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JP7631252B2 - 発光装置、表示装置、撮像装置、及び、電子機器 - Google Patents

発光装置、表示装置、撮像装置、及び、電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、発光装置、表示装置、撮像装置、及び、電子機器に関する。
近年、光源としての有機発光素子(有機EL素子、OLEDとも呼ばれる)の開発が進んでいる。有機発光素子を光源として用いた表示装置において赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の有機発光素子を設けることでフルカラー表示を実現することができる。特に、拡張現実(AR)や仮想現実(VR)に用いられるゴーグル型表示デバイスにおいては画素微細化および多画素化が進んでおり、表示装置の更なる消費電力の低減が求められている。一方で、消費電力を低減するために有機発光素子の駆動電圧を低減することが一手段であることが知られている。
特許文献1には、有機発光素子の有機化合物層の一層である、正孔輸送層を複数有し、最も厚さが厚い正孔輸送層の正孔移動度が他の正孔輸送層の正孔移動度よりも大きいことで、有機発光素子の駆動電圧を低減することが記載されている。
特開2015-122459号公報
しかし、特許文献1のように、駆動電圧の低減のみを目的として、最も厚さが厚い正孔輸送層の正孔移動度を大きくする場合、隣接する有機発光素子にも電流を供給して、意図しない発光が起こる。そして意図しない発光は、表示装置においては表示色域を低下させる課題がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は有機発光素子の駆動電圧を低減し、隣接する有機発光素子の意図しない発光を低減できる有機発光素子を提供することである。
本発明の一実施形態に係る有機発光素子は、第一電極と、前記第一電極上の有機層と、前記有機層上の第二電極と、を有する有機発光素子であって、前記有機層は、前記第一電極上の電荷輸送層と、前記電荷輸送層上の発光層と、を含み、前記電荷輸送層が、前記第一電極側から、第一電荷輸送層、第二電荷輸送層、第三電荷輸送層を、この順で有し、前記第一電荷輸送層、第二電荷輸送層及び第三電荷輸送層が、下記式(1)、(2)を満たし、前記第一電荷輸送層、前記第二電荷輸送層、及び前記第三電荷輸送層が正孔輸送層であることを特徴とする有機発光素子を提供する。
μ1>μ2>μ3・・・・(1)
d1+d2<d3・・・・(2)
式(1)において、μ1は第一電荷輸送層の電荷移動度であり、μ2は第二電荷輸送層の電荷移動度であり、μ3は第三電荷輸送層の電荷移動度である。
式(2)において、d1は第一電荷輸送層の膜厚であり、d2は第二電荷輸送層の膜厚であり、d3は第三電荷輸送層の膜厚である。
本発明によれば、有機発光素子の駆動電圧を低減し、かつ隣接する有機発光素子の意図しない発光を低減できる有機発光素子を提供できる。
(a)本発明の一実施形態に係る発光装置の平面図である。(b)図1(a)における領域200の拡大図である。 (a)図1のA-A’のおける断面模式図である。(b)図2(a)の破線Cにおける有機発光素子部の断面模式図である。 本発明の一実施形態に係る発光装置の断面模式図である。 本発明の一実施形態に係る発光装置の断面模式図である。 本発明の一実施形態に係る表示装置の一例を表す模式図である。 (a)本実施形態に係る撮像装置の一例を表す模式図である。(b)本発明の一実施形態に係る電子機器の一例を表す模式図である。 (a)本発明の一実施形態に係る表示装置の一例を表す模式図である。(b)本発明の一実施形態に係る表示装置の他の例を表す模式図である。 (a)本発明の一実施形態に係る照明装置の一例を表す模式図である。(b)本発明の一実施形態に係る移動体の一例である自動車の模式図である。 本発明の一実施形態に係るウェアラブルデバイスの一例を示す模式図である。 (a)本発明の一実施形態に係る画像形成装置の模式図である。(b)および(c)露光光源の発光部が長尺状の基板に複数配置されている形態を示す模式図である。
本発明の一実施形態に係る有機発光素子は、第一電極と、前記第一電極上の第一発光層と、前記第一発光層上の第二電極と、を有する有機発光素子であって、前記第一電極と、前記第一発光層との間に配された電荷輸送層、を含み、前記電荷輸送層が、前記第一電極側から、第一電荷輸送層、第二電荷輸送層、第三電荷輸送層を、この順で有し、前記第一電荷輸送層、第二電荷輸送層及び第三電荷輸送層が、下記式(1)、(2)を満たすことを特徴とする有機発光素子である。
μ1>μ2>μ3・・・・(1)
d1+d2<d3・・・・(2)
式(1)において、μ1は第一電荷輸送層の電荷移動度であり、μ2は第二電荷輸送層の電荷移動度であり、μ3は第三電荷輸送層の電荷移動度である。
式(2)において、d1は第一電荷輸送層の膜厚であり、d2は第二電荷輸送層の膜厚であり、d3は第三電荷輸送層の膜厚である。
本発明の他の実施形態に係る有機発光素子は、第一電極と、第二電極と、前記第一電極と前記第二電極との間に第一発光層とを有する有機発光素子であって、前記第一電極と前記第一発光層との間に電荷輸送層を有し、前記電荷輸送層は、第一電荷輸送層、前記第一電荷輸送層よりも電荷移動度が小さい第二電荷輸送層、前記第一電荷輸送層よりも電荷移動度が小さい第三正孔輸送層を含み、前記第一電荷輸送層の層厚は、前記第二電荷輸送層の層厚及び前記第三正孔輸送層の層厚のいずれよりも小さいことを特徴とする有機発光素子である。
第一電極から第二電極までの電荷輸送層、第一発光層、各有機層をまとめて、有機化合物層と呼ぶことがある。他の有機層が配された場合も同様である。
電荷輸送層は、正孔輸送層であっても、電子輸送層であってもよい。電荷輸送層が正孔輸送層である場合には、電荷移動度は正孔移動度であり、電荷輸送層が電子輸送層の場合には、電荷輸送層は電子移動度である。膜厚と移動度の関係が満たされれば、有機発光素子とそれに隣接する有機発光素子とのリーク電流を低減することができる。有機発光素子は表示装置の副画素とも呼ばれる。
電荷輸送層は、正孔輸送層であることが好ましい。有機化合物は正孔輸送性である傾向があり、正孔輸送層において、有機発光素子と、それに隣接する有機発光素子とのリーク電流が発生する傾向があるからである。
本発明の実施形態に係る電荷輸送層は、第一電荷輸送層、第二電荷輸送層、第三電荷輸送層、を有し、前記第一電荷輸送層の電荷移動度は、第二電荷輸送層及び第三電荷輸送層よりも小さい。さらに第二電荷輸送層の電荷移動度は第三電荷輸送層の電荷移動度よりも小さい。
そして、第一電荷輸送層の膜厚は、第二電荷輸送層の膜厚及び第三電荷輸送層の膜厚よりも小さい。また、第二電荷輸送層の膜厚は、第三電荷輸送層の膜厚よりも小さいことが好ましい。
本発明の一実施形態に係る第一電荷輸送層は第一有機化合物を有し、前記第三電荷輸送層は第三有機化合物を有する。第二電荷輸送層は前記第一有機化合物と、前記第三有機化合物との混合層であってよい。
前記第二電荷輸送層が有する前記第一有機化合物と前記第三有機化合物との合計に対して、前記第三有機化合物の割合が、50体積%以上であってよい。または、第二電荷輸送層が有する前記第一有機化合物と前記第三有機化合物との合計に対して、前記第三有機化合物の割合は、50wt%以上であってよい、または、第二電荷輸送層が有する前記第一有機化合物と前記第三有機化合物との合計に対して、前記第三有機化合物の割合が、50mol%以上であってよい。
本発明の一実施形態に係る有機発光素子は、1000ppi以上の表示装置に用いられることが好ましい。画素密度が大きいほど有機発光素子とそれに隣接する有機発光素子との間のリーク電流が発生しやすいためである。そのため、本実施形態に係る有機発光素子のリーク電流を低減する効果が顕著に作用する。
さらに本発明の一実施形態に係る有機発光素子の電荷輸送層はその厚さが20nm以下であることが好ましい。膜厚が小さいことで有機発光素子間のリーク電流が小さいのに加えて、膜厚が小さいこと自体がリーク電流を小さくするからである。
以下、各実施形態により、本発明をより具体的に記載する。各実施形態は本発明の一例であり、これらに限定されない。各実施形態に記載されている要件は、組み合わせて用いられてよい。
[第一実施形態]
以下図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図1(a)は、本発明の一実施形態に係る発光装置の平面図である。発光装置は基板100上に発光領域1を有し、発光領域1には複数の有機発光素子300が配されている。領域200には、複数の有機発光素子300が配されている。
図1(b)は、図1(a)における領域200の拡大図である。点線150で囲まれた有機発光素子は、1つの画素である。画素は、それぞれ異なる発光色を発する、複数の副画素300を有する。例えば、副画素300がそれぞれ赤(R),緑(G)、青(B)を発光し、一つの画素(W)150を形成する。さらに各副画素300は、各副画素の発光領域から放射される光を取り出すための光学部材190を各々有する。副画素は、後述の画素分離層で分離されている。
本実施形態に係る発光装置の画素配列は、いわゆるデルタ配列であるが、本発明はこれに限定されない。例えば、ストライプ配列、スクエア配列、ペンタイル配列またはベイヤー配列であってもよい。同様に発光領域の形状は、図示された形に限定されず、円形、楕円、六角形、四角形などの多角形であってもよい。
図2(a)は、図1のA-A’のおける断面模式図である。発光装置1は、副画素300を複数有している。ここでは、赤副画素300R、緑副画素300G、青副画素300Bを有する。各副画素300は、絶縁層100の上に第一電極2を有する。第一電極2の端部を覆うように画素分離層3が配されている。画素分離層3は、バンク層とも呼ばれる。第一電極2及び画素分離層3の上には発光層を含む有機化合物層が配されている。第一電極2の上面は、有機化合物層に接している第一領域と、画素分離層3と接している第二領域を有する。
有機化合物層は、正孔を輸送する電荷輸送層4、発光層5、電子輸送層6を有する。有機化合物層の上には第二電極7が配されている。第一電極2、有機化合物層、第二電極7により有機発光素子Cを構成している。
有機化合物層、第二電極7は、副画素300間で共通に配されている。第二電極7の上には、有機発光素子Cを保護する保護層8が配されている。保護層8は封止層とも呼ばれる。保護層8の上には、平坦化層9が配されている。平坦化層9は、その組成から樹脂層と呼ばれる。
平坦化層9の上には、カラーフィルタ180が配されている。カラーフィルタは副画素300毎に180R、180G、180Bがある。カラーフィルタ180の上には平坦化層9が配されている。保護層8に接している平坦化層9とは離間されていても、不図示の端部で互いが接していてもよい。保護層8に接している平坦化層9と、カラーフィルタの上に配されている平坦化層とは、同じ組成であってもよいし、異なる組成であってもよい。保護層8に接している平坦化層9は、第一平坦化層と呼ばれてよい。カラーフィルタ180の上に配されている平坦化層9は第二平坦化層と呼ばれてよい。それぞれその構成物質から第一樹脂層、第二樹脂層と呼ばれてもよい。
第二平坦化層9の上には、光化学部材としてのレンズ190が配されている。レンズ190は、副画素300毎に、190R、190G、190Bを有する。
図2(b)は、図2(a)の破線Cにおける有機発光素子部の断面模式図である。
絶縁層100上に第一電極2と、第二電極7との間に発光層5を含む有機化合物層が配されている。第一電極は反射層としても機能してよい。本実施形態においては、第一電極2が陽極、第二電極が陰極である。この場合、正孔を輸送する電荷輸送層4、発光層5、電子輸送層6である。また、電荷輸送層4は、第一電荷輸送401、第二電荷輸送層402,第三電荷輸送層403を有する。
第一電極2と電荷輸送層4の間に電子引き抜き層400を設けてもよい。電子引き抜き層400を設ける場合、第一電極と電荷輸送層4との密着性向上や正孔注入性が改善されるため好ましい。電子引き抜き層は、電子引き抜き層400に接する第一電荷輸送層401から電子を引き抜くことで第一電荷輸送層中に正孔を発生させる機能を有する。この時、電子引き抜き層中には第一電荷輸送層から引き抜いた電子が発生し、その電子は第一電極へ流れ込む。
本発明の一実施形態に係る有機発光素子が有する電荷輸送層についてより詳細に説明する。電荷輸送層4は、第一電荷輸送層の電荷移動度をμ1、第二電荷移動度をμ2、第三電荷移動度をμ3、それぞれの膜厚をd1、d2、d3とし、以下の2条件を満たす構成である。
μ1>μ2>μ3・・・・・・・(1)
d1+d2 < d3・・・・・(2)
第一電荷輸送層は、第二電荷輸送層、第三電荷輸送層の材料よりも高い電荷移動度を有する電荷輸送性材料が選択される。1.0×10-3~10-2cm/V・sの移動度を有することが駆動電圧を低減する点で好ましい。電荷移動度が高い材料であることにより第一電極から正孔注入された電荷は速やかに第二電荷輸送層へ輸送されるため電荷溜りを低減し駆動電圧の上昇を抑制することができる。
しかしながら、第一電荷輸送層は移動度が高い材料で構成されるため、第一電極から第二電極への方向のみではなく、それに交差する方向についても移動度が高い。そのため、第一電極から注入した電荷は、隣接する有機発光素子にも流れる、電荷漏れが起きてしまう。隣接する有機発光素子への電荷漏れが起きると、隣接する有機発光素子にて意図しない発光が起こるため所望の色純度が得られない。
一方、電荷漏れだしを低減する目的で、第一電荷輸送層を移動度の低い材料で構成すると隣接副画素への電荷漏れは低減されるが、発光に必要な電圧が高くなってしまう。
そこで、本発明に係る有機発光素子では、第一電荷輸送層には移動度が高い有機材料を用い、第三電荷輸送層には移動度が第一電荷輸送層よりも低い有機材料を用いる。そして、第二電荷輸送層には第一電荷輸送層と第三電荷輸送層の電荷移動度の中間となる有機材料を用いる。こうすることで第一電荷輸送層から輸送された電荷を効率よく移動度の遅い第三電荷輸送層へ電荷を輸送することが可能になる。これはMaxwell Wagner効果から考えることができる。一対の電極と、当該電極の間に移動度の異なる2つの有機材料を有する層が配された素子を考える。一方の電極から有機材料へ注入された電荷の誘電体中における電荷容量の変化として考えた場合、移動度差が大きい層同士での界面では電流の緩和時間(移動度が関与)が大きくことなるため電荷溜りを形成する。しかし、当該層の移動度の差を小さくすることで電流の緩和時間の差を小さくし界面における電荷溜りを低減できる。その結果、第一電極から注入された電荷は、効率良く発光層へ輸送され界面における電荷溜りを低減するため、隣接する有機発光素子への電荷漏れを起こしにくくなる。
一方、本発明に係る有機発光素子の電荷輸送層の膜厚は、式(2)を満たす。駆動電圧を低減するためだけならば、移動度が高い第一電荷輸送層を最も厚くすることが好ましいが、第一電荷輸送層を最も厚くする場合には電荷漏れを起こしやすくなる。そのため、第一電荷輸送層と第二電荷輸送層との合計膜厚を第三電荷輸送層の膜厚よりも薄くすることで、第一電極からの電荷注入性を維持しつつ、隣接する有機発光素子への電荷漏れを低減できる。
第一電荷輸送層に移動度が低い有機材料を用いることで電荷漏れを低減させるよりも第三電荷輸送層への効率良い電荷輸送が可能であるため、駆動電圧を増大させることなく、電荷漏れを低減できる。電荷漏れを低減するので、隣接する有機発光素子の意図しない発光による混色を低減できる。
第二電荷輸送層は、第一電荷輸送層材料と第三電荷輸送層材料の混合層とすることができる。混合比を変えることで、第2電荷輸送層が適切な電荷移動度を有する層として調整することができる。さらに、第2電荷輸送層は、混合比を連続的に変化さてもよく、混合比を変えた多層膜とすることもできる。
また、第1電極と第1電荷輸送層との間に、電子親和力EAが5.0eV以上の電子引き抜き層を挿入してもよい。電子親和力はLUMOで測定されてもよい。電子親和力EA5.0eV以上は、LUMOは-5.0eV以下に相当する。例えば、テトラシアノキノジメタン(TCNQ)誘導体、ヘキサアザトリフェニレン誘導体(HAT)を用いることができる。また、無機材料であれば酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン、なども電子引き抜き層として用いることができる。
[第二実施形態]
図3は、本実施形態に係る発光装置の断面模式図である。本実施形態においては、画素分離層3が第一電極間の溝を埋め込まれており、表面が略平坦になっている。それ以外は、第一実施形態と同様である。基板表面が略平坦であることから基板表面の凹凸による有機発光素子の短絡を低減することができる。
[第三実施形態]
図4は、本実施形態に係る発光装置の断面模式図である。基板上に反射層700、反射層上にSiOからなる透明層500および透明層600、透明層500、600上に第一電極2としてITOやIZOなどの透明電極を形成する。第一電極2は開口を有するように画素分離層3で覆われている。それ以外は第一実施形態と同様に有機発光素子が配されている。
本実施形態においては、例えば300Rが赤画素とした場合、赤色に光学干渉が合うように有機化合物層及び透明層500、600、第一電極2の厚さを調整することができる。同様に300G、300Bを緑画素、青画素とした場合も、発光色に合わせた干渉設計とすることが可能である。すなわち、第一の有機発光素子、第二の有機発光素子を絶縁層上に有する。第一の有機発光素子において、第一電極と絶縁層との間に反射層を有し、反射層と発光層との間である第一の距離が、発光層が発する発光を強める距離である。第二の有機発光素子において、第一電極と絶縁層との間に反射層を有し、反射層と発光層との間である第二の距離が、発光層が発する発光を強める距離である。第一の距離と第二の距離は異なる長さであってよい。
図4に示す矢印線が反射層400と第二電極間の光路長となる。反射層400と第2電極間の光路長が、それぞれ所望の波長の半波長(λ/2)もしくは一波長(λ)となることが好ましい。反射層700は、第1電極2と電気的に接続されていてもよい。反射層700は第一実施形態のように絶縁層の回路(不図示)と電気的に接続される。また、反射層700は絶縁層の回路と電気的に接続されていなくてもよく、この場合は第一電極がスルーホールなどを介して絶縁層の回路と電気的に接続することができる。
本実施形態では、白色有機発光素子であっても各副画素で取り出したい所望の波長領域の光を強めることができるため表示パネルの色純度を向上させることが可能となる。また、高精細マスクを用いて各画素に所望の発光色のみで発光する発光層を塗分けることで、有機発光素子のさらなる効率向上および色純度が向上できる。
[第四実施形態]
本実施形態に係る発光装置は、第一電極と第二電極間に2つ以上の有機発光素子を形成している、いわゆるタンデム構造の有機発光素子を有する。本実施形態では、第一実施形態と同様に、図2(b)の有機発光素子を電子輸送層まで形成する。次に電子輸送層6上に、例えばアルカリ金属と電子輸送性材料の共蒸着膜を成膜し、いわゆるn型ドープ電子注入層を形成する。
次に、電子注入層6上に、再び、電子引き抜き層、電荷輸送層、発光層、電子輸送層を形成する。この場合、電子引き抜き層は電荷輸送層から電子を引き抜き、第一電極側のn型ドープ電子注入層へ電子を注入させるため電荷発生層として機能する。この場合においても、本実施形態に係る電荷輸送層を用いることで第2電極側の発光素子においても隣接画素への電荷漏れを抑制することが可能となる。
すなわち、本実施形態に係る発光装置は、第一電極と、第二電極と、第一電極と第二電極と間に配されている有機化合物層を有し、有機化合物層は、電荷輸送層、発光層、電子引き抜き層、上部の電荷輸送層、第二発光層、第二電極をこの順に有する有機発光素子を有する。電子引き抜き層に含まれる有機化合物のLUMOは、上部の電荷輸送層の電子引き抜き層側に含まれる有機化合物のHOMOよりも低い。
上部の電荷輸送層は、第四電荷輸送層、第五電荷輸送層、第六電荷輸送層を有する。第四電荷輸送層の電荷移動度をμ4、第五電荷移動度をμ5、第六電荷移動度をμ6、それぞれの膜厚をd4、d5、d6とし、以下の2条件を満たす構成である。
μ4>μ5>μ6・・・・・・・(3)
d4+d5 < d6・・・・・(4)
第四電荷輸送層は、第五電荷輸送層、第六電荷輸送層の材料よりも高い電荷移動度を有する電荷輸送性材料が選択される。1.0×10-3~10-2cm/V・sの移動度を有することが駆動電圧を低減する点で好ましい。電荷移動度が高い材料であることにより第一電極から正孔注入された電荷は速やかに第二電荷輸送層へ輸送されるため電荷溜りを低減し駆動電圧の上昇を抑制することができる。
上記の式(3)及び(4)を満たす、または、上部の電荷輸送層は、第四電荷輸送層、前記第四電荷輸送層よりも電荷移動度が小さい第五電荷輸送層、前記第四電荷輸送層よりも電荷移動度が小さい第六正孔輸送層を含み、前記第四電荷輸送層の層厚は、前記第五電荷輸送層の層厚及び前記第六正孔輸送層の層厚のいずれよりも小さい形態であってもよい。
本実施形態は、言い換えれば、第一電極と、第二電極と、第一電極と第二電極との間に有機化合物層を有し、有機化合物層は第一発光ユニット、電荷発生部、第二発光ユニットを有する。第一発光ユニットには、正孔輸送層、発光層、電子輸送層を有し、第二発光ユニットは正孔輸送層、第二発光層、電子輸送層を有する。電荷発生部は電子引き抜き層を有する。
本実施形態においては、第一発光ユニット、第二発光ユニットを有する有機発光素子が記載されている。本発明はこれに限られず、第三発光ユニット以上の複数の発光ユニットを設けてよい。
[有機発光素子の有機化合太層の構成]
次に、本実施形態の有機発光素子の有機化合物層について説明する。本実施形態の有機発光素子の有機化合物層は発光層を有していれば単層であってもよいし複数層からなる積層体であってもよい。ここで有機化合物層が複数層からなる積層体である場合、有機化合物層は、発光層の他に、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロッキング層、正孔・エキシトンブロッキング層、電子輸送層、電子注入層等を有してもよい。また発光層は、単層であってもよいし、複数の層からなる積層体であってもよい。
本実施形態の有機発光素子において、上記有機化合物層の少なくとも一層が本実施形態に係る有機金属錯体を含有する。具体的には、本実施形態に係る有機化合物は、上述した発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロッキング層、正孔・エキシトンブロッキング層、電子輸送層、電子注入層等のいずれかに含まれている。本実施形態に係る有機化合物は、好ましくは、発光層に含まれる。
本実施形態の有機発光素子において、本実施形態に係る有機化合物が発光層に含まれる場合、発光層は、本実施形態に係る有機化合物のみからなる層であってもよいし、本実施形態に係る有機金属錯体と他の化合物とからなる層であってもよい。ここで、発光層が本実施形態に係る有機金属錯体と他の化合物とからなる層である場合、本実施形態に係る有機化合物は、発光層のホストとして使用してもよいし、ゲストとして使用してもよい。また発光層に含まれ得るアシスト材料として使用してもよい。ここでホストとは、発光層を構成する化合物の中で質量比が最も大きい化合物であってよい。またゲストとは、発光層を構成する化合物の中で質量比がホストよりも小さい化合物であって、主たる発光を担う化合物である。またアシスト材料とは、発光層を構成する化合物の中で質量比がホストよりも小さく、ゲストの発光を補助する化合物である。尚、アシスト材料は、第2のホストとも呼ばれている。ホスト材料を第一の化合物、アシスト材料を第二の化合物と呼ぶこともできる。
本実施形態に係る有機化合物を発光層のゲストとして用いる場合、ゲストの濃度は、発光層全体に対して0.01質量%以上20質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以上10質量%以下であることがより好ましい。
ここで、必要に応じて従来公知の低分子系及び高分子系の正孔注入性化合物あるいは正孔輸送性化合物、ホストとなる化合物、発光性化合物、電子注入性化合物あるいは電子輸送性化合物等を一緒に使用することができる。以下にこれらの化合物例を挙げる。
正孔注入輸送性材料としては、陽極からの正孔の注入を容易にして、かつ注入された正孔を発光層へ輸送できるように正孔移動度が高い材料が好ましい。また有機発光素子中において結晶化等の膜質の劣化を抑制するために、ガラス転移点温度が高い材料が好ましい。正孔注入輸送性能を有する低分子及び高分子系材料としては、芳香族アミン誘導体、カルバゾール誘導体、フラン誘導体、トリアリールアミン誘導体、アリールカルバゾール誘導体、フェニレンジアミン誘導体、スチルベン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、ポリ(ビニルカルバゾール)、ポリ(チオフェン)、その他導電性高分子が挙げられる。さらに上記の正孔注入輸送性材料は、電子ブロッキング層にも好適に使用される。
以下に、正孔輸送性材料として用いることができる化合物の例を示す。本発明はこれらの化合物限られない。
Figure 0007631252000001
Figure 0007631252000002
Figure 0007631252000003
正孔輸送材料としてあげた中でも、窒素原子が二つのアリールアミンである、HT19乃至HT33、HT35を用いることが好ましい。
主に発光機能に関わる発光材料としては、縮環化合物(例えばフルオレン誘導体、ナフタレン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、テトラセン誘導体、アントラセン誘導体、ルブレン等)、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、スチルベン誘導体、トリス(8-キノリノラート)アルミニウム等の有機アルミニウム錯体、イリジウム錯体、白金錯体、レニウム錯体、銅錯体、ユーロピウム錯体、ルテニウム錯体、及びポリ(フェニレンビニレン)誘導体、ポリ(フルオレン)誘導体、ポリ(フェニレン)誘導体等の高分子誘導体が挙げられる。
発光材料が炭化水素化合物である場合、エキサイプレックス形成による発光効率低下やエキサイプレックス形成による発光材料の発光スペクトルの変化による色純度低下を低減できるので、好ましい。
発光材料は5員環を含む縮合多環である場合、イオン化ポテンシャルが高いため、酸化しにくく、高耐久な寿命の素子となるため好ましい。
発光層に含まれる発光層ホストあるいは発光アシスト材料としては、芳香族炭化水素化合物もしくはその誘導体の他、カルバゾール誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、トリス(8-キノリノラート)アルミニウム等の有機アルミニウム錯体、有機ベリリウム錯体等が挙げられる。
ホスト材料は炭化水素化合物である場合、本発明の化合物が電子や正孔をトラップしやすくなるため高効率化の効果が大きく好ましい。炭化水素化合物とは炭素と水素のみで構成される化合物である。
電子輸送性材料としては、陰極から注入された電子を発光層へ輸送することができるものから任意に選ぶことができ、ホール輸送性材料のホール移動度とのバランス等を考慮して選択される。電子輸送性能を有する材料としては、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、ピラジン誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、フェナントロリン誘導体、有機アルミニウム錯体、縮環化合物(例えばフルオレン誘導体、ナフタレン誘導体、クリセン誘導体、アントラセン誘導体等)が挙げられる。さらに上記の電子輸送性材料は、ホールブロッキング層にも好適に使用される。
電子注入性材料としては、陰極からの電子注入が容易に可能なものから任意に選ぶことができ、正孔注入性とのバランス等を考慮して選択される。有機化合物としてn型ドーパント及び還元性ドーパントも含まれる。例えば、フッ化リチウム等のアルカリ金属を含む化合物、リチウムキノリノール等のリチウム錯体、ベンゾイミダゾリデン誘導体、イミダゾリデン誘導体、フルバレン誘導体、アクリジン誘導体があげられる。また上記の電子輸送材料と合わせて用いることもできる。
[有機発光素子の構成]
有機発光素子は、基板の上に、絶縁層、第一電極、有機化合物層、第二電極を形成して設けられる。陰極の上には、保護層、カラーフィルタ、マイクロレンズ等を設けてよい。カラーフィルタを設ける場合は、保護層との間に平坦化層を設けてよい。平坦化層はアクリル樹脂等で構成することができる。カラーフィルタとマイクロレンズとの間において、平坦化層を設ける場合も同様である。
[基板]
基板は、石英、ガラス、シリコンウエハ、樹脂、金属等が挙げられる。また、基板上には、トランジスタなどのスイッチング素子や配線を備え、その上に絶縁層を備えてもよい。絶縁層としては、第一電極との間に配線が形成可能なように、コンタクトホールを形成可能で、かつ接続しない配線との絶縁を確保できれば、材料は問わない。例えば、ポリイミド等の樹脂、酸化シリコン、窒化シリコンなどを用いることができる。
絶縁層には、有機発光素子を駆動するためのトランジスタから構成される駆動回路が配されており、第一電極及び第二電極が駆動回路と電気的に接続されている(不図示)。絶縁層100は、基板上に設けられている。基板はガラス基板、シリコン基板等であってよい。絶縁層は、ガラス基板上に設けられる樹脂層であっても、シリコン基板上に当該シリコンを酸化して形成する酸化膜であってもよい。
[電極]
電極は、一対の電極を用いることができる。一対の電極は、陽極と陰極であってよい。有機発光素子が発光する方向に電界を印加する場合に、電位が高い電極が陽極であり、他方が陰極である。また、発光層にホールを供給する電極が陽極であり、電子を供給する電極が陰極であるということもできる。副画素毎に設けられている電極は副画素電極と呼ばれてもよい。
陽極の構成材料としては仕事関数がなるべく大きいものが良い。例えば、金、白金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、コバルト、セレン、バナジウム、タングステン、等の金属単体やこれらを含む混合物、あるいはこれらを組み合わせた合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫インジウム(ITO)、酸化亜鉛インジウム等の金属酸化物が使用できる。またポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性ポリマーも使用できる。
これらの電極物質は一種類を単独で使用してもよいし、二種類以上を併用して使用してもよい。また、陽極は一層で構成されていてもよく、複数の層で構成されていてもよい。
副画素電極は高反射率の金属から形成されている。具体的にはAl,Agなどの高反射性金属もしくはそれらの合金で形成することができる。さらに副画素電極は、Ti、TiN、Mo、W、ITO、IZOなどの高仕事関数金属もしくは金属酸化物層を有する多層構成としてもよい。特に反射電極層の画素分離層の開口部表面が上記の高仕事関数金属で覆われていることで、高反射金属の表面酸化を低減し有機発光素子の駆動電圧を低減することが可能となるため好ましい。また、副画素電極の表面が上記高仕事関数金属で覆われていなくても、副画素電極の画素分離層の開口部表面の酸化膜を除去するプロセスにて表面酸化膜を除去し、続いて有機層を形成することでも有機発光素子の高電圧化を低減できる。
このため第二電極は、透明もしくは半透過電極として、基板と反対側に光を取り出す構造としている。第二電極は、ITOやIZOなどの透明導電膜でもよく、Ag合金薄膜でもよい。有機化合物層は、発光物質、電荷輸送物質を含む有機材料から構成される。
第二電極(陰極)の構成材料としては仕事関数の小さなものがよい。例えばリチウム等のアルカリ金属、カルシウム等のアルカリ土類金属、アルミニウム、チタニウム、マンガン、銀、鉛、クロム等の金属単体またはこれらを含む混合物が挙げられる。あるいはこれら金属単体を組み合わせた合金も使用することができる。例えばマグネシウム-銀、アルミニウム-リチウム、アルミニウム-マグネシウム、銀-銅、亜鉛-銀等が使用できる。酸化錫インジウム(ITO)等の金属酸化物の利用も可能である。これらの電極物質は一種類を単独で使用してもよいし、二種類以上を併用して使用してもよい。また陰極は一層構成でもよく、多層構成でもよい。第二電極材料としては低抵抗材料である銀を用いることが好ましく、銀の凝集を低減するため、銀合金とすることがさらに好ましい。銀の凝集が低減できれば、合金の比率は問わない。例えば、銀:他の金属が、1:1、3:1等であってよい。
陰極は、ITOなどの酸化物導電層を使用してトップエミッション素子としてもよいし、アルミニウム(Al)などの反射電極を使用してボトムエミッション素子としてもよいし、特に限定されない。さらに、電子輸送層と第二電極の界面に電子注入層として、低仕事関数金属(Li、Cs、Ca、Yb)、低仕事関数金属化合物(LiF、CsF、MgF、NaF)、などの公知の材料を用いることもできる。陰極の形成方法としては、特に限定されないが、直流及び交流スパッタリング法などを用いると、膜のカバレッジがよく、抵抗を下げやすいためより好ましい。
半透過電極として用いる場合には、入射した光の一部を透過し、一部を反射する金属を用いる。十分に薄い金属層を形成して、半透過電極とすることもできる。例えば、銀を10nm程度で形成することにより半透過電極とすることができる。
[画素分離層]
画素分離層は、化学気相堆積法(CVD法)を用いて形成されたシリコン窒化物(SiN)膜やシリコン酸窒化物(SiON)膜やシリコン酸化物(SiO)膜で形成される。有機化合物層の面内方向の抵抗を上げるために、有機化合物層の膜厚、特に正孔輸送層、は、画素分離層の側壁において薄く成膜されることが好ましい。具体的には、画素分離層の側壁のテーパー角や画素分離層の膜厚を大きくし、蒸着時のケラレを増加させることにより、側壁の膜厚を薄く成膜することができる。
一方で、画素分離層は、その上に形成される保護層に空隙が形成されない程度に、画素分離層の側壁テーパー角や画素分離層の膜厚を調整することが好ましい。保護層に空隙が形成されないため、保護層に欠陥が発生することを低減できる。保護層に欠陥の発生を低減するので、ダークスポットの発生や、第二電極の導通不良の発生などの信頼性低下を低減することができる。
本実施形態によれば、画素分離層の側壁のテーパー角が急峻でなくとも、隣接画素への電荷漏れを効果的に抑制することが可能になる。本検討の結果、テーパー角が60度以上90度以下の範囲であれば十分低減できることが分かった。画素分離層の膜厚は10nm以上から150nm以下であることが望ましい。また、画素分離層を有さない画素電極のみで構成されていても同様の効果が得られる。ただし、この場合画素電極の膜厚は有機層の半分以下するか、画素電極端部を60°未満の順テーパーにすることが有機発光素子の短絡が低減できるので好ましい。
また、第一電極を陰極、第二電極を陽極とした場合についても条件式(1)、式(2)を満たす電子輸送性材料および電荷輸送層、および電荷輸送層上に発光層を形成することで高色域と低電圧駆動が可能となる。
[保護層]
第二電極の上に、保護層を設けてもよい。例えば、第二電極上に吸湿剤を設けたガラスを接着することで、有機化合物層に対する水等の浸入を低減し、表示不良の発生を低減することができる。また、別の実施形態としては、陰極上に窒化ケイ素等のパッシベーション膜を設け、有機化合物層に対する水等の浸入を低減してもよい。例えば、陰極を形成後に真空を破らずに別のチャンバーに搬送し、CVD法で厚さ2μmの窒化ケイ素膜を形成することで、保護層としてもよい。CVD法の成膜の後で原子堆積法(ALD法)を用いた保護層を設けてもよい。ALD法による膜の材料は限定されないが、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等であってよい。ALD法で形成した膜の上に、さらにCVD法で窒化ケイ素を形成してよい。ALD法による膜は、CVD法で形成した膜よりも小さい膜厚であってよい。具体的には、50%以下、さらには、10%以下であってよい。
保護層は、上記のような透明な無機材料で形成し化学的機械研磨法(CMP)などで平坦化することもできる。
[カラーフィルタ]
保護層の上にカラーフィルタを設けてもよい。例えば、有機発光素子のサイズを考慮したカラーフィルタを別の基板上に設け、それと有機発光素子を設けた基板と貼り合わせてもよいし、上記で示した保護層上にフォトリソグラフィ技術を用いて、カラーフィルタをパターニングしてもよい。カラーフィルタは、高分子で構成されてよい。
[平坦化層]
カラーフィルタと保護層との間に平坦化層を有してもよい。平坦化層は、下の層の凹凸を低減する目的で設けられる。目的を制限せずに、材質樹脂層と呼ばれる場合もある。平坦化層は有機化合物で構成されてよく、低分子であっても、高分子であってもよいが、高分子であることが好ましい。
平坦化層は、カラーフィルタの上下に設けられてもよく、その構成材料は同じであっても異なってもよい。具体的には、ポリビニルカルバゾール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ABS樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、尿素樹脂等があげられる。
[マイクロレンズ]
有機発光装置は、その光出射側にマイクロレンズ等の光学部材を有してよい。マイクロレンズは、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等で構成されうる。マイクロレンズは、有機発光装置から取り出す光量の増加、取り出す光の方向の制御を目的としてよい。マイクロレンズは、半球の形状を有してよい。半球の形状を有する場合、当該半球に接する接線のうち、絶縁層と平行になる接線があり、その接線と半球との接点がマイクロレンズの頂点である。マイクロレンズの頂点は、任意の断面図においても同様に決定することができる。つまり、断面図におけるマイクロレンズの半円に接する接線のうち、絶縁層と平行になる接線があり、その接線と半円との接点がマイクロレンズの頂点である。
また、マイクロレンズの中点を定義することもできる。マイクロレンズの断面において、円弧の形状が終了する点から別の円弧の形状が終了する点までの線分を仮想し、当該線分の中点がマイクロレンズの中点と呼ぶことができる。頂点、中点を判別する断面は、絶縁層に垂直な断面であってよい。
マイクロレンズは凸部を有する第一面と、第一面と反対の第二面を有する。第二面が第一面よりも機能層側に配されていることが好ましい。このような構成を取るためには、発光装置上にマイクロレンズを形成する必要がある。機能層が有機層の場合には、製造工程において高温になるプロセスは避ける方が好ましい。また、第二面が第一面よりも機能層側に配されている構成を取る場合には、有機層を構成する有機化合物のガラス転移温度がすべて100℃以上であることが好ましく、130℃以上であることがより好ましい。
[対向基板]
平坦化層の上には、対向基板を有してよい。対向基板は、前述の基板と対応する位置に設けられるため、対向基板と呼ばれる。対向基板の構成材料は、前述の基板と同じであってよい。対向基板は、前述の基板を第一基板とした場合、第二基板であってよい。
[有機層]
本発明の一実施形態に係る有機発光素子を構成する有機化合物層(正孔注入層、正孔輸送層、電子阻止層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層、電子注入層等)は、以下に示す方法により形成される。
本発明の一実施形態に係る有機発光素子を構成する有機化合物層は、真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング、プラズマ等のドライプロセスを用いることができる。またドライプロセスに代えて、適当な溶媒に溶解させて公知の塗布法(例えば、スピンコーティング、ディッピング、キャスト法、LB法、インクジェット法等)により層を形成するウェットプロセスを用いることもできる。
ここで真空蒸着法や溶液塗布法等によって層を形成すると、結晶化等が起こりにくく経時安定性に優れる。また塗布法で成膜する場合は、適当なバインダー樹脂と組み合わせて膜を形成することもできる。
上記バインダー樹脂としては、ポリビニルカルバゾール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ABS樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、尿素樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、これらバインダー樹脂は、ホモポリマー又は共重合体として一種類を単独で使用してもよいし、二種類以上を混合して使用してもよい。さらに必要に応じて、公知の可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤を併用してもよい。
[画素回路]
発光装置は、発光素子に接続されている画素回路を有してよい。画素回路は、第一の発光素子、第二の発光素子をそれぞれ独立に発光制御するアクティブマトリックス型であってよい。アクティブマトリックス型の回路は電圧プログラミングであっても、電流プログラミングであってもよい。駆動回路は、画素毎に画素回路を有する。画素回路は、発光素子、発光素子の発光輝度を制御するトランジスタ、発光タイミングを制御するトランジスタ、発光輝度を制御するトランジスタのゲート電圧を保持する容量、発光素子を介さずにGNDに接続するためのトランジスタを有してよい。
発光装置は、表示領域と、表示領域の周囲に配されている周辺領域とを有する。表示領域には画素回路を有し、周辺領域には表示制御回路を有する。画素回路を構成するトランジスタの移動度は、表示制御回路を構成するトランジスタの移動度よりも小さくてよい。
画素回路を構成するトランジスタの電流電圧特性の傾きは、表示制御回路を構成するトランジスタの電流電圧特性の傾きよりも小さくてよい。電流電圧特性の傾きは、いわゆるVg-Ig特性により測定できる。
画素回路を構成するトランジスタは、第一の発光素子など、発光素子に接続されているトランジスタである。
[画素]
有機発光装置は、複数の画素を有する。画素は互いに他と異なる色を発光する副画素を有する。副画素は、例えば、それぞれRGBの発光色を有してよい。
画素は、画素開口とも呼ばれる領域が、発光する。この領域は第一領域と同じである。画素開口は15μm以下であってよく、5μm以上であってよい。より具体的には、11μm、9.5μm、7.4μm、6.4μm等であってよい。
副画素間は、10μm以下であってよく、具体的には、8μm、7.4μm、6.4μm、5μm以下であってよい。
画素は、平面図において、公知の配置形態をとりうる。例えば、ストライプ配置、デルタ配置、ペンタイル配置、ベイヤー配置であってよい。副画素の平面図における形状は、公知のいずれの形状をとってもよい。例えば、長方形、ひし形等の四角形、六角形、等である。もちろん、正確な図形ではなく、長方形に近い形をしていれば、長方形に含まれる。副画素の形状と、画素配列と、を組み合わせて用いることができる。
[本発明の一実施形態に係る有機発光素子の用途]
本発明の一実施形態に係る有機発光素子は、表示装置や照明装置の構成部材として用いることができる。他にも、電子写真方式の画像形成装置の露光光源や液晶表示装置のバックライト、白色光源にカラーフィルタを有する発光装置等の用途がある。
表示装置は、エリアCCD、リニアCCD、メモリーカード等からの画像情報を入力する画像入力部を有し、入力された情報を処理する情報処理部を有し、入力された画像を表示部に表示する画像情報処理装置でもよい。
また、撮像装置やインクジェットプリンタが有する表示部は、タッチパネル機能を有していてもよい。このタッチパネル機能の駆動方式は、赤外線方式でも、静電容量方式でも、抵抗膜方式であっても、電磁誘導方式であってもよく、特に限定されない。また表示装置はマルチファンクションプリンタの表示部に用いられてもよい。
図5は、本実施形態に係る表示装置の一例を表す模式図である。表示装置1000は、上部カバー1001と、下部カバー1009と、の間に、タッチパネル1003、表示パネル1005、フレーム1006、回路基板1007、バッテリー1008、を有してよい。タッチパネル1003および表示パネル1005は、フレキシブルプリント回路FPC1002、1004が接続されている。回路基板1007には、トランジスタがプリントされている。バッテリー1008は、表示装置が携帯機器でなければ、設けなくてもよいし、携帯機器であっても、別の位置に設けてもよい。
本実施形態に係る表示装置は、赤色、緑色、青色を有するカラーフィルタを有してよい。カラーフィルタは、当該赤色、緑色、青色がデルタ配列で配置されてよい。
本実施形態に係る表示装置は、携帯端末の表示部に用いられてもよい。その際には、表示機能と操作機能との双方を有してもよい。携帯端末としては、スマートフォン等の携帯電話、タブレット、ヘッドマウントディスプレイ等が挙げられる。
本実施形態に係る表示装置は、複数のレンズを有する光学部と、当該光学部を通過した光を受光する撮像素子とを有する撮像装置の表示部に用いられてよい。撮像装置は、撮像素子が取得した情報を表示する表示部を有してよい。また、表示部は、撮像装置の外部に露出した表示部であっても、ファインダ内に配置された表示部であってもよい。撮像装置は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラであってよい。
図6(a)は、本実施形態に係る撮像装置の一例を表す模式図である。撮像装置1100は、ビューファインダ1101、背面ディスプレイ1102、操作部1103、筐体1104を有してよい。ビューファインダ1101は、本実施形態に係る表示装置を有してよい。その場合、表示装置は、撮像する画像のみならず、環境情報、撮像指示等を表示してよい。環境情報には、外光の強度、外光の向き、被写体の動く速度、被写体が遮蔽物に遮蔽される可能性等であってよい。
撮像に好適なタイミングはわずかな時間なので、少しでも早く情報を表示した方がよい。したがって、本発明の有機発光素子を用いた表示装置を用いるのが好ましい。有機発光素子は応答速度が速いからである。有機発光素子を用いた表示装置は、表示速度が求められる、これらの装置、液晶表示装置よりも好適に用いることができる。
撮像装置1100は、不図示の光学部を有する。光学部は複数のレンズを有し、筐体1104内に収容されている撮像素子に結像する。複数のレンズは、その相対位置を調整することで、焦点を調整することができる。この操作を自動で行うこともできる。撮像装置は光電変換装置と呼ばれてもよい。光電変換装置は逐次撮像するのではなく、前画像からの差分を検出する方法、常に記録されている画像から切り出す方法等を撮像の方法として含むことができる。
図6(b)は、本実施形態に係る電子機器の一例を表す模式図である。電子機器1200は、表示部1201と、操作部1202と、筐体1203を有する。筐体1203には、回路、当該回路を有するプリント基板、バッテリー、通信部、を有してよい。操作部1202は、ボタンであってもよいし、タッチパネル方式の反応部であってもよい。操作部は、指紋を認識してロックの解除等を行う、生体認識部であってもよい。通信部を有する電子機器は通信機器ということもできる。電子機器は、レンズと、撮像素子とを備えることでカメラ機能をさらに有してよい。カメラ機能により撮像された画像が表示部に映される。電子機器としては、スマートフォン、ノートパソコン等があげられる。
図7は、本実施形態に係る表示装置の一例を表す模式図である。図7(a)は、テレビモニタやPCモニタ等の表示装置である。表示装置1300は、額縁1301を有し表示部1302を有する。表示部1302には、本実施形態に係る発光装置が用いられてよい。
額縁1301と、表示部1302を支える土台1303を有している。土台1303は、図5(a)の形態に限られない。額縁1301の下辺が土台を兼ねてもよい。
また、額縁1301および表示部1302は、曲がっていてもよい。その曲率半径は、5000mm以上6000mm以下であってよい。
図7(b)は本実施形態に係る表示装置の他の例を表す模式図である。図7(b)の表示装置1310は、折り曲げ可能に構成されており、いわゆるフォルダブルな表示装置である。表示装置1310は、第一表示部1311、第二表示部1312、筐体1313、屈曲点1314を有する。第一表示部1311と第二表示部1312とは、本実施形態に係る発光装置を有してよい。第一表示部1311と第二表示部1312とは、つなぎ目のない1枚の表示装置であってよい。第一表示部1311と第二表示部1312とは、屈曲点で分けることができる。第一表示部1311、第二表示部1312は、それぞれ異なる画像を表示してもよいし、第一および第二表示部とで一つの画像を表示してもよい。
図8(a)は、本実施形態に係る照明装置の一例を表す模式図である。照明装置1400は、筐体1401と、光源1402と、回路基板1403と、光学フィルム1404と、光拡散部1405と、を有してよい。光源は、本実施形態に係る有機発光素子を有してよい。光学フィルタは光源の演色性を向上させるフィルタであってよい。光拡散部は、ライトアップ等、光源の光を効果的に拡散し、広い範囲に光を届けることができる。光学フィルタ、光拡散部は、照明の光出射側に設けられてよい。必要に応じて、最外部にカバーを設けてもよい。
照明装置は例えば室内を照明する装置である。照明装置は白色、昼白色、その他青から赤のいずれの色を発光するものであってよい。それらを調光する調光回路を有してよい。照明装置は本発明の有機発光素子とそれに接続される電源回路を有してよい。電源回路は、交流電圧を直流電圧に変換する回路である。また、白とは色温度が4200Kで昼白色とは色温度が5000Kである。照明装置はカラーフィルタを有してもよい。
また、本実施形態に係る照明装置は、放熱部を有していてもよい。放熱部は装置内の熱を装置外へ放出するものであり、比熱の高い金属、液体シリコン等が挙げられる。
図8(b)は、本実施形態に係る移動体の一例である自動車の模式図である。当該自動車は灯具の一例であるテールランプを有する。自動車1500は、テールランプ1501を有し、ブレーキ操作等を行った際に、テールランプを点灯する形態であってよい。
テールランプ1501は、本実施形態に係る有機発光素子を有してよい。テールランプは、有機EL素子を保護する保護部材を有してよい。保護部材はある程度高い強度を有し、透明であれば材料は問わないが、ポリカーボネート等で構成されることが好ましい。ポリカーボネートにフランジカルボン酸誘導体、アクリロニトリル誘導体等を混ぜてよい。
自動車1500は、車体1503、それに取り付けられている窓1502を有してよい。窓は、自動車の前後を確認するための窓でなければ、透明なディスプレイであってもよい。当該透明なディスプレイは、本実施形態に係る有機発光素子を有してよい。この場合、有機発光素子が有する電極等の構成材料は透明な部材で構成される。
本実施形態に係る移動体は、船舶、航空機、ドローン等であってよい。移動体は、機体と当該機体に設けられた灯具を有してよい。灯具は、機体の位置を知らせるための発光をしてよい。灯具は本実施形態に係る有機発光素子を有する。
図9を参照して、上述の各実施形態の表示装置の適用例について説明する。表示装置は、例えばスマートグラス、HMD、スマートコンタクトのようなウェアラブルデバイスとして装着可能なシステムに適用できる。このような適用例に使用される撮像表示装置は、可視光を光電変換可能な撮像装置と、可視光を発光可能な表示装置とを有する。
図9(a)は、1つの適用例に係る眼鏡1600(スマートグラス)を説明する。眼鏡1600のレンズ1601の表面側に、CMOSセンサやSPADのような撮像装置1602が設けられている。また、レンズ1601の裏面側には、上述した各実施形態の表示装置が設けられている。
眼鏡1600は、制御装置1603をさらに備える。制御装置1603は、撮像装置1602と各実施形態に係る表示装置に電力を供給する電源として機能する。また、制御装置1603は、撮像装置1602と表示装置の動作を制御する。レンズ1601には、撮像装置1602に光を集光するための光学系が形成されている。
図9(b)は、1つの適用例に係る眼鏡1610(スマートグラス)を説明する。眼鏡1610は、制御装置1612を有しており、制御装置1612に、撮像装置1602に相当する撮像装置と、表示装置が搭載される。レンズ1611には、制御装置1612内の撮像装置と、表示装置からの発光を投影するための光学系が形成されており、レンズ1611には画像が投影される。制御装置1612は、撮像装置および表示装置に電力を供給する電源として機能するとともに、撮像装置および表示装置の動作を制御する。制御装置は、装着者の視線を検知する視線検知部を有してもよい。視線の検知は赤外線を用いてよい。赤外発光部は、表示画像を注視しているユーザーの眼球に対して、赤外光を発する。発せられた赤外光の眼球からの反射光を、受光素子を有する撮像部が検出することで眼球の撮像画像が得られる。平面視における赤外発光部から表示部への光を低減する低減手段を有することで、画像品位の低下を低減する。
赤外光の撮像により得られた眼球の撮像画像から表示画像に対するユーザーの視線を検出する。眼球の撮像画像を用いた視線検出には任意の公知の手法が適用できる。一例として、角膜での照射光の反射によるプルキニエ像に基づく視線検出方法を用いることができる。
より具体的には、瞳孔角膜反射法に基づく視線検出処理が行われる。瞳孔角膜反射法を用いて、眼球の撮像画像に含まれる瞳孔の像とプルキニエ像とに基づいて、眼球の向き(回転角度)を表す視線ベクトルが算出されることにより、ユーザーの視線が検出される。
本発明の一実施形態に係る表示装置は、受光素子を有する撮像装置を有し、撮像装置からのユーザーの視線情報に基づいて表示装置の表示画像を制御してよい。
具体的には、表示装置は、視線情報に基づいて、ユーザーが注視する第一の視界領域と、第一の視界領域以外の第二の視界領域とを決定される。第一の視界領域、第二の視界領域は、表示装置の制御装置が決定してもよいし、外部の制御装置が決定したものを受信してもよい。表示装置の表示領域において、第一の視界領域の表示解像度を第二の視界領域の表示解像度よりも高く制御してよい。つまり、第二の視界領域の解像度を第一の視界領域よりも低くしてよい。
また、表示領域は、第一の表示領域、第一の表示領域とは異なる第二の表示領域とを有し、視線情報に基づいて、第一の表示領域および第二の表示領域から優先度が高い領域を決定される。第一の視界領域、第二の視界領域は、表示装置の制御装置が決定してもよいし、外部の制御装置が決定したものを受信してもよい。優先度の高い領域の解像度を、優先度が高い領域以外の領域の解像度よりも高く制御してよい。つまり優先度が相対的に低い領域の解像度を低くしてよい。
なお、第一の視界領域や優先度が高い領域の決定には、AIを用いてもよい。AIは、眼球の画像と当該画像の眼球が実際に視ていた方向とを教師データとして、眼球の画像から視線の角度、視線の先の目的物までの距離を推定するよう構成されたモデルであってよい。AIプログラムは、表示装置が有しても、撮像装置が有しても、外部装置が有してもよい。外部装置が有する場合は、通信を介して、表示装置に伝えられる。
視認検知に基づいて表示制御する場合、外部を撮像する撮像装置を更に有するスマートグラスに好ましく適用できる。スマートグラスは、撮像した外部情報をリアルタイムで表示することができる。
図10は本発明の一実施形態に係る画像形成装置を表す。図(a)は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置36の模式図である。画像形成装置は感光体、露光光源、現像部、帯電部、転写器、搬送ローラー、定着器を有する。
露光光源28から光29が照射され、感光体27の表面に静電潜像が形成される。この露光光源が本発明に係る有機発光素子を有する。現像部31はトナー等を有する。帯電部30は感光体を帯電させる。転写器32は現像された画像を記録媒体34に転写する。搬送部33は記録媒体34を搬送する。記録媒体34は例えば紙である。定着部35は記録媒体に形成された画像を定着させる。
図10(b)および図10(c)には、露光光源28に発光部38が長尺状の基板に複数配置されている様子を示す模式図である。37は、感光体の軸に平行な方向であり、有機発光素子が配列されている列方向を表わす。この列方向は、感光体27が回転する軸の方向と同じである。この方向は感光体の長軸方向と呼ぶこともできる。
図10(b)は発光部を感光体の長軸方向に沿って配置した形態である。図2(c)は、(b)とは異なる形態であり、第一の列と第二の列のそれぞれにおいて発光部が列方向に交互に配置されている形態である。第一の列と第二の列は行方向に異なる位置に配置されている。
第一の列は、複数の発光部が間隔をあけて配置されている。第二の列は、第一の列の発光部同士の間隔に対応する位置に発光部を有する。すなわち、行方向にも、複数の発光部が間隔をあけて配置されている。
図10(c)の配置は、たとえば格子状に配置されている状態、千鳥格子に配置されている状態、あるいは市松模様と言い換えることもできる。
以上説明した通り、本実施形態に係る有機発光素子を用いた装置を用いることにより、良好な画質で、長時間表示にも安定な表示が可能になる。
(実施例1)
第一実施形態に示す有機発光素子を作製し評価した。図2(a)に示すように、絶縁層上に第一電極がパターン形成し、画素分離層を形成する。ここで、画素分離層はシリコン酸化膜で形成した。画素分離層の膜厚は60nmとし、画素分離層の側壁のテーパー角は画素開口側及び画素間側はそれぞれ60°程度になるようにした。また、画素配列はデルタ配列として、画素開口間距離を1.4μm、第一電極の電極間距離を0.6μmとした。上記基板を洗浄、乾燥したのち真空成膜装置に搬送し、前処理室にて紫外線もしくはプラズマによる表面前処理工程を施したのち、真空を維持したまま蒸着チャンバーに該基板を搬送し下記工程を行った。
上記基板上に電子引き抜き層として下記に記載した化合物1を8nm成膜した。
Figure 0007631252000004
続いて、第一電荷輸送層、第二電荷輸送層、第三電荷輸送層を成膜した。電荷輸送層材料およびそれぞれの膜厚を表2に示すように成膜した。
表1には、HT39、HT27、正孔移動度およびHT39:HT27混合層の混合比(体積比)を変えた場合の正孔移動度を示す。
Figure 0007631252000005
第一発光層は、ホスト材料としてピレン誘導体(化合物2)を、発光ドーパントとして緑色ドーパント(化合物3)および赤色ドーパント(化合物4)を重量比2%及び0.2%となるように共蒸着し、10nm成膜した。
Figure 0007631252000006
Figure 0007631252000007
Figure 0007631252000008
第二発光層としてホスト(化合物2)と青色発光ドーパント(化合物5)とを共蒸着して成膜した。ホストに対して青色発光ドーパントの重量比が1.5%となるように共蒸着し、膜厚は10nmとした。次に電子輸送層(化合物6)を40nm成膜した。次に電子注入層としてLiFを0.5nm成膜後、第二電極としてMgとAgの合金を1:1の割合となるようMgAg合金を10nm成膜した。その後、保護層としてCVD法にてSiN膜を1.5μm成膜した。
Figure 0007631252000009
Figure 0007631252000010
保護層形成後、図2(a)に示すように各副画素上にカラーフィルター、光学部材であるマイクロレンズを形成し、有機発光素子を作製した。
有機発光素子の赤画素、緑画素、青画素の副画素毎のEL特性を評価した。評価の項目として、低輝度(10cd/m)の白色表示した場合の色域、および高輝度(500cd/m)の白色表示に必要な電圧を用いた。結果を表2に示す。
上記結果から電荷輸送層が式1および式2を満たす素子構成D100乃至D104の場合において、色域が80%以上かつ駆動電圧が4V程度となり、比較例D105乃至D113に比べて、高色域かつ駆動電圧が低減されている。ここで、比較例のD105、D106、D111及びD113は、式(1)及び式(2)を満たさない例である。D107乃至D109は、式(1)は満たすが、式(2)を満たさない例である。D110及びD112は、式(2)は満たすが、式(1)を満たさない例である。
(実施例2)
実施例1におけるD100構成において、第2電荷輸送層をHT10(正孔移動度 1E-3cm2/Vs)のみで構成される層とした以外は、実施例1と同様に作製し評価した。本実施例では条件式1,式2を満たし、色域が90%、電圧は4.0Vとなり、高色域と低電圧駆動を確認した。
(実施例3)
第二実施形態における有機発光素子を作製した。有機発光素子は第1の実施形態のD100を作製し、実施例1と同様に評価した。本実施例では条件式1,式2を満たす。色域が80%、電圧は4.0Vとなり、高色域と低駆動電圧を確認した。
(実施例4)
第一実施形態における第一電極を陰極、第二電極を陽極とした場合における有機発光素子を作製した。第一電極上に、電子注入層としてCsFを0.5nm成膜し、第一電荷輸送層として3E―4cm/Vsの高移動度電子輸送層であるバソフェナントロリン(Bphen)を2nm成膜した。続いて、Bphenと~1E-7cm/VsのAlqを混合し1E-5cm/Vsとした第二電荷輸送層を共蒸着により5nm成膜した。次にAlqを10nm成膜し第三電荷輸送層とした。第一電荷輸送層、第二電荷輸送層、第三電荷輸送層はそれぞれ第一実施形態と同様に式1、式2を満たすようにしている。次に発光層として、実施例1の第二発光層10nmおよび第一発光層10nmをこの順で成膜した。続いて正孔輸送層としてHT27を10nm成膜、HT39を20nm成膜した。次に電子引き抜き層としてHAT-CNを10nm成膜した。最後に陽極としてMgAg(1:1)を10nm成膜し、その後、保護層としてCVD法にてSiN膜を1.5μm成膜した。保護層形成後、図2(a)に示すように各副画素上にカラーフィルター、光学部材であるマイクロレンズを形成し、有機発光素子を作製した。
実施例1と同様に評価したところ、色域80%、駆動電圧5.0Vであり、高色域化と低駆動電圧ができることを確認した。
以上の通り、本実施形態に係る有機発光素子を用いた装置を用いることにより、高色域と低駆動電圧である低消費電力かつ高品位な表示パネルが可能である。
1 表示領域
200 表示領域の一部分
300 発光素子
190 光学部材
100 基板
150 画素
2 第一電極
3 バンク層
4 電荷輸送層
5 発光層
6 電荷輸送層
7 第二電極
8 保護層
9 平坦化層
180 カラーフィルタ層
500 透明層
600 透明層
700 反射層
27 感光体
28 露光光源
29 光
30 帯電部
31 現像部
32 転写部
33 搬送部
34 記録媒体
35 定着部
36 発光部
37 感光体の長軸に平行な第一の方向
40 画像形成装置
100 表示装置
1000 表示装置
1001 上部カバー
1002 フレキシブルプリント回路
1003 タッチパネル
1004 フレキシブルプリント回路
1005 表示パネル
1006 フレーム
1007 回路基板
1008 バッテリー
1009 下部カバー
1100 撮像装置
1101 ビューファインダ
1102 背面ディスプレイ
1103 操作部
1104 筐体
1200 電子機器
1201 表示部
1202 操作部
1203 筐体
1300 表示装置
1301 額縁
1302 表示部
1303 土台
1310 表示装置
1311 第一表示部
1312 第二表示部
1313 筐体
1314 屈曲点
1400 照明装置
1401 筐体
1402 光源
1403 回路基板
1404 光学フィルム
1405 光拡散部
1500 自動車
1501 テールランプ
1502 窓
1503 車体
1600 スマートグラス
1601 レンズ
1602 撮像装置
1603 制御装置
1610 スマートグラス
1611 レンズ
1612 制御装置

Claims (23)

  1. 絶縁層の上に、第一電極と、前記第一電極上の第一発光層と、前記第一発光層上の第二電極と、を有する有機発光素子であって、
    前記第一電極と、前記第一発光層と、の間に電荷輸送層を含み、
    前記電荷輸送層が、前記第一電極側から、第一電荷輸送層、第二電荷輸送層、第三電荷輸送層を、この順で有し、
    前記第一電荷輸送層、第二電荷輸送層及び第三電荷輸送層が、下記式(1)、(2)を満たし、
    前記第一電荷輸送層、前記第二電荷輸送層、及び前記第三電荷輸送層が正孔輸送層であることを特徴とする有機発光素子。
    μ1>μ2>μ3・・・・(1)
    d1+d2<d3・・・・(2)
    式(1)において、μ1は第一電荷輸送層の電荷移動度であり、μ2は第二電荷輸送層の電荷移動度であり、μ3は第三電荷輸送層の電荷移動度である。
    式(2)において、d1は第一電荷輸送層の膜厚であり、d2は第二電荷輸送層の膜厚であり、d3は第三電荷輸送層の膜厚である。
  2. 絶縁層の上に、第一電極と、第二電極と、前記第一電極と前記第二電極との間に配された第一発光層とを有する有機発光素子であって、
    前記第一電極と前記第一発光層との間に電荷輸送層を有し、
    前記電荷輸送層は、第一電荷輸送層、前記第一電荷輸送層よりも電荷移動度が小さい第二電荷輸送層、前記第一電荷輸送層よりも電荷移動度が小さい第三電荷輸送層を含み、
    前記第一電荷輸送層の層厚は、前記第二電荷輸送層の層厚及び前記第三電荷輸送層の層厚のいずれよりも小さく、
    前記第一発光層と、前記第二電極との間に、電子引き抜き層、第四電荷輸送層、第五電荷輸送層、第六電荷輸送層、第二発光層をこの順で有し、
    下記式(3)、(4)を満たすことを特徴とする有機発光素子。
    μ4>μ5>μ6・・・・(3)
    d4+d5<d6・・・・(4)
    式(3)において、μ4は第四電荷輸送層の電荷移動度であり、μ5は第五電荷輸送層の電荷移動度であり、μ6は第六電荷輸送層の電荷移動度である。
    式(4)において、d4は第四電荷輸送層の膜厚であり、d5は第五電荷輸送層の膜厚であり、d6は第六電荷輸送層の膜厚である。
  3. 前記電荷輸送層が電子輸送層であることを特徴とする請求項に記載の有機発光素子。
  4. 前記電荷輸送層が正孔輸送層であることを特徴とする請求項1または2に記載の有機発光素子。
  5. 絶縁層の上に、第一電極と、第二電極と、前記第一電極と前記第二電極との間に配された第一発光層とを有する有機発光素子であって、
    前記第一電極と前記第一発光層との間に電荷輸送層を有し、
    前記電荷輸送層は、第一電荷輸送層、前記第一電荷輸送層よりも電荷移動度が小さい第二電荷輸送層、前記第一電荷輸送層よりも電荷移動度が小さい第三電荷輸送層を含み、
    前記電荷輸送層が正孔輸送層であり、
    前記第一電荷輸送層の層厚は、前記第二電荷輸送層の層厚及び前記第三電荷輸送層の層厚のいずれよりも小さいことを特徴とする有機発光素子。
  6. 前記第一電荷輸送層が、前記第一電極と前記第二電荷輸送層との間に配され、
    前記第三電荷輸送層が、前記第二電荷輸送層と前記第一発光層との間に配されることを特徴とする請求項2乃至5のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  7. 前記第二電荷輸送層の膜厚が、前記第一電荷輸送層の膜厚よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  8. 前記第一電荷輸送層は第一有機化合物を有し、前記第三電荷輸送層は第三有機化合物を有し、
    前記第二電荷輸送層は前記第一有機化合物と、前記第三有機化合物との混合層であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  9. 前記第二電荷輸送層が有する前記第一有機化合物と前記第三有機化合物との合計に対して、前記第三有機化合物の割合が、50体積%以上であることを特徴とする請求項に記載の有機発光素子。
  10. 前記第一発光層と、前記第二電極との間に、電子引き抜き層、第四電荷輸送層、第五電荷輸送層、第六電荷輸送層、第二発光層をこの順で有し、
    下記式(3)、(4)を満たすことを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の有機発光素子。
    μ4>μ5>μ6・・・・(3)
    d4+d5<d6・・・・(4)
    式(3)において、μ4は第四電荷輸送層の電荷移動度であり、μ5は第五電荷輸送層の電荷移動度であり、μ6は第六電荷輸送層の電荷移動度である。
    式(4)において、d4は第四電荷輸送層の膜厚であり、d5は第五電荷輸送層の膜厚であり、d6は第六電荷輸送層の膜厚である。
  11. 前記第一発光層と、前記第二電極との間に、電子引き抜き層、第二発光層をこの順で有し、
    前記電子引き抜き層と前記第二発光層との間に、第四電荷輸送層、前記第四電荷輸送層よりも電荷移動度が小さい第五電荷輸送層、前記第五電荷輸送層よりも電荷移動度が小さい第六電荷輸送層有し、
    前記第四電荷輸送層の膜厚は、前記第五電荷輸送層及び前記第六電荷輸送層のいずれよりも小さいことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  12. 前記電荷輸送層の厚さが20nm以下であることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  13. 前記絶縁層と、前記第一電極との間に、反射層を有し、
    前記反射層と、前記第一発光層との間である第一の距離が、前記第一発光層が発する発光を強める距離であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  14. 請求項13に記載の有機発光素子である第一の有機発光素子と、前記第一の有機発光素子とは異なる第二の有機発光素子と、を有し、
    前記第二の有機発光素子が、前記絶縁層の上に反射層と、第一電極と、前記第一電極上の第一発光層と、前記第一発光層上の第二電極と、を有する有機発光素子である、発光装置であって、
    前記第二の有機発光素子における、前記反射層と、前記第一発光層との間の距離である第二の距離が、前記第二の有機発光素子の前記第一発光層の発光を強める距離であり、
    前記第一の距離と前記第二の距離とが異なることを特徴とする発光装置。
  15. 前記第一の有機発光素子の前記第一発光層と、前記第二の有機発光素子の前記第一発光層とが、互いに異なる波長の光を発光することを特徴とする請求項14に記載の発光装置。
  16. 前記電荷輸送層は、前記第一の有機発光素子と、前記第二の有機発光素子において、つながって形成されていることを特徴とする請求項14または15に記載の発光装置。
  17. 前記第一の有機発光素子及び前記第二の有機発光素子を含む、複数の有機発光素子を有し、
    前記複数の有機発光素子が、1000ppi以上で配されていることを特徴とする請求項14乃至16のいずれか一項に記載の発光装置。
  18. 複数の画素を有し、前記複数の画素の少なくとも一つが、請求項1乃至17のいずれか一項に記載の有機発光素子と、前記有機発光素子に接続されたトランジスタと、を有することを特徴とする表示装置。
  19. 複数のレンズを有する光学部と、前記光学部を通過した光を受光する撮像素子と、前記撮像素子が撮像した画像を表示する表示部と、を有し、
    前記表示部は請求項1乃至17のいずれか一項に記載の有機発光素子を有することを特徴とする撮像装置。
  20. 請求項1乃至17のいずれか一項に記載の有機発光素子を有する表示部と、前記表示部が設けられた筐体と、前記筐体に設けられ、外部と通信する通信部と、を有することを特徴とする電子機器。
  21. 請求項1乃至17のいずれか一項に記載の有機発光素子を有する光源と、前記光源が発する光を透過する光拡散部または光学フィルムと、を有することを特徴とする照明装置。
  22. 請求項1乃至17のいずれか一項に記載の有機発光素子を有する灯具と、前記灯具が設けられた機体と、を有することを特徴とする移動体。
  23. 感光体と、前記感光体を露光する露光光源とを有し、前記露光光源は、請求項1乃至17のいずれか一項に記載の有機発光素子を有することを特徴とする画像形成装置。
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