JP3743005B2

JP3743005B2 - 有機ｅｌパネル

Info

Publication number: JP3743005B2
Application number: JP2004021741A
Authority: JP
Inventors: 豊康田所; 保博五十嵐
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2024-01-29
Also published as: EP1720381A1; US20070145885A1; JP2005216671A; WO2005074328A1; EP1720381A4; US7755274B2

Description

本発明は、少なくとも発光層を有する有機層を一対の電極で挟持した有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子を透光性の支持基板上に配設してなる有機ＥＬパネルに関する。

有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬパネルとしては、ガラス材料からなる透光性の支持基板上に、陽極となるＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘＩｐｄｅ）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パネルは、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り、所定の輝度で長時間発光させる長寿命化が望まれている。
特開昭５９−１９４３９３号公報

しかしながら、前記有機ＥＬパネルは、１００Ａ／ｍ^２以上の高電流密度領域にて駆動させた場合、発光輝度が半減するまでの時間が短く、長寿命化することが困難であるという問題点があった。これは、図６に示すように、高電流密度領域において前記第一電極から注入される正孔と前記第二電極から注入される電子との結合効率を示す電流効率が低下することによって、前記発光層中における正孔と電子との再結合の割合が低下して発光に寄与しない電子及び正孔が増加し、この発光に寄与しない電子及び正孔が前記有機層の有機材料の界面（例えば前記発光層と正孔輸送層との界面等）に蓄積することで前記有機層の有機材料が劣化する時間を早めることに起因すると考えられている。

本発明は、このような問題に鑑み、高電流密度領域にて駆動させる場合であっても、所定の輝度で長時間発光する長寿命化が可能な有機ＥＬパネル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、透光性の支持基板上に、少なくとも発光層を有する有機層を一対の電極で挟持してなる有機ＥＬ素子を形成してなる有機ＥＬパネルであって、前記発光層は、正孔輸送性のホスト材料にゲスト材料として蛍光材料と正孔の移動度が１０ ^−４ｃｍ ^２／Ｖ・ｓ以上であり前記発光層における濃度が５％以上２０％以下である輸送材料とを加えてなることを特徴とする。

また、前記蛍光材料のイオン化ポテンシャルは、前記ホスト材料のイオン化ポテンシャルよりも０．１ｅＶ以上低い値であることを特徴とする。

本発明は、少なくとも発光層を有する有機層を一対の電極で挟持した有機ＥＬ素子を透光性の支持基板上に配設してなる有機ＥＬパネルに関するものであり、高密度電流領域にて駆動する場合であっても、所定の輝度で長時間発光する長寿命化を可能とするものである。

以下、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Ａ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（Indium Tin Oxide）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。

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と後述する第二電極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の有機ＥＬ素子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、正孔注入層５ａ，正孔輸送層５ｂ，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り、膜厚８０〜２８０ｎｍの層状となるものである。

正孔注入層５ａは、第一電極２から正孔を取り込む機能を有し、例えばアミン系化合物等を蒸着法等の手段によって膜厚２０〜８０ｎｍの層状に形成してなる。また、正孔注入層５ａは、ガラス転移温度が８５℃以上（さらに好ましくは１００℃以上）となっている。

正孔輸送層５ｂは、正孔を発光層５ｃへ伝達する機能を有し、例えばアミン系化合物であるトリフェニルアミン４量体のＴＰＴＥ等を蒸着法等の手段によって膜厚１０〜６０ｎｍの層状に形成してなる。また、正孔輸送層５ｂは、ガラス転移温度が８５℃以上（さらに好ましくは１００℃以上）となっている。

発光層５ｃは、図２に示すようにホスト材料５ｆにゲスト材料として蛍光材料５ｇ及び正孔輸送材料（輸送材料）５ｈを共蒸着法等の手段によってドープし、膜厚２０〜６０ｎｍ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機能を有するとともに、正孔移動度が高く電子移動度が低い正孔移動性の特性を有し、例えばジスチリルアリーレン誘導体等からなる。また、ホスト材料５ｆは、ガラス転移温度が８５℃以上（さらに好ましくは１００℃以上）となっている。蛍光材料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、アンバー色（橙色）発光を示し、例えば出光興産株式会社製型式ＲＤ００１からなる。なお、蛍光材料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、発光層５ｃにおける濃度が２〜８％となるように蛍光材料５ｇが添加されている。また、蛍光材料５ｇのイオン化ポテンシャルＩｐｄは、ホスト材料５ｆのイオン化ポテンシャルＩｐｈよりも０．１ｅＶ以上低い値となっている（Ｉｐｈ−Ｉｐｄ≧０．１ｅＶ）。正孔輸送材料５ｈは、例えば、アミン系化合物であるトリフェニルアミン４量体のＴＰＴＥ等からなり、正孔移動度が高く電子移動度が低い正孔輸送性の特性を有し、正孔移動度が１０^−４ｃｍ^２／Ｖ・ｓ以上となっている。また、正孔輸送材料５ｈは、発光層５ｃにおける濃度が５〜２０％となるように添加されている。また、正孔輸送材料５ｈは、ガラス転移温度が８５℃以上（さらに好ましくは１００℃以上）となっている。

電子輸送層５ｄは、電子を発光層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）等を蒸着法等の手段によって膜厚２０〜６０ｎｍの層状に形成してなる。

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）等を蒸着法等の手段によって膜厚略１ｎｍ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、陽極部２ｂと陰極部６ｂの対向箇所からなる画素がマトリクス状に設けられた有機ＥＬ素子が得られる。

封止部材７は、例えばガラス材料からなる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とで前記有機ＥＬ素子を封止する。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、封止部材は、平板状であってもよく、その場合、前記封止部材はスペーサーを介して支持基板上に配設される。

以上のように、陽極部２ｂと陰極部６ｂの対向箇所からなる画素がマトリクス状に設けられた前記有機ＥＬ素子を表示部とするドットマトリクス型の有機ＥＬパネルＡが得られる。この有機ＥＬパネルＡは、第一電極２からの正孔と第二電極６からの電子とが発光層５ｃにて再結合することによってアンバー色の発光を得るものである。また、有機ＥＬパネルＡ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の対向箇所からなる画素を発光させる、いわゆるパッシブ駆動で駆動するものである。従来の有機ＥＬパネルにあっては、前述のように高電流密度領域にて駆動する場合、正孔と電子の再結合の効率（電流効率）が低下し、発光に寄与しない正孔及び電子が増加して有機層の有機材料の劣化を早めるものであったが、本実施の形態の有機ＥＬパネルＡは、発光層５ｃが正孔輸送性のホスト材料５ｆと正孔輸送材料５ｈとを有することから従来の有機ＥＬパネルの発光層よりも正孔の移動度が高くなっており、図３に示すように、高電流密度領域にて駆動させる場合に、電流効率が最大値あるいは最大値に近似する値となる特性を得ることが可能となっている。すなわち、有機ＥＬパネルＡは、高電流密度領域での駆動の際、正孔と電子との再結合の割合が高くなるものである。このことから、高電流密度領域にて駆動する場合であっても、発光に寄与しない正孔及び電子が従来の有機ＥＬパネルよりも少なく、有機層５の有機材料の劣化が抑制されることから、発光時間の経過による発光層５ｃにおける発光輝度の低下を抑制することができる。図４は、同一発光面積の従来の発光層を有する有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬパネル及び本実施形態の発光層５ｃを有する前記有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬパネルＡを８５℃の高温環境中で３００Ａ／ｍ^２の高電流密度領域にて駆動させた場合の発光時間の経過による発光輝度の変化を示す実験結果であり、特性Ｓ１は従来の有機ＥＬパネルの特性を示しており、特性Ｓ２は本実施形態の有機ＥＬパネルＡの特性を示している。有機ＥＬパネルＡは、初期輝度は従来の有機ＥＬパネルと同等であり、また、従来の有機ＥＬパネルと比較して発光時間の経過による発光輝度の低下が抑制されており、本実施形態の有機ＥＬパネルＡが従来の有機ＥＬパネルよりも優れていることは図４からも明らかである。また、図５は、前述の従来の有機ＥＬパネル及び有機ＥＬパネルＡの所定の駆動電圧を印加した場合の発光輝度の変化を示す実験結果であり、特性Ｓ３は従来の有機ＥＬパネルの特性を示しており、特性Ｓ４は有機ＥＬパネルＡの特性を示している。有機ＥＬパネルＡは、同一の駆動電圧を印加した際に従来の有機ＥＬパネルよりも高い発光輝度にて駆動することが可能となっている。すなわち、有機ＥＬパネルＡは、従来の有機ＥＬパネルと比較して低い電圧で所定の発光輝度を得ることができるため、有機層５に対する負荷を軽減させることができ、有機層５の有機材料の劣化を抑制することが可能となっている。

有機ＥＬパネルＡは、第一電極２と第二電極６とで挟持される有機層５が、正孔輸送性のホスト材料５ｆに蛍光材料５ｇと正孔輸送材料５ｈとをドープしてなる発光層５ｃを少なくとも有するものである。また、発光層５ｃは、ホスト材料５ｆに正孔の移動度が１０^−４ｃｍ^２／Ｖ・ｓ以上である正孔輸送材料５ｈをドーピングしてなるものである。また、発光層５ｃは、添加される蛍光材料５ｇのイオン化ポテンシャルＩｐｄがホスト材料５ｆのイオン化ポテンシャルＩｐｈよりも０．１ｅＶ以上低い値であるものである。以上の構成から、有機ＥＬパネルＡは、従来の有機ＥＬパネルよりも高電流密度領域にて駆動する際正孔と電子との再結合の効率を向上させることにより、発光に寄与しない正孔及び電子を低減させて有機層５の有機材料が劣化することを抑制し、所定の輝度で長時間発光する長寿命化を可能とするものである。また、有機ＥＬパネルＡは、従来の有機ＥＬパネルと比較して低い電圧で所定の発光輝度を得ることができるため、有機層５に対する負荷を軽減させることができ、有機層５の有機材料の劣化を抑制することが可能となっている。

なお、本実施形態はドットマトリクス型の有機ＥＬパネルＡ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る。

また、本実施形態の有機ＥＬパネルＡは、正孔輸送性のホスト材料５ｆに蛍光材料５ｇと正孔輸送材料５ｈをドープしてなる発光層５ｃを有する構成であったが、本発明においては、発光層は、電子輸送性のホスト材料に蛍光材料と電子輸送性の輸送材料をドープしてなるものであっても同様の効果が得られる。

また、本実施形態の有機ＥＬパネルＡにおいて、発光層５ｃは、ホスト材料５ｆにアンバー色にて発光する蛍光材料５ｇをドープするものであったが、本発明は、ホスト材料にドープする蛍光材料は他の発光色にて発光す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。同上の有機ＥＬパネルの電流効率を示す図。同上の有機ＥＬパネル及び従来の有機ＥＬパネルの発光時間と発光輝度との関係を示す図。同上の有機ＥＬパネル及び従来の有機ＥＬパネルの駆動電圧と発光輝度との関係を示す図。従来の有機ＥＬパネルの電流効率を示す図。

符号の説明

Ａ有機ＥＬパネル
１支持基板
２第一電極
３絶縁層
５有機層
５ａ正孔注入層
５ｂ正孔輸送層
５ｃ発光層
５ｄ電子輸送層
５ｅ電子注入層
５ｆホスト材料
５ｇ蛍光材料
５ｈ正孔輸送材料（輸送材料）
６第二電極

Claims

透光性の支持基板上に、少なくとも発光層を有する有機層を一対の電極で挟持してなる有機ＥＬ素子を形成してなる有機ＥＬパネルであって、
前記発光層は、正孔輸送性のホスト材料にゲスト材料として蛍光材料と正孔の移動度が１０ ^−４ｃｍ ^２／Ｖ・ｓ以上であり前記発光層における濃度が５％以上２０％以下である輸送材料とを加えてなることを特徴とする有機ＥＬパネル。
前記蛍光材料のイオン化ポテンシャルは、前記ホスト材料のイオン化ポテンシャルよりも０．１ｅＶ以上低い値であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬパネル。