JP2018190666A - 有機エレクトロルミネッセンス素子、表示装置、照明装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(i)正孔および電子が電極から注入される。
(ii)注入された正孔および電子が輸送される。
(iii)発光層内で正孔と電子が再結合する。
(iv)発光材料が電子的励起状態を形成する。
(v)発光材料が電子的励起状態から光を放射する。
[1] 導電性を有する第1電極層と、導電性および光透過性を有する第2電極層と、前記第1電極層と前記第2電極層との間に配された発光層と、を少なくとも有し、前記発光層で生じた光を前記第2電極層の一面側から他面側に向けて透過させ外部に出射させる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記第2電極層の前記他面側に接して形成された第1キャッピング層と、該第1キャッピング層に重ねて形成された第2キャッピング層とを備え、前記第1キャッピング層は、屈折率が2.1以上、2.7以下の材料から形成され、また、前記第2キャッピング層は、屈折率が1.6以上、1.9以下の材料から形成されていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
N1×D1/λ≦0.1・・・(1)
(N1×D1+N2×D2)/λ=m×4(但し、m=任意の整数)・・・(2)
図1は、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた表示装置の一例を示す斜視図である。また、図2は、図1の要部拡大断面図である。
本実施形態の有機EL表示装置(表示装置)1は、不図示の駆動素子等が形成された基板10と、基板10上に形成された複数の有機EL素子(発光素子)20,20…と、有機EL素子20を覆い基板10と密着して設けられた保護層30と、保護層30に積層して形成された遮光層40と、を有している。なお、以下の説明では、遮光層40が形成された側を上面側と称することがある。
また、互いに隣接する有機EL素子20,20…の画素電極21どうしの間の領域には絶縁層29が設けられ、隣接する画素電極21間の短絡を抑制している。
これにより、各有機EL素子20B,20G,20Rから色純度が高い青色光LB、緑色光LG、赤色光LRとして観察者側に射出され、カラー表示が可能となっている。
図1に示す有機EL表示装置(表示装置)1を構成する本実施形態の有機EL素子20は、第1電極層である画素電極(陽極層:第1電極層)21と、共通電極である陰極層(第2電極層)22と、この画素電極(陽極層)21および陰極層22との間に形成された発光部23と、陰極層22の他面側22bに接するように形成された第1キャッピング層24と、この第1キャッピング層24に重ねて形成された第2キャッピング層25とを備えている。
一面に有機EL素子20が形成される基板10の材料としては、本実施形態のようにトップエミッション型である場合、透明材料および不透明材料を用いることができる。例えば、樹脂材料、ガラス材料等が挙げられる。基板10の材料は、1種のみを用いてもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。
画素電極(陽極層:第1電極層)21は、正孔注入層23Aまたは正孔輸送層23Bに正孔を注入する。このため、画素電極(陽極層)21の材料としては、仕事関数が比較的大きい各種金属材料や、各種合金等が用いられる。画素電極(陽極層)21は、本実施形態のようにトップエミッション型である場合、光の透過性、反射性に特に制限はないが、光反射性の電極が用いられる場合が多い。
正孔注入層23Aに用いられる材料は、画素電極(陽極層)21の仕事関数と正孔輸送層23Bのイオン化ポテンシャル(IP)との関係、電荷輸送特性等の観点に応じて選択される。正孔注入層23Aの材料は、適切なIPと電荷輸送特性を有する化合物であればよく、低分子、高分子問わず、各種の有機化合物、無機化合物を選択して用いることができる。正孔注入層8の材料は、1種のみであってもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。
正孔輸送層23Bに用いられる材料としては、例えば、HTEB−2(関東化学株式会社製)、HTEB−4(関東化学株式会社製)及び下記一般式(2−1)〜(2−35)で示される化合物が挙げられる。一般式(2−1)〜(2−35)で示される化合物の中でも特に、一般式(2−1)で示されるα−NPDと、バンドギャップが大きく、電気的安定性・熱的安定性に優れる一般式(2−35)で示される化合物とを組み合わせて用いることが好ましい。
正孔輸送層23Bの材料は、1種のみであってもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。また、正孔輸送層23Bは、1層のみで形成されていてもよいし、2層以上積層して形成されたものであってもよい。
本実施形態の有機EL素子20に含まれる発光層23Cは、電荷輸送および電荷再結合を行うホスト材料と、発光材料であるゲスト材料とを含む。発光層23Cの発光材料として、公知な各色の発光材料を用いることができる。特に、発光スペクトルの半値幅を小さくすることが可能な白金またはパラジウム錯体を用いることがより好ましい。
ホスト材料からのエネルギー移動を有効に行うために、ホスト材料の発光波長とゲスト材料の吸収波長が重なることが好ましい。また、ゲスト材料がリン光材料の場合には、ホスト材料のT1エネルギーが、ゲスト材料のT1エネルギーよりも大きいことが好ましい。
ホスト材料中のゲスト材料の含有量は、例えば、3〜10重量%であることが好ましい。ゲスト材料の含有量が上記範囲であると、ホスト材料からゲスト材料へのエネルギー移動が効率的になり、なおかつゲスト材料の濃度増加による三重項−三重項消滅(TTA)による効率低下を防ぐことができる。これにより、有機EL素子20の発光効率を向上させることができる。
電子輸送層23Dに用いる材料としては、公知の電子輸送材料を使用することができる。例えば、下記一般式(3−1)〜(3−28)で示される化合物が挙げられる。一般式(3−1)〜(3−28)で示される化合物の中でも特に、一般式(3−4)で示されるTPBiが好ましい。適切なLUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)レベルを有する電子輸送層23Dを、発光層23Cと電子注入層23Eとの間に設けることで、電子注入層23Eから電子輸送層23Dへの電子注入障壁を緩和し、さらに、電子輸送層23Dから発光層23Cへの電子注入障壁を緩和することができる。
電子注入層23Eに用いられる材料は、陰極層22の仕事関数と電子輸送層23DのLUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)レベル等の観点から選ばれる。電子注入層23Eに用いられる材料は、電子輸送層23Dを設けない場合には、発光層23Cのゲスト材料およびホスト材料のLUMOレベルを考慮して選ばれる。
陰極層(第2電極層)22は、電子注入層23Eまたは電子輸送層23Dに電子を注入する。このため、陰極層22の材料としては、仕事関数の比較的小さな各種金属材料、各種合金等が用いられる。陰極層22の材料の具体例としては、アルミニウム、銀、マグネシウム、カルシウム、金、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、マグネシウムインジウム合金(MgIn)、銀合金等が挙げられる。
2Σ(nidi)/λ1+(Q1+Q2)/2n=m・・・(3)
(3)式中、niはi番目の層の屈折率であり、diはi番目の層の厚さであり、Q1及びQ2はそれぞれ反射体となる画素電極(陽極層)21の境界面及び半透過反射体となる陰極層22のラジアンを単位とする位相シフトであり、λ1は発光層23Cから放射される所定の1次波長であり、mは負でない整数である。屈折率と層の厚さとの積を光路長として定義する。本実施形態に係るマイクロキャビティの場合、この1次波長λ1は青色有機EL素子では430〜480nmが好適であり、緑色有機EL素子では500nm〜550nm、赤色有機EL素子では600〜650nmである。
第1キャッピング層24は、接触する陰極層22および発光層23Cよりも屈折率が高い高屈折率材料を用いて形成される。ここで、屈折率が高い層から屈折率が低い層へ臨界角以上の角度で光が入射すると光は全反射する。一方、屈折率が低い層から屈折率が高い層へ光が入射する場合には、入射角が大きい場合であっても光は全反射せず、少なくとも光の一部は屈折率が高い層に入射することができる。
第2キャッピング層25は、透過した光が屈折率のより低い有機EL素子20の外部に出る際、全反射する光の成分が存在するため、陰極層22との間で弱いキャビティ構造を形成することを可能にする。これにより、第2キャッピング層25の膜厚を適切に制御することで色純度を向上させることが可能になる。色純度の向上のためには、第1キャッピング層24および第2キャッピング層25に関して、以下の膜厚条件を満たすことが好ましい。
N1×D1/λ≦0.1・・・(1)
(N1×D1+N2×D2)/λ=m×4(但し、m=任意の整数)・・・(2)
また、正孔注入層23A、正孔輸送層23B、発光層23C、電子輸送層23D、電子注入層23E、第2キャッピング層25の各層を形成する方法として、有機化合物を含む有機化合物溶液を塗布する塗布法、真空蒸着法、ESDUS(Evaporative Spray Deposition From Ultra-Dilute Solution)法などが挙げられる。
本発明の照明装置は、例えば、図3に示す有機EL素子20と、この有機EL素子20の光の出射側に形成した光拡散板なとから構成することができる。こうした照明装置は、色純度が高く、特定の波長範囲の光を照射する光源としても好適に用いることができる。
本発明の有機EL素子は、上述した実施形態において説明した有機EL素子に限定されるものではない。
具体的には、図1に示す有機EL素子20においては、正孔注入層23A、正孔輸送層23B、電子輸送層23D、電子注入層23Eは、必要に応じて形成すればよく、設けられていなくてもよい。
また、画素電極(陽極層)21と、正孔注入層23Aと、正孔輸送層23Bと、発光層23Cと、電子輸送層23Dと、電子注入層23Eと、陰極層22の各層は、1層で形成されているものであってもよいし、2層以上からなるものであってもよい。
(実施例1)
基板上に、ITO(酸化インジウムスズ)とAg合金(フルヤ金属社製APC)からなる反射性の陽極層と、PEDOT:CH8000からなる厚さ23nmの正孔注入層と、HTEB−04(関東化学株式会社製)からなる厚さ17nmの正孔輸送層と、ゲスト材料として緑色発光材料であるPtN7Nを6重量%含み、ホスト材料としてBN−Ph2を用いた厚さ20nmの発光層と、TPBiからなる厚さ15nmの電子輸送層と、LiFからなる厚さ0.7nmの電子注入層と、MgAg合金3nm,Ag23nmからなる陰極層とを真空蒸着により順に形成し、その上に厚さ17nmのSiNからなる第1キャッピング層をミラートロンスパッタで形成し、60nmのTPBiからなる第2キャッピング層を真空蒸着により形成し、実施例1の有機EL素子作製した。ここで用いた材料の分子構造を下記一般式(4−1)〜(4−3)に示す。
第1キャッピング層を成膜しない以外は、実施例1と同様にして、比較例1の有機EL素子を作製した。
(比較例2)
第2キャッピング層を成膜しない以外は、実施例1と同様にして、比較例2の有機EL素子を作製した。
10…基板
20…有機EL素子(発光素子)
21…画素電極(陽極層:第1電極層)
22…陰極層(第2電極層)
23…発光部
23A…正孔注入層
23B…正孔輸送層
23C…発光層
23D…電子輸送層
23E…電子注入層
24…第1キャッピング層
25…第2キャッピング層
30…保護層
Claims (5)
- 導電性を有する第1電極層と、導電性および光透過性を有する第2電極層と、前記第1電極層と前記第2電極層との間に配された発光層と、を少なくとも有し、前記発光層で生じた光を前記第2電極層の一面側から他面側に向けて透過させ外部に出射させる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記第2電極層の前記他面側に接して形成された第1キャッピング層と、該第1キャッピング層に重ねて形成された第2キャッピング層とを備え、
前記第1キャッピング層は、屈折率が2.1以上、2.7以下の材料から形成され、また、前記第2キャッピング層は、屈折率が1.6以上、1.9以下の材料から形成されていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記第1キャッピング層の屈折率をN1、前記第1キャッピング層の膜厚をD1、前記第2キャッピング層の屈折率をN2、前記第2キャッピング層の膜厚をD2、前記発光層から放射される最大発光強度を持つ放射光の波長をλ、とそれぞれ定義した時に、下記の(1)式および(2)式を共に満たすことを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
N1×D1/λ≦0.1・・・(1)
(N1×D1+N2×D2)/λ=m×4(但し、m=任意の整数)・・・(2) - 前記第1キャッピング層を構成する材料は、窒化シリコン、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ビスマスのうち、少なくともいずれか1つを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えることを特徴とする表示装置。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えることを特徴とする照明装置。
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WO2022160103A1 (zh) * | 2021-01-26 | 2022-08-04 | 京东方科技集团股份有限公司 | 显示基板及其制备方法、显示装置 |
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Citations (2)
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JP2008243379A (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-09 | Sharp Corp | 有機エレクトロルミネセンス装置及びその製造方法 |
WO2017056553A1 (ja) * | 2015-09-30 | 2017-04-06 | コニカミノルタ株式会社 | 有機エレクトロルミネッセンス素子及びこれを備えた照明装置 |
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2017
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