WO2021199869A1 - 発光素子および表示装置 - Google Patents
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Definitions
- One embodiment of the present invention relates to a light emitting element and a display device including the light emitting element.
- an organic EL display device Organic Electroluminescence Display
- organic electroluminescence material organic electroluminescence material
- organic EL element a light emitting element in the display region
- the organic EL display device is a so-called self-luminous display device that realizes display by emitting light from an organic EL material.
- the organic EL display device has an electroluminescent element (hereinafter referred to as a light emitting element) as a display element in each of a plurality of pixels formed on the substrate.
- the light emitting element has a layer containing an organic compound exhibiting electroluminescence (hereinafter, a light emitting layer) between a pair of electrodes.
- a light emitting layer an organic compound exhibiting electroluminescence
- Patent Document 1 As a light emitting element of a high-brightness organic EL display device, an element structure in which a hole block layer or an electron block layer is provided adjacent to the light emitting layer, or an element sandwiched between a hole block layer and an electron block layer adjacent to the light emitting layer.
- the structure is known (see, for example, Patent Document 1). According to Patent Document 1, holes and electrons can be effectively confined in the light emitting layer by the hole block layer or the electron block layer adjacent to the light emitting layer, so that a light emitting element having high luminous efficiency can be obtained.
- One of the problems of the present invention is to provide a light emitting element and a display device having improved reliability in view of the above problems.
- the light emitting element includes a pair of electrodes and a first organic layer and a second organic layer adjacent to the first organic layer between the pair of electrodes, and the first organic layer is ,
- the first organic material is contained
- the second organic layer contains the second organic material
- the second organic layer contains the first region and the second region
- the first region is in contact with the first organic layer
- the first 1 Contains organic materials.
- drawings may schematically represent the width, thickness, shape, etc. of each part as compared with the actual mode, but this is just an example, and the illustrated shape itself is a book. It does not limit the interpretation of the invention. Further, in the drawings, elements having the same functions as those described with respect to the drawings already mentioned in the specification may be designated by the same reference numerals even if they are separate drawings, and duplicate explanations may be omitted. ..
- each structure When one film is processed to form a plurality of structures, each structure may have a different function and role, and each structure may have a different base on which it is formed.
- these plurality of structures are derived from films formed as the same layer in the same process and have the same material. Therefore, these multiple films are defined as existing in the same layer.
- the mode of arranging another structure on a certain structure when simply expressing "above”, unless otherwise specified, the other structure is in contact with the certain structure and is directly above the other structure. It includes both the case of arranging and the case of arranging another structure above one structure via yet another structure.
- a structure is exposed from another structure means a region in which a part of a certain structure is not covered by another structure. However, this also includes the case where the portion not covered by the other structure is covered by yet another structure.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a light emitting element 10 according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 1 shows an enlarged cross-sectional view of a part of the light emitting element 10 provided in the display area of the display device. The details of the display device will be described later.
- the light emitting element 10 includes a pair of electrodes (first electrode 11 and second electrode 19), a first organic layer 14, and a second organic layer 15.
- the first organic layer 14 and the second organic layer 15 are provided between a pair of electrodes (first electrode 11 and second electrode 19).
- the second organic layer 15 is provided adjacent to the first organic layer 14.
- the second organic layer 15 includes a first region 15-1 and a second region 15-2, and the first region 15-1 is in contact with the first organic layer 14.
- the light emitting element 10 further includes a third organic layer 16 adjacent to the second organic layer 15 between the pair of electrodes (first electrode 11 and second electrode 19).
- the second region 15-2 is in contact with the third organic layer 16.
- the first electrode 11 is an anode
- the first organic layer 14 is an electron block layer
- the second organic layer 15 is a light emitting layer
- the third organic layer 16 is a hole block layer
- the second electrode is a cathode.
- the light emitting element 10 includes a first electrode 11 (anode), a hole injection layer 12, a hole transport layer 13, and a first organic layer 14 (electron block layer).
- a second organic layer 15 (light emitting layer), a third organic layer 16 (hole block layer), an electron transport layer 17, an electron injection layer 18, and a second electrode 19 (cathode) can be included. ..
- the configuration of the light emitting element 10 is not limited to this.
- the hole injection layer 12, the hole transport layer 13, the electron transport layer 17, or the electron injection layer 18 can be provided as needed.
- the first electrode 11 is a cathode
- the first organic layer 14 is a hole block layer
- the second organic layer 15 is a light emitting layer
- the third organic layer 16 is an electron block layer.
- the two electrodes 19 are anodes.
- the hole injection layer, the hole transport layer, the electron transport layer, or the electron injection layer 18 can be provided as needed.
- the first electrode 11, the first organic layer 14, the second organic layer 15, the third organic layer 16, and the second electrode 19 are respectively an anode and an electron block, respectively. It will be described as a layer, a light emitting layer, a hole blocking layer, and a cathode. Further, in the following, the layer between the first electrode 11 and the second organic layer 15 is referred to as the first functional layer 21, and the layer between the second organic layer 15 and the second electrode 19 is referred to as the second functional layer 22. May be explained.
- the first organic layer 14 can function as an electron block layer. That is, in the first organic layer 14, the electrons injected from the second electrode 19 into the second functional layer 22 pass through the second organic layer 15 and are injected into the hole transport layer 13 without contributing to recombination. You can prevent that. In other words, the first organic layer 14 can confine electrons in the second organic layer 15 and prevent the recombination excitation energy obtained in the second organic layer 15 from being transferred to the hole transport layer 13. can. Therefore, it is preferable that the first organic layer 14 has higher hole transportability than electron transportability.
- the absolute value of the lowest empty orbital (LUMO) level of the first organic layer 14 is smaller than the absolute value of the lowest empty orbital (LUMO) level of the second organic layer 15.
- the absolute value of the difference between the LUMO level of the first organic layer 14 and the LUMO level of the second organic layer 15 is 0.2 eV or more, preferably 0.3 eV or more, more preferably 0.3 eV or more. Is 0.5 eV or more.
- the band gap of the first organic layer 14 is larger than the band gap of the second organic layer 15.
- the first organic layer 14 contains the first organic material.
- the first organic material is a material having a higher hole transport property than an electron transport property.
- As the first organic material for example, a relatively small conjugated carbazole derivative, an arylamine derivative, a thiophene derivative, or the like can be used.
- the second organic layer 15 can function as a light emitting layer. That is, the second organic layer 15 is a layer in which holes and electrons are recombined.
- the second organic layer 15 has a host-guest type configuration. That is, the second organic layer 15 contains a light emitting material as a guest in the second organic material as a host.
- the second organic material include condensed aromatic compounds such as stilben derivatives or anthracene derivatives, carbazole derivatives, metal complexes containing quinolinol ligands, aromatic amines, and nitrogen-containing heteroaromatic compounds such as phenanthroline derivatives. Can be used.
- a fluorescent material such as a coumarin derivative, a pyran derivative, a quinoclidene derivative, a tetracene derivative, a pyrene derivative, or an anthracene derivative
- a phosphorescent material such as an iridium-based orthometal complex
- the second organic layer 15 is configured so that the band gap of the second organic material is larger than the band gap of the light emitting material.
- the second organic layer 15 of the light emitting device 10 further includes a first organic material.
- a first organic material having a hole transporting property higher than that of an electron transporting property By adding a first organic material having a hole transporting property higher than that of an electron transporting property to the second organic layer 15, the hole transporting property of the second organic layer 15 can be improved. In other words, the hole transport property and the electron transport property of the second organic layer 15 can be adjusted by using the first organic material (adjustment of carrier balance).
- the second organic material of the second organic layer 15 has higher electron transportability than hole transportability. Therefore, the carriers in the second organic layer 15 are dominated by electrons over holes, and the electrons are likely to accumulate at the interface between the first organic layer 14 and the second organic layer 15. In this case, the light emitting region is near the interface, but concentration quenching is likely to occur due to the high electron density at the interface. That is, as a result of increasing the number of carriers that do not contribute to light emission, the current efficiency of the display element decreases.
- the hole transportability of the second organic layer 15 becomes higher. Since the holes that recombine with electrons increase in the second organic layer 15, as a result, the number of electrons that reach the interface between the first organic layer 14 and the second organic layer 15 can be reduced. Therefore, since the light emitting region extends over the entire second organic layer 15, the current efficiency of the light emitting element 10 is improved.
- the second organic layer 15 includes a first region 15-1 and a second region 15-2.
- the first region 15-1 is in contact with the first organic layer 14.
- the second region 15-2 is separated from the first organic layer 14.
- the concentration of the first organic material is different between the first region 15-1 and the second region 15-2.
- the concentration of the first organic material in the first region 15-1 is preferably higher than the concentration of the first organic material in the second region 15-2.
- the concentration of the first organic material in the first region 15-1 is 20% by weight or less, preferably 15% by weight or less, and more preferably 10% by weight or less.
- the concentration of the first organic material in the second region 15-2 is smaller than the concentration of the first organic material in the first region 15-1, and is 15% by weight or less, preferably 10% by weight or less. More preferably, it is 5% by weight or less. If the concentration of the first organic material in the second region 15-2 is high, holes will accumulate at the interface between the third organic layer 16 and the second organic layer 15. Therefore, the concentration of the first organic material in each of the first region 15-1 and the second region 15-2 is set to the above range, and the hole transportability of the first region 15-1 and the second region 15-2 is adjusted. Is preferable.
- the film thickness of the first region 15-1 and the second region 15-2 may be different.
- the film thickness of the first region 15-1 is preferably smaller than the film thickness of the second region 15-2.
- the film thickness of the first region 15-1 is larger than 0% of the film thickness of the second organic layer 15 and is 40% or less, preferably 30% or less, and more preferably 20%. be.
- the hole transportability of the second organic layer 15 can also be adjusted by setting the film thickness of the first region 15-1 to the above range.
- the second organic layer 15 By dividing the second organic layer 15 into a first region 15-1 and a second region 15-2, not only the carrier balance can be adjusted, but also the position of the light emitting region can be adjusted. That is, the light emitting region can be kept away from the interface between the first organic layer 14 and the second organic layer 15. Therefore, the chemical reaction at the interface is suppressed, and the reliability of the light emitting element 10 is improved.
- the third organic layer 16 can function as a hole blocking layer. That is, the third organic layer 16 is injected into the third organic layer 16 through the second organic layer 15 without the holes injected from the first electrode 11 into the first functional layer 21 contributing to recombination. Can be prevented. In other words, the third organic layer 16 traps holes in the second organic layer 15 and prevents the recombination excitation energy obtained in the second organic layer 15 from being transferred to the electron transport layer 17. can. Therefore, it is preferable that the third organic layer 16 has higher electron transportability than hole transportability.
- the absolute value of the highest occupied orbital (HOMO) level of the third organic layer 16 is larger than the absolute value of the highest occupied orbital (HOMO) level of the second organic layer 15.
- the absolute value of the difference between the HOMO level of the third organic layer 16 and the HOMO level of the second organic layer 15 is 0.2 eV or more, preferably 0.3 eV or more, more preferably 0.3 eV or more. Is 0.5 eV or more.
- the band gap of the third organic layer 16 is larger than the band gap of the second organic layer 15.
- the third organic layer 16 contains a third organic material.
- a phenanthroline derivative, an oxadiazole derivative, a triazole derivative, or bis (2-methyl-8-quinolinolato) (4-hydroxy-biphenylyl) aluminum can be used.
- the first electrode 11 can function as an anode. That is, the first electrode 11 can inject holes into the first functional layer 21. Therefore, it is preferable to use a material having a large work function for the first electrode 11.
- the second electrode 19 can function as a cathode. That is, the second electrode 19 can supply electrons to the second functional layer 22. Therefore, it is preferable to use a material having a small work function for the second electrode 19.
- At least one of the first electrode 11 and the second electrode 19 uses a transparent conductive material capable of transmitting light from the second organic layer 15.
- the transparent conductive material include indium tin oxide (ITO), zinc oxide (IZO), zinc oxide (ZnO), zinc aluminum oxide (AZO), zinc gallium oxide (GZO), zinc aluminum oxide (AZO) and the like.
- ITO indium tin oxide
- IZO zinc oxide
- ZnO zinc aluminum oxide
- ZO zinc gallium oxide
- AZO zinc aluminum oxide
- AZO zinc gallium oxide
- AZO zinc aluminum oxide
- the material of the metal thin film include gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), tungsten (W), molybdenum (Mo), zinc (Zn), or alloys thereof.
- Au gold
- a metal material can be used for the first electrode 11 or the second electrode.
- the metal material for example, gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), tungsten (W), molybdenum (Mo), zinc (Zn), or an alloy thereof is used. be able to.
- the hole injection layer 12 has a function of facilitating injection of holes from the first electrode 11 into the first functional layer 21.
- a compound that is easily oxidized (electron-donating compound), that is, a compound having a small absolute value of the highest occupied orbital (HOMO) level can be used.
- an aromatic amine such as a benzidine derivative or a triarylamine
- a carbazole derivative, a thiophene derivative, or a phthalocyanine derivative such as copper phthalocyanine can be used.
- a polythiophene or a polyaniline derivative can be used as the material of the hole injection layer 12.
- the material of the hole injection layer 12 for example, a mixture of an electron-donating compound such as an aromatic amine, a carbazole derivative, or an aromatic hydrocarbon and an electron acceptor may be used.
- an electron acceptor for example, a transition metal oxide such as vanadium oxide or molybdenum oxide, a nitrogen-containing heteroaromatic compound, or a heteroaromatic compound having a strong electron-withdrawing group such as a cyano group can be used. Since these materials or mixtures have a small ionization potential, the hole injection barrier from the first electrode 11 is small. Therefore, the hole injection layer 12 contributes to the reduction of the driving voltage of the light emitting element 10.
- the hole transport layer 13 has a function of transporting holes injected from the first electrode 11 into the hole injection layer 12 to the second organic layer 15.
- a material similar to or similar to the material that can be used in the hole injection layer 12 can be used.
- the absolute value of the HOMO level of the hole transport layer 13 is preferably smaller than the absolute value of the HOMO level of the hole injection layer 12, but the difference is preferably small. That is, the difference between the HOMO level of the hole transport layer 13 and the HOMO level of the hole injection layer 12 is 0.5 eV or less, preferably 0.3 eV or less, and more preferably less than that. Since the above-mentioned material has higher hole transportability than electron transportability, holes can be efficiently transported to the second organic layer 15, and a low drive voltage of the light emitting element 10 can be realized.
- the electron transport layer 17 has a function of transporting the electrons injected from the second electrode 19 into the electron injection layer 18 to the second organic layer 15.
- a compound having a higher electron transport property than a hole transport property can be used.
- a metal complex containing a ligand having 8-quinolinol as a basic skeleton, a nitrogen-containing heteroaromatic compound such as an oxadiazole derivative or a triazole derivative, a phenanthroline derivative, a silacyclopentadiene derivative, Aromatic hydrocarbons such as anthracene derivatives, pyrene derivatives, and perylene derivatives can be used.
- the metal complex for example, tris (8-quinolinolato) aluminum (Alq), (8-quinolinolato) lithium, or the like can be used.
- the electron injection layer 18 has a function of facilitating the injection of electrons from the second electrode 19 into the second functional layer 22.
- a metal fluoride such as calcium fluoride or lithium fluoride
- a group 1 metal or a group 2 element such as lithium, calcium, or magnesium
- a mixture of a material that can be used for the electron transport layer 17 and an electron donor may be used.
- the electron donor for example, a group 1 metal or a group 2 element, a lanthanoid metal such as ytterbium, or the like can be used.
- a typical display element having a laminated structure of an anode, a hole injection layer, a hole transport layer, an electron block layer, a light emitting layer, a hole block layer, an electron transport layer, an electron injection layer, and a cathode was produced.
- the element 1 has a light emitting layer as a single layer, and the light emitting layer is an element composed of only a second organic material and a light emitting material.
- the light emitting layer is a single layer, and in the light emitting layer, 10% by weight of the first organic material, which is the material of the electron block layer, is added to the second organic material in addition to the second organic material and the light emitting material. It is an element.
- the element 3 has two regions (first region and second region) for the light emitting layer, and the first region in contact with the electron block layer is a second region with respect to the second organic material in addition to the second organic material and the light emitting material.
- the reliability of the elements 1 to 3 was evaluated by the current efficiency and the time (LT 95 ) at which the brightness became 95% from the initial brightness.
- Table 1 shows the measurement results.
- the current efficiency and LT 95 are standardized by the value of the element 1.
- the current efficiencies of the elements 1 to 3 are almost the same, but the reliability is improved in the order of the element 1, the element 2, and the element 3.
- the improvement in reliability was remarkable.
- the first organic material of the first organic layer 14 that functions as an electron block layer is added to the second organic layer 15 that functions as a light emitting layer. 2
- the carrier balance of the organic layer 15 can be adjusted. Further, by suppressing the accumulation of electrons at the interface between the first organic layer 14 and the second organic layer 15 and keeping the light emitting region away from the interface between the first organic layer 14 and the second organic layer 15, the light emitting device The current efficiency and reliability of 10 are improved.
- ⁇ Modification example 1> The configuration of the light emitting element 10a according to another embodiment of the light emitting element 10 will be described with reference to FIG. In the following, the description of the configuration similar to that of the light emitting element 10 will be omitted, and the configuration different from that of the light emitting element 10 will be mainly described.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the light emitting element 10a according to the embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 2 shows an enlarged cross-sectional view of a part of the light emitting element 10a provided in the display area of the display device. The details of the display device will be described later.
- the light emitting element 10a includes a pair of electrodes (first electrode 11 and second electrode 19), a first organic layer 14, and a second organic layer 15a.
- the first organic layer 14 and the second organic layer 15a are provided between a pair of electrodes (first electrode 11 and second electrode 19).
- the second organic layer 15a is provided adjacent to the first organic layer 14.
- the second organic layer 15a includes a first region 15a-1 and a second region 15a-2, and the first region 15a-1 is in contact with the first organic layer.
- the first organic layer 14 contains a first organic material
- the second organic layer 15a contains a second organic material.
- the first region 15a-1 contains the first organic material, but the second region 15a-2 does not contain the first organic material. That is, in the light emitting element 10a, the carrier balance in the second organic layer 15a can be adjusted by adjusting the concentration and film thickness of the first organic material in the first region 15a-1. Therefore, the current efficiency and reliability of the light emitting element 10a are also improved.
- ⁇ Modification 2> The configuration of the light emitting element 10b according to another embodiment of the light emitting element 10 will be described with reference to FIG. In the following, the description of the configuration similar to that of the light emitting element 10 will be omitted, and the configuration different from that of the light emitting element 10 will be mainly described.
- FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the light emitting device 10b according to the embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 3 shows an enlarged cross-sectional view of a part of the light emitting element 10b provided in the display area of the display device. The details of the display device will be described later.
- the light emitting element 10b includes a pair of electrodes (first electrode 11 and second electrode 19), a first organic layer 14, and a second organic layer 15b.
- the first organic layer 14 and the second organic layer 15b are provided between a pair of electrodes (first electrode 11 and second electrode 19).
- the second organic layer 15b is provided adjacent to the first organic layer 14.
- the second organic layer 15b includes a first region 15b-1, a second region 15b-2, and a third region 15b-3, and the first region 15b-1 is in contact with the first organic layer.
- the third region 15b-3 is farther from the first organic layer 14 than the second region 15b-2.
- the first organic layer 14 contains a first organic material
- the second organic layer 15b contains a second organic material.
- each of the first region 15b-1, the second region 15b-2, and the third region 15b-3 contains the first organic material.
- the concentration of the first organic material in the first region 15b-1 is higher than the concentration of the first organic material in the third region 15b-3.
- the concentration of the first organic material in the second region 15b-2 is larger than the concentration of the first organic material in the third region 15b-3 and smaller than the concentration of the first organic material in the first region 15b-1. ..
- the carrier balance in the second organic layer 15b depends on the concentration and film thickness of the first organic material in each of the first region 15b-1, the second region 15b-2, and the third region 15b-3. Can be adjusted. Therefore, the current efficiency and reliability of the light emitting element 10b are also improved.
- the concentration of the first organic material in the second organic layer 15 is separated into three, such as the first region 15b-1, the second region 15b-2, and the third region 15b-3.
- the concentration of the first organic material in the second organic layer 15 may be continuously provided so as to decrease from the first organic layer 14 toward the third organic layer 16.
- FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the light emitting element 20 according to the embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 4 shows an enlarged cross-sectional view of a part of the light emitting element 20 provided in the display area of the display device. The details of the display device will be described later.
- the light emitting element 20 includes a pair of electrodes (first electrode 11 and second electrode 19), a first unit 20-1, a second unit 20-2, and a charge generation layer 23.
- the first unit 20-1, the second unit 20-2, and the charge generation layer 23 are provided between the pair of electrodes (the first electrode 11 and the second electrode 19).
- the charge generation layer 23 is provided between the first unit 20-1 and the second unit 20-2.
- the first unit 20-1 includes a first organic layer 24 and a second organic layer 25.
- the second organic layer 25 includes a first region 25-1 and a second region 25-2, and the first region 25-1 is in contact with the first organic layer 24.
- the second unit 20-2 also includes a first organic layer 26 and a second organic layer 27.
- the second organic layer 27 includes a first region 27-1 and a second region 27-2, and the first region 27-1 is in contact with the first organic layer 26.
- the first organic layer 24 of the first unit 20-1 contains the first organic material
- the second organic layer 25 contains the second organic material.
- the first organic layer 26 of the second unit contains the first organic material
- the second organic layer 27 contains the second organic material.
- the first organic material and the second organic material are as described in the first embodiment, but the first organic material of the first unit 20-1 and the first organic material of the second unit 20-2 are the same. It may be present or different. Similarly, the second organic material of the first unit 20-1 and the second organic material of the second unit 20-2 may be the same or different.
- the second organic layer 25 of the first unit 20-1 contains the first organic material of the first organic layer 24, and the second of the second unit 20-2.
- the organic layer 27 contains the first organic material of the first organic layer 26.
- the first electrode 11, the first organic layer, the second organic layer 15, the third organic layer 16, and the second electrode 19 are an anode and an electron block layer, respectively.
- the first unit 20-1 further includes a hole injection layer 12, a hole transport layer 13, a third organic layer 16 (hole block layer), and an electron transport layer 17.
- the second unit 20-2 further includes a hole transport layer 13, a third organic layer 16 (hole block layer), an electron transport layer 17, and an electron injection layer 18.
- the configuration of the light emitting element 20 is not limited to this.
- the layers included in the first unit 20-1 and the second unit 20-2 can be appropriately provided or omitted as needed.
- the charge generation layer 23 injects electrons into the first unit 20-1 and injects holes into the second unit 20-2.
- the charge generation layer 23 is a mixture of a material similar to or similar to the material used in the hole transport layer 13 and an electron acceptor, or a material similar to or similar to the material usable in the electron transport layer 17 and an electron donor. A mixture can be used.
- the light emitting element 20 since light emission can be obtained from the first unit 20-1 and the second unit 20-2, the light emitting element has high current efficiency and reliability.
- the carrier balance of the second organic layers 25 and 27 Can be adjusted. Further, the accumulation of electrons at the interface between the first organic layer 24 and the second organic layer 25 and the interface between the first organic layer 26 and the second organic layer 27 is suppressed, and the first organic layer 14 and the second organic layer 14 and the second organic layer are suppressed.
- the current efficiency and reliability of the light emitting element 20 are further improved.
- FIG. 5 is a plan view showing the configuration of the display device 100 according to the embodiment of the present invention.
- the display device 100 includes a substrate 101, a peripheral area 102, and a display area 103.
- the display area 103 is provided on the substrate 101.
- the display area 103 includes a plurality of pixels 109.
- the plurality of pixels 109 are arranged in a matrix.
- the number of arrays of the plurality of pixels 109 is arbitrary. For example, m pixels 109 in the row direction and n pixels 109 in the column direction are arranged (m and n are integers).
- Each of the plurality of pixels 109, which is not shown in FIG. 5, is composed of a pixel circuit having at least a selection transistor, a driving transistor, and a light emitting element.
- the peripheral area 102 is provided so as to surround the display area 103.
- the peripheral area 102 refers to an area from the display area 103 to the end of the substrate 101.
- the peripheral region 102 refers to an region other than the display region 103 provided on the substrate 101 (that is, an region outside the display region 103).
- the peripheral region 102 includes a drive circuit 104 and a terminal 107.
- the drive circuit 104 is provided so as to sandwich the display area 103.
- the driver IC 105 may be provided in the peripheral region 102.
- the driver IC 105 is connected to the terminal 107.
- the terminal 107 is connected to the flexible printed circuit board 108 (FPC).
- the drive circuit 104 is connected to a scan line connected to the pixel 109 and functions as a scan line drive circuit. Further, the driver IC 105 is connected to a signal line connected to the pixel 109, and a signal line drive circuit is incorporated. Although FIG. 5 shows a configuration in which the signal line drive circuit is incorporated in the driver IC 105, the signal line drive circuit may be provided on the substrate 101 separately from the driver IC 105.
- the driver IC 105 is arranged on the substrate 101 in the form of an IC chip. Although not shown, the driver IC 105 may be provided on the flexible printed circuit board 108.
- a video signal is given to each of the plurality of pixels 109 from the driver IC 105 via a signal line. Further, each pixel 109 is given a signal from the driver IC 105 to select each pixel 109 via the drive circuit 104 and the scanning line. With these signals, the transistor included in the pixel 109 can be driven to display the screen according to the video signal.
- FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the display device 100 according to the embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line A1-A2 of the display device 100 shown in FIG.
- the display area 103 has a plurality of pixels 109R, 109G, and 109B.
- the light emitting elements 10R, 10G, and 10B of the plurality of pixels 109R, 109G, and 109B are distinguished by the color of light emission.
- the light emitting element 10R of the pixel 109R emits red light
- the light emitting element 10G of the pixel 109G emits green light
- the light emitting element 10B of the pixel 109B emits blue light.
- a transistor 120 and a capacitance element 130 are provided on the substrate 101 via a base layer 110.
- a glass substrate, a quartz substrate, or a flexible substrate polyimide, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, triacetyl cellulose, cyclic olefin copolymer, cycloolefin polymer, or other flexible resin substrate
- a metal substrate, a ceramic substrate, or a semiconductor substrate can be used.
- the display device 100 can be bent.
- a base layer 110 is provided on the substrate 101.
- the base layer 110 is an insulating layer made of an inorganic material such as silicon oxide, silicon nitride, or aluminum oxide.
- the base layer 110 may have a single-layer structure, or may be, for example, a laminated structure in which a silicon oxide layer and a silicon nitride layer are combined.
- the base layer 110 is provided with a three-layer structure of a silicon nitride layer 111, a silicon oxide layer 112, and a silicon nitride layer 113 will be described. This configuration may be appropriately determined in consideration of the adhesion to the substrate 101 and the gas barrier property for the transistor 120 described later.
- the transistor 120 has a semiconductor layer 114, a gate insulating film 115, a gate electrode 117, a source electrode 122, or a drain electrode 123.
- the transistor 120 may be an Nch type transistor or a Pch type transistor. In this embodiment, the case where the transistor 120 uses an Nch type transistor will be described.
- Amorphous, polysilicon, or oxide semiconductors can be used for the semiconductor layer 114.
- the Nch transistor has a structure in which the semiconductor layer 114 is provided with low-concentration impurity regions 114b and 114c between the channel region 114a and the high-concentration impurity regions 114d and 114e (source region or drain region).
- an insulating layer made of an inorganic material such as silicon oxide, silicon nitride, or aluminum oxide can be used.
- a conductive layer made of a metal material such as copper, molybdenum, tantalum, tungsten, or aluminum can be used.
- Each of the source electrode 122 or the drain electrode 123 can use a conductive layer made of a metal material such as copper, titanium, molybdenum, or aluminum.
- the capacitive element 130 is formed by a pair of electrodes with a gate insulating film 115 sandwiched between them.
- the high-concentration impurity region 114d of the semiconductor layer 114 is used as one electrode of the capacitive element 130, and the conductive layer 118 is used as the other electrode.
- the conductive layer 118 is formed of the same film as the gate electrode.
- An interlayer insulation layer 119 is provided so as to cover the transistor 120 and the capacitive element 130.
- the interlayer insulating layer 119 is an insulating layer made of an inorganic material such as silicon oxide, silicon nitride, or aluminum oxide.
- a source electrode 122 or a drain electrode 123 is provided on the interlayer insulating layer 119.
- the source electrode 122 or the drain electrode 123 is connected to the semiconductor layer 114 (high-concentration impurity regions 114d, 114e) via contact holes provided in the gate insulating film 115 and the interlayer insulating layer 119.
- a flattening film 121 is provided on the interlayer insulating layer 119.
- the flattening film 121 contains an organic resin material.
- an organic resin material such as polyimide, polyamide, acrylic, or epoxy can be used. These materials are characterized in that a film can be formed by a solution coating method and a flattening effect is high.
- the flattening film 121 has contact holes that expose a portion of the source electrode 122 or the drain electrode 123. The contact hole is provided to electrically connect the first electrode 11 described later with the source electrode 122 or the drain electrode 123.
- a transparent conductive layer 125 is provided in the contact hole provided in the flattening film 121.
- the transparent conductive layer 125 is superimposed on the contact hole of the flattening film 121 and is electrically connected to the source electrode 122 or the drain electrode 123 exposed at the bottom surface of the contact hole.
- an indium oxide-based transparent conductive layer for example, ITO
- a zinc oxide-based transparent conductive layer for example, IZO, ZnO
- a transparent conductive layer 124 is provided on the flattening film 121.
- the transparent conductive layer 125 and the transparent conductive layer 124 are formed of the same material.
- an insulating layer 211 is provided on the transparent conductive layer 125. It is preferable to use a silicon nitride layer or the like as the insulating layer 211. A contact hole is formed in the insulating layer 211 in a region where the source electrode 122 or the drain electrode 123 and the transparent conductive layer 125 overlap.
- the first electrode 11 is provided on the insulating layer 211.
- the first electrode 11 is connected to the transparent conductive layer 125 via a contact hole provided in the insulating layer 211.
- the first electrode 11 is electrically connected to the source electrode or the drain electrode 123.
- the capacitance element 130 is composed of the first electrode 11, the insulating layer 211, and the transparent conductive layer 124.
- Light emitting elements 10R, 10G, and 10B are provided on the insulating layer 211.
- the light emitting elements 10R, 10G, and 10B each have a first electrode 11, a first functional layer 21, a second functional layer 22, and a second electrode 19. Further, the light emitting elements 10R, 10G, and 10B have the second organic layers 15R, 15G, and 15B, respectively, depending on the color to be emitted. Further, a bank 213 is provided for separating the light emitting elements 10R, 10G, and 10B, respectively.
- the configurations of the light emitting elements 10R, 10G, and 10B are as described in the first embodiment.
- a sealing film 220 is provided on the light emitting elements 10R, 10G, and 10B.
- the sealing film 220 is provided to prevent moisture from entering the light emitting elements 10R, 10G, and 10B.
- an inorganic material such as silicon oxide, silicon nitride, or aluminum oxide, or an organic resin material such as polyimide, polyamide, acrylic, or epoxy can be used.
- FIG. 6 shows a configuration in which an inorganic insulating layer 221, an organic insulating layer 222, and an inorganic insulating layer 223 are used as the sealing film 220.
- a polarizing plate may be provided on the sealing film 220.
- the polarizing plate may be attached on the sealing film 220 by using an adhesive material.
- a substrate may be attached to the sealing film 220 using an adhesive material, and a polarizing plate may be further attached to the substrate via the adhesive material.
- FIG. 7 is a plan view showing the layout of a plurality of pixels 109R, 109G, and 109B arranged in a matrix in the display area 103 of the display device 100 according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 8 is a cross-sectional view of a display area of the display device 100 according to the embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line B1-B2 shown in FIG. 7. As shown in FIG. 8, the cross sections of the light emitting elements 10R, 10G, and 10B provided in the pixels 109R, 109G, and 109B are shown. In FIG. 8, the cross section of the transistor 120 connected to each of the light emitting elements 10R, 10G, and 10B is not shown, but the embodiment is the same as the description of FIG.
- FIG. 7 in the display area 103, a plurality of pixels 109R, 109G, and 109B are arranged in a matrix.
- FIG. 8 shows some layers constituting pixels 109R, 109G, and 109B. Further, FIG. 8 shows the first electrode 11, the opening 214 of the bank 213, and the second organic layers 15R, 15G, and 15B. The plurality of first electrodes 11 are arranged in a matrix. Further, the second organic layers 15R, 15G, and 15B are discontinuous between the first electrodes 11 adjacent to each other in the row direction and continuous between the first electrodes 11 adjacent to each other in the column direction.
- each pixel 109 includes the light emitting element 10, the current efficiency and reliability of the display device 100 are improved.
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Abstract
発光素子は、一対の電極と、一対の電極の間に、第1有機層および第1有機層に隣接する第2有機層と、を含み、第1有機層は、第1有機材料を含み、第2有機層は、第2有機材料を含み、第2有機層は、第1領域および第2領域を含み、第1領域は、第1有機層と接し、第1有機材料を含む。第1有機材料は、電子輸送性よりも正孔輸送性が高く、第1有機層の最低空軌道(LUMO)準位の絶対値は、第2有機層の最低空軌道(LUMO)準位の絶対値よりも小さい。
Description
本発明の一実施形態は、発光素子および発光素子を含む表示装置に関する。
表示装置として、有機エレクトロルミネッセンス材料(有機EL材料)を表示領域の発光素子(有機EL素子)に用いた有機EL表示装置(Organic Electroluminescence Display)が知られている。有機EL表示装置は、有機EL材料を発光させることにより表示を実現する、いわゆる自発光型の表示装置である。
有機EL表示装置は、基板上に形成された複数の画素の各々に、表示素子として電界発光素子(以下、発光素子という)を有している。発光素子は、一対の電極間に、電界発光性を示す有機化合物を含む層(以下、発光層)を有している。一対の電極間に電流を供給することで、これらの電極から発光層へキャリア(正孔および電子)が注入されると正孔と電子は、発光層内で再結合して励起状態となる。励起状態が基底状態に緩和する過程のエネルギーが発光として取り出されることよって表示装置としての機能が発現される。
高輝度の有機EL表示装置の発光素子として、発光層に隣接して正孔ブロック層もしくは電子ブロック層を設けた素子構造または発光層に隣接した正孔ブロック層および電子ブロック層で挟まれた素子構造が知られている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1によれば、発光層に隣接する正孔ブロック層または電子ブロック層によって、正孔および電子を発光層中に効果的に閉じ込めることができるため、発光効率の高い発光素子が得られる。
しかしながら、発光層に隣接して正孔ブロック層または電子ブロック層を設けた場合、発光層と正孔ブロック層との界面または発光層と電子ブロック層との界面にキャリアが蓄積しすぎるため、界面において発光に寄与しない酸化反応または還元反応が起きることがあった。そのため、発光素子の発光効率は向上するもの、酸化反応または還元反応が起きる結果、発光素子の信頼性を十分に確保することが難しかった。
本発明は、上記問題に鑑み、信頼性が改善された発光素子および表示装置を提供することを課題の一つとする。
本発明の一実施形態に係る発光素子は、一対の電極と、一対の電極の間に、第1有機層および第1有機層に隣接する第2有機層と、を含み、第1有機層は、第1有機材料を含み、第2有機層は、第2有機材料を含み、第2有機層は、第1領域および第2領域を含み、第1領域は、第1有機層と接し、第1有機材料を含む。
以下、本発明の各実施形態において、図面等を参照しつつ説明する。但し、本発明は、その技術的思想の要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、図示の形状そのものが本発明の解釈を限定するものではない。また、図面において、明細書中で既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、別図であっても同一の符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。
ある一つの膜を加工して複数の構造体を形成した場合、各々の構造体は異なる機能、役割を有する場合があり、また各々の構造体はそれが形成される下地が異なる場合がある。しかしながら、これら複数の構造体は、同一の工程で同一層として形成された膜に由来するものであり、同一の材料を有する。従って、これら複数の膜は同一層に存在しているものと定義する。
ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接して、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。
「ある構造体が他の構造体から露出する」という表現は、ある構造体の一部が他の構造体によって覆われていない領域を意味する。ただしこの他の構造体によって覆われていない部分が、さらに別の構造体によって覆われている場合も含む。
<第1実施形態>
本発明の一実施形態に係る発光素子10の構成について、図1を参照して説明する。
本発明の一実施形態に係る発光素子10の構成について、図1を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る発光素子10の模式的断面図である。具体的には、図1は、表示装置の表示領域に設けられた発光素子10の一部を拡大した断面図を示す。なお、表示装置の詳細については後述する。
発光素子10は、一対の電極(第1電極11および第2電極19)と、第1有機層14と、第2有機層15と、を含む。第1有機層14および第2有機層15は、一対の電極(第1電極11および第2電極19)の間に設けられている。第2有機層15は、第1有機層14に隣接して設けられている。第2有機層15は、第1領域15-1および第2領域15-2を含み、第1領域15-1は、第1有機層14に接している。また、発光素子10は、一対の電極(第1電極11および第2電極19)の間に、さらに、第2有機層15に隣接する第3有機層16を含む。第2領域15-2は、第3有機層16に接している。
例えば、第1電極11は陽極であり、第1有機層14は電子ブロック層であり、第2有機層15は発光層であり、第3有機層16は正孔ブロック層であり、第2電極19は陰極である。この場合、図1に示すように、発光素子10は、第1電極11(陽極)と、正孔注入層12と、正孔輸送層13と、第1有機層14(電子ブロック層)と、第2有機層15(発光層)と、第3有機層16(正孔ブロック層)と、電子輸送層17と、電子注入層18と、第2電極19(陰極)と、を含むことができる。但し、発光素子10の構成はこれに限られない。正孔注入層12、正孔輸送層13、電子輸送層17、または電子注入層18は、必要に応じて設けることができる。
また、例えば、第1電極11は陰極であり、第1有機層14は正孔ブロック層であり、第2有機層15は発光層であり、第3有機層16は電子ブロック層であり、第2電極19は陽極である。この場合においても、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、または電子注入層18を必要に応じて設けることができる。
以下では、本実施形態を理解しやすく説明するため、第1電極11、第1有機層14、第2有機層15、第3有機層16、および第2電極19が、それぞれ、陽極、電子ブロック層、発光層、正孔ブロック層、および陰極であるとして説明する。また、以下では、第1電極11と第2有機層15との間の層を第1機能層21とし、第2有機層15と第2電極19との間の層を第2機能層22として説明する場合がある。
[電子ブロック層]
第1有機層14は、電子ブロック層として機能することができる。すなわち、第1有機層14は、第2電極19から第2機能層22に注入された電子が再結合に寄与することなく第2有機層15を通過して正孔輸送層13へ注入されることを防ぐことができる。言い換えると、第1有機層14は、第2有機層15中に電子を閉じ込めるとともに、第2有機層15で得られる再結合の励起エネルギーが正孔輸送層13にエネルギー移動することを防ぐことができる。したがって、第1有機層14は、電子輸送性よりも正孔輸送性が高いことが好ましい。また、第1有機層14の最低空軌道(LUMO)準位の絶対値は、第2有機層15の最低空軌道(LUMO)準位の絶対値よりもが小さいことが好ましい。具体的には、第1有機層14のLUMO準位と第2有機層15のLUMO準位との差の絶対値は、0.2eV以上であり、好ましくは0.3eV以上であり、さらに好ましくは0.5eV以上である。
第1有機層14は、電子ブロック層として機能することができる。すなわち、第1有機層14は、第2電極19から第2機能層22に注入された電子が再結合に寄与することなく第2有機層15を通過して正孔輸送層13へ注入されることを防ぐことができる。言い換えると、第1有機層14は、第2有機層15中に電子を閉じ込めるとともに、第2有機層15で得られる再結合の励起エネルギーが正孔輸送層13にエネルギー移動することを防ぐことができる。したがって、第1有機層14は、電子輸送性よりも正孔輸送性が高いことが好ましい。また、第1有機層14の最低空軌道(LUMO)準位の絶対値は、第2有機層15の最低空軌道(LUMO)準位の絶対値よりもが小さいことが好ましい。具体的には、第1有機層14のLUMO準位と第2有機層15のLUMO準位との差の絶対値は、0.2eV以上であり、好ましくは0.3eV以上であり、さらに好ましくは0.5eV以上である。
また、第1有機層14のバンドギャップは、第2有機層15のバンドギャップよりも大きいことが好ましい。
第1有機層14は、第1有機材料を含む。第1有機材料は、電子輸送性よりも正孔輸送性が高い材料である。第1有機材料は、例えば、共役系の比較的小さいカルバゾール誘導体、アリールアミン誘導体、またはチオフェン誘導体などを用いることができる。
[発光層]
第2有機層15は、発光層として機能することができる。すなわち、第2有機層15は、正孔と電子が再結合する層である。第2有機層15は、ホスト-ゲスト型の構成を有する。すなわち、第2有機層15は、ホストである第2有機材料に、ゲストである発光材料が含まれている。第2有機材料としては、例えば、スチルベン誘導体もしくはアントラセン誘導体などの縮合芳香族化合物、カルバゾール誘導体、キノリノール配位子を含む金属錯体、芳香族アミン、またはフェナントロリン誘導体などの含窒素ヘテロ芳香族化合物などを用いることができる。発光材料としては、例えば、クマリン誘導体、ピラン誘導体、キノクリドン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、もしくはアントラセン誘導体などの蛍光材料、またはイリジウム系オルトメタル錯体などの燐光材料を用いることができる。第2有機層15は、第2有機材料のバンドギャップが発光材料のバンドギャップよりも大きくなるように構成される。
第2有機層15は、発光層として機能することができる。すなわち、第2有機層15は、正孔と電子が再結合する層である。第2有機層15は、ホスト-ゲスト型の構成を有する。すなわち、第2有機層15は、ホストである第2有機材料に、ゲストである発光材料が含まれている。第2有機材料としては、例えば、スチルベン誘導体もしくはアントラセン誘導体などの縮合芳香族化合物、カルバゾール誘導体、キノリノール配位子を含む金属錯体、芳香族アミン、またはフェナントロリン誘導体などの含窒素ヘテロ芳香族化合物などを用いることができる。発光材料としては、例えば、クマリン誘導体、ピラン誘導体、キノクリドン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、もしくはアントラセン誘導体などの蛍光材料、またはイリジウム系オルトメタル錯体などの燐光材料を用いることができる。第2有機層15は、第2有機材料のバンドギャップが発光材料のバンドギャップよりも大きくなるように構成される。
本実施形態に係る発光素子10の第2有機層15は、さらに、第1有機材料を含む。第2有機層15に、電子輸送性よりも正孔輸送性が高い第1有機材料を添加することで、第2有機層15の正孔輸送性を向上させることができる。言い換えると、第1有機材料を用いて、第2有機層15の正孔輸送性と電子輸送性を調整することができる(キャリアバランスの調整)。
一般的に、第2有機層15の第2有機材料は、正孔輸送性よりも電子輸送性が高い。そのため、第2有機層15中のキャリアは正孔よりも電子が優位となり、電子は第1有機層14と第2有機層15との界面に蓄積しやすい。この場合、発光領域は界面近傍であるが、界面での電子密度が高くなることで濃度消光が起きやすい。すなわち、発光に寄与しないキャリアが増加する結果、表示素子の電流効率が低下する。
一方、第2有機層15に第1有機材料が添加されると、第2有機層15の正孔輸送性が高くなる。第2有機層15中において電子と再結合する正孔が増加するため、結果として、第1有機層14と第2有機層15との界面に到達する電子を減少させることができる。したがって、発光領域が第2有機層15全体に広がるため、発光素子10の電流効率が向上する。
また、第2有機層15は、第1領域15-1と、第2領域15-2と、を含む。第1領域15-1は、第1有機層14と接する。第2領域15-2は、第1有機層14から離れている。
第1領域15-1と第2領域15-2とは、第1有機材料の濃度が異なる。第1領域15-1における第1有機材料の濃度は、第2領域15-2における第1有機材料の濃度よりも大きいことが好ましい。例えば、第1領域15-1における第1有機材料の濃度は、20重量%以下であり、好ましくは15重量%以下であり、さらに好ましくは10重量%以下である。また、第2領域15-2における第1有機材料の濃度は、第1領域15-1における第1有機材料の濃度よりも小さく、15重量%以下であり、好ましくは10重量%以下であり、さらに好ましくは5重量%以下である。第2領域15-2における第1有機材料の濃度が高いと、第3有機層16と第2有機層15との界面に正孔が蓄積してしまう。そのため、第1領域15-1および第2領域15-2の各々における第1有機材料の濃度を上記範囲とし、第1領域15-1および第2領域15-2の正孔輸送性が調整されることが好ましい。
また、第1領域15-1と第2領域15-2とは、膜厚が異なっていてもよい。第1領域15-1の膜厚は、第2領域15-2の膜厚よりも小さいことが好ましい。例えば、第1領域15-1の膜厚は、第2有機層15の膜厚の0%よりも大きく、かつ、40%以下であり、好ましくは30%以下であり、さらに好ましくは20%である。第1領域15-1の膜厚を上記範囲にすることでも、第2有機層15の正孔輸送性を調整することができる。
第2有機層15を第1領域15-1と第2領域15-2とに分けることで、キャリアバランスを調整するだけでなく、発光領域の位置も調整することができる。すなわち、発光領域を、第1有機層14と第2有機層15との界面から遠ざけることができる。そのため、界面における化学反応が抑制され、発光素子10の信頼性が向上する。
[正孔ブロック層]
第3有機層16は、正孔ブロック層として機能することができる。すなわち、第3有機層16は、第1電極11から第1機能層21に注入された正孔が再結合に寄与することなく第2有機層15を通過して第3有機層16へ注入されることを防ぐことができる。言い換えると、第3有機層16は、第2有機層15中に正孔を閉じ込めるとともに、第2有機層15で得られる再結合の励起エネルギーが電子輸送層17にエネルギー移動することを防ぐことができる。したがって、第3有機層16は、正孔輸送性よりも電子輸送性が高いことが好ましい。また、第3有機層16の最高被占軌道(HOMO)準位の絶対値は、第2有機層15の最高被占軌道(HOMO)準位の絶対値よりも大きいことが好ましい。具体的には、第3有機層16のHOMO準位と第2有機層15のHOMO準位との差の絶対値は、0.2eV以上であり、好ましくは0.3eV以上であり、さらに好ましくは0.5eV以上である。
第3有機層16は、正孔ブロック層として機能することができる。すなわち、第3有機層16は、第1電極11から第1機能層21に注入された正孔が再結合に寄与することなく第2有機層15を通過して第3有機層16へ注入されることを防ぐことができる。言い換えると、第3有機層16は、第2有機層15中に正孔を閉じ込めるとともに、第2有機層15で得られる再結合の励起エネルギーが電子輸送層17にエネルギー移動することを防ぐことができる。したがって、第3有機層16は、正孔輸送性よりも電子輸送性が高いことが好ましい。また、第3有機層16の最高被占軌道(HOMO)準位の絶対値は、第2有機層15の最高被占軌道(HOMO)準位の絶対値よりも大きいことが好ましい。具体的には、第3有機層16のHOMO準位と第2有機層15のHOMO準位との差の絶対値は、0.2eV以上であり、好ましくは0.3eV以上であり、さらに好ましくは0.5eV以上である。
また、第3有機層16のバンドギャップは、第2有機層15のバンドギャップよりも大きいことが好ましい。
第3有機層16は、第3有機材料を含む。第3有機材料は、例えば、フェナントロリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、またはビス(2-メチル-8-キノリノラト)(4-ヒドロキシ-ビフェニリル)アルミニウムなどを用いることができる。
[陽極および陰極]
第1電極11は、陽極として機能することができる。すなわち、第1電極11は、第1機能層21に正孔を注入することができる。そのため、第1電極11は、仕事関数の大きい材料を用いることが好ましい。
第1電極11は、陽極として機能することができる。すなわち、第1電極11は、第1機能層21に正孔を注入することができる。そのため、第1電極11は、仕事関数の大きい材料を用いることが好ましい。
第2電極19は、陰極として機能することができる。すなわち、第2電極19は、第2機能層22に電子を供給することができる。そのため、第2電極19は、仕事関数の小さい材料を用いることが好ましい。
第1電極11および第2電極19の少なくとも一方は、第2有機層15からの光が透過することができる透明導電材料を用いる。透明導電材料としては、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化アルミニウム亜鉛(AZO)、酸化ガリウム亜鉛(GZO)、または酸化アルミニウム亜鉛(AZO)などを用いることができる。また、透明導電材料の抵抗が高い場合、数nm程度の金属薄膜を透明導電材料で挟み込んだ積層体を第1電極11または第2電極19とすることもできる。金属薄膜の材料としては、例えば、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、もしくは亜鉛(Zn)、またはこれらの合金などを用いることができる。
一方、第2有機層15からの光を反射させる場合、第1電極11または第2電極は、金属材料を用いることができる。金属材料としては、例えば、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、もしくは亜鉛(Zn)、またはこれらの合金などを用いることができる。
[正孔注入層]
正孔注入層12は、第1電極11から第1機能層21へ正孔を注入しやすくする機能を有する。正孔注入層12は、酸化されやすい化合物(電子供与性化合物)、すなわち、最高被占軌道(HOMO)準位の絶対値の小さい化合物を用いることができる。正孔注入層12の材料として、例えば、ベンジジン誘導体もしくはトリアリールアミンなどの芳香族アミン、カルバゾール誘導体、チオフェン誘導体、または銅フタロシアニンなどのフタロシアニン誘導体などを用いることができる。また、正孔注入層12の材料として、例えば、ポリチオフェンまたはポリアニリン誘導体などを用いることもできる。さらに、正孔注入層12の材料として、例えば、芳香族アミン、カルバゾール誘導体、または芳香族炭化水素などの電子供与性化合物と電子受容体との混合物を用いてもよい。電子受容体としては、例えば、酸化バナジウムもしくは酸化モリブデンなどの遷移金属酸化物、含窒素ヘテロ芳香族化合物、またははシアノ基などの強い電子吸引基を有するヘテロ芳香族化合物などを用いることができる。これらの材料または混合物はイオン化ポテンシャルが小さいため、第1電極11からの正孔注入障壁が小さい。そのため、正孔注入層12は、発光素子10の駆動電圧の低減に寄与する。
正孔注入層12は、第1電極11から第1機能層21へ正孔を注入しやすくする機能を有する。正孔注入層12は、酸化されやすい化合物(電子供与性化合物)、すなわち、最高被占軌道(HOMO)準位の絶対値の小さい化合物を用いることができる。正孔注入層12の材料として、例えば、ベンジジン誘導体もしくはトリアリールアミンなどの芳香族アミン、カルバゾール誘導体、チオフェン誘導体、または銅フタロシアニンなどのフタロシアニン誘導体などを用いることができる。また、正孔注入層12の材料として、例えば、ポリチオフェンまたはポリアニリン誘導体などを用いることもできる。さらに、正孔注入層12の材料として、例えば、芳香族アミン、カルバゾール誘導体、または芳香族炭化水素などの電子供与性化合物と電子受容体との混合物を用いてもよい。電子受容体としては、例えば、酸化バナジウムもしくは酸化モリブデンなどの遷移金属酸化物、含窒素ヘテロ芳香族化合物、またははシアノ基などの強い電子吸引基を有するヘテロ芳香族化合物などを用いることができる。これらの材料または混合物はイオン化ポテンシャルが小さいため、第1電極11からの正孔注入障壁が小さい。そのため、正孔注入層12は、発光素子10の駆動電圧の低減に寄与する。
[正孔輸送層]
正孔輸送層13は、第1電極11から正孔注入層12に注入された正孔を第2有機層15へ輸送する機能を有する。正孔輸送層13は、正孔注入層12で使用可能な材料と同様または類似する材料を用いることができる。正孔輸送層13のHOMO準位の絶対値は、正孔注入層12のHOMO準位の絶対値よりも小さいことが好ましいが、その差は小さいことが好ましい。すなわち、正孔輸送層13のHOMO準位と正孔注入層12のHOMO準位との差は、0.5eV以下であり、好ましくは0.3eV以下であり、さらに好ましくはそれ以下である。上述した材料は電子輸送性よりもホール輸送性が高いため、正孔を効率よく第2有機層15へ輸送することができ、発光素子10の低い駆動電圧を実現することができる。
正孔輸送層13は、第1電極11から正孔注入層12に注入された正孔を第2有機層15へ輸送する機能を有する。正孔輸送層13は、正孔注入層12で使用可能な材料と同様または類似する材料を用いることができる。正孔輸送層13のHOMO準位の絶対値は、正孔注入層12のHOMO準位の絶対値よりも小さいことが好ましいが、その差は小さいことが好ましい。すなわち、正孔輸送層13のHOMO準位と正孔注入層12のHOMO準位との差は、0.5eV以下であり、好ましくは0.3eV以下であり、さらに好ましくはそれ以下である。上述した材料は電子輸送性よりもホール輸送性が高いため、正孔を効率よく第2有機層15へ輸送することができ、発光素子10の低い駆動電圧を実現することができる。
[電子輸送層]
電子輸送層17は第2電極19から電子注入層18に注入された電子を第2有機層15へ輸送する機能を有する。電子輸送層17は、正孔輸送性よりも電子輸送性の高い化合物を用いることができる。電子輸送層17の材料として、例えば、8-キノリノールを基本骨格として有する配位子を含む金属錯体、オキサジアゾール誘導体もしくはトリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体などの窒素含有ヘテロ芳香族化合物、シラシクロペンタジエン誘導体、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、またはペリレン誘導体などの芳香族炭化水素などを用いることができる。金属錯体としては、例えば、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(Alq)や(8-キノリノラト)リチウムなどを用いることができる。
電子輸送層17は第2電極19から電子注入層18に注入された電子を第2有機層15へ輸送する機能を有する。電子輸送層17は、正孔輸送性よりも電子輸送性の高い化合物を用いることができる。電子輸送層17の材料として、例えば、8-キノリノールを基本骨格として有する配位子を含む金属錯体、オキサジアゾール誘導体もしくはトリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体などの窒素含有ヘテロ芳香族化合物、シラシクロペンタジエン誘導体、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、またはペリレン誘導体などの芳香族炭化水素などを用いることができる。金属錯体としては、例えば、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(Alq)や(8-キノリノラト)リチウムなどを用いることができる。
[電子注入層]
電子注入層18は、第2電極19から第2機能層22へ電子を注入しやすくする機能を有する。電子注入層18の材料として、例えば、フッ化カルシウムもしくはフッ化リチウムなどの金属フッ化物、リチウム、カルシウム、またはマグネシウムなどの第1族金属または第2族元素を用いることができる。また、電子注入層18として、電子輸送層17に使用可能な材料と電子供与体との混合物を用いてもよい。電子供与体としては、例えば、第1族金属もしくは第2族元素、またはイッテルビウムなどのランタノイド金属などを用いることができる。
電子注入層18は、第2電極19から第2機能層22へ電子を注入しやすくする機能を有する。電子注入層18の材料として、例えば、フッ化カルシウムもしくはフッ化リチウムなどの金属フッ化物、リチウム、カルシウム、またはマグネシウムなどの第1族金属または第2族元素を用いることができる。また、電子注入層18として、電子輸送層17に使用可能な材料と電子供与体との混合物を用いてもよい。電子供与体としては、例えば、第1族金属もしくは第2族元素、またはイッテルビウムなどのランタノイド金属などを用いることができる。
<具体例>
陽極、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、発光層、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層、および陰極の積層構造を有する典型的な表示素子を作製した。素子1は、発光層を単層とし、発光層は、第2有機材料と発光材料のみからなる素子である。素子2は、発光層を単層とし、発光層は、第2有機材料と発光材料に加えて、第2有機材料に対して電子ブロック層の材料である第1有機材料を10重量%添加した素子である。素子3は、発光層を2つの領域(第1領域および第2領域)とし、電子ブロック層と接する第1領域は、第2有機材料と発光材料に加えて、第2有機材料に対して第1有機材料を10重量%添加し、電子ブロック層から離れた第2領域は、第2有機材料と発光材料に加えて、第2有機材料に対して第1有機材料を5重量%添加した素子である。
陽極、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、発光層、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層、および陰極の積層構造を有する典型的な表示素子を作製した。素子1は、発光層を単層とし、発光層は、第2有機材料と発光材料のみからなる素子である。素子2は、発光層を単層とし、発光層は、第2有機材料と発光材料に加えて、第2有機材料に対して電子ブロック層の材料である第1有機材料を10重量%添加した素子である。素子3は、発光層を2つの領域(第1領域および第2領域)とし、電子ブロック層と接する第1領域は、第2有機材料と発光材料に加えて、第2有機材料に対して第1有機材料を10重量%添加し、電子ブロック層から離れた第2領域は、第2有機材料と発光材料に加えて、第2有機材料に対して第1有機材料を5重量%添加した素子である。
素子1~素子3において、電流効率および初期輝度から95%の輝度となる時間(LT95)によって信頼性を評価した。表1に測定結果を示す。なお、表1では、電流効率およびLT95を素子1の値で規格化している。
表1からわかるように、素子1~素子3の電流効率はほぼ同じであるが、素子1、素子2、素子3の順で信頼性が向上した。特に、発光層全体に第2有機材料を添加し、電子ブロック層と接する第1領域の第2有機材料の濃度を高くした素子3において、信頼性の向上が顕著であった。
以上、本実施形態に係る発光素子10によれば、発光層として機能する第2有機層15中に、電子ブロック層として機能する第1有機層14の第1有機材料を添加することにより、第2有機層15のキャリアバランスを調整することができる。また、第1有機層14と第2有機層15との界面における電子の蓄積を抑制し、また、第1有機層14と第2有機層15との界面から発光領域を遠ざけることにより、発光素子10の電流効率および信頼性が向上する。
<変形例1>
発光素子10の別の実施形態に係る発光素子10aの構成について、図2を参照して説明する。なお、以下では、発光素子10と同様の構成については説明を省略し、主に、発光素子10と異なる構成について説明する。
発光素子10の別の実施形態に係る発光素子10aの構成について、図2を参照して説明する。なお、以下では、発光素子10と同様の構成については説明を省略し、主に、発光素子10と異なる構成について説明する。
図2は、本発明の一実施形態に係る発光素子10aの模式的断面図である。具体的には、図2は、表示装置の表示領域に設けられた発光素子10aの一部を拡大した断面図を示す。なお、表示装置の詳細については後述する。
発光素子10aは、一対の電極(第1電極11および第2電極19)と、第1有機層14と、第2有機層15aと、を含む。第1有機層14および第2有機層15aは、一対の電極(第1電極11および第2電極19)の間に設けられている。第2有機層15aは、第1有機層14に隣接して設けられている。第2有機層15aは、第1領域15a-1および第2領域15a-2を含み、第1領域15a-1は、第1有機層に接している。第1有機層14は第1有機材料を含み、第2有機層15aは第2有機材料を含む。
発光素子10aでは、第1領域15a-1は第1有機材料を含むが、第2領域15a-2は第1有機材料を含まない。すなわち、発光素子10aにおいては、第1領域15a-1の第1有機材料の濃度および膜厚によって、第2有機層15a中のキャリアバランスを調整することができる。そのため、発光素子10aにおいても、電流効率および信頼性が向上する。
<変形例2>
発光素子10の別の実施形態に係る発光素子10bの構成について、図3を参照して説明する。なお、以下では、発光素子10と同様の構成については説明を省略し、主に、発光素子10と異なる構成について説明する。
発光素子10の別の実施形態に係る発光素子10bの構成について、図3を参照して説明する。なお、以下では、発光素子10と同様の構成については説明を省略し、主に、発光素子10と異なる構成について説明する。
図3は、本発明の一実施形態に係る発光素子10bの模式的断面図である。具体的には、図3は、表示装置の表示領域に設けられた発光素子10bの一部を拡大した断面図を示す。なお、表示装置の詳細については後述する。
発光素子10bは、一対の電極(第1電極11および第2電極19)と、第1有機層14と、第2有機層15bと、を含む。第1有機層14および第2有機層15bは、一対の電極(第1電極11および第2電極19)の間に設けられている。第2有機層15bは、第1有機層14に隣接して設けられている。第2有機層15bは、第1領域15b-1、第2領域15b-2、および第3領域15b-3を含み、第1領域15b-1は、第1有機層に接している。第3領域15b-3は、第2領域15b-2よりも第1有機層14から離れている。第1有機層14は第1有機材料を含み、第2有機層15bは第2有機材料を含む。
発光素子10bでは、第1領域15b-1、第2領域15b-2、および第3領域15b-3の各々が第1有機材料を含む。第1領域15b-1における第1有機材料の濃度は、第3領域15b-3における第1有機材料の濃度よりも大きい。また、第2領域15b-2における第1有機材料の濃度は、第3領域15b-3における第1有機材料の濃度よりも大きく、第1領域15b-1における第1有機材料の濃度よりも小さい。
発光素子10bにおいても、第1領域15b-1、第2領域15b-2、および第3領域15b-3の各々の第1有機材料の濃度および膜厚によって、第2有機層15b中のキャリアバランスを調整することができる。そのため、発光素子10bにおいても、電流効率および信頼性が向上する。
なお、本実施形態では、第1領域15b-1、第2領域15b-2、および第3領域15b-3のように、第2有機層15における第1有機材料の濃度が3つに分離された構成について説明したが、第1有機材料の濃度の異なる領域は3つ以上であってもよい。また、第2有機層15における第1有機材料の濃度が、第1有機層14から第3有機層16に向かって小さくなるように連続的に設けられた構成とすることもできる。
<第2実施形態>
本発明の一実施形態に係る発光素子20の構成について、図4を参照して説明する。なお、以下では、発光素子10と同様の構成については説明を省略し、主に、発光素子10と異なる構成について説明する。
本発明の一実施形態に係る発光素子20の構成について、図4を参照して説明する。なお、以下では、発光素子10と同様の構成については説明を省略し、主に、発光素子10と異なる構成について説明する。
図4は、本発明の一実施形態に係る発光素子20の模式的断面図である。具体的には、図4は、表示装置の表示領域に設けられた発光素子20の一部を拡大した断面図を示す。なお、表示装置の詳細については後述する。
発光素子20は、一対の電極(第1電極11および第2電極19)と、第1ユニット20-1と、第2ユニット20-2と、電荷発生層23と、を含む。第1ユニット20-1、第2ユニット20-2、および電荷発生層23は、一対の電極(第1電極11および第2電極19)の間に設けられている。電荷発生層23は、第1ユニット20-1と第2ユニット20-2の間に設けられている。
第1ユニット20-1は、第1有機層24および第2有機層25を含む。第2有機層25は、第1領域25-1および第2領域25-2を含み、第1領域25-1は、第1有機層24に接している。また、第2ユニット20-2は、第1有機層26および第2有機層27を含む。第2有機層27は、第1領域27-1および第2領域27-2を含み、第1領域27-1は、第1有機層26に接している。第1ユニット20-1の第1有機層24は第1有機材料を含み、第2有機層25は第2有機材料を含む。また、第2ユニットの第1有機層26は第1有機材料を含み、第2有機層27は第2有機材料を含む。第1有機材料および第2有機材料は、第1実施形態で説明したとおりであるが、第1ユニット20-1の第1有機材料と第2ユニット20-2の第1有機材料とは同じであってもよく、異なっていてもよい。同様に、第1ユニット20-1の第2有機材料と第2ユニット20-2の第2有機材料も同じであってもよく、異なっていてもよい。
本実施形態においても、第1実施形態と同様に、第1ユニット20-1の第2有機層25は、第1有機層24の第1有機材料を含み、第2ユニット20-2の第2有機層27は、第1有機層26の第1有機材料を含む。
以下では、本実施形態を理解しやすく説明するため、第1電極11、第1有機層、第2有機層15、第3有機層16、および第2電極19が、それぞれ、陽極、電子ブロック層、発光層、正孔ブロック層、および陰極であるとして説明する。
第1ユニット20-1は、さらに、正孔注入層12と、正孔輸送層13と、第3有機層16(正孔ブロック層)と、電子輸送層17と、を含む。また、第2ユニット20-2は、さらに、正孔輸送層13と、第3有機層16(正孔ブロック層)と、電子輸送層17と、電子注入層18と、を含む。但し、発光素子20の構成はこれに限られない。第1ユニット20-1および第2ユニット20-2に含まれる層は、必要に応じて適宜設けることができ、または省略することができる。
電荷発生層23は、第1電極11と第2電極19との間に電圧を印加した場合に、第1ユニット20-1に電子を注入し、第2ユニット20-2に正孔を注入する機能を有する。電荷発生層23は、正孔輸送層13で使用可能な材料と同様もしくは類似する材料と電子受容体の混合物、または電子輸送層17で使用可能な材料と同様もしくは類似する材料と電子供与体の混合物を用いることができる。
以上、本実施形態に係る発光素子20によれば、第1ユニット20-1および第2ユニット20-2から発光が得られるため、電流効率および信頼性の高い発光素子となる。発光層として機能する第2有機層25および27のそれぞれに、電子ブロック層として機能する第1有機層24および26の第1有機材料を添加することにより、第2有機層25および27のキャリアバランスを調整することができる。また、第1有機層24と第2有機層25との界面および第1有機層26と第2有機層27との界面における電子の蓄積を抑制し、また、第1有機層14と第2有機層15との界面および第1有機層26と第2有機層27との界面から発光領域を遠ざけることにより、発光素子20の電流効率および信頼性がさらに向上する。
<第3実施形態>
本発明の一実施形態に係る表示装置100の構成について、図5~図8を参照して説明する。
本発明の一実施形態に係る表示装置100の構成について、図5~図8を参照して説明する。
図5は、本発明の一実施形態に係る表示装置100の構成を示す平面図である。表示装置100は、基板101と、周辺領域102と、表示領域103と、を含む。
表示領域103は基板101上に設けられている。表示領域103は、複数の画素109を含む。複数の画素109は、マトリクス状に配列されている。複数の画素109の配列数は任意である。例えば、行方向にm個、列方向にn個の画素109が配列される(mおよびnは整数)。複数の画素109の各々は、図5に図示されていないが、少なくとも選択トランジスタ、駆動トランジスタ、および発光素子を有する画素回路から構成される。
周辺領域102は表示領域103を囲むように設けられている。なお、周辺領域102とは、表示領域103から基板101の端部までの領域をいう。言い換えれば、周辺領域102は、基板101上で表示領域103が設けられる以外の領域(すなわち、表示領域103の外側の領域)をいうものとする。周辺領域102は、駆動回路104、端子107を含む。駆動回路104は、表示領域103を挟むように設けられている。また、周辺領域102には、ドライバIC105が設けられていていてもよい。ドライバIC105は、端子107と接続されている。端子107は、フレキシブルプリント回路基板108(FPC)と接続されている。
駆動回路104は、画素109と接続される走査線と接続され、走査線駆動回路として機能する。また、ドライバIC105は、画素109と接続される信号線に接続され、信号線駆動回路が組み込まれている。なお、図5においては、ドライバIC105に、信号線駆動回路が組み込まれている構成を示すが、ドライバIC105とは別に、基板101上に信号線駆動回路が設けられていてもよい。
ドライバIC105は、ICチップのような形態で基板101上に配置されている。また、ドライバIC105は、図示しないが、フレキシブルプリント回路基板108上に設けてもよい。
複数の画素109の各々には、ドライバIC105から信号線を介して、映像信号が与えられる。また、各画素109には、ドライバIC105から駆動回路104と、走査線とを介して各画素109を選択する信号が与えられる。これらの信号により、画素109が有するトランジスタを駆動させて、映像信号に応じた画面表示を行うことができる。
図6は、本発明の一実施形態に係る表示装置100の構成を示す断面図である。具体的には、図6は、図5に示す表示装置100のA1-A2線に沿って切断した断面図である。
図6に示すように、表示領域103は、複数の画素109R、109G、および109Bを有している。図6では、複数の画素109R、109G、および109Bのそれぞれが有する発光素子10R、10G、および10Bを、発光する色によって区別している。例えば、画素109Rの発光素子10Rは赤色を発光し、画素109Gの発光素子10Gは緑色を発光し、画素109Bの発光素子10Bは青色を発光する。
基板101上には、下地層110を介して、トランジスタ120および容量素子130が設けられている。
基板101として、ガラス基板、石英基板、またはフレキシブル基板(ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース、環状オレフィン・コポリマー、シクロオレフィンポリマー、その他の可撓性を有する樹脂基板)を用いることができる。基板101が透光性を有する必要がない場合には、金属基板、セラミックス基板、または半導体基板を用いることも可能である。基板101として、フレキシブル基板を用いることにより、表示装置100を折り曲げることができる。
基板101上には、下地層110が設けられる。下地層110は、酸化シリコン、窒化シリコン、または酸化アルミニウムなどの無機材料で構成される絶縁層である。下地層110は、単層構造であってもよく、例えば、酸化シリコン層と窒化シリコン層とを組み合わせた積層構造であってもよい。本実施形態では、下地層110として、窒化シリコン層111、酸化シリコン層112、および窒化シリコン層113の三層構造で設ける場合について示す。この構成は、基板101との密着性や、後述するトランジスタ120に対するガスバリア性を考慮して適宜決定すれば良い。
トランジスタ120は、半導体層114、ゲート絶縁膜115、ゲート電極117、ソース電極122、またはドレイン電極123を有する。トランジスタ120は、Nch型トランジスタであってもよいし、Pch型トランジスタであってもよい。本実施形態では、トランジスタ120は、Nch型トランジスタを用いる場合について説明する。
半導体層114は、アモルファス、ポリシリコン、または酸化物半導体を用いることができる。本実施形態では、ポリシリコンを用いる場合について説明する。Nch型トランジスタでは、半導体層114に、チャネル領域114aと、高濃度不純物領域114d、114e(ソース領域またはドレイン領域)との間に、低濃度不純物領域114b、114cを設けた構造を有する。
ゲート絶縁膜115として、酸化シリコン、窒化シリコン、または酸化アルミニウムなどの無機材料で構成される絶縁層を用いることができる。ゲート電極117としては、銅、モリブデン、タンタル、タングステン、アルミニウムなどの金属材料で構成される導電層を用いることができる。ソース電極122またはドレイン電極123の各々は、銅、チタン、モリブデン、またはアルミニウムなどの金属材料で構成される導電層を用いることができる。
容量素子130は、ゲート絶縁膜115を間に挟んで、一対の電極で形成される。容量素子130の一方の電極として、半導体層114の高濃度不純物領域114dを用い、他方の電極として、導電層118を用いる。導電層118は、ゲート電極と同じ膜から形成される。
トランジスタ120および容量素子130を覆うように、層間絶縁層119が設けられている。層間絶縁層119は、酸化シリコン、窒化シリコン、または酸化アルミニウムなどの無機材料で構成される絶縁層である。また、層間絶縁層119上には、ソース電極122またはドレイン電極123が設けられている。ソース電極122またはドレイン電極123は、ゲート絶縁膜115および層間絶縁層119に設けられたコンタクトホールを介して、半導体層114(高濃度不純物領域114d、114e)と接続される。
層間絶縁層119上に、平坦化膜121が設けられる。平坦化膜121は、有機樹脂材料を含む。有機樹脂材料としては、例えば、ポリイミド、ポリアミド、アクリル、またはエポキシなどの有機樹脂材料を用いることができる。これらの材料は、溶液塗布法により膜形成が可能であり、平坦化効果が高いという特長がある。平坦化膜121は、ソース電極122またはドレイン電極123の一部を露出させるコンタクトホールを有する。コンタクトホールは、後述する第1電極11とソース電極122またはドレイン電極123とを電気的に接続するために設けられる。
平坦化膜121に設けられたコンタクトホールには、透明導電層125が設けられる。透明導電層125は、平坦化膜121が有するコンタクトホールに重畳し、コンタクトホールの底面で露出されたソース電極122またはドレイン電極123と電気的に接続する。透明導電層125として、酸化インジウム系透明導電層(例えば、ITO)や酸化亜鉛系透明導電層(例えば、IZO、ZnO)を用いることができる。また、平坦化膜121上には、透明導電層124が設けられる。透明導電層125と透明導電層124とは、同じ材料により形成される。
また、透明導電層125上には、絶縁層211が設けられる。絶縁層211として、窒化シリコン層などを使用することが好ましい。絶縁層211には、ソース電極122またはドレイン電極123と、透明導電層125とが重畳する領域において、コンタクトホールが形成されている。
また、絶縁層211上には、第1電極11が設けられている。第1電極11は、絶縁層211に設けられたコンタクトホールを介して、透明導電層125と接続されている。これにより、第1電極11は、ソース電極またはドレイン電極123と電気的に接続される。また、第1電極11と、絶縁層211と、透明導電層124とにより、容量素子130が構成される。
絶縁層211上には、発光素子10R、10G、および10Bが設けられている。発光素子10R、10G、および10Bは、それぞれ、第1電極11、第1機能層21、第2機能層22、および第2電極19を有している。また、発光素子10R、10G、および10Bは、それぞれ、発光する色に応じて、第2有機層15R、15G、および15Bを有している。また、発光素子10R、10G、および10Bをそれぞれ分離するためのバンク213が設けられている。発光素子10R、10G、および10Bの各々の構成は、第1実施形態で説明したとおりである。
発光素子10R、10G、および10B上には、封止膜220が設けられている。封止膜220は、発光素子10R、10G、および10Bに水分が侵入することを防止すために設けられる。封止膜220として、酸化シリコン、窒化シリコン、もしくは酸化アルミニウムなどの無機材料、またはポリイミド、ポリアミド、アクリル、もしくはエポキシなどの有機樹脂材料を用いることができる。図6では、封止膜220として、無機絶縁層221、有機絶縁層222、および無機絶縁層223を用いる構成を示している。
図示しないが、封止膜220上には、偏光板が設けられていてもよい。偏光板は、封止膜220上に、粘着材を用いて貼りつけられていてもよい。または、封止膜220上に粘着材を用いて基板が貼り付けられ、さらに基板上に粘着材を介して偏光板が貼り付けられていてもよい。
次に、本実施形態に係る表示装置100の画素が有する発光素子の構成について図7および図8を参照して説明する。
図7は、本発明の一実施形態に係る表示装置100の表示領域103にマトリクス状に配列された複数の画素109R、109G、および109Bのレイアウトを示す平面図である。また、図8は、本発明の一実施形態に係る表示装置100の表示領域の断面図である。具体的には、図8は、図7に示すB1-B2線に沿って切断したときの断面図である。図8に示すように、画素109R、109G、および109Bに設けられる発光素子10R、10G、および10Bの断面を示している。なお、図8では、発光素子10R、10G、および10Bの各々に接続されるトランジスタ120の断面については図示を省略しているが、その態様については図6の説明と同様である。
図7に示すように、表示領域103においては、複数の画素109R、109G、および109Bがマトリクス状に配置されている。図8では、画素109R、109G、および109Bを構成する一部の層を示している。また、図8では、第1電極11と、バンク213の開口部214と、第2有機層15R、15G、および15Bを示している。複数の第1電極11は、マトリクス状に配置されている。また、第2有機層15R、15G、および15Bは、それぞれ、行方向に隣接する第1電極11の間では不連続であり、列方向に隣接する第1電極11の間では連続している。
以上、本実施形態に係る表示装置100によれば、各画素109が発光素子10を含むため、表示装置100の電流効率および信頼性が向上する。
本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
10、10a、10b、10B、10G、10R、20:発光素子、 11:第1電極、 12:正孔注入層、 13:正孔輸送層、 14、24、26:第1有機層、 15、15a、15b、15G、15R、25、27:第2有機層、 15-1、15a-1、15b-1、25-1、27-1:第1領域、 15-2、15a-2、15b-2、25-2、27-2:第2領域、 15b-3:第3領域、 16:第3有機層、 17:電子輸送層、 18:電子注入層、 19:第2電極、 20-1:第1ユニット、 20-2:第2ユニット、 21:第1機能層、 22:第2機能層、 23:電荷発生層、 100:表示装置、 101:基板、 102:周辺領域、 103:表示領域、 104:駆動回路、 107:端子、 108:フレキシブルプリント回路基板、 109、109B、109G、109R:画素、 110:下地層、 111、113:窒化シリコン層、 112:酸化シリコン層、 114:半導体層、 114a:チャネル領域、 114b、114c:低濃度不純物領域、 114d、114e:高濃度不純物領域、 115:ゲート絶縁膜、 117:ゲート電極、 118:導電層、 119:層間絶縁層、 120:トランジスタ、 121:平坦化膜、 122:ソース電極、 123:ドレイン電極、 124、125:透明導電層、 130:容量素子、 211:絶縁層、 213:バンク、 214:開口部、 220:封止膜、 221、223:無機絶縁層、 222:有機絶縁層
Claims (15)
- 一対の電極と、
前記一対の電極の間に、第1有機層および前記第1有機層に隣接する第2有機層と、を含み、
前記第1有機層は、第1有機材料を含み、
前記第2有機層は、第2有機材料を含み、
前記第2有機層は、第1領域および第2領域を含み、
前記第1領域は、前記第1有機層と接し、前記第1有機材料を含む発光素子。 - 前記第1有機材料は、電子輸送性よりも正孔輸送性が高く、
前記第1有機層の最低空軌道(LUMO)準位の絶対値は、前記第2有機層の最低空軌道(LUMO)準位の絶対値よりも小さい請求項1に記載の発光素子。 - 前記第1有機層の最低空軌道(LUMO)準位と前記第2有機層の最低空軌道(LUMO)準位との差の絶対値は、0.2eV以上である請求項2に記載の発光素子。
- 前記第2有機材料は、正孔輸送性よりも電子輸送性が高い化合物である請求項1に記載の発光素子。
- 前記第1領域の膜厚は、前記第2有機層の膜厚の0%よりも大きく、かつ、40%以下である請求項1に記載の発光素子。
- 前記第1領域における前記第1有機材料の濃度は、前記第2有機材料に対して20重量%以下である請求項1に記載の発光素子。
- 前記第2領域は、前記第1有機材料を含まない請求項1に記載の発光素子。
- 前記第2領域は、前記第1有機材料を含み、
前記第2領域における前記第1有機材料の濃度は、前記第1領域における前記第1有機材料の濃度よりも小さい請求項1に記載の発光素子。 - 前記第2有機層は、さらに、前記第2領域よりも前記1有機層から離れた第3領域を含み、
前記第3領域は、前記第1有機材料を含み、
前記第3領域における前記第1有機材料の濃度は、前記第2領域における前記第1有機材料の濃度よりも小さい請求項8に記載の発光素子。 - さらに、前記一対の電極の間に、前記第2有機層に隣接する第3有機層を含み、
前記第3有機層は、正孔輸送性よりも電子輸送性が高い第3有機材料を含み、
前記第3有機層の最高被占軌道(HOMO)準位の絶対値は、前記第2有機層の最高被占軌道(HOMO)準位の絶対値よりも大きい請求項1に記載の発光素子。 - 前記第3有機層の最高被占軌道(HOMO)準位と前記第2有機層の最高被占軌道(HOMO)準位との差の絶対値は、0.2eV以上である請求項10に記載の発光素子。
- 前記第3有機層は、前記第2領域と接する請求項10に記載の発光素子。
- 前記第2有機層は、さらに、前記第2領域よりも前記1有機層から離れ、前記第3有機層と接する第3領域を含み、
前記第3領域は、前記第1有機材料を含み、
前記第3領域における前記第1有機材料の濃度は、前記第2領域における前記第1有機材料の濃度よりも小さい請求項10に記載の発光素子。 - 前記第2有機層は、発光層である請求項1に記載の発光素子。
- 請求項1乃至請求項14のいずれか一項に記載の発光素子を画素に含む表示装置。
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