JP2009246065A

JP2009246065A - 有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JP2009246065A
Application number: JP2008089203A
Authority: JP
Inventors: Toyoyasu Tadokoro; 豊康田所
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-22

Abstract

【課題】低温環境下における駆動電圧の上昇を抑制し、また、視野角特性を向上させることが可能な有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】少なくとも発光層５ｂ，５ｃを有する有機層５を一対の電極２，６間に積層形成してなる有機ＥＬ素子である。出射側の電極２から有機層５までの総膜厚が２００ｎｍ以下であり、低温環境下における駆動電圧と常温環境下における駆動電圧との差が３Ｖ以下であることを特徴とする。また、視野角０°における光の色度に対する視野角３０°における光の色度の変化量が０．０１５以下であることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に関し、特に有機ＥＬ素子の高効率化に関するものである。

従来、有機材料によって形成される自発光素子である有機ＥＬ素子は、例えば、陽極となるＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）等からなる第一電極と、少なくとも発光層を有する有機層と、陰極となるアルミニウム（Ａｌ）等からなる非透光性の第二電極と、を順次積層して前記有機ＥＬ素子を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかる有機ＥＬ素子は、前記第一電極から正孔を注入し、また、第二電極から電子を注入して正孔及び電子が前記発光層にて再結合することによって光を発するものである。有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬディスプレイは、視認性や低温環境下での応答性に優れているため表示の瞬間判読が必要な車両用計器などの車載表示装置に適用されることが望まれている。
特開昭５９−１９４３９３号公報

しかしながら、有機ＥＬディスプレイは、車載表示装置に用いる場合に低温から高温までの広範囲の温度環境下で確実に駆動することが求められるが、有機ＥＬ素子は低温になるほど駆動電圧が上昇する傾向があり低温動作補償のために駆動用ＩＣの耐圧を高くする必要があるという問題点があった。また、有機ＥＬディスプレイは、視野角に応じて光の色度が変化する視野角特性があり、特に複数の発光層による異なる発光色の混色によって白色発光を得る構成においては色度変化が顕著に表れるといった問題点があった。

そこで本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、低温環境下における駆動電圧の上昇を抑制し、また、視認性を向上させることが可能な有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために、少なくとも発光層を有する有機層を一対の電極間に積層形成してなる有機ＥＬ素子であって、出射側の前記電極から前記有機層までの総膜厚が２００ｎｍ以下であり、低温環境下における駆動電圧と常温環境下における駆動電圧との差が３Ｖ以下であることを特徴とする。

また、前記低温環境下における駆動電圧と前記常温環境下における駆動電圧との差が２．５Ｖ以下であることを特徴とする。

また、前記低温環境下における駆動電圧は、−４０℃の環境下における駆動電圧であることを特徴とする。

また、前記常温環境下における駆動電圧は、２５℃の環境下における駆動電圧であることを特徴とする。

本発明は、前記課題を解決するために、少なくとも発光層を有する有機層を一対の電極間に積層形成してなる有機ＥＬ素子であって、出射側の前記電極から前記有機層までの総膜厚が２００ｎｍ以下であり、視野角０°における光の色度に対する視野角３０°における光の色度の変化量が０．０１５以下であることを特徴とする。

また、視野角０°における光の色度に対する視野角３０°における光の色度の変化量が０．０１以下であることを特徴とする。

また、出射側の前記電極から前記有機層までの総膜厚が１７０ｎｍ以下であることを特徴とする。

また、白色発光を示すことを特徴とする。

また、前記発光層として発光色の異なる複数の発光層が形成され、混色によって白色発光を示すことを特徴とする。

本発明は、有機ＥＬ素子に関し、低温環境下における駆動電圧の上昇を抑制し、また、視認性を向上させることが可能となるものである。

以下に、ドットマトリクス型の有機ＥＬパネルに本発明を適用した実施形態を添付の図面に基いて説明する。図１において、有機ＥＬパネルは、支持基板１と、第一電極（陽極）２と、絶縁層３と、隔壁部４と、有機層５と、第二電極（陰極）６と、封止部材７とから主に構成されている。

支持基板１は、長方形形状からなる透光性のガラス基板である。

第一電極２は、例えばＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）等の透光性の導電材料をスパッタリングあるいは蒸着法等の方法で支持基板１上に層状に形成し、例えばフォトリソグラフィー法にてストライプ状にパターニングしてなるものである。第一電極２は、図１（ａ）に示すように陽極配線部２ａ及び陽極部２ｂを有しており、陽極配線部２ａは終端部に外部電源と電気的に接続するための陽極端子部２ｃを備える。また、第一電極２は、表面がプラズマ処理等の表面処理を施されている。

絶縁層３は、ポリイミド系やフェノール系等の絶縁材料からなるものでフォトリソグラフィー法等の手段によって支持基板１上の非発光個所に所定の形状にて形成される。絶縁層３は、第一電極２の各陽極部２ｂの間に形成されるとともに第一電極２と若干重なるように形成され、第一電極２と第二電極６との間を絶縁するものである。

隔壁部４は、例えばフェノール系等の絶縁材料からなるものであり、フォトリソグラフィー法等の手段によって断面が例えば逆テーパー状に形成される。隔壁部４は第一電極２及び絶縁層３上においては陽極部２ｂと略直角に交わるように形成され、また、支持基板１上の後述する陰極配線部に対応する個所においては図１（ａ）に示すように支持基板１の積層体形成面側から見て円弧状となるように形成される。

有機層５は、第一電極２及び絶縁層３上に形成されるものであり、図２に示すように、正孔注入輸送層（正孔輸送層）５ａ，第一の発光層５ｂ，第二の発光層５ｃ，電子輸送層５ｄ及び電子注入層５ｅを蒸着法等の手段によって順次積層形成してなるものである。

正孔注入輸送層５ａは、第一電極２から正孔を取り込み第一の発光層５ｂへ伝達する機能を有し、例えばアミン系化合物等の正孔移動度が高い正孔輸送性材料を蒸着法等の手段によって膜厚１５〜４０ｎｍ程度の層状に形成してなる。前記正孔輸送性材料は、ガラス転移温度が８５℃以上（さらに好ましくは１３０℃以上）であり、エネルギーギャップは３．１ｅＶ程度である。

第一の発光層５ｂは、ホスト材料５ｆにゲスト材料として第一のドーパント５ｇを蒸着法等の手段によってドープし、膜厚１０〜２０ｎｍ程度の層状に形成してなる。ホスト材料５ｆは、正孔及び電子の輸送が可能であり、正孔及び電子が輸送されて再結合することで発光を示す発光材料からなり、例えば３．３ｅＶ程度のエネルギーギャップを持つアントラセン誘導体等からなる。第一のドーパント５ｇは、電子と正孔との再結合に反応して発光する機能を有し、所定の発光色を示し、例えば橙色発光を示す蛍光ドーパントからなる。なお、第一のドーパント５ｇのドーピング量は濃度消光を起こさない程度となるように構成することが望ましく、本実施の形態では、第一の発光層５ｂにおける濃度が２〜２０％となるように第一のドーパント５ｇが添加されている。

第二の発光層５ｃは、第一の発光層５ｂと同一のホスト材料５ｆにゲスト材料として第一のドーパント５ｇとは発光色の異なる第二のドーパント５ｈを蒸着法等の手段によってドープし、膜厚２０〜４０ｎｍ程度の層状に形成してなる。第二のドーパント５ｈは、電子と正孔との再結合に反応して発光する機能を有し、所定の発光色を示し、例えば青色発光を示す蛍光ドーパントからなる。なお、第二のドーパント５ｈのドーピング量は濃度消光を起こさない程度となるように構成することが望ましく、本実施の形態では、第二の発光層５ｃにおける濃度が２〜２０％となるように第二のドーパント５ｈが添加されている。

電子輸送層５ｄは、電子を第二の発光層５ｃへ伝達する機能を有し、例えばキレート系化合物であるアルミキノリノール（Ａｌｑ３）等の電子移動度が高い電子輸送性材料を蒸着法等の手段によって膜厚１５〜３０ｎｍ程度の層状に形成してなる。あるいは、１０^−４ｃｍ^２／Ｖ・ｓ以上の電子移動度を持つシロール系の有機材料を用いる。

電子注入層５ｅは、第二電極６から電子を注入する機能を有し、例えばフッ化リチウム（ＬｉＦ）を蒸着法等の手段によって膜厚０．５ｎｍ程度の層状に形成してなる。

第二電極６は、アルミニウム（Ａｌ）やマグネシウム銀（Ｍｇ：Ａｇ）等の導電性材料を蒸着法等の手段によって膜厚５０〜２００ｎｍ程度の層状に形成してなるものであり、隔壁部４によってストライプ状に切断され、円弧状の陰極配線部６ａ及び透明電極２に略直角に交わる陰極部６ｂが形成される（図１（ａ）参照）。また、陰極配線部６ａは接続配線部８に電気的に接続されている。接続配線部８ａは、第一電極２とともに形成されるものであり、同一材料のＩＴＯからなるものである。また、接続配線部８は、終端部に前記外部電源と電気的に接続するための陰極端子部８ａが形成されている。

以上のように、支持基板１上に第一電極２と絶縁層３と隔壁部４と有機層５と第二電極６とを順次積層して積層体を形成する。マトリクス状に設けられた陽極部２ｂと陰極部６ｂの対向（交差）箇所が発光画素（有機ＥＬ素子）となる。

封止部材７は、例えばガラス材料からなる成型ガラス或いは平板部材をサンドブラスト、切削及びエッチング等の適宜方法で凹形状に形成してなるものである。封止部材７は、例えば紫外線硬化性エポキシ樹脂からなる接着剤７ａを介して支持基板１上に気密的に配設することで、封止部材７と支持基板１とで前記積層体を封止する。封止部材７は、第一電極２の陽極端子部２ｃおよび第二電極６に接続される陰極端子部８ａが外部に露出するように支持基板１よりも若干小さめに構成されている。なお、封止部材７は平板状であってもよく、その場合封止部材７はスペーサーを介して支持基板１上に配設される。

以上のように、有機ＥＬ素子からなる表示部を有するドットマトリクス型の有機ＥＬパネルが得られる。この有機ＥＬパネルは、第一電極２からの正孔と第二電極６からの電子とが第一，第二の発光層５ｂ，５ｃにて再結合することによって橙色発光と青色発光を得て、これらの混色によって白色の光を第一電極２側から出射するものである。また、有機ＥＬパネルはストライプ状に形成された複数の陽極部２ｂと複数の陰極部６ｂのそれぞれ何れかを選択して定電流を印加し、選択された陽極部２ｂと陰極部６ｂの対向箇所に該当する発光画素を発光させる、いわゆるパッシブ駆動で発光駆動するものである。

本願発明者は、有機ＥＬ素子の出射側電極（本実施形態においては第一電極２）から有機層５までの総膜厚Ｔを規定することによって、低温環境下における駆動電圧の上昇を抑制でき、また、視野角に対する視認性を向上させることが可能であることを見いだした。すなわち、本実施形態における有機ＥＬ素子は、第一電極２から有機層５までの総膜厚Ｔを２００ｎｍ以下（さらに望ましくは１７０ｎｍ以下）とし、低温環境下（例えば−４０℃の環境下）における駆動電圧と常温環境下（例えば２５℃の環境下）における駆動電圧との差を３Ｖ以下（さらに望ましくは２．５Ｖ以下）とすることを特徴とする。また、出射側電極である第一電極２から有機層５までの総膜厚Ｔを２００ｎｍ以下（さらに望ましくは１７０ｎｍ以下）とし、視野角０°における光の色度に対する視野角３０°における光の色度の変化量を０．０１５以下（さらに望ましくは０．０１以下）とすることを特徴とする。なお、視野角０°とは、有機ＥＬパネルを正面視した状態を示している。

上記の構成によれば、低温環境下における駆動電圧の上昇を抑制でき、駆動ＩＣの耐圧を下げることが可能となり製造コストを低減することができる。また、従来と同等の駆動ＩＣを使用する場合には発光輝度を高めることができる。また、視野角による光の色度変化を抑制できることから表示の視認性が大幅に改善される。

以下、さらに実施例を上げ本発明の具体的な効果を説明する。図３（ａ）は実施例１〜３及び比較例の各層の膜厚を示している。なお、電子注入層５ｅは、いずれの例においてもその膜厚を０．５ｎｍ程度としたため誤差の範疇として総膜厚Ｔに算入せずに省略している。実施例１は、第一電極２の膜厚を７５ｎｍ，有機層５の正孔注入輸送層５ａの膜厚を３２ｎｍ，第一の発光層５ｂの膜厚を１３ｎｍ，第二の発光層５ｃの膜厚を２６ｎｍ，電子輸送層５ｄの膜厚を２３ｎｍとし、総膜厚Ｔを１６９ｎｍとした発光画素（有機ＥＬ素子）を備える有機ＥＬパネルである。実施例２は、電子輸送層５ｄの膜厚を１９ｎｍとし、総膜厚Ｔを１６５ｎｍとした他は実施例１と同様に作成した有機ＥＬパネルである。また、実施例３は、正孔注入輸送層５ａの膜厚を１７ｎｍとし、総膜厚Ｔを１５４ｎｍとした他は実施例１と同様に形成した有機ＥＬパネルである。また、従来例は、第一電極２の膜厚を７５ｎｍ，正孔注入輸送層５ａの膜厚を４０ｎｍ，第一の発光層５ｂの膜厚を２０ｎｍ，第二の発光層５ｃの膜厚を４０ｎｍ，電子輸送層５ｄの膜厚を３０ｎｍとし、総膜厚Ｔを２７５ｎｍとした他は実施例１と同様に作成した有機ＥＬパネルである。

図３（ｂ）は、実施例１〜３及び従来例をエリア輝度４３１１１ｃｄ／ｍ^２で全面点灯させた場合の温度特性及び視野角特性の計測結果を示している。なお、図中の「ＣＩＥｘ」は、視野角０°における発光の色度をＣＩＥ０．２°視野標準観測者（ＣＩＥ１９３１等色関数）を用いて算出されるｘｙ色度図上の座標で表示した場合のｘ値を示し、「ＣＩＥｙ」は、視野角０°における発光の色度をＣＩＥ０．２°視野標準観測者を用いて算出されるｘｙ色度図上の座標で表示した場合のｙ値を示す。また、「電圧差」は、低温環境下（−４０℃の環境下）における駆動電圧と常温環境下（２５℃の環境下）における駆動電圧との差を示す。また、「ΔＣＩＥｘ」は、視野角０°におけるｘｙ色度図上の座標に対する視野角３０°におけるｘｙ色度図上の座標のｘ値の変化量を示し、「ΔＣＩＥｙ」は、視野角０°におけるｘｙ色度図上の座標に対する視野角３０°におけるｘｙ色度図上の座標のｙ値の変化量を示す。本評価の結果から、総膜厚Ｔを２００ｎｍ以下（さらに望ましくは１７０ｎｍ以下）とした実施例１〜３は、低温環境下における駆動電圧と常温環境下における駆動電圧との差が３Ｖ以下となり、低温環境下における駆動電圧の上昇を抑制することが可能となっている。さらに望ましくは実施例２，３のように総膜厚Ｔを１６５ｎｍ以下とし、低温環境下における駆動電圧と常温環境下における駆動電圧との差を２．５Ｖ以下とすると好適である。また、実施例１〜３は、視野角０°における発光の色度に対する視野角３０°における発光の色度変化量が０．０１５以下となり、視野角０°から３０°の範囲において発光色の変化を利用者が認識しない程度に抑制し視認性を向上することが可能となっている。さらに望ましくは実施例２，３のように総膜厚Ｔを１６５ｎｍ以下とし、視野角０°における発光の色度に対する視野角３０°における発光の色度変化量を０．０１以下とすると好適である。これに対し、総膜厚Ｔが２００ｎｍより大きい従来例では低温環境下における駆動電圧と常温環境下における駆動電圧との差が３Ｖより大きく、また、視野角０°における発光の色度に対する視野角３０°における発光の色度の変化量がｘｙ色度図上の座標のｘ値の変化量ΔＣＩＥｘにおいて０．０１５より大きくなっている。かかる計測結果によっても本発明が十分な効果を奏することは明らかである。

なお、本実施形態はドットマトリクス型の有機ＥＬパネルであったが、本発明はセグメント型の有機ＥＬパネルにも適用可能であり、アクティブ駆動にも適用可能である。

また、本実施形態は正孔注入輸送層５ａが単一層にて構成されるものであったが、本発明においては正孔注入層及び正孔輸送層を順次積層形成して正孔注入輸送層を複数層で構成するものであってもよい。

また、本実施形態は第一の発光層５ｂのホスト材料５ｆを単一材料としたが、本発明においてはホスト材料に複数の材料を用いる構成であってもよい。同様に、第二の発光層５ｃのホスト材料５ｆにおいても単一材料ではなく複数の材料を用いる構成であってもよい。

また、本実施形態における第一の発光層５ｂはホスト材料５ｆに橙色にて発光するドーパント５ｇをドープするものであり、第二の発光層５ｃはホスト材料５ｆに青色にて発光する第二のドーパント５ｈをドープするものであったが、本発明はホスト材料に加えられる各ドーパントが他の発光色にて発光するものであってもよい。

また、本実施形態は電子輸送層５ｄが単一層にて構成されるものであったが、本発明においては、複数の層で構成されるものであってもよい。

本発明が適用された有機ＥＬパネルを示す図。同上の有機層を示す拡大断面図。本発明の実施例と従来例とを比較した計測結果を示す図。

符号の説明

１支持基板
２第一電極
３絶縁層
５有機層
５ａ正孔注入輸送層
５ｂ第一の発光層
５ｃ第二の発光層
５ｄ電子輸送層
５ｅ電子注入層
５ｆホスト材料
５ｇ第一のドーパント
５ｈ第二のドーパント
６第二電極

Claims

少なくとも発光層を有する有機層を一対の電極間に積層形成してなる有機ＥＬ素子であって、
出射側の前記電極から前記有機層までの総膜厚が２００ｎｍ以下であり、
低温環境下における駆動電圧と常温環境下における駆動電圧との差が３Ｖ以下であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
前記低温環境下における駆動電圧と前記常温環境下における駆動電圧との差が２．５Ｖ以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
前記低温環境下における駆動電圧は、−４０℃の環境下における駆動電圧であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
前記常温環境下における駆動電圧は、２５℃の環境下における駆動電圧であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
少なくとも発光層を有する有機層を一対の電極間に積層形成してなる有機ＥＬ素子であって、
出射側の前記電極から前記有機層までの総膜厚が２００ｎｍ以下であり、
視野角０°における光の色度に対する視野角３０°における光の色度の変化量が０．０１５以下であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
視野角０°における光の色度に対する視野角３０°における光の色度の変化量が０．０１以下であることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
出射側の前記電極から前記有機層までの総膜厚が１７０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
白色発光を示すことを特徴とする請求項１または請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
前記発光層として発光色の異なる複数の発光層が形成され、混色によって白色発光を示すことを特徴とする請求項１または請求項５に記載の有機ＥＬ素子。