説明

有機エレクトロルミネッセント素子及び有機エレクトロルミネッセント表示装置

【課題】キャビティを調整することができ、かつ高い発光効率を有し、駆動電圧を低減させ、信頼性を高めることができる有機エレクトロルミネッセント素子を得る。
【解決手段】陰極と陽極の間に配置される中間ユニットと、陰極及び中間ユニットの間に配置される第1の発光ユニットと、陽極及び中間ユニットの間に配置される第2の発光ユニットと、中間ユニット及び第2の発光ユニットの間に配置され、中間ユニットに隣接して設けられるキャビティ調整ユニットとを備え、中間ユニットが、キャビティ調整ユニットから電子を引き抜くための第1の電子引き抜き層と、第1の電子引き抜き層の陽極側に隣接する電子注入層とを有し、キャビティ調整ユニットが、第1の電子引き抜き層の陰極側に隣接して設けられ、第1の電子引き抜き層に電子を引き抜かれる第1のキャビティ調整層と、陰極側に隣接する電子供給層から電子を引き抜くための第2の電子引き抜き層とを有することを特徴としている。

【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ト素子及び有機エレクトロルミネッセント表示装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
有機エレクトロルミネッセント素子(有機EL素子)は、ディスプレイや照明への応用の観点から活発に開発が行われている。有機EL素子の駆動原理は、以下のようなものである。すなわち、陽極及び陰極からそれぞれホールと電子が注入され、これらが有機薄膜中を輸送され、発光層において再結合し励起状態が生じ、この励起状態から発光が得られる。発光効率を高めるためには、効率良くホール及び電子を注入させ、有機薄膜中を輸送させることが必要である。
【0003】
有機EL素子においては、電極と発光層の間にホールまたは電子を移送させるための電荷輸送層や電荷注入層等が一般に設けられている。
【0004】
特許文献1では、陽極側から陰極側にかけてホール注入層、ホール輸送層、電子捕獲層、発光層、及び電子輸送層が積層された構造において、電子捕獲層の母材の伝導帯最低準位が、ホール輸送層の母材の伝導帯最低準位及び発光層の母材の伝導帯最低準位よりも低くすることが提案されている。これにより、陽極側のホール輸送層の母材の劣化を防止している。
【0005】
特許文献2においては、隣り合う2層のホール輸送層の界面に、隣り合うホール輸送層の構成材料が混合されてなる混合層を介在させることが提案されており、これにより隣り合う2層の電荷輸送層間の密着性を向上させ、発光効率や輝度寿命を向上できる旨説明されている。
【0006】
特許文献3においては、陰極と発光層の間において、陰極バッファ層と電子輸送層とを交互に少なくとも2回以上積層することにより、電子輸送効率を制御することが提案されている。
【0007】
従来より、ホール輸送層としては、NPB(N,N′−ジ(ナフタセン−1−イル)−N,N′−ジフェニルベンジジン)などの3級アリールアミン系材料が用いられているが、キャビティを調整するため、このNPB等からなるホール輸送層の膜厚を厚くすると、NPB等のホール輸送性材料のキャリア移動度が低いため、駆動電圧が高くなるという問題があった。従って、従来より、NPB等の膜厚を厚くしても、駆動電圧を低減することができる有機EL素子の素子構造が求められている。
【特許文献1】特開2003−151776号公報
【特許文献2】特開2004−207000号公報
【特許文献3】特開2003−229269号公報
【非特許文献1】SYNTHESIS,April,1994,378〜380頁“Improved Synthesis of 1,4,5,8,9,12-Hexaazatriphenylenehexacarboxylic Acid”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明の目的は、キャビティを調整することができ、かつ高い発光効率を有し、駆動電圧を低減させ、信頼性を高めることができる有機EL素子及び有機EL表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の有機EL素子は、陰極と、陽極と、陰極及び陽極の間に配置される中間ユニットと、陰極及び中間ユニットの間に配置される第1の発光ユニットと、陽極及び中間ユニットの間に配置される第2の発光ユニットと、中間ユニット及び第2の発光ユニットの間に配置され、中間ユニットに隣接して設けられるキャビティ調整ユニットとを備え、
中間ユニットは、キャビティ調整ユニットから電子を引き抜くための第1の電子引き抜き層と、第1の電子引き抜き層の陽極側に隣接する電子注入層とを有し、
キャビティ調整ユニットは、第1の電子引き抜き層の陰極側に隣接して設けられ、第1の電子引き抜き層に電子を引き抜かれる第1のキャビティ調整層と、陰極側に隣接する電子供給層から電子を引き抜くための第2の電子引き抜き層とを有し、
第1の電子引き抜き層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(B)│と、第1のキャビティ調整層の最高被占分子軌道(HOMO)のエネルギーレベルの絶対値│HOMO(A)│が、│HOMO(A)│−│LUMO(B)│≦1.5eVの関係にあり、電子注入層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(C)│または仕事関数の絶対値│WF(C)│は、│LUMO(B)│より小さく、
第2の電子引き抜き層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(D)│と、電子供給層の最高被占分子軌道(HOMO)のエネルギーレベルの絶対値│HOMO(E)│が、│HOMO(E)│−│LUMO(D)│≦1.5eVの関係にあり、第1のキャビティ調整層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(A)│と、│LUMO(D)│が、│LUMO(A)│<│LUMO(D)│の関係にあることを特徴としている。
【0010】
本発明においては、第1の発光ユニットと第2の発光ユニットの間に中間ユニットが設けられており、中間ユニットと第1の発光ユニットの間に、中間ユニットと隣接するようにキャビティ調整ユニットが設けられている。従って、このキャビティ調整ユニットの膜厚を調整することにより、キャビティを調整することができる。第2の発光ユニットで発光された光は、中間ユニット、キャビティ調整ユニット、及び第1の発光ユニットを通り、一般に金属薄膜から形成される陰極で反射され、再び第1の発光ユニット、キャビティ調整ユニット、中間ユニット、第1の発光ユニット、及び陽極を通り、外部に出射される。従って、キャビティ調整ユニットの膜厚を調整することにより、第2の発光ユニットで発光された光のキャビティを有効に調整することができる。
【0011】
中間ユニットには、キャビティ調整ユニットから電子を引き抜くための第1の電子引き抜き層と、第1の電子引き抜き層の陽極側に隣接する電子注入層が設けられている。
【0012】
キャビティ調整ユニットには、第1の電子引き抜き層の陰極側に隣接して設けられ、第1の電子引き抜き層に電子を引き抜かれる第1のキャビティ調整層と、陰極側に位置する電子供給層から電子を引き抜くための第2の電子引き抜き層とが設けられている。
【0013】
中間ユニットにおいて、第1の電子引き抜き層の│LUMO(B)│と、第1のキャビティ調整層の│HOMO(A)│とは、
│HOMO(A)│−│LUMO(B)│≦1.5eV ………(1)
の関係にある。
【0014】
従って、第1の電子引き抜き層は、隣接する第1のキャビティ調整層から容易に電子を引き抜くことができる。
【0015】
また、第1の電子引き抜き層の陽極側に隣接する電子注入層の│LUMO(C)│または│WF(C)│と、第1の電子引き抜き層の│LUMO(B)│は、
│LUMO(C)│または│WF(C)│<│LUMO(B)│ ………(2)
の関係にある。従って、第1の電子引き抜き層によって引き抜かれた電子は、電子注入層に供給され、電子注入層から第2の発光ユニットに供給される。
【0016】
キャビティ調整ユニットにおける第2の電子引き抜き層の│LUMO(D)│と、この第2の電子引き抜き層の陰極側に隣接する電子供給層│HOMO(E)│は、
│HOMO(E)│−│LUMO(D)│≦1.5eV ………(3)
の関係にある。従って、第2の電子引き抜き層は、電子供給層から容易に電子を引き抜くことができる。
【0017】
また、第1のキャビティ調整層の│LUMO(A)│と、第2の電子引き抜き層の│LUMO(D)│とは、
│LUMO(A)│<│LUMO(D)│ ………(4)
の関係にある。従って、第2の電子引き抜き層によって引き抜かれた電子は、第1のキャビティ調整層によってブロックされ、第2の電子引き抜き層中に電子が蓄積する。このため、局所的に高い電界がかかり、この高い電界によりエネルギーバンドが変化し、第1のキャビティ調整層の膜厚を厚くしても、駆動電圧が高くなるのを抑制することができると考えられる。
【0018】
本発明の中間ユニットにおいては、第1の電子引き抜き層がキャビティ調整ユニットの第1のキャビティ調整層から電子を引き抜き、この引き抜いた電子を電子注入層を介して陽極側の第2の発光ユニットに供給する。第2の発光ユニットでは、陽極から供給されたホールとこの電子とが結合し、発光する。一方、電子を引き抜かれた第1のキャビティ調整層ではホールが発生する。
【0019】
キャビティ調整ユニットにおいては、第2の電子引き抜き層が、隣接する電子供給層から電子を引き抜き、引き抜かれた電子は、上述のように第2の電子引き抜き層に蓄積され、これによって局所的に高い電界が発生する。第2の電子引き抜き層に蓄積された電子は、第1のキャビティ調整層に発生したホールと結合する。電子を引き抜かれた電子供給層においては、ホールが発生し、このホールが陰極側の第1の発光ユニットに供給され、陰極から供給された電子と結合し、第1の発光ユニットが発光する。
【0020】
以上のように、本発明においては、中間ユニット及びキャビティ調整ユニットから陽極側の第2の発光ユニットに電子が供給され、陰極側の第1の発光ユニットにホールが供給されるので、それぞれの発光ユニットにおいて効率良く発光させることができる。また、上述のように第2の電子引き抜き層に電子が蓄積することにより、局所的に高い電界がかかる。このため、キャビティ調整ユニットにおける第1のキャビティ調整層の膜厚を厚くしても、駆動電圧の上昇を抑制することができるので、高い発光効率が得られる。
【0021】
さらに、本発明においては、上述のように、キャビティ調整ユニットの第1のキャビティ調整層によって電子がブロックされる。従って、陽極側に過剰に電子が供給されるのを防止することができるので、素子寿命を長くすることができ、素子の信頼性を高めることができる。
【0022】
本発明において、電子供給層は、ホール輸送性材料から形成されることが好ましい。第1の発光ユニット内に設けられる発光層が、ホール輸送性材料をホスト材料とするものであれば、この発光層を電子供給層とすることができる。従って、本発明において、電子供給層は、第1の発光ユニット内に設けられていてもよい。
【0023】
また、本発明において、電子供給層は、キャビティ調整ユニット内に設けられる第2のキャビティ調整層であってもよい。この場合、第1のキャビティ調整層に加えて、第2のキャビティ調整層の膜厚も厚くすることができ、キャビティ調整に用いることができる。
【0024】
本発明において、第1及び第2のキャビティ調整層は、ホール輸送性材料から形成されていることが好ましい。このようなホール輸送性材料としては、3級アリールアミン系材料が挙げられる。
【0025】
また、本発明において、キャビティ調整ユニットは、第1のキャビティ調整層と第2の電子引き抜き層とを組み合わせ、これらの層を複数の繰り返し単位で有していてもよい。すなわち、キャビティ調整ユニット内に、第1のキャビティ調整層/第2の電子引き抜き層/第1のキャビティ調整層/第2の電子引き抜き層の積層構造や、第1のキャビティ調整層/第2の電子引き抜き層/第1のキャビティ調整層/第2の電子引き抜き層/第1のキャビティ調整層/第2の電子引き抜き層の積層構造を有していてもよい。キャビティ調整層の好ましい膜厚は、一般に10〜700nmの範囲内である。キャビティ調整層の膜厚が厚くなりすぎると、駆動電圧が高くなりすぎ、発光効率が低下するという問題を生じる。このため、キャビティ調整層の膜厚をこの範囲より厚くしたい場合には、第2の電子引き抜き層を適宜挿入し、第1のキャビティ調整層と第2の電子引き抜き層の繰り返し単位を複数設けることが好ましい。
【0026】
また、本発明においては、中間ユニット内の電子注入層と、第2の発光ユニットとの間に電子輸送層が設けられていてもよい。このような電子輸送層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(F)│は、│LUMO(C)│または│WF(C)│より小さくなるように設定される。
【0027】
また、本発明においては、第1のキャビティ調整層の│HOMO(A)│と、第2の電子引き抜き層の│HOMO(D)│は、
│HOMO(A)│<│HOMO(D)│ ………(5)
の関係にあることが好ましい。
【0028】
上記(5)の式を見出すことにより、第1のキャビティ調整層と第2の電子引き抜き層の界面にホールが蓄積され、これによってさらに局所的に高い電界をかけることができ、駆動電圧をより低下させることができると考えられる。
【0029】
本発明において、第1及び/または第2の電子引き抜き層を形成する材料として、以下に示す構造式で表されるピラジン誘導体が挙げられる。
【0030】
【化1】

【0031】
(ここで、Arはアリール基を示し、Rは水素、炭素数1〜10のアルキル基、アルキルオキシ基、ジアルキルアミン基、またはF、Cl、Br、IもしくはCNを示す。)
また、本発明の第1及び/または第2の電子引き抜き層を形成する材料は、以下に示す構造式で表されるヘキサアザトリフェニレン誘導体であることがさらに好ましい。
【0032】
【化2】

【0033】
(ここで、Rは水素、炭素数1〜10のアルキル基、アルキルオキシ基、ジアルキルアミン基、またはF、Cl、Br、IもしくはCNを示す。)
また、本発明においては、第1及び/または第2の電子引き抜き層に、電子引き抜きを促進するための電子引き抜き促進材料がドープされていてもよい。このような電子引き抜き促進材料の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(G)│は、
│HOMO(A)│または│HOMO(E)│>│LUMO(G)│>│LUMO(B)または│LUMO(D)│ ………(6)
の関係にあることが好ましい。
【0034】
│HOMO(A)│と│LUMO(G)│との差及び│HOMO(E)│と│LUMO(G)│との差は、1.5eV以下であることが好ましい。このような差にすることにより、│HOMO(A)│と│LUMO(B)│との差及び│HOMO(E)│と│LUMO(D)│との差が1.5eVより大きくなっても、例えば2.0eVになっても、電子引き抜き層による電子の引き抜きを容易に行なうことが可能となる。
【0035】
本発明における第1の発光ユニット及び第2の発光ユニットは、それぞれ単独の発光層であってもよいし、複数の発光層を積層した積層構造のものであってもよい。例えば、オレンジ色発光層と青色発光層を積層した白色発光の発光ユニットであってもよい。
【0036】
本発明の有機エレクトロルミネッセント表示装置は、陽極と陰極に挟まれた素子構造を有する有機エレクトロルミネッセント素子と、表示画素毎に対応した表示信号を有機エレクトロルミネッセント素子に供給するための能動素子が設けられたアクティブマトリックス駆動基板とを備え、有機エレクトロルミネッセント素子をアクティブマトリックス駆動基板の上に配置し、陰極及び陽極のうち基板側に設けられる電極を透明電極としたボトムエミッション型の有機エレクトロルミネッセント表示装置であって、有機エレクトロルミネッセント素子が、陰極と、陽極と、陰極及び陽極の間に配置される中間ユニットと、陰極及び中間ユニットの間に配置される第1の発光ユニットと、陽極及び中間ユニットの間に配置される第2の発光ユニットと、中間ユニット及び第2の発光ユニットの間に配置され、中間ユニットに隣接して設けられるキャビティ調整ユニットとを備え、中間ユニットは、キャビティ調整ユニットから電子を引き抜くための第1の電子引き抜き層と、第1の電子引き抜き層の陽極側に隣接する電子注入層とを有し、キャビティ調整ユニットは、第1の電子引き抜き層の陰極側に隣接して設けられ、第1の電子引き抜き層に電子を引き抜かれる第1のキャビティ調整層と、陰極側に隣接する電子供給層から電子を引き抜くための第2の電子引き抜き層とを有し、第1の電子引き抜き層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(B)│と、第1のキャビティ調整層の最高被占分子軌道(HOMO)のエネルギーレベルの絶対値│HOMO(A)│が、│HOMO(A)│−│LUMO(B)│≦1.5eVの関係にあり、電子注入層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(C)│または仕事関数の絶対値│WF(C)│は、│LUMO(B)│より小さく、第2の電子引き抜き層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(D)│と、電子供給層の最高被占分子軌道(HOMO)のエネルギーレベルの絶対値│HOMO(E)│が、│HOMO(E)│−│LUMO(D)│≦1.5eVの関係にあり、第1のキャビティ調整層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(A)│と、│LUMO(D)│が、│LUMO(A)│<│LUMO(D)│の関係にあることを特徴としている。
【0037】
上記本発明の有機エレクトロルミネッセント表示装置において、有機EL素子が白色発光素子である場合、有機EL素子と基板との間にカラーフィルターを配置してカラー表示装置とすることができる。
【0038】
本発明の他の局面に従う有機エレクトロルミネッセント表示装置は、陽極と陰極に挟まれた素子構造を有する有機エレクトロルミネッセント素子と、表示画素毎に対応した表示信号を有機エレクトロルミネッセント素子に供給するための能動素子が設けられたアクティブマトリックス駆動基板と、該アクティブマトリックス駆動基板と対向して設けられる透明な封止基板とを備え、有機エレクトロルミネッセント素子をアクティブマトリックス駆動基板と封止基板の間に配置し、陰極及び陽極のうち封止基板側に設けられる電極を透明電極としたトップエミッション型の有機エレクトロルミネッセント表示装置であって、有機エレクトロルミネッセント素子が、陰極と、陽極と、陰極及び陽極の間に配置される中間ユニットと、陰極及び中間ユニットの間に配置される第1の発光ユニットと、陽極及び中間ユニットの間に配置される第2の発光ユニットと、中間ユニット及び第2の発光ユニットの間に配置され、中間ユニットに隣接して設けられるキャビティ調整ユニットとを備え、中間ユニットは、キャビティ調整ユニットから電子を引き抜くための第1の電子引き抜き層と、第1の電子引き抜き層の陽極側に隣接する電子注入層とを有し、キャビティ調整ユニットは、第1の電子引き抜き層の陰極側に隣接して設けられ、第1の電子引き抜き層に電子を引き抜かれる第1のキャビティ調整層と、陰極側に隣接する電子供給層から電子を引き抜くための第2の電子引き抜き層とを有し、第1の電子引き抜き層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(B)│と、第1のキャビティ調整層の最高被占分子軌道(HOMO)のエネルギーレベルの絶対値│HOMO(A)│が、│HOMO(A)│−│LUMO(B)│≦1.5eVの関係にあり、電子注入層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(C)│または仕事関数の絶対値│WF(C)│は、│LUMO(B)│より小さく、第2の電子引き抜き層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(D)│と、電子供給層の最高被占分子軌道(HOMO)のエネルギーレベルの絶対値│HOMO(E)│が、│HOMO(E)│−│LUMO(D)│≦1.5eVの関係にあり、第1のキャビティ調整層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(A)│と、│LUMO(D)│が、│LUMO(A)│<│LUMO(D)│の関係にあることを特徴としている。
【0039】
上記有機エレクトロルミネッセント表示装置において、有機EL素子が白色発光素子である場合、有機EL素子と封止基板との間にカラーフィルターを配置し、カラー表示装置とすることができる。
【0040】
本発明の有機EL表示装置は、上記本発明の有機EL素子を備えるものであるので、発光色毎にキャビティを調整することができ、かつ駆動電圧を低減させて消費電力の低減化を図ることができる。また、高い信頼性を有する有機EL表示装置とすることができる。
【発明の効果】
【0041】
本発明によれば、キャビティを調整することができ、かつ高い発光効率を有し、駆動電圧を低減させ、信頼性を高めることができる有機EL素子及びこれを用いた有機EL表示装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0042】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0043】
図1は、本発明に従う実施例の有機EL素子において中間ユニット及びキャビティ調整ユニットを構成する各層のHOMO及びLUMOのエネルギーレベルを模式的に示す図である。本実施例において、中間ユニット1は、第1の電子引き抜き層3、電子注入層4、及び電子輸送層8から構成されている。キャビティ調整ユニット2は、第1のキャビティ調整層5及び第2の電子引き抜き層6から構成されている。第2の電子引き抜き層6の陰極側には、電子供給層7が設けられている。
【0044】
図1において、第1の電子引き抜き層3のLUMOをL、HOMOをHとして示している。また、電子注入層4のLUMOをLとして示し、電子輸送層8のLUMOをLとして示しており、第1のキャビティ層5のLUMOをL、HOMOをHとして示している。また、第2の電子引き抜き層6のLUMOをL、HOMOをHとして示し、電子供給層7のHOMOをHとして示している。
【0045】
図1を参照して、本発明に従う有機EL素子においては、第1の電子引き抜き層のLと、第1のキャビティ調整層5のHのそれぞれの絶対値の差は1.5eV以下である。従って、第1の電子引き抜き層3は、第1のキャビティ調整層5から電子を容易に引き抜くことができる。電子注入層4のLの絶対値は、第1の電子引き抜き層3のLの絶対値より小さく、電子輸送層8のLの絶対値は、Lの絶対値より小さくなっている。従って、第1の電子引き抜き層3によって引き抜かれた電子は、電子注入層4及び電子輸送層8を通り陽極側に供給される。
【0046】
本発明において、第2の電子引き抜き層6のLの絶対値と、電子供給層7のHの絶対値の差は1.5eV以下である。従って、第2の電子引き抜き層6は、電子供給層7から電子を容易に引き抜くことができる。第1のキャビティ調整層のLの絶対値は、第2の電子引き抜き層6のLの絶対値より小さくなっているので、第2の電子引き抜き層6によって引き抜かれた電子は第1のキャビティ調整層5によってブロックされ、第2の電子引き抜き層6に蓄積される。これにより、局所的に高い電界がかかり、エネルギーレベルが歪むため、駆動電流を低減することができる。
【0047】
電子を引き抜かれた電子供給層7においてはホールが発生し、このホールは陰極側に供給される。
【0048】
本発明においては、以上のようにして中間ユニット1及びキャビティ調整ユニット2から電子を陽極側に供給するとともに、ホールを陰極側に供給することができる。従って、陽極側に位置する発光ユニットと陰極側に位置する発光ユニットをそれぞれ効率良く発光させることができる。また、上述のように、局所的に高い電界がかかるため、駆動電圧を低減させることができ、第1のキャビティ調整層5の膜厚を厚くしても、駆動電圧の上昇を抑制することができる。
【0049】
また、第1のキャビティ調整層5によって陽極側に電子が過剰に供給されるのを抑制することができるので、素子の寿命特性を改善することができ、信頼性を高めることができる。
【0050】
(実施例1〜9及び比較例1〜6)
表1に示すホール注入層、ホール輸送層、第2の発光ユニット、中間ユニット、キャビティ調整ユニット、第1の発光ユニット、電子輸送層、及び陰極を有する実施例1〜9及び比較例1〜6の有機EL素子を作製した。以下の表において、( )内の数字は各層の厚み(nm)を示している。
【0051】
基板としては、ガラス基板の上に陽極としてのITO(インジウム錫酸化物)膜が形成されたガラス基板を用いた。ITO膜の上にフルオロカーボン(CFx)層を形成することによりホール注入層を形成した。表1における(15s)は、膜形成時間(秒)を意味している。
【0052】
以上のようにして形成したホール注入層の上に、表1に示す各層を蒸着法により順次積層して形成した。
【0053】
ホール輸送層は、NPB層の上にHAT−CN6層を積層することにより形成した。
【0054】
第1の発光ユニット及び第2の発光ユニットは、オレンジ色発光層の上に青色発光層を積層した白色発光の発光ユニットである。オレンジ色発光層を陽極側に配置し、青色発光層を陰極側に配置している。なお、表において%は特にことわらない限り重量%である。
【0055】
上記のようにして形成したホール輸送層の上に、オレンジ色発光層及び青色発光層を堆積して形成した。
【0056】
オレンジ色発光層は、NPBをホール輸送性のホスト材料として用い、TBADNを電子輸送性のホスト材料として用い、DBzRをドーパント材料として用いている。青色発光層は、TBADNを電子輸送性のホスト材料として用い、NPBをホール輸送性のホスト材料として用い、TBPをドーパント材料として用いている。
【0057】
なお、実施例6、実施例7及び比較例5においては、第1の発光ユニット及び第2の発光ユニットを単層の白色発光層から形成している。従って、1つの層にオレンジ色発光ドーパントであるDBzRと青色発光ドーパントであるTBPが含有されている。なお、第1の発光ユニット及び第2の発光ユニットには、陽極側にNPB層を形成している。
【0058】
中間ユニットの電子輸送層としては、電子輸送性材料を用いることができ、表1に示す実施例及び比較例においては、BCPを用いている。BCPのLUMOは、−2.7eVである。中間ユニットの電子輸送層の膜厚は、1〜100nmの範囲が好ましい。
【0059】
中間ユニットの電子注入層としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属及びそれらの酸化物などを用いることができる。表1に示す実施例及び比較例においては、LiO、LiまたはMgを用いている。Liの仕事関数は、2.9eVであり、Mgの仕事関数は3.9eVである。LiOなどの金属酸化物の場合は、Liなどの金属の仕事関数が本発明の範囲内にあればよい。電子注入層の膜厚は、0.1〜10nmの範囲が好ましい。
【0060】
中間ユニットの第1の電子引き抜き層としては、HAT−CN6を用いている。HAT−CN6のLUMOは−4.4eVであり、HOMOは−7.0eVである。第1の電子引き抜き層の膜厚は、1〜150nmの範囲が好ましい。
【0061】
なお、比較例4においては、第1の電子引き抜き層の代わりにV層を用いている。
【0062】
キャビティ調整ユニットの第1のキャビティ調整層としてはNPBを用いている。NPBのLUMOは−2.6eVであり、HOMOは−5.4eVである。
【0063】
キャビティ調整ユニットの第2の電子引き抜き層としては、HAT−CN6を用いている。第2の電子引き抜き層の膜厚は、1〜150nmの範囲が好ましい。
【0064】
第1の発光ユニット上に形成する電子輸送層としては、Alq層とBCP層の積層構造からなる電子輸送層が形成されている。なお、実施例6及び7並びに比較例5においては、BCP層のみから電子輸送層を形成している。
【0065】
電子輸送層の上には、LiO層とAl層の積層構造からなる陰極が形成されている。
【0066】
NPBは、N,N’−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニルベンジジンであり、以下の構造を有している。
【0067】
【化3】

【0068】
HAT−CN6は、ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボンニトリルであり、以下の構造を有している。
【0069】
【化4】

【0070】
TBADNは、2−ターシャリー−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセンであり、以下の構造を有している。
【0071】
【化5】

【0072】
DBzRは、5,12−ビス{4−(6−メチルベンゾチアゾール−2−イル)フェニル}−6,11−ジフェニルナフタセンであり、以下の構造を有している。
【0073】
【化6】

【0074】
TBPは、2,5,8,11−テトラ−ターシャリー−ブチルペリレンであり、以下の構造を有している。
【0075】
【化7】

【0076】
BCPは、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリンであり、以下の構造を有している。
【0077】
【化8】

【0078】
Alqは、トリス−(8−キノリラト)アルミニウム(III)であり、以下の構造を有している。
【0079】
【化9】

【0080】
【表1】

【0081】
〔有機EL素子の評価〕
以上のようにして作製した各有機EL素子について、駆動電圧、発光効率、及び輝度半減寿命を測定した。測定結果を表2に示す。なお、測定結果は、40mA/cmの駆動電流における値である。
【0082】
【表2】

【0083】
表2に示す結果から明らかなように、本発明に従う実施例1〜9においては、駆動電圧が低く、良好な発光効率を示すとともに、輝度半減寿命も長くなっている。
【0084】
キャビティ調整ユニットを設けた実施例1と、キャビティ調整ユニットを設けていない比較例1を比較すると、実施例1は、発光効率において若干比較例1に劣るものの、同程度の駆動電圧で駆動することができ、輝度半減寿命が比較例1よりも長くなっている。従って、駆動電圧を上昇させることなく、また寿命特性を低下させることなく、キャビティ調整ユニットを設けて、キャビティを調整することができる。
【0085】
キャビティ調整ユニットにおけるNPBをAlqに置き換えた比較例2では、駆動電圧が著しく高くなり、輝度半減寿命も著しく短くなっている。
【0086】
また、キャビティ調整ユニットにおけるHAT−CN6をVに代えた比較例4においては、発光効率が低下し、輝度半減寿命が著しく短くなっている。
【0087】
また、実施例6及び7と比較例5との比較、並びに実施例8及び9と比較例6との比較から明らかなように、NPB層の合計の膜厚を大幅に厚くする場合、第1の電子引き抜き層であるHAT−CN6層を適当な間隔おきに複数挿入することにより、駆動電圧を低減できることがわかる。
【0088】
〔有機EL表示装置〕
図2は、本発明に従う実施例のボトムエミッション型の有機EL表示装置を示す断面図である。この有機EL表示装置においては、能動素子としてTFTを用いて各画素における発光を駆動している。なお、能動素子としてダイオードなども用いることができる。また、この有機EL表示装置においては、カラーフィルターが設けられている。この有機EL表示装置は、矢印で示しているように基板17の下方に光を出射して表示するボトムエミッション型の表示装置である。
【0089】
図2を参照して、ガラスなどの透明基板からなる基板17の上には、第1の絶縁層18が設けられている。第1の絶縁層18は、例えばSiO2及びSiNXなどから形成されている。第1の絶縁層18の上には、ポリシリコン層からなるチャネル領域20が形成されている。チャネル領域20の上には、ドレイン電極21及びソース電極23が形成されており、またドレイン電極21とソース電極23の間には、第2の絶縁層19を介してゲート電極22が設けられている。ゲート電極22の上には、第3の絶縁層14が設けられている。第2の絶縁層19は、例えばSiNX及びSiO2から形成されており、第3の絶縁層14は、SiO2及びSiNXから形成されている。
【0090】
第3の絶縁層14の上には、第4の絶縁層15が形成されている。第4の絶縁層15は、例えば、SiNXから形成されている。第4の絶縁層15の上の画素領域の部分には、カラーフィルター層9が設けられている。カラーフィルター層9としては、R(赤)、G(緑)、またB(青)などのカラーフィルターが設けられる。カラーフィルター層9の上には、第1の平坦化膜16が設けられている。ドレイン電極21の上方の第1の平坦化膜16にはスルーホール部が形成され、第1の平坦化膜16の上に形成されているITO(インジウムースズ酸化物)からなるホール注入電極18がスルーホール部内に導入されている。画素領域におけるホール注入電極(陽極)18の上には、ホール注入・輸送ユニット10が形成されている。画素領域以外の部分においては、第2の平坦化膜19が形成されている。
【0091】
ホール注入・輸送ユニット10の上には、積層発光ユニット11が設けられている。積層発光ユニット11は、本発明に従い、第1の発光ユニットと第2の発光ユニットの間に中間ユニットとキャビティ調整ユニットを設けた構造を有している。
【0092】
積層発光ユニット11の上には、電子輸送層12が設けられ、電子輸送層12の上には、電子注入電極(陰極)13が設けられている。
【0093】
以上のように、本実施例の有機EL素子においては、画素領域の上に、ホール注入電極(陽極)8と、ホール注入・輸送ユニット10と、積層発光ユニット11と、電子輸送層12と、電子注入電極(陰極)13とが積層されて有機EL素子が構成されている。
【0094】
本実施例の積層発光ユニット11においては、オレンジ色発光層と青色発光層とを積層した発光ユニットを用いているので、積層発光ユニット11からは白色の発光がなされる。この白色の発光は、基板17を通り外部に出射するが、発光側にカラーフィルター層9が設けられているので、カラーフィルター層9の色に応じて、R、GまたはBの色が出射される。単色で発光する素子の場合、カラーフィルター層9はなくてもよい。
【0095】
図3は本発明に従う実施例のトップエミッション型の有機EL表示装置を示す断面図である。本実施例の有機EL表示装置は、矢印で図示しているように基板17の上方に光を出射して表示するトップエミッション型の有機EL表示装置である。
【0096】
基板17から陽極18までの部分は、図2に示す実施例とほぼ同様にして作製されている。但し、カラーフィルター層9は、第4の絶縁層15の上に設けられておらず、有機EL素子の上方に配置されている。具体的には、ガラスなどからなる透明な封止基板16の上にカラーフィルター層9を取り付け、この上にオーバーコート層15をコーティングし、これを透明接着剤層14を介して陽極18の上に貼り付けることにより取り付けられている。また、本実施例では、陽極と陰極の位置を図2に示す実施例とは逆にしている。
【0097】
陽極18として、透明な電極が形成されており、例えば、膜厚100nm程度のITOと膜厚20nm程度の銀とを積層することにより形成されている。陰極13としては、反射電極が形成されており、例えば、膜厚100nm程度のアルミニウム、クロム、または銀の薄膜が形成されている。オーバーコート層15は、アクリル樹脂などにより厚み1μm程度に形成されている。カラーフィルター層9は、顔料タイプのものであってもよいし染料タイプのものであってもよい。その厚みは1μm程度である。
【0098】
積層発光ユニット11から発光された白色光は、封止基板16を通り外部に出射されるが、発光側にカラーフィルター層9が設けられているので、カラーフィルター層9の色に応じてR、GまたはBの色が出射される。本実施例の有機EL表示装置はトップエミッション型であるので、薄膜トランジスタが設けられている領域も画素領域として用いることができ、図2に示す実施例よりも広い範囲にカラーフィルター層9が設けられている。本実施例によれば、より広い領域を画素領域として用いることができ、開口率を高めることができる。また、複数の発光ユニットを有する発光層の形成も、アクティブマトリックスによる影響を考慮せずに行うことができるので、設計の自由度を高めることができる。
【0099】
上記実施例では、封止基板としてガラス板を用いているが、本発明において封止基板はガラス板に限定されるものではなく、例えば、SiO2などの酸化膜やSiNxなどの窒化膜などの膜状のものも封止基板として用いることができる。この場合、素子上に膜状の封止基板を直接形成できるので、透明接着剤層を設ける必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【0100】
【図1】本発明に従う一実施例における中間ユニット及びキャビティ調整ユニットを構成する各層のLUMO及びHOMOのエネルギーレベルを示す模式図。
【図2】本発明に従う実施例のボトムエミッション型の有機EL表示装置を示す断面図。
【図3】本発明に従う実施例のトップエミッション型の有機EL表示装置を示す断面図。
【符号の説明】
【0101】
1…中間ユニット
2…キャビティ調整層
3…第1の電子引き抜き層
4…電子注入層
5…第1のキャビティ調整層
6…第2の電子引き抜き層
7…電子供給層
8…電子輸送層

【特許請求の範囲】
【請求項1】
陰極と、陽極と、前記陰極及び前記陽極の間に配置される中間ユニットと、前記陰極及び前記中間ユニットの間に配置される第1の発光ユニットと、前記陽極及び前記中間ユニットの間に配置される第2の発光ユニットと、前記中間ユニット及び前記第2の発光ユニットの間に配置され、前記中間ユニットに隣接して設けられるキャビティ調整ユニットとを備え、
前記中間ユニットは、前記キャビティ調整ユニットから電子を引き抜くための第1の電子引き抜き層と、前記第1の電子引き抜き層の陽極側に隣接する電子注入層とを有し、
前記キャビティ調整ユニットは、前記第1の電子引き抜き層の陰極側に隣接して設けられ、前記第1の電子引き抜き層に電子を引き抜かれる第1のキャビティ調整層と、陰極側に隣接する電子供給層から電子を引き抜くための第2の電子引き抜き層とを有し、
前記第1の電子引き抜き層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(B)│と、前記第1のキャビティ調整層の最高被占分子軌道(HOMO)のエネルギーレベルの絶対値│HOMO(A)│が、│HOMO(A)│−│LUMO(B)│≦1.5eVの関係にあり、前記電子注入層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(C)│または仕事関数の絶対値│WF(C)│は、│LUMO(B)│より小さく、
前記第2の電子引き抜き層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(D)│と、前記電子供給層の最高被占分子軌道(HOMO)のエネルギーレベルの絶対値│HOMO(E)│が、│HOMO(E)│−│LUMO(D)│≦1.5eVの関係にあり、前記第1のキャビティ調整層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(A)│と、│LUMO(D)│が、│LUMO(A)│<│LUMO(D)│の関係にあることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項2】
前記電子供給層が、前記第1の発光ユニット内に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項3】
前記電子供給層が、前記キャビティ調整ユニット内に設けられた第2のキャビティ調整層であることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項4】
前記第1及び第2のキャビティ調整層が、ホール輸送性材料から形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項5】
前記ホール輸送性材料が、3級アリールアミン系材料であることを特徴とする請求項4に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項6】
前記キャビティ調整ユニットが、前記第1のキャビティ調整層と前記第2の電子引き抜き層とを組み合わせて複数の繰り返し単位で有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項7】
前記中間ユニット内の前記電子注入層と、前記第2の発光ユニットとの間に電子輸送層が設けられており、
前記電子輸送層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(F)│は、│LUMO(C)│または│WF(C)│より小さいことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項8】
前記第1及び/または第2の電子引き抜き層が、以下に示す構造式で表されるピラジン誘導体から形成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【化1】

(ここで、Arはアリール基を示し、Rは水素、炭素数1〜10のアルキル基、アルキルオキシ基、ジアルキルアミン基、またはF、Cl、Br、IもしくはCNを示す。)
【請求項9】
前記第1及び/または第2の電子引き抜き層が、以下に示す構造式で表されるヘキサアザトリフェニレン誘導体から形成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【化2】

(ここで、Rは水素、炭素数1〜10のアルキル基、アルキルオキシ基、ジアルキルアミン基、またはF、Cl、Br、IもしくはCNを示す。)
【請求項10】
陽極と陰極に挟まれた素子構造を有する有機エレクトロルミネッセント素子と、表示画素毎に対応した表示信号を前記有機エレクトロルミネッセント素子に供給するための能動素子が設けられたアクティブマトリックス駆動基板とを備え、前記有機エレクトロルミネッセント素子を前記アクティブマトリックス駆動基板の上に配置し、前記陰極及び前記陽極のうち前記基板側に設けられる電極を透明電極としたボトムエミッション型の有機エレクトロルミネッセント表示装置であって、
前記有機エレクトロルミネッセント素子が、前記陰極と、前記陽極と、前記陰極及び前記陽極の間に配置される中間ユニットと、前記陰極及び前記中間ユニットの間に配置される第1の発光ユニットと、前記陽極及び前記中間ユニットの間に配置される第2の発光ユニットと、前記中間ユニット及び前記第2の発光ユニットの間に配置され、前記中間ユニットに隣接して設けられるキャビティ調整ユニットとを備え、
前記中間ユニットは、前記キャビティ調整ユニットから電子を引き抜くための第1の電子引き抜き層と、前記第1の電子引き抜き層の陽極側に隣接する電子注入層とを有し、
前記キャビティ調整ユニットは、前記第1の電子引き抜き層の陰極側に隣接して設けられ、前記第1の電子引き抜き層に電子を引き抜かれる第1のキャビティ調整層と、陰極側に隣接する電子供給層から電子を引き抜くための第2の電子引き抜き層とを有し、
前記第1の電子引き抜き層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(B)│と、前記第1のキャビティ調整層の最高被占分子軌道(HOMO)のエネルギーレベルの絶対値│HOMO(A)│が、│HOMO(A)│−│LUMO(B)│≦1.5eVの関係にあり、前記電子注入層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(C)│または仕事関数の絶対値│WF(C)│は、│LUMO(B)│より小さく、
前記第2の電子引き抜き層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(D)│と、前記電子供給層の最高被占分子軌道(HOMO)のエネルギーレベルの絶対値│HOMO(E)│が、│HOMO(E)│−│LUMO(D)│≦1.5eVの関係にあり、前記第1のキャビティ調整層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(A)│と、│LUMO(D)│が、│LUMO(A)│<│LUMO(D)│の関係にあることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント表示装置。
【請求項11】
前記有機エレクトロルミネッセント素子が白色発光素子であり、前記有機エレクトロルミネッセント素子と前記基板との間に、カラーフィルターが配置されていることを特徴とする請求項10に記載の有機エレクトロルミネッセント表示装置。
【請求項12】
陽極と陰極に挟まれた素子構造を有する有機エレクトロルミネッセント素子と、表示画素毎に対応した表示信号を前記有機エレクトロルミネッセント素子に供給するための能動素子が設けられたアクティブマトリックス駆動基板と、該アクティブマトリックス駆動基板と対向して設けられる透明な封止基板とを備え、前記有機エレクトロルミネッセント素子を前記アクティブマトリックス駆動基板と前記封止基板の間に配置し、前記陰極及び前記陽極のうち前記封止基板側に設けられる電極を透明電極としたトップエミッション型の有機エレクトロルミネッセント表示装置であって、
前記有機エレクトロルミネッセント素子が、前記陰極と、前記陽極と、前記陰極及び前記陽極の間に配置される中間ユニットと、前記陰極及び前記中間ユニットの間に配置される第1の発光ユニットと、前記陽極及び前記中間ユニットの間に配置される第2の発光ユニットと、前記中間ユニット及び前記第2の発光ユニットの間に配置され、前記中間ユニットに隣接して設けられるキャビティ調整ユニットとを備え、
前記中間ユニットは、前記キャビティ調整ユニットから電子を引き抜くための第1の電子引き抜き層と、前記第1の電子引き抜き層の陽極側に隣接する電子注入層とを有し、
前記キャビティ調整ユニットは、前記第1の電子引き抜き層の陰極側に隣接して設けられ、前記第1の電子引き抜き層に電子を引き抜かれる第1のキャビティ調整層と、陰極側に隣接する電子供給層から電子を引き抜くための第2の電子引き抜き層とを有し、
前記第1の電子引き抜き層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(B)│と、前記第1のキャビティ調整層の最高被占分子軌道(HOMO)のエネルギーレベルの絶対値│HOMO(A)│が、│HOMO(A)│−│LUMO(B)│≦1.5eVの関係にあり、前記電子注入層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(C)│または仕事関数の絶対値│WF(C)│は、│LUMO(B)│より小さく、
前記第2の電子引き抜き層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(D)│と、前記電子供給層の最高被占分子軌道(HOMO)のエネルギーレベルの絶対値│HOMO(E)│が、│HOMO(E)│−│LUMO(D)│≦1.5eVの関係にあり、前記第1のキャビティ調整層の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの絶対値│LUMO(A)│と、│LUMO(D)│が、│LUMO(A)│<│LUMO(D)│の関係にあることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント表示装置。
【請求項13】
前記有機エレクトロルミネッセント素子が白色発光素子であり、前記有機エレクトロルミネッセント素子と前記封止基板との間に、カラーフィルターが配置されていることを特徴とする請求項12に記載の有機エレクトロルミネッセント表示装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2007−149605(P2007−149605A)
【公開日】平成19年6月14日(2007.6.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−345887(P2005−345887)
【出願日】平成17年11月30日(2005.11.30)
【出願人】(000001889)三洋電機株式会社 (18,308)
【Fターム(参考)】