説明

有機EL表示装置

【課題】長時間の使用に耐え、画像パターンの焼付きの少ない信頼性の高いディスプレイが得られる有機EL表示装置を提供する。
【解決手段】ガラス基板1上に形成された第1の電極2と、この第1の電極2の上に形成された少なくとも4層構造の有機EL層と、この有機EL層の上層に形成された第2の電極8とから構成された有機EL素子を備え、この有機EL素子は、第1の層3が第1の電極2と接し、電子輸送性を示す第1の物質と第1の物質に対して電子供与性を示す第2の物質とを含み、第2の層4が第1の層3に接し、ホール輸送性を示す第3の物質からなり、第3の層(発光層5)が第2の層4に接し、発光物質を含み、第4の層6が第3の層(発光層)5に接し、電子輸送性を示す物質から形成され、この電子輸送層6上に第1の層3と同様な構成の層7が形成され、さらにこの層7上に第2の電極8が形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一対の電極間に有機EL層を設けた有機EL素子に電界を印加させて発光させる有機EL表示装置に係わり、特に有機EL素子の積層構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、フラットパネル型の表示装置として液晶表示装置(LCD)やプラズマ表示装置(PDP)、電子放出型表示装置(FED)、有機EL表示装置(OLED)などが実用化ないしは実用化研究段階にある。その中でも、有機EL表示装置は、薄型・軽量の自発光型表示装置の典型としてこれからの表示装置として極めて有望な表示装置である。有機EL表示装置には、所謂ボトムエミッション型とトップエミッション型とがある。
【0003】
ボトムエミッション型の有機EL表示装置は、ガラス基板を好適とする透光性基板上に第1の電極または一方の電極としての透光性電極と、電界の印加により発光する有機EL層(有機多層膜とも言う)と、第2の電極または他方の電極としての反射性金属電極とを順次積層した発光機構により有機EL素子が構成される。この有機EL素子をマトリクス状に多数配列し、それらの積層構造を覆って封止缶とも称する絶縁性基板により封着させて上記発光構造を外部の雰囲気から遮断している。
【0004】
そして、例えば透光性電極を陽極とし、反射性金属電極を陰極として両者の電極間に電界を印加することにより、有機EL層にキャリア(電子と正孔)が注入され、この有機EL層が発光する。この発光光を透光性基板側から外部に出射する構成となっている。
【0005】
一方、トップエミッション型の有機EL表示装置は、上述した一方の電極を反射性金属電極とし、他方の電極を透光性電極として両者の電極間に電界を印加することにより、有機EL層が発光し、この発光を上述した他方の電極(透光性電極)側から出射する構成となっている。トップエミッション型では、ボトムエミッション型における封止缶として透光性基板が使用される。
【0006】
この種の有機EL表示装置に関して、下記特許文献1には、有機EL素子の層構造が陽極/ホール注入層/ホール輸送層/発光層の順に形成された電子注入側の構成が開示されている。
【0007】
詳細には、ホール注入電極と、電子注入電極と、これらの電極間に設けられた1種類以上の発光層を含む有機層とを有する有機EL構造体が気密ケース内に収納され、この気密ケース内に水素化カルシウム、水素化ストロンチウム、水素化バリウム及び水素化アルミニウムリチウムの1種類以上が配置され、電子注入電極がアルカリ金属及びアルカリ土類金属の何れか1種類以上を含有する有機EL素子が開示されている。
【0008】
また、この上記特許文献1には、アルカリ金属が電子輸送層、発光層に入っても良いという記載があるが、ホール注入層に入る記載はない。また、キャリア生成層に関する着想があっても、電子輸送層とカソードとの間の積層構造を開示しているのみであって、アノードとホール輸送層との間については何ら全く考慮されていなかった。
【0009】
【特許文献1】特開2006−156997号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、この種のトップエミッション型の有機EL表示装置は、有機EL層上に形成する透光性電極は、性能上、スパッタリングにより形成されているので、スパッタ中の電子、イオンまたは活性酸素などの影響により有機EL層が損傷を受け、発光電圧の上昇、電流−輝度効率が低下する等の問題が生じていた。
【0011】
このような問題を解決する手段としては、トップアノードタイプでは透光性電極の形成前に保護層としてV25を蒸着していた。また、トップカソードタイプではセシウム(Cs)をヘビードープした電子輸送材料を電子注入層として蒸着していた。
【0012】
しかしながら、トップアノードタイプでは、下電極がアルミニウム(Al)、ITO(In−Ti−O)またはIZO(In−Zn−O)等により形成した場合、その電子注入は、上記電子注入層を利用すると、問題なく電子注入ができるのに対し、トップカソードタイプでは、下電極がITOまたはIZO等により形成した場合、ホール注入が問題なく生じるのに対して下電極がAlにより形成した場合、ホール注入が起き難く、発光電圧の上昇が顕著となり、固定表示パターンの焼き付きとなって表れ、色斑が発生するという課題があった。
【0013】
したがって、本発明は、前述した従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、長時間の使用に耐え、画像パターンの焼き付きの少ない信頼性の高いディスプレイが得られる有機EL表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
このような目的を達成するために本発明による有機EL表示装置は、絶縁性基板の主面に形成された第1の電極と、この第1の電極の上に形成された少なくとも4層構造の有機EL層と、この有機EL層の上層に形成された第2の電極とから構成された有機EL素子を備え、この有機EL素子は、第1の層が第1の電極と接し、電子輸送性を示す第1の物質と第1の物質に対して電子供与性を示す第2の物質とを含み、第2の層が第1の層に接し、ホール輸送性を示す第3の物質からなり、第3の層が第2の層に接し、発光物質を含み、第4の層が第3の層に接し、電子輸送性を示す物質から形成することにより、安定したホール注入特性が得られるので、背景技術の課題を解決することができる。
【0015】
本発明による他の有機EL表示装置は、好ましくは、上記構成において、第2の電極と第4の層との間には、周期律表の第1族の元素を含む層を有することを特徴としている。
【0016】
本発明による他の有機EL表示装置は、好ましくは、上記構成において、第2の電極と第4の層との間には、周期律表の第2族の元素を含む層を有することを特徴としている。
【0017】
本発明による他の有機EL表示装置は、好ましくは、上記構成において、第2の電極と第4の層との間には、第1の層と同一の物質を含む層を有することを特徴としている。
【0018】
本発明による他の有機EL表示装置は、好ましくは、上記構成において、第1の電極が絶縁性基板に接していることを特徴としている。
【0019】
本発明による他の有機EL表示装置は、好ましくは、上記構成において、第2の電極が絶縁性基板に接していることを特徴としている。
【0020】
本発明による他の有機EL表示装置は、好ましくは、上記構成において、第1の電極、第2の電極の少なくとも一方が透明導電物質により形成されていることを特徴としている。
【0021】
なお、本発明は、上記各構成及び後述する実施の形態に記載される構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、安定したホール注入特性を有する有機EL素子が構成できるので、この有機EL表示装置をディスプレイとして用いることにより、長時間の使用に耐え、画像パターンの焼付きの少ない信頼性の高いディスプレイを得ることができる等の極めて優れた効果を有する。また、電極と発光面との間の距離を調節することが可能となるので、光の干渉効果により取り出す光の色合いを調整でき、色再現性の優れたディスプレイを得ることができる等の極めて優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
【実施例1】
【0024】
図1は、本発明による有機EL表示装置の実施例1を説明するための有機EL素子の構成を示す要部拡大断面図である。図1において、ガラス基板1上に設けた有機EL素子駆動用の薄膜トランジスタに接続されたアルミニウム(Al)の蒸着からなる画素用アノード2上に電子輸送性の高い第1の物質と、それに対して電子供与性の第2の物質とを共蒸着により成膜して電子輸送性と電子供与性とを有する第1の層3を形成する。
【0025】
次に、この第1の層3上にホール輸送性の高い第3の物質を用いて第2の層4を形成し、この第2の層4上に発光物質を含む第3の層(発光層)5を形成する。次にこの第3の層5上に電子輸送性材料の蒸着により第4の層6を形成し、この第4の層6上に上記第1の層3と同様な構成からなる層、すなわち電子輸送性の第1の物質と、それに対して電子供与性の第2の物質とを共蒸着により成膜して電子輸送性と電子供与性とを有する層7を形成する。
【0026】
最後にこの層7上にIZO(In−Zn−O)のスパッタリングにより上部カソード8を形成して有機EL素子を構成した。なお、IZOに代えてITO(In−Ti−O)を用いても良い。
【0027】
なお、上記各層の膜厚は、Alからなるアノード2が約200nm、第1の層3が約10nm、第2の層4が約60nm、第3の層5が約60nm、第4の層6が約10nm、層7が約40nm、IZOからなるカソード8が約40nmであった。
【0028】
このような構成において、画素用アノード2に正の電圧を、上部カソード8に負の電圧を電源Eから印加することにより、有機EL層内に電流が流れ、有機EL素子が発光した。
【0029】
なお、第1の層3中の第1の物質としては、電子輸送性を示し、アルカリ金属と共蒸着することにより、電荷移動錯体化し易いものであれば特に限定はしない。例えば、トリス(8−キノリノラート)アルミニウム、トリス(4−メチル−8−キノリノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)−4−フェニルフェノラート−アルミニウム、ビス[2−[2−ヒドロキシフェニル]ベンゾオキサゾラート]亜鉛などの金属錯体や2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール、1,3−ビス[5−p−tert−ブチルフェニル]−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン等を用いることができる。
【0030】
また、第1の層3中の第2の物質としては、電子輸送性物質に対して電子供与性を示す材料であれば特に限定しない。例えば、リチウム、セシウムなどのアルカリ金属、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属、さらには希土類金属等の金属類またはそれらの酸化物、ハロゲン化物、炭酸化物等から選択して電子供与性を示す物質として用いても良い。
【0031】
また、第2の層4に用いる第3の物質は、ホール輸送性を示す物質であり、例えば、テトラアリールベンジシン化合物(トリフェニルジアミン:TPD)、芳香族三級アミン、ヒドラゾン誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、アミノ基を有するオキサジアゾール誘導体、ポリチオフェン誘導体、銅フタロシアニン誘導体等を用いることができる。また、第2の層4は、さらに二分し、第1の層3と接する側にMoO3やWO3、V25などの無機材料を用いても良い。
【0032】
また、第3の層5に用いる発光材料としては、電子、ホールの輸送能力を有するホスト材料にそれらの再結合により蛍光または燐光を発するドーパントを添加したもので共蒸着により第3の層5として形成できるものであれば特に限定しない。例えば、ホストとしてはトリス(8−キノリノラト)アルミニウム、ビス(8−キノリノラト)マグネシウム、ビス(ベンゾ{f}−8−キノリノラト)亜鉛、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)アルミニウムオキシド、トリス(8−キノリノラト)インジウム、トリス(5−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム、8−キノリノラトリチウム、トリス(5−クロロ−8−キノリノラト)ガリウム、ビス(5−クロロ−8−キノリノラト)カルシウム、5,7−ジクロル−8−キノリノラトアルミニウム、トリス(5,7−ジブロモ−8−ヒドロキシキノリノラト)アルミニウム、ボリ[亜鉛(II)−ビス(8−ヒドロキシ−5−キノリニル)メタン]のような錯体、アントラセン誘導体、カルバゾール誘導体等であっても良い。
【0033】
また、ドーパントとしては、ホスト中で電子とホールとを捉えて再結合させて発光するものであって、例えば、赤ではビラン誘導体、緑ではクマリン誘導体、青ではアントラセン誘導体などの蛍光を発光する物質やまたはイリジウム錯体、ピリジナート誘導体など燐光を発する物質であっても良い。
【0034】
また、第4の層6は電子輸送性の材料を蒸着して形成する。材料としては、第1の層3に用いた第1の物質などであっても良い。
【0035】
また、第4の層6とカソード6との間には、第1の層3と同じ構成の層を形成する。またはアルカリ金属、アルカリ土類金属の層またはそのハロゲン化物の極薄い層が入っても良い。これらは電子注入層として機能する。最上層のカソード6は光を取り出すために透明導電膜であるITOやIZOを用いる。
【実施例2】
【0036】
図2は、本発明による有機EL表示装置の実施例2を説明するための有機EL素子の構成を示す要部拡大断面図であり、前述した図と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図2において、ガラス基板1上に設けた有機EL素子駆動用の薄膜トランジスタに接続されたAlの蒸着からなる画素用カソード8上に電子輸送性の第1の物質と、それに対して電子供与性の第2の物質とを共蒸着により電子輸送性と電子供与性とを有する層7を形成する。
【0037】
次に、この層7上に電子輸送性材料の蒸着により第4の層6を形成し、この第4の層6上に発光物質を含む第3の層5を形成する。次に、この第3の層5上にホール輸送性の高い第3の物質を用いて第2の層4を形成する。
【0038】
次に、この第2の層4上に電子輸送性の第1の物質と、それに対して電子供与性の第2の物質との共蒸着により第1の層3を形成し、この第1の層3上にIZOのスパッタリングにより上部アノード2を形成して有機EL素子を構成した。
【0039】
このような構成において、上部アノード2に正の電圧を、画素用カソード8に負の電圧を電源Eから印加することにより、有機EL層内に電流が流れ、有機EL素子が発光した。
【0040】
なお、上記各層の膜厚は、IZOからなるアノード2が約70nm、第1の層3が約40nm、第2の層4が約40nm、第3の層(発光層)5が約40nm、第4の層6が約10nm、層7が約20nm、画素用カソード8が約200nmであった。
【実施例3】
【0041】
図3は、本発明による有機EL表示装置の実施例3を説明するための有機EL素子の構成を示す要部拡大断面図であり、前述した図と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図3において、ガラス基板1上に設けた有機EL素子駆動用の薄膜トランジスタに接続されたITO(In−Ti−O)の蒸着からなる画素用アノード2上に電子輸送性の第1の物質と、それに対して電子供与性の第2の物質とを共蒸着により電子輸送性と電子供与性とを有する第1の層3を形成する。
【0042】
次に、この第1の層3上にホール輸送性の第3の物質で第2の層4を形成し、この第2の層4上に発光物質を含む第3の層5を形成し、この第3の層5上に電子輸送性の材料の蒸着により、第4の層6を形成し、この第4の層6上に第1の層と同様な構成の層7を形成し、この層7上に上部カソード8をAlの蒸着により形成することで有機EL素子を構成した。
【0043】
この構成において、画素用アノード2に正の電圧を、上部カソード8に負の電圧を電源Eから印加することにより、電流が流れ、有機EL素子が発光した。
【0044】
なお、上記各層の膜厚は、ITOからなる画素用アノード2が約70nm、第1の層3が約20nm、第2の層4が約60nm、第3の層(発光層)5が約40nm、第4の層6が約10nm、層7が約20nm、Alからなる上部カソード8が約200nmであった。
【実施例4】
【0045】
図4は、本発明による有機EL表示装置の実施例4を説明するための有機EL素子の構成を示す要部拡大断面図であり、前述した図と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図4において、ガラス基板1上に設けた有機EL素子駆動用の薄膜トランジスタに接続されたITOからなる画素用カソード8上に電子輸送性の第1の物質と、これに対して電子供与性の第2の物質とを共蒸着により電子輸送性と電子供与性とを有する層7を形成する。
【0046】
次に、この層7上に電子輸送性の材料の蒸着により、第4層6を形成し、この第4の層層6上に発光物質を含む第3の層(発光層)5を形成し、この第3の層5上にホール輸送性の第3の物質で第2の層4を形成し、この第2の層4上に電子輸送性の第1の物質とそれに対して電子供与性の第2の物質との共蒸着により形成される第1の層3を形成し、この第1の層3上にIZOのスパッタにより上部アノード2を形成することで有機EL素子を構成した。
【0047】
このような構成において、画素用カソード8に負、上部アノード2に正の電圧を電源Eから印加することにより、電流が流れ、有機EL素子が発光した。
【0048】
なお、上記各層の膜厚は、上部アノード2が約200nm、第1の層3が約20nm、第2の層4が約50nm、第3の層5が約60nm、第4の層6が約10nm、層7が約40nm、画素用カソード8が約70nmであつた。
【比較例1】
【0049】
図5は、本発明に係わる有機EL表示装置の比較例1を説明するための有機EL素子の構成を示す要部拡大断面図であり、前述した図と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図5において、ガラス基板1上に設けた有機EL駆動用の薄膜トランジスタに接続されたITOからなる画素アノード電極8上にホール輸送性の第3の物質で第2の層4を形成し、この第2の層4上に発光物質を含む第3の層5を形成し、この第3の層5の上に電子輸送性の材料の蒸着により、第4の層6を形成し、この第4の層6上に第1の層と同様な構成の層7を形成し、上部カソード2をAlの蒸着により形成することにより有機EL素子を構成した。この構成は従釆の構造であり、第1の層3は省略されている。
【0050】
このような構成において、画素用アノード8に正、上部カソード2に負の電圧を電源Eから印加することにより、発光層5に電流が流れ、有機EL素子が発光した。
【0051】
なお、各層の膜厚は、画素アノード8が約70nm、第1の層3は無く、第2の層4が約80nm、第3の層(発光層)5が約40nm、層6が約10nm、層7が約20nm、上部カソード2が約200nmであった。
【0052】
図6は、第1の物質としてトリス(5−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム、第2の物質としてセシウムを用い、第3の物質としてV25と芳香族三級アミンとを約55nmを積層し、第3の層(発光層)5のホストにカルバゾール誘導体、ドーパントにイリジウム錯体を用いた場合の輝度−電圧特性を示した。
【0053】
図7は、上記各実施例及び比較例について、電流輝度効率−電圧特性をそれぞれ示したものである。また、図8は、上記各実施例及び比較例について、約40℃、電流密度約20mA/cm2で有機El素子を長時間点灯した場合の電圧変化をそれぞれ示したものである。
【0054】
なお、第1の層3は、共蒸着により第1の物質に対し、重量比で約20%の第2の物質を含む層として形成した。第3の層(発光層)5はホストに対し、ドーパントは重量比で約2%となるように共蒸着により形成した。
【0055】
これらの図6乃至図8から明らかなように有機EL素子を長時間点灯させたときの電圧の上昇は、比較例1に対比して明らかに小さく、本発明の効果が現れている。
【0056】
このような各実施例の構成によれば、有機EL駆動用の薄膜トランジスタを含む有機EL素子を形成するガラス基板1上に設けた第3の層(発光層)5の画素電極の微妙な仕事関数の変化に依存されずに安定した電気−光変換特性を有する有機EL素子を形成することが可能となり、色斑のない美しい画像を得ることができる。
【0057】
また、第3の層5の長期間の発光に伴う電圧上昇が抑制されるので、信頼性の高い有機EL素子が得られる。また、ホール輸送側に抵抗値の低い電子輸送材料とアルカリ金属との共蒸着層を設けることが可能となり、膜厚を厚くすることにより、電極表面の凹凸に起因した電極間の短絡を防止でき、さらには、抵抗値の増加を伴うことなく、電極と発光面との距離調節することが可能となるので、光の干渉効果により、取り出す光の色合いを調整することができる。
【0058】
また、前述した実施例においては、有機EL素子を搭載する有機EL表示装置について説明したが、本発明の構成は、有機EL素子を搭載したTV,PCモニタ,ノート型PC,PDA,携帯電話器,デジタルスチルカメラ,デジタルビデオカメラまたはカーナビ用モニタ等の全般に適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【0059】
【図1】本発明による有機EL表示装置の実施例1を説明するための有機EL素子の構成を示す要部拡大断面図である。
【図2】本発明による有機EL表示装置の実施例2を説明するための有機EL素子の構成を示す要部拡大断面図である。
【図3】本発明による有機EL表示装置の実施例3を説明するための有機EL素子の構成を示す要部拡大断面図である。
【図4】本発明による有機EL表示装置の実施例4を説明するための有機EL素子の構成を示す要部拡大断面図である。
【図5】本発明に係わる有機EL表示装置の比較例1を説明するための有機EL素子の構成を示す要部拡大断面図である。
【図6】本発明による有機EL表示装置の各実施例及び比較例1の輝度−電圧特性を示す図である。
【図7】本発明による有機EL表示装置の各実施例及び比較例1の電流輝度効率を示す図である。
【図8】本発明による有機EL表示装置の各実施例及び比較例1の長時間点灯した場合の電圧変化を示す図である。
【符号の説明】
【0060】
1・・・ガラス基板、2・・・第1の電極(アノード)、3・・・第1の層、4・・・第2の層、5・・・第3の層(発光層)、6・・・第4の層、7・・・層、8・・・第2の電極(カソード)。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
絶縁性基板の主面に形成された第1の電極と、前記第1の電極の上に形成された少なくとも4層構造の有機EL層と、前記有機EL層の上層に形成された第2の電極とを有する有機EL素子を備え、
前記有機EL素子は、第1の層が前記第1の電極と接し、電子輸送性を示す第1の物質と前記第1の物質に対して電子供与性を示す第2の物質とを含み、第2の層が前記第1の層に接し、ホール輸送性を示す第3の物質からなり、第3の層が前記第2の層に接し、発光物質を含み、第4の層が前記第3の層に接し、電子輸送性を示す物質から形成されたことを特徴とする有機EL表示装置。
【請求項2】
前記第2の電極と前記第4の層との間には、周期律表の第1族の元素を含む層を有することを特徴とする請求項1に記載の有機EL表示装置。
【請求項3】
前記第2の電極と前記第4の層との間には、周期律表の第2族の元素を含む層を有することを特徴とする請求項1に記載の有機EL表示装置。
【請求項4】
前記第2の電極と前記第4の層との間には、前記第1の層と同一の物質を含む層を有することを特徴とする請求項1に記載の有機EL表示装置。
【請求項5】
前記第1の電極が前記絶縁性基板に接していることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れかに記載の有機EL表示装置。
【請求項6】
前記第2の電極が前記絶縁性基板に接していることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れかに記載の有機EL表示装置。
【請求項7】
前記第1の電極、第2の電極の少なくとも一方が透明導電物質により形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れかに記載の有機EL表示装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2009−21423(P2009−21423A)
【公開日】平成21年1月29日(2009.1.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−183284(P2007−183284)
【出願日】平成19年7月12日(2007.7.12)
【出願人】(502356528)株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【Fターム(参考)】