JP2006114796A

JP2006114796A - 有機ｅｌ装置および電子機器

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Publication number: JP2006114796A
Application number: JP2004302466A
Authority: JP
Inventors: Toshiko Hosoda; 登志子細田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2006-04-27

Abstract

【課題】輝度劣化および色度劣化を抑制することが可能な有機ＥＬ装置を提供する。
【解決手段】陽極１４と陰極２８との間に発光層２０を備え、少なくとも青色に発光する発光層２０と陰極２８との間に電子輸送層２４を備えた有機ＥＬ装置１０であって、青色発光層２０と電子輸送層２４との間に、陽極１４から供給された正孔が電子輸送層２４に到達するのを阻止する正孔阻止層２２を備え、青色発光層２０が蛍光材料で構成されるとともに、正孔阻止層２２が5.9eV以上のイオン化ポテンシャルを有する材料で構成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ装置および電子機器に関するものである。

次世代の表示装置として、有機エレクトロルミネッセンス装置（有機ＥＬ装置）が期待されている。有機ＥＬ装置は、上下の電極間に発光層を挟持した有機ＥＬ素子を基体上に配設して構成されており、典型的には、ガラス等の透光性基板の上に、陽極と、有機機能層（正孔輸送層や発光層、電子輸送層等）と、陰極とを順次積層した構造が採られる。そして、陽極および陰極によって有機機能層に電流を供給することにより、有機機能層の発光層を発光させるようになっている。

有機ＥＬ装置では、発光効率の向上が要求されている。そこで、特許文献１には正孔阻止層（ホールブロック層）を備えた有機ＥＬ装置が提案されている。この正孔阻止層は、正孔（ホール）の移動性を制御して、正孔を発光層中に効率よく蓄積させるものである。この正孔阻止層を設けることにより、発光層における正孔と電子との再結合確率を向上させることが可能になり、発光効率を向上させることができるようになっている。
特開２０００−３０８６８号公報特開平１０−２３３２８４号公報

しかしながら、特許文献１の有機ＥＬ装置では、正孔阻止層を電子輸送層と陰極との間に配置し、電子輸送層と陰極とのイオン化ポテンシャルの差について言及している。この場合、正孔が発光層を越えて電子輸送層まで到達するので、電子輸送層において正孔と電子とが再結合し、発光層だけでなく電子輸送層も発光することになる。これにより、発光層による所望の発光色に電子輸送層の発光色が混入されて、有機ＥＬ装置の発光色度が劣化するという問題がある。

特に、青色に発光する有機ＥＬ素子では、発光に高いエネルギを要するため、素子の駆動に伴う発熱により、輝度劣化および色度劣化が促進されやすいという問題がある（例えば、特許文献２参照）。そのため、青色発光層における発光効率を向上させて、輝度劣化および色度劣化を抑制する必要がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、輝度劣化および色度劣化を抑制することが可能な有機ＥＬ装置の提供を目的とする。
また、表示品質に優れた電子機器の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の有機ＥＬ装置は、陽極と陰極との間に発光層を備え、少なくとも青色に発光する前記発光層と前記陰極との間に、前記陰極から供給された電子を前記青色発光層に輸送する電子輸送層を備えた有機ＥＬ装置であって、前記青色発光層と前記電子輸送層との間に、前記陽極から供給された正孔が前記電子輸送層に到達するのを阻止する正孔阻止層を備え、前記青色発光層が蛍光材料で構成されるとともに、前記正孔阻止層が5.9eV以上のイオン化ポテンシャルを有する材料で構成されていることを特徴とする。

正孔阻止層が5.9eV以上のイオン化ポテンシャルを有する材料であれば、十分なエネルギー障壁として機能する。これにより、正孔阻止層において正孔の移動が制限され、発光層における正孔と電子との再結合確率を向上させることが可能になり、有機ＥＬ装置の発光効率を向上させることができる。また、陰極への正孔の到達を防止することが可能になり、陰極の発熱による有機ＥＬ装置の輝度劣化を抑制することができる。さらには、発光層と電子輸送層との間に正孔阻止層が配置されているので、電子輸送層への正孔の到達を防止することが可能になる。したがって、電子輸送層における発光を抑制することが可能になり、有機ＥＬ装置の色度劣化を防止することができる。特に、高い発光エネルギーを要する青色発光の有機ＥＬ素子において、上記効果を顕著に発揮することができる。

また、前記正孔阻止層の厚さは、２００オングストローム以下に形成されていることが望ましく、５０オングストローム以上１５０オングストローム以下に形成されていることがより望ましい。
有機ＥＬ装置の発光効率の向上や輝度劣化の防止のためには、正孔阻止層を厚く形成することが望ましく、色度劣化の防止や内部抵抗の低減のためには、正孔阻止層を薄く形成することが望ましい。そこで、正孔阻止層を上記厚さに形成することにより、このような二律背反の関係を両立させることができる。

また、前記電子輸送層は、Ａｌｑ３で構成されていてもよい。
Ａｌｑ３で構成される電子輸送層は緑色に発光するので、その電子輸送層における発光を抑制することにより、青色発光の有機ＥＬ素子における色度劣化を防止することができる。

一方、本発明の電子機器は、上述した有機ＥＬ装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、輝度劣化および色度劣化の小さい有機ＥＬ装置を備えているので、表示品質に優れた電子機器を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。尚、以下で参照する各図面においては、図面を見易くするために、各構成要素の寸法等を適宜変更して表示している。

［有機ＥＬ装置］
図１は、本実施形態の有機ＥＬ装置の概略構成図である。本実施形態の有機ＥＬ装置１０は、陽極１４と陰極２８との間に発光層２０を備え、少なくとも青色に発光する発光層２０と陰極２８との間に電子輸送層２４を備え、さらに青色発光層２０と電子輸送層２４との間に、陽極１４から供給された正孔（ホール）が電子輸送層２４に到達するのを阻止する正孔阻止層（ホールブロック層）２２を備えたものである。
なお以下には、発光層２０が低分子有機材料で構成された低分子有機ＥＬ装置の場合を例にして説明するが、発光層２０が高分子有機材料で構成された高分子有機ＥＬ装置に対して、本発明を適用することも可能である。

本実施形態の有機ＥＬ装置１０は、ガラス等の光透過性を有する基板１２の表面に形成され、発光層２０からの光を基板側から取り出すボトムエミッション型の有機ＥＬ装置となっている。なお、発光層２０からの光を基板側から取り出すトップエミッション型の有機ＥＬ装置に対して、本発明を適用することも可能である。
なお、基板１２の表面にはスイッチング素子等を含む回路部（不図示）が形成され、その表面に次述する有機ＥＬ素子が形成されている。そのスイッチング素子により、有機ＥＬ素子が駆動されるようになっている。

陽極１４は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電性材料で構成されている。
陰極２８は、ＡｌやＡｌ−Ｌｉ合金、Ｍｇ−Ａｇ合金等の金属材料で構成されている。このように、良好な光反射性を有する金属材料で陰極２８を形成することにより、発光層２０からの光を陰極２８で反射して基板１２から取り出すことが可能になり、光利用効率を向上させることができる。

発光層２０は、陽極１４および陰極２８によって電流を流すことにより発光する機能を有する。カラー表示を行う有機ＥＬ装置では、それぞれ異なる色光に発光する複数の発光層２０が、基板１２上に整列配置されている。
本実施形態の有機ＥＬ装置において、青色に発光する発光層２０は、蛍光を発生させる材料（蛍光材料）で構成されている。具体的には、ホスト材料としてイーストマンコダック社製のＢＨ２（製品名）を採用し、蛍光性ドーパントとして同社製のＢＤ２（製品名）を採用している。なお青色発光層２０のホスト材料として、ＢＨ２以外にも、ＤＰＶＢｉ（ジスチリルビフェニル誘導体）やＰＥＳＢ等を採用することが可能である。なお、発光層２０の厚さは、１００オングストローム程度に形成する。

電子輸送層２４は、陰極２８から供給される電子を発光層２０に輸送する機能を有する。この電子輸送層２４は、Ａｌｑ３（アルミキノリノール錯体）で構成することが望ましい。Ａｌｑ３は熱的に安定であり、また合成・精製が容易だからである。
なお、陰極２８から供給される電子を発光層２０に注入する電子注入層２６を設けてもよい。電子注入層２６は、Ｌｉ等のアルカリ金属の化合物からなり、陰極２８と電子輸送層２４との間に配置される。

また、陽極１４から供給される正孔を発光層２０に注入する正孔注入層１６を設けてもよい。正孔注入層１６は、アリールアミン類やフタロシアニン類等からなり、陽極１４の発光層２０側に配置される。
さらに、陽極１４から供給される正孔を発光層２０に輸送する正孔輸送層１８を設けてもよい。正孔輸送層１８は、アリールアミン類等からなり、正孔注入層１６と発光層２０との間に配置される。

（正孔阻止層）
本実施形態の有機ＥＬ装置１０は、青色発光層２０と電子輸送層２４との間に、陽極１４から供給された正孔（ホール）が電子輸送層２４に到達するのを阻止する正孔阻止層（ホールブロック層）２２を備えている。その正孔阻止層２２は、化学式１で表されるＢＡｌｑ（((1,1-biphenyl)-4-olato)bis(2-methyl-8-quinolinolato Nl,08)aluminum）などのイオン化ポテンシャルが5.9eV以上の材料で構成されている。ＢＡｌｑは、耐久性に優れ、電子輸送性を備えている。なお、ＢＡｌｑ以外に、LiFやＢＣＰ（2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-,1,10-phenathroline）を採用することも可能である。

上述した本実施形態の有機ＥＬ装置において、陽極１４および陰極２８から発光層２０に電流を流すと、陽極１４から供給された正孔（ホール）および陰極２８から供給された電子が、発光層２０において再結合し発光する。その際、陽極１４から供給された正孔が発光層２０を通過して電子輸送層２４および陰極２８まで到達すると、有機ＥＬ装置の発光効率が低下し、また色度劣化および輝度劣化が発生することになる。特に、青色発光の有機ＥＬ素子においては、発光に高いエネルギーを必要とするため、素子の駆動にともなう発熱により輝度劣化および色度劣化が促進されやすいという問題がある。また、Ａｌｑ３で構成される電子輸送層２４は緑色に発光するため、青色発光の有機ＥＬ素子における色度劣化が顕著になる。

しかしながら、本実施形態の有機ＥＬ装置では、発光層２０と電子輸送層２４との間に正孔阻止層２２が配置され、その正孔阻止層２２はＢＡｌｑ等で構成されている。ここで、正孔阻止層２２を構成するＢＡｌｑのイオン化ポテンシャルは、発光層２０を構成するＢＨ２のイオン化ポテンシャルより、０．４ｅＶ以上大きくなっている。そのため、正孔阻止層２２は十分なエネルギ障壁として機能する。これにより、正孔阻止層２２において正孔の移動が制限され、発光層２０中に正孔が効率よく蓄積される。したがって、発光層２０における正孔と電子との再結合確率を向上させることが可能になり、有機ＥＬ装置１０の発光効率を向上させることができる。

また、正孔阻止層２２において正孔の移動が制限されるので、陰極２８への正孔の到達が防止される。これにより、陰極２８の発熱による有機ＥＬ装置１０の輝度劣化を抑制することができる。

表１は、正孔阻止層を構成するＢＡｌｑの膜厚と、輝度２７０ｃｄ／ｍ２における電力効率および電流効率との関係を表したものである。なお、ＢＡｌｑの膜厚が０の場合とは、正孔阻止層を設けない場合を示している。また、電力効率および電流効率は、発光効率を具体的に表すものである。表１では、正孔阻止層を設けない場合に比べて、正孔阻止層を設けた場合に、電力効率および電流効率がともに向上している。また、ＢＡｌｑの膜厚が厚くなるにしたがって、電力効率および電流効率がともに向上している。

図２は、電圧−輝度特性を表すグラフである。図２において、正孔阻止層を設けない場合には、１００００ｃｄ／ｍ２以上での輝度減衰が見られる。これは、電圧の上昇に伴って増加した正孔が、発光層を通過して電子輸送層や陰極に到達し、発光に寄与しないことが原因と考えられる。これに対して、正孔阻止層を設けた場合には、高電圧シフトしているが、１００００ｃｄ／ｍ２以上での輝度減衰が見られない。そのため、電流密度増大に伴う発熱の影響を受け難く、輝度劣化の防止に繋がると考えられる。素子寿命は650cd/m2において500時間から700時間へと1.4倍の向上がみられた。

一方、図１に示す本実施形態の有機ＥＬ装置では、発光層２０と電子輸送層２４との間に正孔阻止層２２が配置され、正孔阻止層２２において正孔の移動が制限されるので、電子輸送層２４への正孔の到達が防止される。これにより、電子輸送層２４における正孔と電子との再結合確率を低下させ、電子輸送層２４における発光を抑制することができる。したがって、発光層２０による所望の発光色に電子輸送層２４の発光色が混入する可能性が少なくなり、有機ＥＬ装置１０の色度劣化を防止することができる。特に、Ａｌｑ３で構成される電子輸送層２４が緑色に発光するのを抑制することが可能になり、青色発光の有機ＥＬ素子における色度劣化を防止することができる。図５に示すように5.9eV以下の材料を正孔阻止層に用いた場合緑色に発光するのを抑制できず、色度が向上しない。

図３は、ＣＩＥ１９３１表色系の青色領域である。なお図３の表色系では、色度値（ｘ、ｙ）が小さくなるほど（すなわち、左下の点ほど）青色に接近するため、良好な発光状態を表すことになる。図３では、正孔阻止層を設けない場合に比べて、正孔阻止層を５０オングストローム以下とした場合に、色度が向上している。しかしながら、ＢＡｌｑの膜厚を５０オングストローム以上に増加させると、正孔阻止層自体の発光色の影響等により、色度が劣化する傾向にある。なお、実用に耐えるのは、色度値ｙが０．２０以下の場合であり、ＢＡｌｑの膜厚が２００オングストローム以下のものに限られる。

以上のように、有機ＥＬ装置の発光効率の向上や輝度劣化の防止のためには、正孔阻止層を厚く形成することが望ましい。一方で、色度劣化の防止や内部抵抗の低減のためには、正孔阻止層を薄く形成することが望ましい。このような二律背反の関係を両立させるには、正孔阻止層の厚さｔを０＜ｔ≦２００オングストロームとすることが望ましく、５０≦ｔ≦１５０オングストロームとすることがより望ましい。さらに言えば、正孔阻止層の厚さを約５０オングストロームとすることが最も望ましい。

［電子機器］
図４は、上記各実施形態の有機ＥＬ装置を備えた電子機器の一例を示す斜視構成図である。同図に示す携帯電話機１３００は、複数の操作ボタン１３０２と、受話口１３０３と、送話口１３０４と、先の実施形態の有機ＥＬ装置からなる表示部１３０１とを備えて構成されている。そして、この携帯電話機１３００によれば、表示部に備えられた有機ＥＬ装置による高画質表示が可能になっている。

なお、本発明における有機ＥＬ装置を備えた電子機器としては、上記のものに限らず、他に例えば、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ、携帯用テレビ、ビューファインダ型・モニタ直視型のビデオテープレコーダ、ＰＤＡ、携帯用ゲーム機、ページャ、電子手帳、電卓、時計、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器などを挙げることができる。また、本発明における有機ＥＬ装置を備えた電子機器として、車載用オーディオ機器や自動車用計器、カーナビゲーション装置等の車載用ディスプレイを挙げることもできる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

本実施形態の有機ＥＬ装置の概略構成図である。電圧−輝度特性を表すグラフである。ＣＩＥ１９３１表色系の青色領域である。携帯電話の斜視図である。ＣＩＥ１９３１表色系の青色領域である。

符号の説明

１０‥有機ＥＬ装置１４‥陽極２０‥発光層２２‥正孔阻止層２４‥電子輸送層２８‥陰極

Claims

陽極と陰極との間に発光層を備え、
少なくとも青色に発光する前記発光層と前記陰極との間に、前記陰極から供給された電子を前記青色発光層に輸送する電子輸送層を備えた有機ＥＬ装置であって、
前記青色発光層と前記電子輸送層との間に、前記陽極から供給された正孔が前記電子輸送層に到達するのを阻止する正孔阻止層を備え、
前記青色発光層が蛍光材料で構成されるとともに、前記正孔阻止層が5.9eV以上のイオン化ポテンシャルを有する材料で構成されていることを特徴とする有機ＥＬ装置。
前記正孔阻止層の厚さは、２００オングストローム以下に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ装置。
前記正孔阻止層の厚さは、５０オングストローム以上１５０オングストローム以下に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ装置。
前記電子輸送層は、Ａｌｑ３で構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の有機ＥＬ装置。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の有機ＥＬ装置を備えたことを特徴とする電子機器。