JP5102625B2 - 有機el発光装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施形態を模式的に示す図である。
この図に示すように、有機EL発光装置1は、基板100上に並置された第1単位発光素子10と第2単位発光素子20を有する。
第1単位発光素子10は、基板100上に、第1下部電極12、第1有機発光層14及び第1上部電極16を、この順に積層した構造を有している。
第2単位発光素子20は、基板100上に、第2下部電極22、第2有機発光層24及び第2上部電極26を、この順に積層した構造を有している。
第1及び第2下部電極12、22は有機発光層へ正孔を注入するための陽極、又は有機発光層へ電子を注入するための陰極として機能する。第1下部電極12が陽極のときは、第2上部電極26は陰極であり、第1下部電極12が陰極のときは、第2上部電極26は陽極である。本実施形態において、第1下部電極12と第2上部電極26は電気的に接続されている。下部電極と上部電極とは極性が異なるので、第1単位発光素子10と第2単位発光素子20は直列に接続されている。ここで、第1下部電極12と第2上部電極26は、接続部を介して異なる材料であってもよいし、共通の同じ材料から構成されてもよい。
この図に示すように、基板100上には、第1単位発光素子10、第k+1単位発光素子60、第N単位発光素子80が並置されている。kは1以上N−1以下の整数である。
第1単位発光素子10は、上述した通りである。
第k+1単位発光素子60は、基板100上に、第k+1下部電極62、第k+1有機発光層64と第k+1上部電極66を、この順に積層した構造を有している。
本実施形態において、第k下部電極(図示せず)と第k+1上部電極66とが電気的に接続されている。ここで、第k下部電極と第k+1上部電極66は、接続部を介して異なる材料であってもよいし、共通の同じ材料から構成されてもよい。
第N単位発光素子80は、基板100上に、第N下部電極82、第N有機発光層84と第N上部電極86を、この順に積層した構造を有している。
本実施形態において、第N−1下部電極(図示せず)と第N上部電極86とが電気的に接続されている。ここで、第N−1下部電極と第N上部電極86は、接続部を介して異なる材料であってもよいし、共通の同じ材料から構成されてもよい。
図3(A)では、4個の単位発光素子A1、B2、A3、B4が直列接続されたユニットを1行とし、4行が駆動電源Vに並列接続されている。図3(A)では、縦の列で見ると、発光色A、発光色Bがそれぞれ縦に一列に並んでいる。図3(B)では、横の行と同様、縦の列も発光色A、Bが交互に並んでいる。図3(B)に示す配列は「ダイアゴナル配列」と呼ばれ、発光色A、Bの混色度が高く、A、Bとを組み合わせて白色とした場合には、白色の均一性、視認性に優れており好ましい。
素子構成として、ガラス基板上に陽極としてAl/ITO積層膜、正孔輸送層として4,4’−ビス(N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ)ビフェニル(NPD)、発光媒体層としてトリス(8−キノリノール)アルミニウム(Alq3)、電子輸送層としてAlq:Li、陰極としてMg:Ag/ITOを順次積層した次の素子構成を考える。ガラス(0.7mm)/Al(200nm)/ITO(10nm)/NPD(Xnm)/Alq3(30nm)/Alq:Li(10nm)/Mg:Ag(10nm)/ITO(100nm)。ここで、AlとITOの界面、及びAlq:LiとMg:Ag界面のそれぞれが二つの光反射面を形成する。
図7からわかるように、ELスペクトルの半値幅を自然発光幅よりも狭くすることにより、光反射面を一つしか保有しない場合よりも最大ピーク強度が大きくなり、発光中心の示す本来の発光色を強めることができる。
図8は本発明の第2の実施形態を示す模式図である。
この図に示すように、有機EL発光装置2は、第3単位発光素子30を有する点においてのみ、第1の実施形態と異なる。即ち、有機EL発光素子2は、基板100上に並置された第1単位発光素子10と、第2単位発光素子20と、第3単位発光素子30とを有する。尚、第1単位発光素子10及び第2発光素子20は、上述した実施形態1と同様であるので説明は省略する。
第3単位発光素子30は、基板100上に、第3下部電極32、第3有機発光層34と第3上部電極36を、この順に積層した構造を有しており、第2下部電極22と第3上部電極36とが電気的に接続されている。ここで、第2下部電極22と第3上部電極36は、接続部を介して異なる材料であってもよいし、共通の同じ材料から構成されてもよい。
図9に示すように、通電方向に3種類の単位発光素子A、B、Cが直列接続されている。また、通電方向とは垂直の方向にもA、B、Cのように互いに違う色を発する画素が並んでいる、いわゆるダイアゴナル配列であることが好ましい。
図12は、本発明の第3の実施形態を示す図である。
この図に示すように、第3の実施形態では、第2実施形態の有機EL発光装置おいて、各単位発光素子の上部電極よりも光取出し側に光拡散性部材40を設けた構成になっている。
図13は、Alq3を発光媒体層とする先に説明した有機EL素子において、発光強度の角度依存性を表す放射パターンを示した図である。NPD膜厚がそれぞれ60nm、205nmである場合の放射パターンをB、C、光反射層が一つのみの場合の放射パターンをA’としている。図13からわかるように、二つの光反射面を設け、かつ、ELスペクトルの半値幅を発光中心の自然発光幅よりも狭めた構成では、放射が前方(発光面の法線方向)へ集中する傾向があり、用途によっては、前方への集中を緩和する必要のあることがある。その場合、光取出し側に設けた光拡散性部材の機能により、光強度をロスすることなく、等方的な放射パターンに緩和することができる。
1.光反射面
光反射面は、光反射層と光半透過層から形成され、好ましくは光反射性電極と光半透過性電極から形成される。
光を取り出して利用するため、少なくとも一方は光の一部を透過するもの(半透過性層)とする。材質としては、金属や有機物層よりも屈折率が大きな透明性を有する無機化合物が利用できる。金属の場合は金属面による鏡面反射が生じ、また有機物層よりも屈折率が大きな無機化合物の場合、その屈折率の差の大きさに応じて光反射が生じる。少なくとも一方を半透過性にするには、これらの膜厚を小さくしたり、屈折率の差を調整する。
光反射性電極が陽極である場合、有機EL素子駆動用電源からの電圧を有機EL素子に供給し、かつ正孔注入層へ正孔を注入する機能が必要なため、低抵抗かつ高い仕事関数(例えば、4.0eV以上)を有する、金属、合金、電気電導性化合物又はこれらの混合物や積層体を使用することが好ましい。
具体的には、インジウムチンオキサイド(ITO)、インジウム亜鉛オキサイド(IZO)、CuI(よう化銅)、SnO2(酸化錫)、酸化亜鉛、金、銀、白金、パラジウム、アルミニウム、クロム、ニッケル等の1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
具体的には、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、リチウム、ナトリウム、セシウム、銀等の1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
また、これら金属と酸化アルミニウム等金属酸化物の超薄膜、リチウム、セシウム等のアルカリ金属のハロゲン化物の超薄膜も使用できる。
光半透過性電極は、光反射性電極で例示した材料のうち、例えばITO等光透過性の高い材料からなる層と金属等の光反射性の高い材料からなる薄膜層を積層したものや、光反射性の高い材料からなる薄膜層単層のものが使用できる。光反射性電極が陽極であるときは、光半透過性電極は陰極となる。光反射性電極が陰極であるときは、光半透過性電極は陽極となる。
使用する金属種の複素屈折率虚部κの値にもよるが、光反射層の膜厚としては5nm以上であることが好ましい。
また、表面粗さσが大きい場合、光が乱反射し有機EL素子の発光面と垂直な方向へ反射される成分が少なくなるため、表面粗さσとしては、10nm未満であることが好ましく、5nm未満であることがより好ましい。
また、光半透過性電極の素子外部に取り出す光に対する光反射率は、好ましくは20%以上、より好ましくは40%以上である。
有機発光層は、有機発光媒体層を含み、その他必要に応じて、正孔輸送層、電子輸送層等を含む。
青系発光層はホスト材料と青色系ドーパントを含む。
ホスト材料は、スチリル誘導体、アントラセン誘導体又は芳香族アミンであることが好ましい。スチリル誘導体は、ジスチリル誘導体、トリスチリル誘導体、テトラスチリル誘導体及びスチリルアミン誘導体の中から選ばれる少なくとも一種類であることが特に好ましい。アントラセン誘導体は、非対称アントラセン系化合物であることが好ましい。芳香族アミンは、芳香族置換された窒素原子を2〜4個有する化合物であることが好ましく、芳香族置換された窒素原子を2〜4個有し、かつアルケニル基を少なくとも一つ有する化合物が特に好ましい。
上述の化合物は具体的に特願2004−042694に記載されている。
緑色系発光層はホスト材料と緑色系ドーパントを含む。
ホスト材料としては、青色系発光層で使用するホスト材料と同一のものを使用することが好ましい。
橙色〜赤色系発光層はホスト材料と橙色〜赤色系ドーパントを含む。
ホスト材料としては、青色系発光層で使用するホスト材料と同一のものを使用することが好ましい。
二つの光反射面を設け、かつ、ELスペクトルの半値幅を発光中心の自然発光幅よりも狭めた構成では、放射が前方(発光面の法線方向)へ集中する傾向がある。光拡散性部材は、このような前方への集中を緩和する機能を有していればよく、公知の部材を用いることができる。例えば次のような部材を用いることができる。
1)可視光波長と同程度の粒径のビーズ(材質は透明であれば何でもよい)を基板表面に配列した部材
2)数十ミクロンピッチのマイクロレンズアレイ。マイクロレンズの形状としては、円錐、三角錐、四角錐等を選択することができる。
3)低屈折率のシリカエアロゲルを層状に形成した部材
[実施例]
厚み0.7mmのガラス基板上に、青色を発する第1単位発光素子、緑色を発する第2単位発光素子、及び赤色を発する第3単位発光素子を平面に配置した有機EL発光装置を作製した。発光画面のサイズは45mm角の正方形であり、単位発光素子の発光面の大きさは、図4において、H=2.0mm、V=0.4mm、h=0.25mm、v=0.1mmである。即ち、単位発光素子は、H=2.0mmの長辺方向に20個直列接続されている。
厚み0.7mmのガラス支持基板上に、密着層としてITOをスパッタリングにより100nmの厚みになるように成膜した。その後、Agをスパッタリングにより150nmの厚みになるように成膜し、さらにITOをスパッタリングにより10nmの厚みになるように成膜した。横方向のライン/スペース=2.15/0.10、縦方向のライン/スペース=0.42/0.08となるように、フォトリソ法により下部電極をパターニングした。さらにアクリレート系レジスト(V259PA、新日鐵化学製)をスピンコートしたのち、下部電極パターンのエッジを覆うようなフォトマスクを介して紫外線露光・現像処理し、さらに180℃の条件でベーク処理して、絶縁膜を有する下部電極基板を作製した。
この下部電極基板をイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を5分間行った後、UVオゾン洗浄を30分行った。洗浄後の下部電極付き基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着した。
まず、正孔輸送層として機能するHT膜を130nm成膜した。HT膜の成膜に続けて、青色発光層として、化合物BHと化合物BDを30:1.5の膜厚比となるように膜厚30nmで共蒸着した。この膜上に電子輸送層として、Alq3膜を膜厚20nmで成膜した。その後、バッファー層としてLiFを膜厚1nmで蒸着し、この膜上に光半透過半反射層として機能するMg:Ag膜を、MgとAgの成膜速度比を9:1として10nm蒸着し、さらに光透過性電極として機能するITOを100nmの厚みで成膜した。
まず、正孔輸送層として機能するHT膜を170nm成膜した。HT膜の成膜に続けて、緑色発光層として、化合物BHと化合物GDを30:0.4の膜厚比となるように膜厚30nmで共蒸着した。この膜上に電子輸送層として、Alq3膜を膜厚20nmで成膜した。その後、バッファー層としてLiFを膜厚1nmで蒸着し、この膜上に光半透過半反射層として機能するMg:Ag膜を、MgとAgの成膜速度比を9:1として10nm蒸着し、さらに光透過性電極として機能するITOを第1単位発光素子の下部電極と接続させて100nmの厚みで成膜した。
まず、正孔輸送層として機能するHT膜を60nm成膜した。HT膜の成膜に続けて、緑色発光層として、化合物BHと化合物RDを30:1.5の膜厚比となるように膜厚30nmで共蒸着した。この膜上に電子輸送層として、Alq3膜を膜厚20nmで成膜した。その後、バッファー層としてLiFを膜厚1nmで蒸着し、この膜上に光半透過半反射層として機能するMg:Ag膜を、MgとAgの成膜速度比を9:1として10nm蒸着し、さらに光透過性電極として機能するITOを第2単位発光素子の下部電極と接続させて100nmの厚みで成膜した。以上のようにして、有機EL発光装置を得た。
この端子部に、電流を通電したところ全面が発光した。明るさが1000cd/m2となるように調節したときの、各単位発光素子に流れる電流密度は7.9mA/cm2であり、全体の駆動電圧は81Vであった。色度は、(0.314、0.356)という白色光であり、電流効率は17.8cd/A、電力効率は13.9lm/Wであった。
Claims (6)
- 第1下部電極と第1上部電極にて第1有機発光層を介在し、前記第1下部電極と前記第1上部電極の絶縁性を確保するための第1絶縁層を有する第1単位発光素子と、
前記第1上部電極と電気的に接続されたか、又は前記第1上部電極と同一材料であって前記第1上部電極と電気的に接続された第2下部電極と第2上部電極にて第2有機発光層を介在し、前記第2下部電極と第2上部電極の絶縁性を確保するための第2絶縁層を有する第2単位発光素子が平面上並置されており、
前記第1及び第2の単位発光素子が異なる発光色を示す有機エレクトロルミネッセンス発光装置。 - 第1下部電極と第1上部電極にて第1有機発光層を介在し、前記第1下部電極と前記第1上部電極の絶縁性を確保するための第1絶縁層を有する第1単位発光素子と、
前記第1上部電極と電気的に接続されたか、又は前記第1上部電極と同一材料であって前記第1上部電極と電気的に接続された第2下部電極と第2上部電極にて第2有機発光層を介在し、前記第2下部電極と第2上部電極の絶縁性を確保するための第2絶縁層を有する第2単位発光素子と、
前記第2上部電極と電気的に接続されたか、又は前記第2上部電極と同一材料であって前記第2上部電極と電気的に接続された第3下部電極と第3上部電極にて第3有機発光層を介在し、前記第3下部電極と第3上部電極の絶縁性を確保するための第3絶縁層を有する第3単位発光素子が平面上並置されており、
前記第1、第2及び第3の単位発光素子が少なくとも2以上の異なる発光色を示す有機エレクトロルミネッセンス発光装置。 - Nを2以上の整数とし、kを1以上N−1以下の整数とするとき、
第1下部電極と第1上部電極にて第1有機発光層を介在し、前記第1下部電極と前記第1上部電極の絶縁性を確保するための第1絶縁層を有する第1単位発光素子と、
第k上部電極と電気的に接続されたか、又は第k上部電極と同一材料であって前記第k上部電極と電気的に接続された第k+1下部電極と第k+1上部電極にて第k+1有機発光層を介在し、前記第k+1下部電極と前記第k+1上部電極の絶縁性を確保するための第k+1絶縁層を有する第k+1単位発光素子と、
第N−1上部電極と電気的に接続されたか、又は第N−1上部電極と同一材料であって前記第N−1上部電極と電気的に接続された第N下部電極と第N上部電極にて第N有機発光層を介在し、前記第N下部電極と前記第N上部電極の絶縁性を確保するための第N絶縁層を有する第N単位発光素子とからなるN個の単位発光素子が平面上並置されており、
前記N個の単位発光素子が2以上の異なる発光色を示す有機エレクトロルミネッセンス発光装置。 - 少なくとも1つの単位発光素子が二つの光反射面を保有し、
前記光反射面のうちの少なくとも一つは半反射半透過性を有し、
前記有機発光層が二つの光反射界面の間に位置し、
二つの光反射界面間の距離が、有機発光層が含む発光中心の発する光の自然発光幅を狭くするように設定されている、請求項1〜3のいずれか一項記載の有機エレクトロルミネッセンス発光装置。 - 前記単位発光素子の発光面の形状が縦横の長さの比が3.5以上の長方形からなり、
隣接する二つの単位発光素子が、長方形の長手方向で電気的に接続されており、
単位発光素子の配列が、ダイアゴナル配列である、請求項1〜4のいずれか一項記載の有機エレクトロルミネッセンス発光装置。 - 光取出し側に光拡散性部材を有する、請求項1〜5のいずれか一項記載の有機エレクトロルミネッセンス発光装置。
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