JP2012028108A

JP2012028108A - 有機ｅｌパネル

Info

Publication number: JP2012028108A
Application number: JP2010164690A
Authority: JP
Inventors: Yusho Shida; 有章志田
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2012-02-09

Abstract

【課題】輝度制御によって発光輝度が大きく変化する場合であっても、発光色の色度を一定に保つことが可能な有機ＥＬパネルを提供する。
【解決手段】支持基板１上に、第一電極２と少なくとも有機発光層を含む第一の機能層３と第二電極４と少なくとも有機発光層を含む第二の機能層５と第三電極６とを順次積層形成してなり、所望の発光色を呈する有機ＥＬパネルであって、第一，第二の機能層３，５は、一方が高電流密度において前記発光色を呈するとともに他方よりも発光輝度が高く、低電流密度において他方よりも輝度が低くなるあるいは発光しない特性を有し、また、他方が低電流密度において前記発光色を呈する特性を有してなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子を用いた有機ＥＬパネルに関する。

従来、発光素子として、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（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）等からなる透明電極と、正孔注入層、正孔輸送層、発光層及び電子輸送層等からなる機能層と、陰極となるアルミニウム（Ａｌ）等からなる非透光性の背面電極と、を順次積層形成して構成される有機ＥＬ素子が知られている（例えば特許文献１参照）。

有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬパネルは、自発光型平面表示装置あるいは照明装置として近年脚光を浴びており、液晶表示装置と比較して視野角依存性が少ない、コントラスト比が高い、薄膜化が可能であるなどの利点から各所で研究開発が行われている。また、有機ＥＬパネルはコントラストが高く、また原理的に液晶表示装置のような光漏れが生じないため、夜間減光が必須である車両用表示装置に好適であり、量産適用が開始されている。

また、有機ＥＬ素子を透光性の基板上に設けてなる有機ＥＬパネルにおいては、輝度の向上や所望の発光色を実現するべく、機能層を支持基板に対して垂直に複数組積層する方法が知られている（例えば特許文献２参照）。

ところで、車両用表示装置の昼間時における表示輝度は１００〜５００ｃｄ／ｍ^２まで多種多様であるが、夜間時においては数〜数十ｃｄ／ｍ^２相当に減光する必要がある。有機ＥＬパネルの減光率を調整する方法としては、従来特許文献３に開示されるように、ＰＷＭ変調やＰＡＭ変調が知られている。ＰＷＭ変調は、駆動波形のパルス幅、すなわち駆動波形のｄｕｔｙ比によって減光率を調整するものであり、ＰＡＭ変調は、駆動波形の波高値、すなわち駆動電流の電流レベルによって減光率を調整するものである。

特開２０００−６８０５７号公報特開２００４−３２７２４８号公報特開２００１−２９６８３７号公報

しかしながら、ＰＷＭ変調やＰＡＭ変調による輝度制御を行う場合、高輝度を得るための例えば１００ｍＡ／cm^２以上の高電流密度域における発光時と、減光させるための例えば１０ｍＡ／cm^２以下の低電流密度域における発光時とでは、得られる発光色が異なり、高輝度時に所望の発光色を得るように機能層を形成した場合には低輝度時（減光時）においては所望の発光色から大きく変化してしまうという問題点があった。かかる問題は、特に異なる発光色を呈する発光層を複数積層して混色により例えば白色などの所望の発光色を呈する有機ＥＬパネルにおいて顕著であり、広範囲の電流密度域に渡って同一の発光色を保つことは非常に困難であった。

これは、有機ＥＬ素子が電子と正孔との再結合により発光する自発光素子であるため、印加される電子と正孔のキャリアバランスが印加される電流密度により変化し、特に２層以上の発光層を積層して所望の発光色を得る場合においては、積層構造内での発光位置が印加される電流密度によって変化し、各発光層の発光スペクトルの比が変化してしまい色度の変化が生じることによるものである。現時点では、機能層（特に発光層）において、広範囲の電流密度域においてキャリアの移動度の値や比を一定に保つような材料は皆無といって良い。

本発明は、このような問題に鑑み、輝度制御によって発光輝度が大きく変化する場合であっても、発光色の色度を一定に保つことが可能な有機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、支持基板上に、第一電極と少なくとも有機発光層を含む第一の機能層と第二電極と少なくとも有機発光層を含む第二の機能層と第三電極とを順次積層形成してなり、所望の発光色を呈する有機ＥＬパネルであって、前記第一，第二の機能層は、一方が高電流密度において前記発光色を呈するとともに他方よりも発光輝度が高く、低電流密度において他方よりも輝度が低くなるあるいは発光しない特性を有し、また、他方が低電流密度において前記発光色を呈する特性を有してなることを特徴とする。

また、前記第一，第二の機能層の一方は、発光開始電圧が他方よりも高いことを特徴とする。

また、前記第一，第二の機能層の他方は、高輝度を得る電圧値が一方よりも高いことを特徴とする。

本発明は有機ＥＬパネルに関するものであって、輝度制御によって発光輝度が大きく変化する場合であっても、発光色の色度を一定に保つことが可能となる。

本発明の実施形態である有機ＥＬパネルを示す模式断面図。本発明の実施例の電流色度特性を示す図。本発明の実施例の電流輝度特性を示す図。本発明の実施例の電流電圧特性を示す図。本発明の実施例と従来例との測定結果を示す図。

以下、本発明を有機ＥＬパネルに適用した実施形態について添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態を示す図である。本実施形態である有機ＥＬパネルは、支持基板１上に、第一電極２，第一の機能層３，第二電極４，第二の機能層５及び第三電極６が順に積層形成されてなる。

支持基板１は、例えばガラス材料からなる矩形状の透光性基板である。

第一電極２は、第一の機能層３に対して正孔を注入する陽極として機能するものであり、支持基板１上にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）あるいは酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の透光性導電材料をスパッタリング法等の手段によって層状に形成してなり、フォトエッチング等の手段によって所定の形状にパターニングされる。

第一の機能層３は、少なくとも有機発光層を含む発光を得るための各機能を有する複数の層からなり、第一電極２上に形成されるものである。本実施形態においては、第一電極２側から順に正孔注入層，正孔輸送層，有機発光層，電子輸送層及び電子注入層が順に積層形成されてなる。

また、第一の機能層３は、高輝度を得ることができ、また高輝度を得る高電流領域にて所望の発光色（例えば白色）を得るように各層の材料や膜厚等を選択して形成される。具体的に、第一の機能層３の総膜厚は１００ｎｍ程度に形成する。さらに、発光開始電圧が後述する第二の機能層５よりも高くなるように各層を形成する。具体的には、前記正孔輸送層の膜厚を著しく薄くし、また前記電子輸送層の厚みを他の層に対して相対的に増すことで発光開始電圧を高く設定することができる。

前記正孔注入層は、陽極からの正孔を取り込む機能を有し、例えば酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）や五酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）等の無機材料あるいはアミン系化合物等の有機材料を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなるものである。

前記正孔輸送層は、正孔を前記有機発光層へ伝達する機能を有し、例えばアミン系化合物であるα−ＮＰＤ等の正孔輸送材料を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなる。

前記有機発光層は、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所定色の発光を示す機能を有し、所望の発光色に応じて種々の有機材料を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなるものである。なお、前記有機発光層は単一材料からなるものであってもよく、また、ホスト材料に発光ドーパントを添加してなるものであってもよい。また、特に白色を呈する場合には発光色の異なる複数層（例えばアンバー色発光層と青色発光層）を積層して混色による発光色を得るものである。

前記電子輸送層は、電子を前記有機発光層へ伝達する機能を有し、例えばアルミキノリノール（Ａｌｑ_３）等の電子輸送材料を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなる。

前記電子注入層は、陰極からの電子を取り込む機能を有し、前記電子輸送層上にフッ化リチウム（ＬｉＦ）等を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなるものである。

第二電極４は、第一の機能層３に対しては電子を注入する陰極として機能するとともに、第二の機能層５に対しては正孔を注入する陽極として機能するものであり、第一の機能層３に例えば透過率の高いカルシウム（Ｃａ）等の導電材料を真空蒸着法等の手段によって薄膜状に形成してなる。なお、第二電極４はハーフミラーの特性（半透過半反射性）を有し、キャビティー（光共振器）効果を得ることで電極としての機能と輝度向上の双方を得るべく、透過率の高いインジウム（Ｉｎ）及び銀（Ａｇ）や、アルミニウム（Ａｌ），ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），コバルト（Ｃｏ），銅（Ａｕ），マグネシウム（Ｍｇ）及びリチウム（Ｌｉ）等の金属，これら金属の合金，導電性ポリマー，シリコンを代表とする電気導電性を有する半導体あるいはそれら金属，金属合金及び半導体の積層体からなるものであってもよい。

第二の機能層５は、少なくとも有機発光層を含む発光を得るための各機能を有する複数の層からなり、第二電極４上に形成されるものである。本実施形態においては、第二電極４側から順に正孔注入層，正孔輸送層，有機発光層，電子輸送層及び電子注入層が順に積層形成されてなる。なお、各層の構成については前述の第一の機能層３と同様であるため説明を省略する。

また、第二の機能層５は、低輝度時に所望の発光色（例えば白色）を得ることができ、また、高輝度を得る際の電圧値が第一の機能層３で同一輝度を得る際の電圧値よりも高くなるように各層の材料や膜厚等を選択して形成される。具体的に、第二の機能層５の総膜厚は２００ｎｍ程度に形成する。さらに、発光開始電圧が第一の機能層３よりも低くなるように各層を形成する。具体的には、前記正孔注入層に正孔注入性の高い材料を用い、また前記電子輸送層の膜厚を他の層に対して相対的に薄くすることで発光開始電圧を低く設定することができる。

第三電極６は、第二の機能層５に対して電子を注入する陰極として機能するものであり、電子注入層４ｅ上に例えばアルミニウム（Ａｌ）等の低抵抗の導電材料を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなる反射電極である。なお、第三電極６としては、Ａｇ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ａｕ，Ｍｇ及びＬｉ等の金属及びＡｇＭｇ等のこれら金属の合金であってもよい。

以上の各部によって有機ＥＬパネルが構成されている。有機ＥＬパネルは支持基板１側の第一電極２及び中間に位置する第二電極４を透明電極とし、支持基板１の対向側の第三電極６を反射電極として支持基板１側から光を取り出すいわゆるボトムエミッション型の有機ＥＬパネルである。

有機ＥＬパネルの駆動方法においては、駆動ＩＣにて制御される電流電圧を第一電極２及び第三電極６に印加する。そのため、本実施形態においては必ず第一，第二の機能層３，５の双方に電流が流れる。また、第一，第二の機能層３，５の減光率を調整する際には、ＰＷＭ変調及びＰＡＭ変調を行う。有機ＥＬパネルの通常駆動時に高輝度を得る場合は、第一の機能層３により所望の発光色が得られ、第二の機能層５においては高輝度を得るための電圧値が第一の機能層３よりも高いためその輝度は第一の機能層３に対して相対的に低く有機ＥＬパネル全体の発光色の色度に対する寄与が低くなる。また逆に、有機ＥＬパネルの減光駆動時に低輝度を得る場合は、ＰＷＭ変調によって電流印加時間を短くすることで輝度を低減するとともに第二の機能層５において所望の発光色が得られ、ＰＡＭ変調によって駆動波形の波高値を第一の機能層３の発光開始電圧よりも低くすることで、第一の機能層３はほとんど発光せず有機ＥＬパネル全体の発光色の色度に対する寄与が低くなる。このように、高輝度を得る場合と低輝度を得る場合とで、有機ＥＬパネル全体の発光色の色度に大きく寄与する機能層を切り換え、発光色が変化する駆動においてはその寄与度を低減することによって、発光輝度に関わらず所望の発光色を保つことが可能となる。

なお、ＰＡＭ変調に替えて、第二電極４にも駆動ＩＣにより制御された電流電圧を印加する構成とし、低輝度を得る場合には第一の機能層４には電流を流さず、第二の機能層５のみを発光させて所望の発光色を得るものとしても良い。

以下、さらに本発明の実施例について説明する。実施例として、ドットサイズ０．５ｍｍ×０．５ｍｍ、ドットピッチ０．５５ｍｍ×０．５５ｍｍ、画素数１６×８０ドットの本発明を適用した白色有機ＥＬパネルを作製した。本実施例においては所望の発光色はＣＩＥ色度座標が（０．３０，０．３３）の白色であるとする。また、輝度制御においてはＰＷＭ変調とＰＡＭ変調を併用するものとする。実施例の製造方法及び構成としては、ガラス材料からなる支持基板１上に、第一電極２としてＩＴＯを膜厚１５０ｎｍで形成した。その後、支持基板１を蒸着装置に導入し、第一の機能層３，第二電極４，第二の機能層５及び第三電極６を順次積層形成して有機ＥＬパネルを作製した。第二電極４としては真空蒸着法により透過性を有する膜厚５ｎｍのＣａ電極を形成した。第一の機能層３は、総膜厚を１００ｎｍ程度とし、前記正孔注入層としてはＭｏＯ_３を真空蒸着法により膜厚２０ｎｍで形成した。前記正孔輸送層としてはアミン系化合物を真空蒸着法により膜厚２０ｎｍで形成した。前記有機発光層としては混色で白色を呈することができるように発光色の異なる複数層を真空蒸着法により膜厚４０ｎｍで形成した。前記電子輸送層及び前記電子注入層としては、それぞれＡｌｑ及びＬｉＦを真空蒸着法により合わせて膜厚２０ｎｍで形成した。なお、前記電子注入層単層の膜厚は極めて薄く、数ｎｍ程度である。第二の機能層５は、総膜厚を２００ｎｍ程度とし、前記正孔注入層としてはＭｏＯ_３を真空蒸着法により膜厚２０ｎｍで形成することで仕事関数が低いＣａを第二電極４に用いても前記有機発光層に良好に正孔を注入することができた。前記正孔輸送層としてはアミン系化合物を真空蒸着法により膜厚８０ｎｍで形成した。前記有機発光層としては混色で白色を呈することができるように発光色の異なる複数層を真空蒸着法により膜厚８０ｎｍで形成した。前記電子輸送層及び前記電子注入層としては、それぞれＡｌｑ及びＬｉＦを真空蒸着法により合わせて膜厚２０ｎｍで形成した。第三電極６としては真空蒸着法により膜厚１５０ｎｍのＡｌ薄膜を形成し、反射電極とした。なお、支持基板１の光出射面側（各層の形成面の反対側面）には、透過率４２％の円偏光板を配置した。

また、比較例として、第二電極４及び第二の機能層５を形成しないほかは、実施例と同様の条件で有機ＥＬパネルを作製した。なお、比較例は前記正孔注入層の材料にアミン系化合物を使用し、第一電極２、前記実施例の第三電極６に相当する陰極膜厚ならびに第一の機能層３の膜厚は実施例と同様に形成した。

実施例における第一，第二の機能層３，５の電流色度特性を図２に示す。なお、従来例は実施例の第一の機能層３と同様の電流色度特性を有する。また、実施例における第一，第二の機能層３，５の電流輝度特性を図３に示し、電流電圧特性を図４に示す。図２に示すように、実施例の第一の機能層３及び従来例は、ＣＩＥ色度座標のｘ値及びｙ値が全点灯時（最大輝度発光時）の発光電流である高電流密度（図２では１０００ｍＡ／ｃｍ^２程度）において所望の色度（０．３０，０．３３）を示し、減光時（低輝度発光時）の発光電流である低電流密度（図２では１０ｍＡ／ｃｍ^２程度）において特にｘ値が変化する特性となっている。これに対し、実施例の第二の機能層５は、全点灯時の発光電流においては特にｘ値が所望の色度を示さないものの、減光時の発光電流において所望の色度を示す特性となっている。また、図３に示すように、実施例における第一，第二の機能層３，５は、全点灯時の発光電流においては第一の機能層３の輝度が高く、反対に減光時の発光電流においては第二の機能層５の輝度が高くなっている。また、図４に示すように、第二の機能層５が、高輝度発光する電流密度を得る際の電圧値が第一の機能層３で同一電流密度を得る際の電圧値よりも高くなる特性を有し、また、第一の機能層３が、発光開始電圧が第二の機能層５の発光開始電圧よりも低くなる特性を有している。これにより、実施例をＰＷＭ変調及びＰＡＭ変調によって輝度制御すると、全点灯時においては第一の機能層３を基準として発光電流を定めるべく電圧値が選択される結果、所望の色度が得られる第一の機能層３の発光輝度が色度が所望の色度から変化している第二の機能層５の発光輝度に対して著しく高いため（第二の機能層５の電流輝度特性に加えて電流電圧特性により第二の機能層５に実際に流れる電流は発光電流より小さくなる）、有機ＥＬパネル全体の色度は第一の機能層３の発光によって所望の色度によって定まる。これに対し、減光時においては第二の機能層５を基準として発光電流を定めるべく電圧値が選択される結果、所望の色度が得られる第二の機能層５の発光色度が色度が所望の色度から変化している第一の機能層３の発光輝度に対して著しく高いため（第一の機能層３の電流輝度特性に加えて電流電圧特性により第一の機能層３に流れる電流は発光電流より低く第一の機能層３はほとんど発光しない）、有機ＥＬパネル全体の色度は第二の機能層３の発光によって所望の色度によって定まる。図５は、実施例及び比較例の全点灯時及び減光時の有機ＥＬパネルモジュールの製品輝度及び色度の測定結果を示すものである。図５によれば、比較例は全点灯時には所望の色度が得られるものの、減光時には色度が変化している。これに対し、実施例は全点灯時及び減光時のいずれにおいても所望の色度を保っていることがわかる。また、本実施例は、第一，第二の機能層３，５を第二電極４を介して積層形成する構成であるため、発光効率が比較例の約１．５倍程度を得ており、全点灯時の輝度が従来例の波高輝度２５０ｃｄ／ｃｍ^２に比べて高く、３８０ｃｄ／ｍ^２を示した。また、比較例よりも減光時における輝度が低くなり、減光率自体も向上させることができた。本発明により、全点灯時に必要な高輝度特性と減光時に必要な色度変化がない低輝度特性を併せ持ち、輝度制御によって発光輝度が大きく変化する場合であっても、発光色の色度を一定に保つことが可能となることは図５からも明らかである。なお、実施例とは反対に、第一，第二の機能層３，５のうち、第二電極４と第三電極６との間に形成される第二の機能層５を高電流密度において所定の発光色を呈するとともに第一の機能層３よりも発光輝度が高く、低電流密度において第一の機能層３よりも輝度が低くなるあるいは発光しない特性とし、第一電極２と第二電極４との間に形成される第一の機能層３を低電流密度において前記発光色を呈する特性とする構成としても実施例と同様の効果を得ることができる。

本発明は、有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬパネルに関し、特に輝度制御によって輝度が変化する有機ＥＬパネルに好適である。

１支持基板
２第一電極
３第一の機能層
４第二電極
５第二の機能層
６第三電極

Claims

支持基板上に、第一電極と少なくとも有機発光層を含む第一の機能層と第二電極と少なくとも有機発光層を含む第二の機能層と第三電極とを順次積層形成してなり、所望の発光色を呈する有機ＥＬパネルであって、
前記第一，第二の機能層は、一方が高電流密度において前記発光色を呈するとともに他方よりも発光輝度が高く、低電流密度において他方よりも輝度が低くなるあるいは発光しない特性を有し、また、他方が低電流密度において前記発光色を呈する特性を有してなることを特徴とする有機ＥＬパネル。
前記第一，第二の機能層の一方は、発光開始電圧が他方よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬパネル。
前記第一，第二の機能層の他方は、高輝度を得る電圧値が一方よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬパネル。