、Ag(銀)、APC(銀、パラジウム、銅の合金)、ARA(銀、ルビジウム、金の合金)、MoCr(モリブデンとクロムの合金)、NiCr(ニッケルとクロムの合金)等で形成されている。
透明導電層3は、製造過程において反射陽極2が自然酸化するのを防止する保護層として機能する。透明導電層3の材料は、有機発光層6b,6g,6rで発生する光に対して十分な透光性を有する導電性材料により形成されればよく、例えば、ITOやIZOなどであっても良い。室温で成膜しても良好な導電性を得ることができるからである。
正孔注入層4は、正孔を有機発光層6b,6g,6rに注入する機能を有する。例えば、酸化タングステン(WOx)、酸化モリブデン(MoOx)、酸化モリブデンタングステン(MoxWyOz)などの遷移金属の酸化物で形成される。遷移金属の酸化物で形成することで、電圧−電流密度特性を向上させ、また、電流密度を高めて発光強度を高めることができる。なお、これ以外に、遷移金属の窒化物などの金属化合物も適用できる。
正孔輸送層5の材料としては、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、ポリフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、ブタジエン化合物、ポリスチレン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、テトラフェニルベンジン誘導体が挙げられる。ポリフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物であっても良い。
有機発光層6b,6g,6rの材料は、例えば、オキシノイド化合物、ペリレン化合物、クマリン化合物、アザクマリン化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、ペリノン化合物、ピロロピロール化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、フルオレン化合物、フルオランテン化合物、テトラセン化合物、ピレン化合物、コロネン化合物、キノロン化合物及びアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、ローダミン化合物、クリセン化合物、フェナントレン化合物、シクロペンタジエン化合物、スチルベン化合物、ジフェニルキノン化合物、スチリル化合物、ブタジエン化合物、ジシアノメチレンピラン化合物、ジシアノメチレンチオピラン化合物、フルオレセイン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、セレナピリリウム化合物、テルロピリリウム化合物、芳香族アルダジエン化合物、オリゴフェニレン化合物、チオキサンテン化合物、アンスラセン化合物、シアニン化合物、アクリジン化合物、8−ヒドロキシキノリン化合物の金属錯体、2−ビピリジン化合物の金属錯体、シッフ塩とIII族金属との錯体、オキシン金属錯体、希土類錯体等の蛍光物質である。
電子輸送層7の材料は、例えば、ニトロ置換フルオレノン誘導体、チオピランジオキサイド誘導体、ジフェキノン誘導体、ペリレンテトラカルボキシル誘導体、アントラキノジメタン誘導体、フレオレニリデンメタン誘導体、アントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリノン誘導体、キノリン錯体誘導体である。
透明陰極8は、有機EL素子の負極として機能する。有機発光層6b,6g,6rで発生した光に対して透光性を有する導電性材料で形成される。
薄膜封止層9は、基板1との間に挟まれた各層が水分や空気に晒されることを防止する機能を有する。薄膜封止層9の材料は、例えば、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)や樹脂等である。
樹脂封止層10は、基板1から薄膜封止層9までの各層からなる背面パネルと、カラーフィルタ13b,13g,13rが形成された基板11とを貼り合わせるとともに、各層が水分や空気に晒されることを防止する機能を有する。樹脂封止層10の材料は、例えば、樹脂接着剤等である。
カラーフィルタ13b,13g,13rは、各色の発光素子から出射された光を透過させて、その色度を矯正する機能を有する。
RGB各色の発光素子において、透明陰極8と反射陽極2との間に各色の有機発光層6b,6g,6rが存在し、以下のように、有機発光層6b,6g,6rからの光を共振させて透明陰極8側から出射させる光共振器構造が形成されている。
図3は、実施の形態に係る表示装置の機能ブロックを示す図である。図4は、この表示装置の外観を例示する図である。
有機表示パネルの製造方法を図5,図6を参照しながら説明する。
上記のような青色発光素子の共振器構造において、有機発光層6と反射陽極2との間の光学膜厚Lを変化させると、取り出される青色光の光取り出し効率が変化すると共に色度も変化する。
本実施形態の有機表示パネルでは、青色発光素子において、上記のように青色発光素子から色度y値の小さい青色光が取り出される共振器構造となっている。そして、外部に出射される光(図2の光路C1,光路C2)は、図2に示したように、透明陰極8をそのまま通過して外部に出射される光(光路C3)の他に、透明陰極8において多重反射されて外部に出射される光(光路C4)もある。
図8に示すように、ITO−Ag−ITOの3層からなる透明陰極を、各層の膜厚をいくつかに変えてガラス基板上に形成し、サンプル1〜7を作製した(図8のNo.1〜7)。
図9に示す実施例1aにかかる青色発光素子において、透明陰極8はITO−Ag−ITOの3層構造として、第1透明導電層81、金属層82および第2透明導電層83の各層の膜厚を変更しながら、素子から出射される青色発光についてシミュレーションを行った。
図11(c)は、正孔注入層4の膜厚が、上記図7(a),(b)に示す0.5cav.の膜厚範囲の中央(約15nm)のときを示している。本シミュレーションでは、第1機能層の膜厚を一定(30nm)にして、この条件を満たしながら、正孔注入層4と正孔輸送層5と透明導電層3との膜厚を変化させている。各層の屈折率を考慮すると、第1機能層の光学膜厚Lは=2.05×5nm+1.6×15nm+1.7×10nm=51nmとなる。図11(c)は、このときのマッピング図である。
X=Rxcosθcosφ−Rysinθsinφ+Xo
Y=Rxcosθsinφ+Rysinθcosφ+Yo
ただし、Xは第1透明導電層81の膜厚、Yは金属層82の膜厚である。
Xo=91.4, Yo=10.7, Rx=5.6, Ry=9.6,φ=0である。
次に、第1機能層の光学膜厚Lが1.5cav.に相当するときについて考察する。
X3=Rxcosθcosφ−Rysinθsinφ+Xo
Y3=Rxcosθsinφ+Rysinθcosφ+Yo
ただし、0≦θ≦2π, X0=91.3、Y0=11.9、Rx=5.3、Ry=4.4、φ=0(rad)
従って、この楕円の範囲内に第1透明導電層81の膜厚及び金属層82の膜厚を設定すると、輝度/y値の向上効果をより確実に得ることができる。
上述したシミュレーションの結果は、第1透明導電層81がITO、金属層82がAgである場合について示したが、第1透明導電層81及び第2透明導電層83の屈折率については、ITOの屈折率(2.1)に近い範囲(屈折率2.0以上2.4以下の範囲)にあれば、同様のシミュレーション結果が得られている。
以上のシミュレーション結果に基づくと、青色発光素子において、共振器構造を0.5cavあるいは1.5cavに設定し、透明陰極8を構成する第1透明導電層81と金属層82の各膜厚を、上記の範囲内に設定することによって、輝度/y値を向上する効果が得られることがわかる。
上述した実施の形態1ではトップエミッション構造の有機表示パネルについて説明したが、本実施の形態2では、ボトムエミッション構造の有機表示パネルを例に説明する。
図16に、実施の形態2に基づくボトムエミッション型の青色発光素子の各層の屈折率、膜厚(nm)および光学的膜厚(nm)を示している。
実施の形態1と同様に、透明陰極32は、透明導電材料からなる第1透明導電層321、金属層322、透明導電材料からなる第2透明導電層323が、有機発光層35側から基板31側に順に積層されて構成されている。
シミュレーションに用いた実施例2にかかる青色発光素子は、第1機能層の光学膜厚Lは0.5 cav.に相当するものである。そして、透明陰極32は、ITO−Ag−ITOの3層構造である。
X3=Rxcosθcosφ−Rysinθsinφ+Xo
Y3=Rxcosθsinφ+Rysinθcosφ+Yo
ただし、0≦θ≦2π, Xo=50、Yo=15、Rx=15、Ry=6、φ=25(rad)
シミュレーションの結果から、実施例2の青色発光素子において、第1透明導電層321の膜厚と金属層322の膜厚を、上記数6で示される楕円の範囲内に設定すれば、得られる輝度/y値が比較例の2倍以上に高くなること、すなわち色度の良好な青色光の取り出し効率が大幅に向上することがわかる。
上述したシミュレーションの結果は、第1透明導電層321がITO、金属層322がAgである場合について示したが、第1透明導電層321及び第2透明導電層323の屈折率については、ITOの屈折率(2.1)に近い範囲(屈折率2.0以上2.4以下の範囲)にあれば、同様のシミュレーション結果が得られている。
(1)上記実施の形態1,2では、第1機能層が、正孔注入層と正孔輸送層とを含んでいたが、第1機能層は、この構成に限られず、正孔注入層および正孔輸送層の何れかが無くてもよいし、これ以外の機能層が含まれていてもよい。
2,38 反射陽極
3 透明導電層
4,37 正孔注入層
5,36 正孔輸送層
6,6b,6g,6r,35 有機発光層
7,34 電子輸送層
8,32 透明陰極
9 薄膜封止層
10 樹脂封止層
12,33 バンク
13b,13g,13r カラーフィルタ
15 有機表示装置
16 有機表示パネル
17 駆動制御部
18〜21 駆動回路
22 制御回路
81,321 第1透明導電層
82,322 金属層
83,323 第2透明導電層
Claims (10)
- 入射された光を反射する第1電極と、
前記第1電極に対向して配置され、入射された光を透過する第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に配置され、少なくとも青色光を出射する有機発光層と、
前記第1電極と前記有機発光層との間に配置され、1または2以上の層からなる第1機能層と、
前記有機発光層と前記第2電極との間に配置され、1または2以上の層からなる第2機能層と、
を備え、
前記有機発光層から出射された前記青色光の一部が、前記第1機能層を通じて前記第1電極に入射され、前記第1電極で反射された後、前記第1機能層、前記有機発光層、前記第2機能層、前記第2電極を通じて外部に出射される第1光路と、
前記有機発光層から出射された前記青色光の残りの一部が、前記第1電極側に進行することなく、前記第2機能層を通じて前記第2電極に進行し、前記第2電極を通じて外部に出射される第2光路と、が形成される有機発光素子であって、
前記第1機能層は、光学膜厚が48nm以上62nm以下の範囲内に設定され、
前記第2電極は、
透明導電材料からなる第1導電層と、金属層と、透明導電材料からなる第2導電層とが前記有機発光層に近い側からこの順に積層されて構成され、
前記第1導電層は、
屈折率が2.0以上2.4以下であり且つ膜厚が85nm以上97nm以下であり、
前記金属層は、
前記第1導電層との屈折率の差が0以上2.0以下であり、且つ膜厚が2nm以上22nm以下である、
有機発光素子。 - 前記第2電極において、
第1導電層の膜厚をX3、前記金属層の膜厚をY3とするとき、
X3,Y3は、下記の関係式で囲まれた範囲内の値を取る、
請求項1記載の有機発光素子。
X3=Rxcosθcosφ−Rysinθsinφ+Xo
Y3=Rxcosθsinφ+Rysinθcosφ+Yo
ただし、θは、0≦θ≦2πの範囲で変化する変数パラメータ
Xo=91.4, Yo=10.7, Rx=5.6, Ry=9.6, φ=0(rad) - 入射された光を反射する第1電極と、
前記第1電極に対向して配置され、入射された光を透過する第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に配置され、少なくとも青色光を出射する有機発光層と、
前記第1電極と前記有機発光層との間に配置され、1または2以上の層からなる第1機能層と、
前記有機発光層と前記第2電極との間に配置され、1または2以上の層からなる第2機能層と、
を備え、
前記有機発光層から出射された前記青色光の一部が、前記第1機能層を通じて前記第1電極に入射され、前記第1電極で反射された後、前記第1機能層、前記有機発光層、前記第2機能層、前記第2電極を通じて外部に出射される第1光路と、
前記有機発光層から出射された前記青色光の残りの一部が、前記第1電極側に進行することなく、前記第2機能層を通じて前記第2電極に進行し、前記第2電極を通じて外部に出射される第2光路と、が形成される有機発光素子であって、
前記第1機能層は、光学膜厚が272nm以上286nm以下に設定され、
前記第2電極は、
透明導電材料からなる第1導電層と、金属層と、透明導電材料からなる第2導電層とが前記有機発光層に近い側からこの順に積層されて構成され、
前記第1導電層は、
屈折率が2.0以上2.4以下であり且つ膜厚が86nm以上97nm以下であり、
前記金属層は、
前記第1導電層との屈折率の差が0以上2.0以下であり、且つ膜厚が8nm以上16nm以下である、
有機発光素子。 - 前記第2電極において、
第1導電層の膜厚をX3、前記金属層の膜厚をY3とするとき、
X3,Y3は、下記の関係式で囲まれた範囲内の値を取る、
請求項3記載の有機発光素子。
X3=Rxcosθcosφ−Rysinθsinφ+Xo
Y3=Rxcosθsinφ+Rysinθcosφ+Yo
ただし、θは、0≦θ≦2πの範囲で変化する変数パラメータ
X0=91.3、Y0=11.9、Rx=5.3、Ry=4.4、φ=0(rad) - 入射された光を反射する第1電極と、
前記第1電極に対向して配置され、入射された光を透過する第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に配置され、少なくとも青色光を出射する有機発光層と、
前記第1電極と前記有機発光層との間に配置され、1または2以上の層からなる第1機能層と、
前記有機発光層と前記第2電極との間に配置され、1または2以上の層からなる第2機能層と、
を備え、
前記有機発光層から出射された前記青色光の一部が、前記第1機能層を通じて前記第1電極に入射され、前記第1電極で反射された後、前記第1機能層、前記有機発光層、前記第2機能層、前記第2電極を通じて外部に出射される第1光路と、
前記有機発光層から出射された前記青色光の残りの一部が、前記第1電極側に進行することなく、前記第2機能層を通じて前記第2電極に進行し、前記第2電極を通じて外部に出射される第2光路と、が形成される有機発光素子であって、
前記第1機能層は、光学膜厚が17nm以上33nm以下に設定され、
透明導電材料からなる第1導電層と、金属層と、透明導電材料からなる第2導電層とが前記第2機能層側からこの順に積層されて構成され、
前記第1導電層は、
屈折率が2.0以上2.4以下であり且つ膜厚が35nm以上65nm以下であり、
前記金属層は、
前記第1導電層との屈折率の差が0以上2.0以下であり、且つ膜厚が7nm以上22nm以下である、
有機発光素子。 - 前記第2電極において、
第1導電層の膜厚をX3、前記金属層の膜厚をY3とするとき、
X3,Y3は、下記の関係式で囲まれた範囲内の値を取る、
請求項5記載の有機発光素子。
X3=Rxcosθcosφ−Rysinθsinφ+Xo
Y3=Rxcosθsinφ+Rysinθcosφ+Yo
ただし、θは、0≦θ≦2πの範囲で変化する変数パラメータ
Xo=50、Yo=15、Rx=15、Ry=6、φ=25(rad) - 前記金属層の膜厚が10nm以上である、
請求項1〜6のいずれかに記載の有機発光素子。 - さらに、前記第2電極を通じて外部に出射される光を透過させる青色のカラーフィルタを備える請求項1〜7のいずれかに記載の有機発光素子。
- 請求項1から請求項8のいずれかに記載の有機発光素子を備えた有機発光表示パネル。
- 請求項9の有機発光表示パネルを備えた、有機発光表示装置。
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