(57)【要約】【課題】光取出し効率を向上することができる表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係るエレクトロルミネッセンス発光素子は、反射面を有する画素電極と、画素電極の反射面とは反対側に配置された有機層と、有機層を挟んで画素電極とは反対側に配置された半透過性の対向電極と、を有し、有機層は、画素電極上に設けられた、ホール注入性を有する第１有機層と、第１有機層上に設けられた、ホール輸送性を有する第２有機層と、第２有機層上に設けられた、電子ブロック性を有する第３有機層と、第３有機層上に設けられた、ホスト材料及びドーパント材料を含む発光層と、発光層上に設けられた、ホールブロック性を有する第４有機層と、第４有機層上に設けられた、電子輸送性を有する第５有機層と、を有し、第５有機層は、リチウムまたはカルシウム等のアルカリ金属、又はアルカリ土類金属を含み、第１有機層乃至第３有機層の合計膜厚は、第４有機層及び第５有機層の合計膜厚よりも小さいことを特徴とする。【選択図】図４
2018056364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面を有する画素電極と、
前記画素電極の前記反射面とは反対側に配置された有機層と、
前記有機層を挟んで前記画素電極とは反対側に配置された半透過性の対向電極と、を有し、
前記有機層は、
前記画素電極上に設けられた、ホール注入性を有する第１有機層と、
前記第１有機層上に設けられた、ホール輸送性を有する第２有機層と、
前記第２有機層上に設けられた、電子ブロック性を有する第３有機層と、
前記第３有機層上に設けられた、ホスト材料及びドーパント材料を含む発光層と、
前記発光層上に設けられた、ホールブロック性を有する第４有機層と、
前記第４有機層上に設けられた、電子輸送性を有する第５有機層と、を有し、
前記第５有機層は、リチウムまたはカルシウム等のアルカリ金属、又はアルカリ土類金属を含み、
前記第１有機層乃至前記第３有機層の合計膜厚は、前記第４有機層及び前記第５有機層の合計膜厚よりも小さいことを特徴とする、発光素子。
【請求項２】
前記反射面から前記第３有機層までの合計膜厚は、前記第４有機層及び前記第５有機層の合計膜厚よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記半透過性の対向電極は、銀、又は銀を含む合金の層を含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記半透過性の対向電極は、透過率が２０％以上９０％以下の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
前記第１有機層乃至前記第３有機層の合計膜厚が、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
【請求項６】
前記第４有機層及び前記第５有機層の合計膜厚が、１３０ｎｍ以上１７０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
前記反射面から前記第３有機層までの合計膜厚が、３０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
前記発光層の膜厚が、１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
【請求項９】
前記発光層における発光スペクトルのピーク波長は、４４０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記第５有機層は、前記リチウムまたはカルシウム等のアルカリ金属、又はアルカリ土類金属を１体積％以上９０体積％以下の範囲で含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の発光素子を含む画素を有する、表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス表示装置に関する。本明細書で開示される本発明の一実施形態は有機エレクトロルミネッセンス表示装置の画素構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス（以下、「有機ＥＬ」という。）表示装置は、各画素に発光素子が設けられ、個別に発光を制御することで画像を表示する。発光素子は、有機ＥＬ材料を含む層（以下、「有機層」ともいう）を一対の電極で挟んだ構造を有している。発光素子の電極に電位を印加すると、陰極からは電子が注入され、陽極からは正孔が注入される。電子と正孔は有機層内を移動し、発光層のホスト分子で再結合する。これにより放出されるエネルギーによって発光層中の発光分子が励起し、その後、基底状態に戻ることによって発光する。発光素子は、印加する電圧又は素子に流れる電流量によって発光強度を制御することができる。ここで、より高い輝度を得るにはより大きい電圧を印加して、発光素子に流れる電流密度を高くすればよいが、それでは発光素子の寿命を短くする結果となる。このため、高い光取出し効率を得るために、様々な工夫がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、トップエミッション型発光素子において、陽極側の全反射面と陰極の半反射面との間で光共振させて必要な発光スペクトルを増幅する方法が開示されている。
【０００４】
半反射面は、有機層で発光した光の一部を透過して出射し、一部を反射する。反射された光は、有機層及び陽極を透過して全反射面で反射し、陽極、有機層、及び半透明陰極を一部が透過して出射し、一部が反射する。一方で、全反射面は、有機層で発光した光を反射する。反射された光は、陽極、有機層、及び半透明陰極を透過して出射、または反射する。半反射面と全反射面との間で繰り返す反射による光の共振効果を利用して、発光層で生じた光を取り出し方向へと集光化させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１１６５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光学的な共振構造を発光素子に適用した場合、半反射面と全反射面間の有機ＥＬ層の発光位置は光取り出し効率に大きく関わるが、有機ＥＬ層の膜厚の制約により、自由に発光位置を選択することができなかった。
【０００７】
本発明の一実施形態は、光取出し効率を向上した発光素子を含む有機エレクトロルミネッセンス表示装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、反射面を有する画素電極と、画素電極の反射面とは反対側に配置された有機層と、有機層を挟んで画素電極とは反対側に配置された半透過性の対向電極と、を有し、有機層は、画素電極上に設けられた、ホール注入性を有する第１有機層と、第１有機層上に設けられた、ホール輸送性を有する第２有機層と、第２有機層上に設けられた、電子ブロック性を有する第３有機層と、第３有機層上に設けられた、ホスト材料及びドーパント材料を含む発光層と、発光層上に設けられた、ホールブロック性を有する第４有機層と、第４有機層上に設けられた、電子輸送性を有する第５有機層と、を有し、第５有機層は、リチウムまたはカルシウム等のアルカリ金属、又はアルカリ土類金属を含み、第１有機層乃至第３有機層の合計膜厚は、第４有機層及び第５有機層の合計膜厚よりも小さいことを特徴とする、発光素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス表示装置の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス表示装置の構成を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス表示装置の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス表示装置の構成を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の実施例および比較例に係る有機エレクトロルミネッセンス表示装置の構成を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、図面等を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
【００１１】
本明細書において、ある部材又は領域が、他の部材又は領域の「上に（又は下に）」あるとする場合、特段の限定がない限り、これは他の部材又は領域の直上（又は直下）にある場合のみでなく、他の部材又は領域の上方（又は下方）にある場合を含み、すなわち、他の部材又は領域の上方（又は下方）において間に別の構成要素が含まれている場合も含む。
【００１２】
トップエミッション型発光素子において光学的な共振構造を発光素子に適用する場合、陰極側を半反射面、陽極側を全反射面とし、光学干渉によって有機層で発光した光を陰極側に取り出す。このため両電極間における有機層の発光位置は、光取り出し効率に大きく関わってくる。光学干渉によって有機層で発光した光を効率よく取り出すためには、発光層から陽極側の全反射面までの光路長に対して、発光層から陰極側の半反射面までの光路長を長くする必要がある。発光層から全反射面までの光路長にはホール輸送層の膜厚が、発光層から陰極側の半反射面までの光路長には電子輸送層の膜厚が主に依存する。すなわち、トップエミッション型発光素子では、電子輸送層の膜厚をホール輸送層の膜厚より大きくする必要がある。なお、「光取り出し効率」とは、単位電流に対する輝度を表す電流効率をいうもいのとする。
【００１３】
しかしながら、電子輸送層における電子移動度はホール輸送層における正孔移動度に比べて小さいことから、電子輸送層の膜厚をホール輸送層の膜厚より大きくすると発光素子の駆動電圧が高電圧化するという問題が生じる。このため、トップエミッション型発光素子においても、電子輸送層の膜厚は１０ｎｍから５０ｎｍ程度に設計する必要があり、発光位置が陽極側よりも陰極側に配置され、有機層で発光した光を効率よく取り出すことができないという問題がある。
【００１４】
本発明の一実施形態は、このような問題が解決される有機ＥＬ表示装置を提示する。
【００１５】
＜有機ＥＬ表示装置の構成＞
図１は、本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の構成を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の構成を示す平面図である。本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置１００の概略構成を、図１及び図２を参照して説明する。
【００１６】
図１（Ａ）に示すように、有機ＥＬ表示装置１００は、第１基板１０２に画素領域１０６が設けられている。画素領域１０６は複数の画素１２２がマトリックス状に配列することによって構成されている。画素領域１０６の上面には封止材としての第２基板１０４が設けられている。第２基板１０４は、図１（Ｂ）に示すように、画素領域１０６を囲むシール材１３４によって、第１基板１０２に固定されている。第１基板１０２に形成された画素領域１０６は、封止材である第２基板１０４とシール材１３４によって大気に晒されないように封止されている。画素領域１０６の封止方法については、特にこれに限定するものではなく、第２基板１０４を設けることなく、第１基板１０２に設けられた画素領域１０６を覆うように、直接パッシベーション膜を形成しても良い。また、第１基板１０２と第２基板１０４との固定に際しては、図１（Ｃ）に示すように、画素領域１０６を囲むシール材１３４に代えて、画素領域１０６を全体的に覆い、第１基板１０２と第２基板１０４との間を満たす充填材１３５を用いても良い。
【００１７】
第１基板１０２には、一端部に端子領域１３６が設けられている。端子領域１３６は第２基板１０４の外側に配置されている。端子領域１３６の接続端子は、映像信号を出力する機器や電源などと有機ＥＬ表示装置１００とを接続する配線基板との接点を形成する。第１基板１０２には端子領域１３６から入力された映像信号を画素領域１０６に出力する第１駆動回路１２４および第２駆動回路１２６が設けられている。
【００１８】
画素領域１０６と、第１駆動回路１２４及び第２駆動回路１２６とは、それぞれ図示しない配線によって接続される。画素領域１０６は、画素１２２以外に走査線、映像信号線と呼ばれる配線が設けられている。画素領域１０６の各画素１２２は、これらの配線により第１駆動回路１２４、第２駆動回路１２６と接続されている。例えば、第１駆動回路１２４は、画素領域１０６に走査信号を出力する駆動回路であり、第２駆動回路１２６は画素領域１０６に映像信号を出力する駆動回路である。図２は、画素領域１０６と第１駆動回路１２４との間に第１配線延伸領域１２８を、画素領域１０６と第２駆動回路１２６との間に第２配線延伸領域１３０を有する態様を示す。
【００１９】
図３は、本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の構成を示す断面図である。本実施形態に係る画素領域１０６の構成を、図３を参照して説明する。
【００２０】
画素領域１０６には複数の画素１２２がマトリクス状に配置されている。図３は、図２に示すＡ−Ａ’線に沿った画素領域１０６の断面模式図である。画素１２２は回路素子層を有する。本実施形態において回路素子層は、半導体層１４６、ゲート絶縁層１４８、ゲート電極１５０、第１容量電極１５２、第１絶縁層１５４、ソース・ドレイン電極１５６、第２絶縁層１５８、第２容量電極１６０、第３絶縁層１６２、画素電極１６４、有機層１６６、対向電極１６８、およびバンク層１７０を含む多層構造を有する。
【００２１】
画素領域１０６の複数の画素１２２の各々は、トランジスタ１３８、発光素子１４０、第１容量素子１４２、および第２容量素子１４４を有する。発光素子１４０はトランジスタ１３８と接続されている。トランジスタ１３８は発光素子１４０の発光を制御する。第１容量素子１４２はトランジスタ１３８のゲート電位を保持し、第２容量素子１４４は発光素子１４０に流れる電流量を調整するために設けられている。
【００２２】
図３に示すように、複数の画素１２２の各々は画素毎にトランジスタ１３８を有し、トランジスタ１３８は画素領域１０６にマトリクス状に配置される。トランジスタ１３８は、半導体層１４６、ゲート絶縁層１４８、ゲート電極１５０が積層された構造を有している。半導体層１４６は、非晶質又は多結晶のシリコン、若しくは酸化物半導体などで形成される。ソース・ドレイン電極１５６は、第１絶縁層１５４を介して、ゲート電極１５０の上層に設けられている。ソース・ドレイン電極１５６の上層には平坦化層としての第２絶縁層１５８が設けられている。そして、第２絶縁層１５８の上面に発光素子１４０が設けられている。第２絶縁層１５８は、ソース・ドレイン電極１５６及び第１絶縁層１５４に設けられたコンタクトホール、ゲート電極１５０及び半導体層１４６の形状に伴う第１絶縁層１５４の凹凸を埋設し、略平坦な表面を有している。第２絶縁層１５８は、無機絶縁層の表面をエッチング加工、化学的機械研摩加工することで形成された平坦表面、またはアクリル、ポリイミドなどの前駆体を含む組成物を塗布又は堆積し、レベリングされた平坦表面を有していてもよい。
【００２３】
第１容量素子１４２は、ゲート絶縁層１４８を誘電体層として、半導体層１４６と第１容量電極１５２が重畳する領域、第１絶縁層１５４を誘電体層としてソース・ドレイン電極１５６と第１容量電極１５２とが挟まれた領域に形成される。
【００２４】
複数の画素１２２の各々は画素毎に発光素子１４０を有し、発光素子１４０は画素領域１０６にマトリクス状に配置される。発光素子１４０は、トランジスタ１３８と電気的に接続される画素電極１６４、有機層１６６、対向電極１６８が積層された構造を有している。有機層１６６は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色を発光するものであってもよいし、白色発光を呈するものであってもよい。
【００２５】
画素電極１６４は、第２絶縁層１５８の上面に画素毎に設けられている。画素電極１６４は、第２絶縁層１５８を介して、ソース・ドレイン電極１５６の上層に設けられている。また、画素電極１６４の上面には、画素電極１６４の周縁部を覆い内側領域を露出するようにバンク層１７０が設けられている。別言すれば、画素電極１６４の上面には、端部を覆うと共に画素電極１６４の上面を露出する開口部を有するバンク層１７０が設けられている。更に、バンク層１７０は、画素電極１６４及び第２絶縁層１５８に設けられたコンタクトホールを埋設している。絶縁材料で形成されるバンク層１７０が配置されることによって、画素電極１６４の端部において、対向電極１６８と画素電極１６４とが短絡することを防止することができる。更に、隣接する画素１２２間を確実に絶縁することができる。バンク層１７０の上面には、開口部を覆うように有機層１６６が設けられている。有機層１６６は、画素電極１６４およびバンク層１７０の上面に画素毎に設けられている。対向電極１６８は、有機層１６６の上面からバンク層１７０の上面を覆うように設けられ、複数の画素１２２に跨がって共通の電極として設けられている。
【００２６】
バンク層１７０は感光性有機樹脂材料で形成される。感光性有機樹脂材料としては、感光性アクリル樹脂や感光性ポリイミド樹脂などが用いられる。
【００２７】
発光素子１４０の上には封止層１７２が設けられている。封止層１７２は発光素子１４０の全面を覆い、水分等の浸入を防ぐために設けられる。封止層１７２としては、窒化シリコンや酸化アルミニウムなどの被膜により透光性を有するものとすることが好ましい。また、封止層１７２の上部には第２基板１０４との間に充填材が設けられていてもよい。また、封止層１７２は、一部に有機層を含んでいても良い。例えば、無機層／有機層／無機層といった積層構造であっても良い。
【００２８】
発光素子１４０から白色光が出射されるとき、第２基板１０４には、遮光層、カラーフィルタ層が設けられていてもよい。カラーフィルタ層は、複数の画素１２２の各々に対向した位置に配置される。遮光層は、複数の画素１２２の各々を区画する位置に配置される。発光素子１４０から白色光が出射されるとき、カラーフィルタ層を設けることによって、有機ＥＬ表示装置１００はカラー表示をすることが可能となる。さらに、第２基板１０４には、偏光板及び位相板等の光学フィルムが設けられていてもよい。光学フィルムは、複数の画素１２２を覆い、第２基板１０４の外側表面に配置される。光学フィルムは、有機ＥＬ表示装置１００に入射した外光が、画素電極１６４で反射することによる視認性の劣化を抑制するために配置される。
【００２９】
次に、本実施形態に係る発光素子１４０の構成を、図４を参照してより詳しく説明する。図４は、本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の構成を示す断面図である。図４は、図３に示す発光素子１４０の断面図である。
【００３０】
発光素子１４０は、トランジスタ１３８と電気的に接続される画素電極１６４、有機層１６６、対向電極１６８が積層された構造を有している。発光素子１４０は２端子素子であり、画素電極１６４と対向電極１６８との間に流れる電流値を制御することで、両電極に挟まれる発光層１６６ｄを含む有機層１６６の発光が制御される。本実施形態において発光素子１４０は、発光層１６６ｄで発光した光を対向電極１６８側に放射するトップエミッション型の構造を示す。
【００３１】
画素電極１６４は正孔注入性に優れるＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide：酸化インジウム亜鉛）を用いることが好ましい。ＩＴＯやＩＺＯは透明性導電材料の一種であり、可視光帯域の透過率が高い反面、反射率は極めて低い特性を有している。したがって画素電極１６４に光を反射する機能を付加するために、画素電極１６４は、ＩＴＯ又はＩＺＯなどで形成される透明性導電材料にアルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）等の金属層を積層させて全反射面を形成することが好ましい。しかしながらこれに限定されず、図３で示すように、ＩＴＯやＩＺＯなどで形成される画素電極１６４の下に第３絶縁層１６２及び第２容量電極１６０を設けて第２容量素子１４４とし、第２容量電極１６０を金属材料で形成して全反射面の機能を兼ね備えるようにしてもよい。画素電極１６４は、正孔注入性に優れ全反射面を有する導電膜であればよく、画素電極１６４の全反射面は有機層１６６とは反対側に配置する。画素電極１６４の厚さは、前述のような積層構造の場合、その総厚は５０ｎｍから３００ｎｍの範囲であることが好ましく、特に最表面となるＩＴＯ又はＩＺＯなどで形成される透明性導電材料の膜厚は、１ｎｍから２０ｎｍの範囲であることが好ましい。
【００３２】
対向電極１６８は、電子注入性に優れ、マグネシウム―銀合金（ＭｇＡｇ合金）や、マグネシウム―銀合金と銀との積層膜等の半透過性を有する半透明導電膜で形成されていることが好ましい。ここで半透明導電膜の半透過性は、透過率が２０％以上９０％以下の範囲であることを示す。透過しなかった光は、反射する。ここで対向電極１６８の有機層１６６側の面を半反射面とする。対向電極１６８の厚さは、前述の透過率を満たす限りにおいて特に限定しないが、ＭｇＡｇ合金を用いる場合は５ｎｍから３０ｎｍの範囲であることが好ましい。
【００３３】
有機層１６６は、低分子系又は高分子系の有機材料を用いて形成される。低分子系の有機材料を用いる場合、有機層１６６は発光性の有機材料を含む発光層１６６ｄに加え、有機層１６６は、ホール注入層１６６ａ、ホール輸送層１６６ｂ、電子ブロック層１６６ｃ、ホールブロック層１６６ｅ、電子輸送層１６６ｆ等を含んで構成されていてもよい。本実施形態において有機層１６６は、発光層１６６ｄを挟んで画素電極１６４の方向に電子ブロック層１６６ｃ、ホール輸送層１６６ｂ、ホール注入層１６６ａの順に積層され、発光層１６６ｄを挟んで対向電極１６８の方向にホールブロック層１６６ｅ、電子輸送層１６６ｆの順に積層される。図では示さなかったが、有機層１６６は、対向電極１６８と電子輸送層１６６ｆとの間に電子注入層を付加されてもよい。
【００３４】
なお、本実施形態において、ホール注入層１６６ａ、ホール輸送層１６６ｂ、電子ブロック層１６６ｃ、発光層１６６ｄ、ホールブロック層１６６ｅ、電子輸送層１６６ｆを構成する主となる材料として、公知の材料を用いることができる。
【００３５】
ホール注入層１６６ａ及びホール輸送層１６６ｂに用いるホール輸送性材料としては、例えばベンジジン又はその誘導体、スチリルアミン又はその誘導体、トリフェニルメタン又はその誘導体をはじめ、ポルフィリン又はその誘導体、トリアゾール又はその誘導体、イミダゾール又はその誘導体、オキサジアゾール又はその誘導体、ポリアリールアルカン又はその誘導体、フェニレンジアミン又はその誘導体、アリールアミン又はその誘導体、オキサゾール又はその誘導体、アントラセン又はその誘導体、フルオレノン又はその誘導体、ヒドラゾン又はその誘導体、スチルベン又はその誘導体、フタロシアニンまたはその誘導体、ポリシラン系化合物、ビニルカルバゾール系化合物、チオフェン系化合物、アニリン系化合物等の複素環式共役系のモノマー、オリゴマー、ポリマー等が挙げられる。
【００３６】
このようなホール輸送性材料の具体的な例としては、α−ナフチルフェニルジアミン（αＮＰＤ）、ポルフィリン、金属テトラフェニルポルフィリン、金属ナフタロシアニン、４，４’，４”−トリメチルトリフェニルアミン、４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（ｐ−トリル）ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミノビフェニル、Ｎ−フェニルカルバゾール、４−ジ−ｐ−トリルアミノスチルベン、ポリ（パラフェニレンビニレン）、ポリ（チオフェンビニレン）、ポリ（２，２’−チエニルピロール）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３７】
ホール注入層１６６ａの材料としては、例えば、下記化学式１で示される２，３，６，７，１０，１１−ヘキサシアノ−１，４，５，８，９，１２−ヘキサアザトリフェニレン（ＨＡＴ−ＣＮ：２，３，６，７，１０，１１−Ｈｅｘａｃｙａｎｏ−１,４,５,８,９,１２−ｈｅｘａａｚａｔｒｉｐｈｅｎｙｌｅｎｅ）を使用することができる。ホール注入層１６６ａの厚さは、１ｎｍから１０ｎｍの範囲であることが好ましい。ホール輸送層１６６ｂの材料としては、例えば、下記化学式２で示されるＮ、Ｎ−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ、Ｎ−ジフェニルベンジジン（ＮＰＢ：Ｎ，Ｎ−ｄｉ（ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ−１−ｙｌ）−Ｎ，Ｎ−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−ｂｅｎｚｉｄｅｎｅ）を使用することができる。ホール輸送層１６６ｂの厚さは、１０ｎｍから２５ｎｍの範囲であることが好ましい。
【化１】
2018056364.tif 000003
【化２】
2018056364.tif 000004
【００３８】
電子ブロック層１６６ｃの材料としては、例えば、関東化学株式会社製のＨＴＥＢ０２やＨＴＥＢ０４を使用することができる。電子ブロック層１６６ｃの厚さは、５ｎｍから１５ｎｍの範囲であることが好ましい。
【００３９】
発光層１６６ｄは、上述したホール輸送性材料、電子輸送性材料、さらには両電荷輸送性材料の中から適宜必要とされるホスト材料を組み合わせて構成される。ホスト材料としては、例えば、下記化学式３で示される４，４’−Ｎ、Ｎ’−ジカルボゾール―ビフェニル（ＣＢＰ：４，４’−Ｎ，Ｎ’−ｄｉｃａｒｂｏｚｏｌｅ−ｂｉｐｈｅｎｙｌ）や出光興産製の発光ホストＢＨ１４０を使用することができる。さらに、赤色発光材料、緑色発光材料又は青色発光材料の中から必要とされるドーパント材料を画素の配置に応じて含有することができる。発光層１６６ｄの厚さは、１０ｎｍから４０ｎｍの範囲であることが好ましい。
【化３】
2018056364.tif 000005
【００４０】
赤色発光材料としては、例えば、シクロペンタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、バソフェナントロリン誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、スチリルベンゼン誘導体、スチリルアリーレン誘導体、アミノスチリル誘導体、シロール誘導体、チオフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、クマリン誘導体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、スクアリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、スチリル系色素、テトラセン誘導体、ピラゾリン誘導体、トリフマニルアミン誘導体、アントラセン誘導体、ジフェニルアントラセン誘導体、ピレン誘導体、カルバゾール誘導体、オキサジアゾールダイマー、ビラゾリンダイマー、アルミキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾール亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、アゾメチル亜鉛錯体、ポルフィリン亜鉛錯体、ユーロビウム錯体、イリジウム錯体、白金錯体等、中心金属にＡｌ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｄｙ等の金属を有し、配位子にオキサジアゾール、チアジアゾール、フェニルピリジン、フェニルベンゾイミダゾール、キノリン構造等を有する金属錯体等が例示される。
【００４１】
緑色発光材料としては、上述した材料の中から単数または複数の材料が適宜選択して用いられる。
【００４２】
また、青色発光材料の具体例としては、ペリレンを挙げることができるが、これに限定されるものではない。青色発光材料としては、例えば、出光興産株式会社製のＢＤ１０２を使用することができる。青色発光材料の発光スペクトルは４４０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲である。青色発光材料を含む有機層１６６が発光した光の取り出し効率は、さらに向上することができる。
【００４３】
ホールブロック層１６６ｅの材料としては、例えば、下記化学式３で示される４，４’−Ｎ、Ｎ’−ジカルボゾール―ビフェニル（ＣＢＰ：４，４’−Ｎ，Ｎ’−ｄｉｃａｒｂｏｚｏｌｅ−ｂｉｐｈｅｎｙｌ）や、２，９−ジメチル−４,７−ジフェニル−１,１０−フェナントロリン（ＢＣＰ：２，９−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−４，７−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−１，１０−ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）を使用することができる。ホールブロック層１６６ｅの厚さは、５ｎｍから１５ｎｍの範囲であることが好ましい。
【化３】
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【００４４】
電子輸送層１６６ｆ及び電子注入層に用いる電子輸送性材料として使用可能な材料としては、８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）、８−ヒドロキシメチルキノリンアルミニウム、アントラセン、ナフタレン、フェナントレン、ピレン、クリセン、ペリレン、ブタジエン、クマリン、アクリジン、スチルベン、又はこれらの誘導体等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４５】
本実施形態において電子輸送層１６６ｆは、電子輸送性材料１００体積％当たりリチウム（Ｌｉ）またはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属を１体積％以上９０体積％以下の範囲で含む。電子輸送層１６６ｆは、好ましくは、電子輸送性材料１００体積％当たりリチウム（Ｌｉ）またはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属を１体積％以上２０体積％以下の範囲で含んでもよく、より好ましくは、１体積％以上１０体積％以下の範囲で含んでもよい。電子輸送性材料に含まれるリチウム（Ｌｉ）またはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属は、電子輸送層１６６ｆの全体に均一に含んでもよく、少なくとも一部に含んでもよい。このような構成をとることによって、本実施形態における電子輸送層１６６ｆの電子移動度を向上することができる。電子輸送層１６６ｆの電子移動度を向上することによって、発光層１６６ｄから全反射面までの光路長に対して、発光層１６６ｄから半反射面までの光路長を長くしても、駆動電圧の上昇を抑制することができる。
【００４６】
電子輸送層１６６ｆの材料としては、例えば、下記化学式４で示される２，４−ビス（４−ビフェニル）−６−（４’−（２−ピリジル）−４−ジフェニル）−［１，３，５］トリアジン（ＭＰＴ：２，４−ｂｉｓ（４−ｂｉｐｈｅｎｙｌ）−６−（４’−（２−Ｐｙｒｉｄｉｎｙｌ）−４−ｂｉｐｈｅｎｙｌ）−［１，３，５］ｔｒｉａｚｉｎｅ）にリチウムを５体積％加えたものを使用することができる。電子輸送層１６６ｆの厚さは、１１５ｎｍから１６０ｎｍの範囲であることが好ましい。このような構成及び構造をとることによって、光取出し効率を向上した発光素子を含む有機ＥＬ表示装置１００を提供することができる。
【化４】
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【００４７】
図４に示すように、発光素子１４０の画素電極１６４と対向電極１６８との間に電圧を印加すると、対向電極１６８からは電子が注入され、画素電極１６４からは正孔が注入される。対向電極１６８から注入される電子は、電子輸送層１６６ｆ、ホールブロック層１６６ｅ、および発光層１６６ｄへと移動する。画素電極１６４から注入される正孔は、ホール注入層１６６ａ、ホール輸送層１６６ｂ、電子ブロック層１６６ｃ、および発光層１６６ｄへと移動する。電子輸送層１６６ｆにリチウムまたはカルシウム等のアルカリ金属、又はアルカリ土類金属を含ませることによって、電子輸送層１６６ｆの電子移動度を向上することができる。このため、電子輸送層１６６ｆ及びホールブロック層１６６ｅの膜厚Ａを、ホール注入層１６６ａ、ホール輸送層１６６ｂ、及び電子ブロック層１６６ｃの膜厚Ｂより大きくすることができる。電子輸送層１６６ｆ及びホールブロック層１６６ｅの合計膜厚は、１３０ｎｍ以上１７０ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。ホール注入層１６６ａ、ホール輸送層１６６ｂ、及び電子ブロック層１６６ｃの合計膜厚は、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。このような構成及び構造をとることによって、有機層１６６のキャリアバランスがとれ、発光素子１４０の発光効率を向上することができる。
【００４８】
発光層１６６ｄにおいて電子と正孔は、ホスト分子で再結合する。これにより放出されるエネルギーによって発光層１６６ｄ中の発光分子が励起し、その後脱励起することによって発光する。発光層１６６ｄで生じた光は、画素電極１６４の有機層１６６とは反対側に配置された全反射面（図４中、点線で示す）と、対向電極１６８の有機層１６６側に位置する半反射面との間を繰り返し反射する。発光層１６６ｄから全反射面までの光路長に対して、発光層から半反射面までの光路長を長くすることで、光学干渉によって有機層１６６で発光した光を効率よく取り出すことができる。このため、電子輸送層１６６ｆ及びホールブロック層１６６ｅの膜厚Ａを、画素電極１６４（ここでは全反射面から有機層１６６側の透明性導電材料の膜厚を指す）、ホール注入層１６６ａ、ホール輸送層１６６ｂ、及び電子ブロック層１６６ｃの膜厚Ｃより大きくすることが好ましい。電子輸送層１６６ｆ及びホールブロック層１６６ｅの合計膜厚は、１３０ｎｍ以上１７０ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。画素電極１６４（ここでは全反射面から有機層１６６側の透明性導電材料の膜厚を指す）、ホール注入層１６６ａ、ホール輸送層１６６ｂ、及び電子ブロック層１６６ｃの合計膜厚は、３０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。このような構成及び構造をとることによって、発光素子１４０の光取り出し効率を向上することができる。
【００４９】
以上、本実施形態に係る発光素子１４０および有機ＥＬ表示装置１００の構成について説明した。本実施形態に係る発光素子１４０は、有機層１６６の電子輸送層１６６ｆにリチウムまたはカルシウム等のアルカリ金属、又はアルカリ土類金属を含ませることによって、電子輸送層１６６ｆの電子移動度を向上することができる。これによって、発光層１６６ｄから全反射面までの光路長に対して、発光層１６６ｄから半反射面までの光路長を長くしても、駆動電圧の上昇を抑制することができる。このような構成及び構造をとることによって、光取出し効率を向上した発光素子１４０を含む有機ＥＬ表示装置１００を提供することができる。
【実施例】
【００５０】
次に、実施例及び比較例に係る発光素子１４０の構成を、図５を参照して説明する。図５は、実施例及び比較例に係る有機ＥＬ表示装置の構成を示す拡大断面図である。
【００５１】
＜実施例１＞
図５（Ａ）は、実施例１に係る発光素子１４０の拡大断面図である。実施例１に係る発光素子１４０の有機層１６６の材料および膜厚は以下の通りである。
画素電極１６４：ＩＴＯ、１０ｎｍ
ホール注入層１６６ａ： ＨＡＴ−ＣＮ、５ｎｍ
ホール輸送層１６６ｂ：ＮＰＢ、１５ｎｍ
電子ブロック層１６６ｃ：ＨＴＥＢ０４、１０ｎｍ
発光層１６６ｄ：ホスト材料ＣＢＰ、ドーパント材料ＢＤ１０２、１５ｎｍ
ホールブロック層１６６ｅ：ＣＢＰ、１０ｎｍ
電子輸送層１６６ｆ：ＭＰＴ+１０％Ｌｉ，１２５ｎｍ
対向電極１６８：ＭｇＡｇ合金、１０ｎｍ
【００５２】
＜比較例１＞
図５（Ｂ）は、比較例１に係る発光素子１４０の拡大断面図である。比較例１に係る発光素子１４０の有機層１６６の材料および膜厚は以下の通りである。
画素電極１６４：ＩＴＯ、１０ｎｍ
ホール注入層１６６ａ： ＨＡＴ−ＣＮ、５ｎｍ
ホール輸送層１６６ｂ：ＮＰＢ、１２５ｎｍ
電子ブロック層１６６ｃ：ＨＴＥＢ０４、１０ｎｍ
発光層１６６ｄ：ホスト材料ＣＢＰ、ドーパント材料ＢＤ１０２、１５ｎｍ
ホールブロック層１６６ｅ：ＣＢＰ、１０ｎｍ
電子輸送層１６６ｆ：ＭＰＴ，１５ｎｍ
対向電極１６８：ＭｇＡｇ合金、１０ｎｍ
【００５３】
＜比較例２＞
図５（Ｃ）は、比較例２に係る発光素子１４０の拡大断面図である。比較例２に係る発光素子１４０の有機層１６６の材料および膜厚は以下の通りである。
画素電極１６４：ＩＴＯ、１０ｎｍ
ホール注入層１６６ａ： ＨＡＴ−ＣＮ、５ｎｍ
ホール輸送層１６６ｂ：ＮＰＢ、１５ｎｍ
電子ブロック層１６６ｃ：ＨＴＥＢ０４、１０ｎｍ
発光層１６６ｄ：ホスト材料ＣＢＰ、ドーパント材料ＢＤ１０２、１５ｎｍ
ホールブロック層１６６ｅ：ＣＢＰ、１０ｎｍ
電子輸送層１６６ｆ：ＭＰＴ，１２５ｎｍ
対向電極１６８：ＭｇＡｇ合金、１０ｎｍ
【００５４】
上記実施例及び比較例に係る発光素子１４０ａ、１４０ｂ、および１４０ｃを備えた有機ＥＬ表示装置１００を用いて、特性評価するために以下の測定を行った。
【００５５】
＜電気特性＞
電流密度１５ｍＡ／ｃｍ2における駆動電圧および電流効率を求めた。
【００５６】
＜色度、発光スペクトル＞
発光スペクトルをスペクトルメータで測定し、ピーク波長を求めた。また、発光色について、コニカミノルタ製分光輝度計ＣＳ２０００測定装置で色度を測定した。
【００５７】
＜寿命測定＞
定電流（電流密度５０ｍＡ／ｃｍ2）の連続駆動のもとで素子の輝度の変化を測定し、初期輝度から５％減となる時間（ＬＴ９５）を求めた。
【００５８】
上記、測定結果を表１に示す。
【表１】
2018056364.tif 000008
【００５９】
表１に示すように、発光素子１４０は、電子輸送層１６６ｆにリチウムを含ませることによって、発光層１６６ｄから全反射面までの膜厚Ｃに対して、発光層１６６ｄから半反射面までの膜厚Ａを長くしても、電流効率は高く、駆動電圧の上昇を抑制することができた。電子輸送層１６６ｆにリチウムを含まない従来の構成である比較例１では電子移動度が小さいので、比較例２において膜厚Ｃに対する膜厚Ａを大きくしたら、著しく電流効率が低下し、駆動電圧が上昇した。比較例１および比較例２と比較して、実施例１の色純度とＬＴ９５は大きく向上した。
【符号の説明】
【００６０】
有機ＥＬ表示装置：１００、第１基板：１０２、第２基板：１０４、画素領域：１０６、画素：１２２、第１駆動回路：１２４、第２駆動回路：１２６、第１配線延伸領域：１２８、第２配線延伸領域：１３０、シール材：１３４、端子部：１３６、トランジスタ：１３８、発光素子：１４０、第１容量素子：１４２、第２容量素子：１４４、半導体層：１４６、ゲート絶縁層：１４８、ゲート電極：１５０、第１容量電極：１５２、第１絶縁層：１５４、ソース・ドレイン電極：１５６、第２絶縁層：１５８、第２容量電極：１６０、第３絶縁層：１６２、画素電極：１６４、有機層：１６６、ホール注入層：１６６ａ、ホール輸送層：１６６ｂ、電子ブロック層：１６６ｃ、発光層：１６６ｄ、ホールブロック層：１６６ｅ、電子輸送層：１６６ｆ、対向電極：１６８、バンク層：１７０、封止層：１７２
【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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