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】 複数の発光ユニットを積層した有機エレクトロルミネッセント素子において、各発光ユニット内での膜厚を変えずに容易にキャビティを調整す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１０と、陽極１と、陰極１０及び陽極１の間に中間ユニット６を介して積層される複数の発光ユニット５及び７と、陽極１に最も近い発光ユニット５と陽極１の間に設けられるキャビティ調整層３と、キャビティ調整層に隣接して発光ユニット５側に設けられる電子引き抜き層４とを備え、キャビティ調整層３の膜厚を調整することにより、各発光ユニット５及び７の発光位置から陽極１までの光学的距離が調整されていることを特徴としている。
【解決手段】 陰極１０と、陽極１と、陰極１０及び陽極１の間に中間ユニット６を介して積層される複数の発光ユニット５及び７と、陽極１に最も近い発光ユニット５と陽極１の間に設けられるキャビティ調整層３と、キャビティ調整層に隣接して発光ユニット５側に設けられる電子引き抜き層４とを備え、キャビティ調整層３の膜厚を調整することにより、各発光ユニット５及び７の発光位置から陽極１までの光学的距離が調整されてい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。しかしながら、有機ＥＬ素子内のキャリアの移動は、電極と有機薄膜間のエネルギー障壁や、有機薄膜内のキャリア移動度の低さにより制限を受けるため、発光効率の向上にも限界がある。
【０００３】
一方、発光効率を向上させる他の方法として、複数の発光層を積層する方法が挙げられる。例えば、補色関係にあるオレンジ色発光層と青色発光層とを直接接するように積層することにより、１層の場合より高い発光効率を得ることができる場合がある。例えば、青色発光層の発光効率が１０ｃｄ／Ａであり、オレンジ色発光層の発光効率が８ｃｄ／Ａである場合に、これらを積層して白色発光素子とした場合に、１５ｃｄ／Ａの発光効率が得られている。
【０００４】
しかしながら、複数の発光層を積層した場合、発光領域が複数存在するため、キャビティ調整が困難になるという問題があった。すなわち、発光層からの光には、陽極側に出射される光と、陰極側に出射される光があり、陰極は一般に反射性電極から形成されるため、陰極側に出射された光は、陰極で反射し陽極側に出射される。このように、有機ＥＬ素子においては、二重経路による光学干渉が存在するため、素子内の光学的距離を調整し、素子から出射される光の量を高めることが設計上重要となる。
【０００５】
特許文献１及び特許文献２においては、複数の発光ユニットを積層した有機ＥＬ素子において、各発光ユニットごとにそれぞれの光学的膜厚を調整することにより、上記のキャビティ調整を行っている。しかしながら、各発光ユニットごとに、発光ユニットを構成する層の厚みを調整すると、各発光ユニットにおけるキャリアバランスが変化し、素子特性自体が大きく変化してしまい、所望の特性が得られないという問題があった。
【特許文献１】特開２００３−２７２８６０号公報
【特許文献２】特開２００４−３４２６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、複数の発光ユニットを積層した有機ＥＬ素子において、各発光ユニット内での膜厚を変えずに、容易にキャビティを調整することができる有機ＥＬ素子及びそれを用いた有機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】
【０００７】
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中間ユニットを介して配置される複数の発光ユニットとを備え、陽極に最も近い発光ユニットと陽極の間に、各発光ユニットの発光位置から陽極までの光学的距離を調整するキャビティ調整層と、キャビティ調整層に隣接して発光ユニット側に設けられる電子引き抜き層とをさらに備えることを特徴としている。
【０００８】
本発明においては、陽極に最も近い発光ユニットと陰極の間にキャビティ調整層が設けられており、キャビティ調整層の膜厚を調整することにより、各発光ユニットの発光位置から陽極までの光学的距離を調整することができる。このため、各発光ユニット内の膜厚を変化させることなく、キャビティを調整することができる。このため、素子特性に大きな変化を与えることなくキャビティを調整することができる。従って、本発明によれば、各発光ユニットの発光位置から透明電極である陽極側に出射されたときの光路と、陰極側に出射され、反射性電極である陰極に反射され陽極側に向かう光路による光学干渉を調整することができ、素子からの光抽出量を高めることができる。
【０００９】
本発明においては、キャビティ調整層の発光ユニット側に、キャビティ調整層に隣接して電子引き抜き層が設けられている。この電子引き抜き層は、発光ユニット側に隣接する層から電子を引き抜き、これにより発生したホールを発光ユニット側に供給するとともに、引き抜いた電子を陽極側に供給する。この電子引き抜き層に隣接する層は、発光ユニット内の層であってもよいし、発光ユニットに含まれない層であってもよい。すなわち、電子引き抜き層は発光ユニットに隣接してもよいし、発光ユニット以外の層に隣接していてもよい。
【００１０】
キャビティ調整層の発光ユニット側に電子引き抜き層を設けることにより、有機ＥＬ素子の寿命特性を長くすることができる。
【００１１】
本発明においては、キャビティ調整層の膜厚を調整することにより、各発光ユニットの発光位置から陽極までの光学的距離を調整している。このため、キャビティ調整層を構成する材料は、膜厚の変化による発光特性への影響が少ない材料であることが好ましい。一般に、有機ＥＬ素子を構成する有機層の膜厚が厚くなると、駆動電圧が増大したり、発光効率が低下したりする。このような影響を低減する観点から、本発明におけるキャビティ調整層を構成する材料は、キャリア移動度が１×１０-6ｃｍ2／Ｖｓ以上である材料が好ましく、さらに好ましくは、１×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上のキャリア移動度を有する材料が用いられる。本発明におけるキャビティ調整層は、ホール輸送性材料から形成されることが好ましく、従って、そのホール移動度は、１×１０-6ｃｍ2／Ｖｓ以上であることが好ましく、さらに好ましくは１×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上である。キャリア移動度は、Time of Flight法により測定することができる。
【００１２】
また、本発明におけるキャビティ調整層は、発光ユニットからの光を外部に放出する際、損失なく外部に取り出すことができるようにするため、その屈折率は、他の有機層と整合性を考慮し、１．６〜１．８の範囲内であることが好ましい。屈折率は、例えば、シリコン基板上に膜厚１００ｎｍの測定対象の薄膜を形成し、エリプソメーターで測定することができる。エリプソメーターの光源としては、例えば、出力１ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザー（波長６３２．８ｎｍ）を用いることができる。
【００１３】
また、本発明におけるキャビティ調整層を構成する材料は、１μｍの膜厚で、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の可視光を５０％以上透過する材料であることが好ましい。これにより、各発光ユニットからの光が、キャビティ調整層で吸収され、大幅に減衰するのを防止することができる。
【００１４】
本発明におけるキャビティ層は、上述のように、例えばホール輸送性材料から形成することができる。このようなホール輸送性材料としては、アリールアミン系ホール輸送性材料を挙げることができる。
【００１５】
また、本発明においては、キャビティ調整層に隣接して陽極側に第２の電子引き抜き層が設けられていてもよい。陽極側に第２の電子引き抜き層を設けることにより、有機ＥＬ素子の耐熱性及び耐光性を向上させることができる。
【００１６】
本発明における電子引き抜き層は、例えば、以下に示す構造式で表わされるピラジン誘導体から形成することができる。
【００１７】
【化１】
【００１８】
（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。）
【００１９】
本発明において、さらに好ましくは、以下に示す構造式で表わされるヘキサアザトリフェニレン誘導体から電子引き抜き層を形成することができる。
【００２０】
【化２】
【００２１】
（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。）
【００２２】
本発明の有機ＥＬ素子においては、陰極及び陽極の間に、複数の発光ユニットが設けられている。これら複数の発光ユニットは、中間ユニットを介して積層されている。中間ユニットとしては、陰極側に隣接する隣接層から電子を引き抜くための電子引き抜き層と、電子引き抜き層の陽極側に隣接する電子注入層を有するものであることが好ましい。また、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（Ａ）│と、隣接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（Ｂ）│が、│ＨＯＭＯ（Ｂ）│−│ＬＵＭＯ（Ａ）│≦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（Ａ）｜より小さいことが好ましい。
【００２３】
中間ユニットは、中間ユニット内に設けられた電子引き抜き層による隣接層からの電子の引き抜きにより発生したホールを陰極側に位置する発光ユニットに供給するとともに、引き抜いた電子を電子注入層を介して陽極側に位置する発光ユニットに供給する。
【００２４】
以下、中間ユニットの説明において、陰極側に位置する発光ユニットを第１の発光ユニット、陽極側に位置する発光ユニットを第２の発光ユニットとして説明する。
【００２５】
上述のように、中間ユニットにおいて、隣接層のＨＯＭＯのエネルギーレベルの絶対値│ＨＯＭＯ（Ｂ）│と、電子引き抜き層のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ａ）│とは、│ＨＯＭＯ（Ｂ）│−│ＬＵＭＯ（Ａ）│≦１．５ｅＶの関係にあり、電子引き抜き層のＬＵＭＯのエネルギーレベルは、隣接層のＨＯＭＯのエネルギーレベルに近い値となっていることが好ましい。これにより、電子引き抜き層は隣接層から電子を引き抜くことができる。この隣接層からの電子の引き抜きにより、隣接層にはホールが発生する。隣接層が第１の発光ユニット内に設けられている場合には、第１の発光ユニットにホールが発生する。また、隣接層が電子引き抜き層と第１の発光ユニットの間に設けられている場合、すなわち中間ユニット内に設けられている場合には、隣接層に発生したホールが、第１の発光ユニットに供給される。第１の発光ユニットに供給されたホールは、陰極からの電子と再結合し、これによって第１の発光ユニットが発光する。
【００２６】
一方、電子引き抜き層に引き抜かれた電子は、電子注入層に移動し、電子注入層から第２の発光ユニットに供給され、陽極から供給されたホールと再結合し、これによって第２の発光ユニットが発光する。
【００２７】
また中間ユニットにおいて、電子引き抜き層が隣接層から電子を引き抜くためには、電子引き抜き層のＬＵＭＯのエネルギーレベルが、隣接層のＬＵＭＯのエネルギーレベルよりも、隣接層のＨＯＭＯのエネルギーレベルに近いことが好ましい。すなわち、隣接層のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｂ）│は、以下の関係を満足することが好ましい。
│ＨＯＭＯ（Ｂ）│−│ＬＵＭＯ（Ａ）│＜│ＬＵＭＯ（Ａ）│−│ＬＵＭＯ（Ｂ）│
【００２８】
また、電子引き抜き層として用いる材料のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値は、一般に隣接層のＨＯＭＯをエネルギーレベルの絶対値よりも小さいので、このような場合、それぞれのエネルギーレベルの絶対値は、以下の関係式で示される。
０ｅＶ＜│ＨＯＭＯ（Ｂ）│−│ＬＵＭＯ（Ａ）│≦１．５ｅＶ
【００２９】
電子注入層の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、電子引き抜き層のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜より小さいことが好ましく、これにより、電子引き抜き層より引き抜かれた電子は、電子注入層に移動し、電子注入層から第２の発光ユニットに供給される。
【００３０】
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は、電子輸送層が設けられることが好ましい。電子輸送層のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｄ）｜は、電子注入層の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）｜より小さいことが好ましい。電子輸送層が設けられている場合には、電子注入層に移動した電子は、電子輸送層を通り第２の発光ユニットに供給される。従って、中間ユニットは、電子引き抜き層が引き抜いた電子を電子注入層及び電子輸送層を介して第２の発光ユニットに供給する。
【００３１】
中間ユニットにおける電子引き抜き層は、上記本発明のキャビティ調整層に隣接して設けられる電子引き抜き層と同様の材料から形成することができる。すなわち、上記構造式で表わされるピラジン誘導体から形成することができ、さらに好ましくは上記構造式で表わされるヘキサアザトリフェニレン誘導体から形成することができる。
【００３２】
また、中間ユニット内の電子注入層は、例えば、Ｌｉ及びＣｓなどのアルカリ金属、Ｌｉ2Ｏなどのアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属酸化物などから形成することが好ましい。
【００３３】
また、中間ユニット内の電子輸送層は、有機ＥＬ素子において一般に電子輸送性材料として用いられている材料から形成することができる。例えば、Ｔｒｉｓ（８−ｑｕｉｎｏｌｉｎａｔｅ）ａｌｕｍｉｎｕｍ誘導体などのキレート金属錯体、あるいはｏ−またはｍ−またはｐ−ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ誘導体、あるいはシロール誘導体、あるいはオキサジアゾール誘導体、あるいはトリアゾール誘導体等を挙げることができる。
【００３４】
本発明における発光ユニットは、それぞれ単一の発光層から形成されていてもよいし、複数の発光層を直接接するように積層して構成されていてもよい。例えば、青色発光層とオレンジ色発光層を積層した白色発光ユニットであってもよい。
【００３５】
また、本発明における発光ユニットを構成する発光層は、ホスト材料とドーパント材料から形成されていることが好ましい。必要に応じてキャリア輸送性の第２のドーパント材料が含有されていてもよい。ドーパント材料としては、一重項発光材料であってもよいし、三重項発光材料（燐光発光材料）であってもよい。
【００３６】
本発明に従う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中間ユニットを介して配置される複数の発光ユニットと、陽極に最も近い発光ユニットと陽極の間に設けられるキャビティ調整層と、キャビティ調整層に隣接して発光ユニット側に設けられる電子引き抜き層とを備え、キャビティ調整層の膜厚を調整することにより、各発光ユニットの発光位置から陽極までの光学的距離が調整されてい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である。
【００３７】
本発明に従う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中間ユニットを介して配置される複数の発光ユニットと、陽極に最も近い発光ユニットと陽極の間に設けられるキャビティ調整層と、キャビティ調整層に隣接して発光ユニット側に設けられる電子引き抜き層とを備え、キャビティ調整層の膜厚を調整することにより、各発光ユニットの発光位置から陽極までの光学的距離が調整されてい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である。
【００３８】
有機エレクトロルミネッセント素子が白色発光の素子である場合、カラーフィルターが配置されていることが好ましい。ボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置の場合、アクティブマトリックス駆動基板と有機ＥＬ素子の間にカラーフィルターが配置されていることが好ましい。また、トップエミッション型の有機ＥＬ表示装置の場合、封止基板と有機ＥＬ素子の間にカラーフィルターが配置されていることが好ましい。
【００３９】
トップエミッション型の表示装置の場合、有機ＥＬ素子で発光した光は、アクティブマトリックスが設けられている側と反対側の封止基板から出射される。一般にアクティブマトリックス回路は多数の層を積層して形成するものであり、ボトムエミッション型の場合はこのようなアクティブマトリックス駆動基板の存在により出射光が減衰するが、トップエミッション型の場合、このようなアクティブマトリックス回路による影響を受けることなく光を出射することができる。
【００４０】
本発明の発光装置は、上記本発明の有機エレクトロルミネッセント素子を用いたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の有機ＥＬ素子は、複数の発光ユニットを積層した有機ＥＬ素子であって、各発光ユニット内での膜厚を変えずに、容易にキャビティを調整することができる。従って、所望の発光色を有し、かつ有機ＥＬからの光抽出量が高い有機ＥＬ素子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】
図１は、本発明に従う有機ＥＬ素子を示す模式的断面図である。ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜からなる陽極１は、ガラス基板の上に形成されており、陽極１の上に、フルオロカーボン（ＣＦｘ）層からなるホール注入層２が形成されている。
【００４３】
ホール注入層２の上には、ＮＰＢなどのホール輸送性材料からなるキャビティ調整層３が形成されている。キャビティ調整層３の上には、電子引き抜き層４が形成されている。
【００４４】
電子引き抜き層４の上には、第１の発光ユニット５及び第２の発光ユニット７が設けられており、第１の発光ユニット５と第２の発光ユニット７の間に中間ユニット６が設けられている。第１の発光ユニット５は、オレンジ色発光層５ｂの上に青色発光層５ａを積層することにより構成されており、第２の発光ユニット７も同様に、オレンジ色発光層７ｂの上に青色発光層７ａを積層することにより構成されている。従って、第１の発光ユニット５及び第２の発光ユニット７は白色発光のユニットである。
【００４５】
中間ユニット６は、青色発光層５ａ上に設けられる電子輸送層６ｃと、電子輸送層６ｃ上に設けられる電子注入層６ｂと、電子注入層６ｂ上に設けられる電子引き抜き層６ａから構成されている。
【００４６】
第２の発光ユニット７の上には、電子輸送層８が設けられており、電子輸送層８の上には電子注入層９が設けられている。電子注入層９の上には陰極１０が設けられている。
【００４７】
図１に示す実施例において、第１の発光ユニット５からの発光は陽極１に向かって出射されるとともに、陰極１０に向かっても出射される。陰極１０に出射された光は、陰極１０が反射性電極から形成されているため、陰極１０の表面で反射し、陽極１側に向かう。また、第２の発光ユニット７において発光した光も陽極１側に出射されるとともに、陰極１０側に出射され、陰極１０の表面で反射された光が陽極１側に向かう。
【００４８】
従って、これらの光の干渉を調整して、有機ＥＬ素子から出射される光の量を高めるためには、キャビティを調整する必要がある。本発明においては、キャビティ調整層３が設けられているので、キャビティ調整層３の膜厚を調整することにより、第１の発光ユニット５及び第２の発光ユニット７の各発光位置から陽極１までの光学的距離を調整することができ、容易にキャビティの調整を行うことができる。
【００４９】
本実施例では、第１の発光ユニット５と第２の発光ユニット７の間に中間ユニット６が設けられている。中間ユニット６の電子引き抜き層６ａは、隣接するオレンジ色発光層７ｂから電子を引き抜き、これにより発生したホールを第２の発光ユニット７側に供給するとともに、引き抜いた電子を電子注入層６ｂ及び電子輸送層６ｃを介して第１の発光ユニット５に供給する。第２の発光ユニット７に供給されたホールは、陰極１０から供給された電子と再結合することにより、第２の発光ユニット７が発光する。また、第１の発光ユニット５に供給された電子は、陽極１から供給されたホールと再結合し、第１の発光ユニット５が発光する。従って、中間ユニット６を設けることにより、第１の発光ユニット５及び第２の発光ユニット７を効率良く発光させることができる。
【００５０】
キャビティ調整層３に隣接して第１の発光ユニット５側に電子引き抜き層４が設けられている。電子引き抜き層４を設けることにより、後述するように素子の寿命特性を向上させることができる。
【００５１】
また、本発明においては、陰極側に第２の電子引き抜き層を設けてもよい。すなわち、キャビティ調整層３に隣接してホール注入層２側に第２の電子引き抜き層を設けてもよい。第２の電子引き抜き層を設けることにより、素子の耐熱性及び耐光性を向上させることができる。
【００５２】
〔白色発光素子の作製〕（実施例１〜７及び参考例１〜５）
図１を参照して説明した構造を有する実施例１〜７及び参考例１〜５の有機ＥＬ素子を作製した。各層の組成は表１に示す通りである。
【００５３】
【表１】
【００５４】
ホール注入層であるフルオロカーボン層は、ＣＨＦ3ガスのプラズマ重合により形成し。フルオロカーボン層の厚みは１ｎｍとした。
【００５５】
キャビティ調整層は、表２に示すように、ＮＰＢから形成した。ＮＰＢはＮ，Ｎ′−ジ（ナフタセン−１−イル）−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。
【００５６】
【化３】
【００５７】
第１の電子引き抜き層及び第２の電子引き抜き層は、ＨＡＴ−ＣＮ６から形成した。ＨＡＴ−ＣＮ６は、ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボニトリルであり、以下の構造を有している。
【００５８】
【化４】
【００５９】
キャビティ調整層並びに第１及び第２の電子引き抜き層は、表２に示す膜厚となるように形成した。なお、単位はｎｍである。
【００６０】
第１の発光ユニット及び第２の発光ユニットは、表１に示すように、オレンジ色発光層の上に青色発光層を積層することにより構成している。
【００６１】
オレンジ色発光層は、ホール輸送性材料であるＮＰＢをホスト材料として８０重量％用い、ＴＢＡＤＮを２０重量％用い、オレンジ色発光ドーパントであるＤＢｚＲをＮＰＢとＴＢＡＤＮの合計１００重量％に対して３重量％用いて形成している。但し、この場合、ＴＢＡＤＮは、ホスト材料からの励起エネルギーをオレンジ発光ドーパントであるＤＢｚＲに受け渡すエネルギー移動補助ドーパントとして機能する。ここで、エネルギー移動補助ドーパントとは、ＬＵＭＯ（最低空分子軌道）レベル及びエネルギーギャップが、ホストと発光ドーパントの間の値を持つ材料のことであり、ホストからの励起エネルギーを効率良く発光ドーパントに受け渡す役割を持つドーパントのことを示す。
【００６２】
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。
【００６３】
【化５】
【００６４】
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。
【００６５】
【化６】
【００６６】
青色発光層は、電子輸送性材料であるＴＢＡＤＮをホスト材料として用い、ＮＰＢをキャリア移動補助ドーパントとして用い、ＴＢＰを青色発光ドーパントとして用いている。ＴＢＡＤＮの含有量は８０重量％であり、ＮＰＢの含有量は２０重量％であり、ＴＢＰの含有量はＴＢＡＤＮとＮＰＢの合計１００重量％に対して２．５重量％である。ここで、キャリア移動補助ドーパントとは、ホスト材料に比べて補助すべきキャリアの移動度が高い材料であり、一方のキャリアの注入を促進し、発光層内での両キャリア密度を均衝させて再結合確率を高めることで、発光効率を高める役割を持つドーパントのことを示す。この場合、電子輸送性材料であるＴＢＡＤＮ中に、ＴＢＡＤＮよりもホール輸送移動度の高いＮＰＢを含有させることで、ＮＰＢは青色発光層内でのホールの移動を補助し、発光効率を高める役割を担っている。
【００６７】
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。
【００６８】
【化７】
【００６９】
電子輸送層は、ＢＣＰから形成されている。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。
【００７０】
【化８】
【００７１】
中間ユニットは、表１に示すように、電子輸送層をＢＣＰから形成し、電子注入層をＬｉ2Ｏから形成し、電子引き抜き層をＨＡＴ−ＣＮ６から形成している。
【００７２】
電子注入層は、ＬｉＦから形成し、陰極はＡｌから形成している。
【００７３】
各層の厚みは表１及び表２に示す通りである。なお、単位はｎｍである。
【００７４】
実施例１〜７及び参考例１〜６の各有機ＥＬ素子の駆動電圧、色度、及び発光効率を表２に示す。
【００７５】
【表２】
【００７６】
表２に示すように、キャビティ調整層の膜厚を増加させると、駆動電圧が若干高くなり、発光効率が若干低下する傾向にあるが、色度に与える影響が少ないことがわかる。従って、従来の各発光ユニットの膜厚を変化させる場合に比べ、キャビティの調整が容易であることがわかる。
【００７７】
図２は、実施例１〜２及び参考例１〜４の駆動時間と発光強度との関係を示す図である。図２に示すように、第１の電子引き抜き層を設けた実施例１〜２及び参考例４は、第１の電子引き抜き層を設けていない参考例１〜３に比べ、長い駆動時間で高い発光強度が得られており、寿命特性が向上していることがわかる。従って、第１の電子引き抜き層を設けることにより、寿命特性が向上することがわかる。
【００７８】
図３は、キャビティ調整層の膜厚と駆動電圧との関係を示す図である。図３に示す結果からキャビティ調整層の膜厚としては、１０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内であることが好ましいと考えられる。
【００７９】
図４は、本発明に従う一実施例の有機ＥＬ表示装置を示す断面図である。この有機ＥＬ表示層においては、能動素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いて、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、及びＢ（青色）の各画素における発光を駆動している。図４を参照して、ポリシリコン層からなるチャネル領域１１は、図示されないガラスなどの透明基板の上に形成されている。チャネル領域１１の上には、ドレイン電極１２ｄ及びソース電極１２ｓが形成されており、ドレイン電極１２ｄとソース電極１２ｓの間には、ゲート絶縁膜１３を介してゲート電極１４が設けられている。ゲート電極１４の上には、絶縁層１５が設けられている。各絶縁層は、ＳｉＮX及び／またはＳｉＯ2などから形成されている。
【００８０】
ドレイン電極１２ｄ及びソース電極１２ｓの上には、第１の平坦化膜１６が形成されている。ドレイン電極１２ｄ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膜からなる陽極１がスルーホール部内に導入されている。画素領域における陽極１の上には、ホール注入層２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１７が形成されている。
【００８１】
ホール注入層２の上には、本発明に従い、キャビティ調整層３及び電子引き抜き層４が形成されている。キャビティ層３及び電子引き抜き層４は、図４において１つの層として図示されている。図４に示すように、キャビティ調整層３及び電子引き抜き層４は、ＲＧＢの各画素毎に独立して形成されている。これは、ＲＧＢの各画素において、キャビティ調整層の最適膜厚が異なるためであり、それぞれＲＧＢの各画素毎に個別に形成することが好ましいからである。
【００８２】
各画素のキャビティ調整層３及び電子引き抜き層４の上に、第１の発光ユニット５、中間ユニット６、第２の発光ユニット７がそれぞれ各画素毎に独立して形成されている。第２の発光ユニット７の上には、電子輸送層８が形成されている。電子輸送層８は、各画素毎に独立して積層されたキャビティ調整層３、電子引き抜き層４、第１の発光ユニット５、中間ユニット６、及び第２の発光ユニット７の間の溝を埋めるように形成されている。
【００８３】
電子輸送層８の上には、電子注入層９及び陰極１０が形成されている。図４において、電子注入層９及び陰極１０は１つの層として図示されている。陰極１０の上には、保護層１８が形成されている。
【００８４】
図４に示すように、各画素毎に形成されたキャビティ調整層３の膜厚を各画素毎に適宜調整することにより、各画素におけるキャビティを調整することができる。
【００８５】
図４に示す実施例は、基板側に向かって光が出射されるボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置であるが、陽極２と陰極１０の位置の上下関係を逆にし、陰極１０の上に、電子注入層９、電子輸送層８、第２の発光ユニット７、中間ユニット６、第１の発光ユニット５、電子引き抜き層４、及びキャビティ調整層３を順次積層することにより、基板と反対側に光を出射するトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置とすることができる。
【００８６】
また、図４に示す有機ＥＬ表示装置では、画素領域を設け、表示装置としているが、発光層を全体に設けることにより、バックライト光源などの有機ＥＬ発光装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明に従う一実施例の有機ＥＬ素子を示す模式的断面図。
【図２】本発明に従う実施例及び参考例の駆動時間と発光強度との関係を示す図。
【図３】キャビティ調整層の膜厚と駆動電圧との関係を示す図。
【図４】本発明に従う一実施例の有機ＥＬ表示装置を示す図。
【符号の説明】
【００８８】
１…陽極
２…ホール注入層
３…キャビティ調整層
４…電子引き抜き層
５…第１の発光ユニット
６…中間ユニット
７…第２の発光ユニット
８…電子輸送層
９…電子注入層
１０…陰極
【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。しかしながら、有機ＥＬ素子内のキャリアの移動は、電極と有機薄膜間のエネルギー障壁や、有機薄膜内のキャリア移動度の低さにより制限を受けるため、発光効率の向上にも限界がある。
【０００３】
一方、発光効率を向上させる他の方法として、複数の発光層を積層する方法が挙げられる。例えば、補色関係にあるオレンジ色発光層と青色発光層とを直接接するように積層することにより、１層の場合より高い発光効率を得ることができる場合がある。例えば、青色発光層の発光効率が１０ｃｄ／Ａであり、オレンジ色発光層の発光効率が８ｃｄ／Ａである場合に、これらを積層して白色発光素子とした場合に、１５ｃｄ／Ａの発光効率が得られている。
【０００４】
しかしながら、複数の発光層を積層した場合、発光領域が複数存在するため、キャビティ調整が困難になるという問題があった。すなわち、発光層からの光には、陽極側に出射される光と、陰極側に出射される光があり、陰極は一般に反射性電極から形成されるため、陰極側に出射された光は、陰極で反射し陽極側に出射される。このように、有機ＥＬ素子においては、二重経路による光学干渉が存在するため、素子内の光学的距離を調整し、素子から出射される光の量を高めることが設計上重要となる。
【０００５】
特許文献１及び特許文献２においては、複数の発光ユニットを積層した有機ＥＬ素子において、各発光ユニットごとにそれぞれの光学的膜厚を調整することにより、上記のキャビティ調整を行っている。しかしながら、各発光ユニットごとに、発光ユニットを構成する層の厚みを調整すると、各発光ユニットにおけるキャリアバランスが変化し、素子特性自体が大きく変化してしまい、所望の特性が得られないという問題があった。
【特許文献１】特開２００３−２７２８６０号公報
【特許文献２】特開２００４−３４２６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、複数の発光ユニットを積層した有機ＥＬ素子において、各発光ユニット内での膜厚を変えずに、容易にキャビティを調整することができる有機ＥＬ素子及びそれを用いた有機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】
【０００７】
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中間ユニットを介して配置される複数の発光ユニットとを備え、陽極に最も近い発光ユニットと陽極の間に、各発光ユニットの発光位置から陽極までの光学的距離を調整するキャビティ調整層と、キャビティ調整層に隣接して発光ユニット側に設けられる電子引き抜き層とをさらに備えることを特徴としている。
【０００８】
本発明においては、陽極に最も近い発光ユニットと陰極の間にキャビティ調整層が設けられており、キャビティ調整層の膜厚を調整することにより、各発光ユニットの発光位置から陽極までの光学的距離を調整することができる。このため、各発光ユニット内の膜厚を変化させることなく、キャビティを調整することができる。このため、素子特性に大きな変化を与えることなくキャビティを調整することができる。従って、本発明によれば、各発光ユニットの発光位置から透明電極である陽極側に出射されたときの光路と、陰極側に出射され、反射性電極である陰極に反射され陽極側に向かう光路による光学干渉を調整することができ、素子からの光抽出量を高めることができる。
【０００９】
本発明においては、キャビティ調整層の発光ユニット側に、キャビティ調整層に隣接して電子引き抜き層が設けられている。この電子引き抜き層は、発光ユニット側に隣接する層から電子を引き抜き、これにより発生したホールを発光ユニット側に供給するとともに、引き抜いた電子を陽極側に供給する。この電子引き抜き層に隣接する層は、発光ユニット内の層であってもよいし、発光ユニットに含まれない層であってもよい。すなわち、電子引き抜き層は発光ユニットに隣接してもよいし、発光ユニット以外の層に隣接していてもよい。
【００１０】
キャビティ調整層の発光ユニット側に電子引き抜き層を設けることにより、有機ＥＬ素子の寿命特性を長くすることができる。
【００１１】
本発明においては、キャビティ調整層の膜厚を調整することにより、各発光ユニットの発光位置から陽極までの光学的距離を調整している。このため、キャビティ調整層を構成する材料は、膜厚の変化による発光特性への影響が少ない材料であることが好ましい。一般に、有機ＥＬ素子を構成する有機層の膜厚が厚くなると、駆動電圧が増大したり、発光効率が低下したりする。このような影響を低減する観点から、本発明におけるキャビティ調整層を構成する材料は、キャリア移動度が１×１０-6ｃｍ2／Ｖｓ以上である材料が好ましく、さらに好ましくは、１×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上のキャリア移動度を有する材料が用いられる。本発明におけるキャビティ調整層は、ホール輸送性材料から形成されることが好ましく、従って、そのホール移動度は、１×１０-6ｃｍ2／Ｖｓ以上であることが好ましく、さらに好ましくは１×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上である。キャリア移動度は、Time of Flight法により測定することができる。
【００１２】
また、本発明におけるキャビティ調整層は、発光ユニットからの光を外部に放出する際、損失なく外部に取り出すことができるようにするため、その屈折率は、他の有機層と整合性を考慮し、１．６〜１．８の範囲内であることが好ましい。屈折率は、例えば、シリコン基板上に膜厚１００ｎｍの測定対象の薄膜を形成し、エリプソメーターで測定することができる。エリプソメーターの光源としては、例えば、出力１ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザー（波長６３２．８ｎｍ）を用いることができる。
【００１３】
また、本発明におけるキャビティ調整層を構成する材料は、１μｍの膜厚で、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の可視光を５０％以上透過する材料であることが好ましい。これにより、各発光ユニットからの光が、キャビティ調整層で吸収され、大幅に減衰するのを防止することができる。
【００１４】
本発明におけるキャビティ層は、上述のように、例えばホール輸送性材料から形成することができる。このようなホール輸送性材料としては、アリールアミン系ホール輸送性材料を挙げることができる。
【００１５】
また、本発明においては、キャビティ調整層に隣接して陽極側に第２の電子引き抜き層が設けられていてもよい。陽極側に第２の電子引き抜き層を設けることにより、有機ＥＬ素子の耐熱性及び耐光性を向上させることができる。
【００１６】
本発明における電子引き抜き層は、例えば、以下に示す構造式で表わされるピラジン誘導体から形成することができる。
【００１７】
【化１】
【００１８】
（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。）
【００１９】
本発明において、さらに好ましくは、以下に示す構造式で表わされるヘキサアザトリフェニレン誘導体から電子引き抜き層を形成することができる。
【００２０】
【化２】
【００２１】
（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。）
【００２２】
本発明の有機ＥＬ素子においては、陰極及び陽極の間に、複数の発光ユニットが設けられている。これら複数の発光ユニットは、中間ユニットを介して積層されている。中間ユニットとしては、陰極側に隣接する隣接層から電子を引き抜くための電子引き抜き層と、電子引き抜き層の陽極側に隣接する電子注入層を有するものであることが好ましい。また、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（Ａ）│と、隣接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（Ｂ）│が、│ＨＯＭＯ（Ｂ）│−│ＬＵＭＯ（Ａ）│≦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（Ａ）｜より小さいことが好ましい。
【００２３】
中間ユニットは、中間ユニット内に設けられた電子引き抜き層による隣接層からの電子の引き抜きにより発生したホールを陰極側に位置する発光ユニットに供給するとともに、引き抜いた電子を電子注入層を介して陽極側に位置する発光ユニットに供給する。
【００２４】
以下、中間ユニットの説明において、陰極側に位置する発光ユニットを第１の発光ユニット、陽極側に位置する発光ユニットを第２の発光ユニットとして説明する。
【００２５】
上述のように、中間ユニットにおいて、隣接層のＨＯＭＯのエネルギーレベルの絶対値│ＨＯＭＯ（Ｂ）│と、電子引き抜き層のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ａ）│とは、│ＨＯＭＯ（Ｂ）│−│ＬＵＭＯ（Ａ）│≦１．５ｅＶの関係にあり、電子引き抜き層のＬＵＭＯのエネルギーレベルは、隣接層のＨＯＭＯのエネルギーレベルに近い値となっていることが好ましい。これにより、電子引き抜き層は隣接層から電子を引き抜くことができる。この隣接層からの電子の引き抜きにより、隣接層にはホールが発生する。隣接層が第１の発光ユニット内に設けられている場合には、第１の発光ユニットにホールが発生する。また、隣接層が電子引き抜き層と第１の発光ユニットの間に設けられている場合、すなわち中間ユニット内に設けられている場合には、隣接層に発生したホールが、第１の発光ユニットに供給される。第１の発光ユニットに供給されたホールは、陰極からの電子と再結合し、これによって第１の発光ユニットが発光する。
【００２６】
一方、電子引き抜き層に引き抜かれた電子は、電子注入層に移動し、電子注入層から第２の発光ユニットに供給され、陽極から供給されたホールと再結合し、これによって第２の発光ユニットが発光する。
【００２７】
また中間ユニットにおいて、電子引き抜き層が隣接層から電子を引き抜くためには、電子引き抜き層のＬＵＭＯのエネルギーレベルが、隣接層のＬＵＭＯのエネルギーレベルよりも、隣接層のＨＯＭＯのエネルギーレベルに近いことが好ましい。すなわち、隣接層のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｂ）│は、以下の関係を満足することが好ましい。
│ＨＯＭＯ（Ｂ）│−│ＬＵＭＯ（Ａ）│＜│ＬＵＭＯ（Ａ）│−│ＬＵＭＯ（Ｂ）│
【００２８】
また、電子引き抜き層として用いる材料のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値は、一般に隣接層のＨＯＭＯをエネルギーレベルの絶対値よりも小さいので、このような場合、それぞれのエネルギーレベルの絶対値は、以下の関係式で示される。
０ｅＶ＜│ＨＯＭＯ（Ｂ）│−│ＬＵＭＯ（Ａ）│≦１．５ｅＶ
【００２９】
電子注入層の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、電子引き抜き層のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜より小さいことが好ましく、これにより、電子引き抜き層より引き抜かれた電子は、電子注入層に移動し、電子注入層から第２の発光ユニットに供給される。
【００３０】
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は、電子輸送層が設けられることが好ましい。電子輸送層のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｄ）｜は、電子注入層の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）｜より小さいことが好ましい。電子輸送層が設けられている場合には、電子注入層に移動した電子は、電子輸送層を通り第２の発光ユニットに供給される。従って、中間ユニットは、電子引き抜き層が引き抜いた電子を電子注入層及び電子輸送層を介して第２の発光ユニットに供給する。
【００３１】
中間ユニットにおける電子引き抜き層は、上記本発明のキャビティ調整層に隣接して設けられる電子引き抜き層と同様の材料から形成することができる。すなわち、上記構造式で表わされるピラジン誘導体から形成することができ、さらに好ましくは上記構造式で表わされるヘキサアザトリフェニレン誘導体から形成することができる。
【００３２】
また、中間ユニット内の電子注入層は、例えば、Ｌｉ及びＣｓなどのアルカリ金属、Ｌｉ2Ｏなどのアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属酸化物などから形成することが好ましい。
【００３３】
また、中間ユニット内の電子輸送層は、有機ＥＬ素子において一般に電子輸送性材料として用いられている材料から形成することができる。例えば、Ｔｒｉｓ（８−ｑｕｉｎｏｌｉｎａｔｅ）ａｌｕｍｉｎｕｍ誘導体などのキレート金属錯体、あるいはｏ−またはｍ−またはｐ−ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ誘導体、あるいはシロール誘導体、あるいはオキサジアゾール誘導体、あるいはトリアゾール誘導体等を挙げることができる。
【００３４】
本発明における発光ユニットは、それぞれ単一の発光層から形成されていてもよいし、複数の発光層を直接接するように積層して構成されていてもよい。例えば、青色発光層とオレンジ色発光層を積層した白色発光ユニットであってもよい。
【００３５】
また、本発明における発光ユニットを構成する発光層は、ホスト材料とドーパント材料から形成されていることが好ましい。必要に応じてキャリア輸送性の第２のドーパント材料が含有されていてもよい。ドーパント材料としては、一重項発光材料であってもよいし、三重項発光材料（燐光発光材料）であってもよい。
【００３６】
本発明に従う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中間ユニットを介して配置される複数の発光ユニットと、陽極に最も近い発光ユニットと陽極の間に設けられるキャビティ調整層と、キャビティ調整層に隣接して発光ユニット側に設けられる電子引き抜き層とを備え、キャビティ調整層の膜厚を調整することにより、各発光ユニットの発光位置から陽極までの光学的距離が調整されてい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である。
【００３７】
本発明に従う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中間ユニットを介して配置される複数の発光ユニットと、陽極に最も近い発光ユニットと陽極の間に設けられるキャビティ調整層と、キャビティ調整層に隣接して発光ユニット側に設けられる電子引き抜き層とを備え、キャビティ調整層の膜厚を調整することにより、各発光ユニットの発光位置から陽極までの光学的距離が調整されてい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である。
【００３８】
有機エレクトロルミネッセント素子が白色発光の素子である場合、カラーフィルターが配置されていることが好ましい。ボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置の場合、アクティブマトリックス駆動基板と有機ＥＬ素子の間にカラーフィルターが配置されていることが好ましい。また、トップエミッション型の有機ＥＬ表示装置の場合、封止基板と有機ＥＬ素子の間にカラーフィルターが配置されていることが好ましい。
【００３９】
トップエミッション型の表示装置の場合、有機ＥＬ素子で発光した光は、アクティブマトリックスが設けられている側と反対側の封止基板から出射される。一般にアクティブマトリックス回路は多数の層を積層して形成するものであり、ボトムエミッション型の場合はこのようなアクティブマトリックス駆動基板の存在により出射光が減衰するが、トップエミッション型の場合、このようなアクティブマトリックス回路による影響を受けることなく光を出射することができる。
【００４０】
本発明の発光装置は、上記本発明の有機エレクトロルミネッセント素子を用いたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の有機ＥＬ素子は、複数の発光ユニットを積層した有機ＥＬ素子であって、各発光ユニット内での膜厚を変えずに、容易にキャビティを調整することができる。従って、所望の発光色を有し、かつ有機ＥＬからの光抽出量が高い有機ＥＬ素子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】
図１は、本発明に従う有機ＥＬ素子を示す模式的断面図である。ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜からなる陽極１は、ガラス基板の上に形成されており、陽極１の上に、フルオロカーボン（ＣＦｘ）層からなるホール注入層２が形成されている。
【００４３】
ホール注入層２の上には、ＮＰＢなどのホール輸送性材料からなるキャビティ調整層３が形成されている。キャビティ調整層３の上には、電子引き抜き層４が形成されている。
【００４４】
電子引き抜き層４の上には、第１の発光ユニット５及び第２の発光ユニット７が設けられており、第１の発光ユニット５と第２の発光ユニット７の間に中間ユニット６が設けられている。第１の発光ユニット５は、オレンジ色発光層５ｂの上に青色発光層５ａを積層することにより構成されており、第２の発光ユニット７も同様に、オレンジ色発光層７ｂの上に青色発光層７ａを積層することにより構成されている。従って、第１の発光ユニット５及び第２の発光ユニット７は白色発光のユニットである。
【００４５】
中間ユニット６は、青色発光層５ａ上に設けられる電子輸送層６ｃと、電子輸送層６ｃ上に設けられる電子注入層６ｂと、電子注入層６ｂ上に設けられる電子引き抜き層６ａから構成されている。
【００４６】
第２の発光ユニット７の上には、電子輸送層８が設けられており、電子輸送層８の上には電子注入層９が設けられている。電子注入層９の上には陰極１０が設けられている。
【００４７】
図１に示す実施例において、第１の発光ユニット５からの発光は陽極１に向かって出射されるとともに、陰極１０に向かっても出射される。陰極１０に出射された光は、陰極１０が反射性電極から形成されているため、陰極１０の表面で反射し、陽極１側に向かう。また、第２の発光ユニット７において発光した光も陽極１側に出射されるとともに、陰極１０側に出射され、陰極１０の表面で反射された光が陽極１側に向かう。
【００４８】
従って、これらの光の干渉を調整して、有機ＥＬ素子から出射される光の量を高めるためには、キャビティを調整する必要がある。本発明においては、キャビティ調整層３が設けられているので、キャビティ調整層３の膜厚を調整することにより、第１の発光ユニット５及び第２の発光ユニット７の各発光位置から陽極１までの光学的距離を調整することができ、容易にキャビティの調整を行うことができる。
【００４９】
本実施例では、第１の発光ユニット５と第２の発光ユニット７の間に中間ユニット６が設けられている。中間ユニット６の電子引き抜き層６ａは、隣接するオレンジ色発光層７ｂから電子を引き抜き、これにより発生したホールを第２の発光ユニット７側に供給するとともに、引き抜いた電子を電子注入層６ｂ及び電子輸送層６ｃを介して第１の発光ユニット５に供給する。第２の発光ユニット７に供給されたホールは、陰極１０から供給された電子と再結合することにより、第２の発光ユニット７が発光する。また、第１の発光ユニット５に供給された電子は、陽極１から供給されたホールと再結合し、第１の発光ユニット５が発光する。従って、中間ユニット６を設けることにより、第１の発光ユニット５及び第２の発光ユニット７を効率良く発光させることができる。
【００５０】
キャビティ調整層３に隣接して第１の発光ユニット５側に電子引き抜き層４が設けられている。電子引き抜き層４を設けることにより、後述するように素子の寿命特性を向上させることができる。
【００５１】
また、本発明においては、陰極側に第２の電子引き抜き層を設けてもよい。すなわち、キャビティ調整層３に隣接してホール注入層２側に第２の電子引き抜き層を設けてもよい。第２の電子引き抜き層を設けることにより、素子の耐熱性及び耐光性を向上させることができる。
【００５２】
〔白色発光素子の作製〕（実施例１〜７及び参考例１〜５）
図１を参照して説明した構造を有する実施例１〜７及び参考例１〜５の有機ＥＬ素子を作製した。各層の組成は表１に示す通りである。
【００５３】
【表１】
【００５４】
ホール注入層であるフルオロカーボン層は、ＣＨＦ3ガスのプラズマ重合により形成し。フルオロカーボン層の厚みは１ｎｍとした。
【００５５】
キャビティ調整層は、表２に示すように、ＮＰＢから形成した。ＮＰＢはＮ，Ｎ′−ジ（ナフタセン−１−イル）−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。
【００５６】
【化３】
【００５７】
第１の電子引き抜き層及び第２の電子引き抜き層は、ＨＡＴ−ＣＮ６から形成した。ＨＡＴ−ＣＮ６は、ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボニトリルであり、以下の構造を有している。
【００５８】
【化４】
【００５９】
キャビティ調整層並びに第１及び第２の電子引き抜き層は、表２に示す膜厚となるように形成した。なお、単位はｎｍである。
【００６０】
第１の発光ユニット及び第２の発光ユニットは、表１に示すように、オレンジ色発光層の上に青色発光層を積層することにより構成している。
【００６１】
オレンジ色発光層は、ホール輸送性材料であるＮＰＢをホスト材料として８０重量％用い、ＴＢＡＤＮを２０重量％用い、オレンジ色発光ドーパントであるＤＢｚＲをＮＰＢとＴＢＡＤＮの合計１００重量％に対して３重量％用いて形成している。但し、この場合、ＴＢＡＤＮは、ホスト材料からの励起エネルギーをオレンジ発光ドーパントであるＤＢｚＲに受け渡すエネルギー移動補助ドーパントとして機能する。ここで、エネルギー移動補助ドーパントとは、ＬＵＭＯ（最低空分子軌道）レベル及びエネルギーギャップが、ホストと発光ドーパントの間の値を持つ材料のことであり、ホストからの励起エネルギーを効率良く発光ドーパントに受け渡す役割を持つドーパントのことを示す。
【００６２】
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。
【００６３】
【化５】
【００６４】
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。
【００６５】
【化６】
【００６６】
青色発光層は、電子輸送性材料であるＴＢＡＤＮをホスト材料として用い、ＮＰＢをキャリア移動補助ドーパントとして用い、ＴＢＰを青色発光ドーパントとして用いている。ＴＢＡＤＮの含有量は８０重量％であり、ＮＰＢの含有量は２０重量％であり、ＴＢＰの含有量はＴＢＡＤＮとＮＰＢの合計１００重量％に対して２．５重量％である。ここで、キャリア移動補助ドーパントとは、ホスト材料に比べて補助すべきキャリアの移動度が高い材料であり、一方のキャリアの注入を促進し、発光層内での両キャリア密度を均衝させて再結合確率を高めることで、発光効率を高める役割を持つドーパントのことを示す。この場合、電子輸送性材料であるＴＢＡＤＮ中に、ＴＢＡＤＮよりもホール輸送移動度の高いＮＰＢを含有させることで、ＮＰＢは青色発光層内でのホールの移動を補助し、発光効率を高める役割を担っている。
【００６７】
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。
【００６８】
【化７】
【００６９】
電子輸送層は、ＢＣＰから形成されている。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。
【００７０】
【化８】
【００７１】
中間ユニットは、表１に示すように、電子輸送層をＢＣＰから形成し、電子注入層をＬｉ2Ｏから形成し、電子引き抜き層をＨＡＴ−ＣＮ６から形成している。
【００７２】
電子注入層は、ＬｉＦから形成し、陰極はＡｌから形成している。
【００７３】
各層の厚みは表１及び表２に示す通りである。なお、単位はｎｍである。
【００７４】
実施例１〜７及び参考例１〜６の各有機ＥＬ素子の駆動電圧、色度、及び発光効率を表２に示す。
【００７５】
【表２】
【００７６】
表２に示すように、キャビティ調整層の膜厚を増加させると、駆動電圧が若干高くなり、発光効率が若干低下する傾向にあるが、色度に与える影響が少ないことがわかる。従って、従来の各発光ユニットの膜厚を変化させる場合に比べ、キャビティの調整が容易であることがわかる。
【００７７】
図２は、実施例１〜２及び参考例１〜４の駆動時間と発光強度との関係を示す図である。図２に示すように、第１の電子引き抜き層を設けた実施例１〜２及び参考例４は、第１の電子引き抜き層を設けていない参考例１〜３に比べ、長い駆動時間で高い発光強度が得られており、寿命特性が向上していることがわかる。従って、第１の電子引き抜き層を設けることにより、寿命特性が向上することがわかる。
【００７８】
図３は、キャビティ調整層の膜厚と駆動電圧との関係を示す図である。図３に示す結果からキャビティ調整層の膜厚としては、１０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内であることが好ましいと考えられる。
【００７９】
図４は、本発明に従う一実施例の有機ＥＬ表示装置を示す断面図である。この有機ＥＬ表示層においては、能動素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いて、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、及びＢ（青色）の各画素における発光を駆動している。図４を参照して、ポリシリコン層からなるチャネル領域１１は、図示されないガラスなどの透明基板の上に形成されている。チャネル領域１１の上には、ドレイン電極１２ｄ及びソース電極１２ｓが形成されており、ドレイン電極１２ｄとソース電極１２ｓの間には、ゲート絶縁膜１３を介してゲート電極１４が設けられている。ゲート電極１４の上には、絶縁層１５が設けられている。各絶縁層は、ＳｉＮX及び／またはＳｉＯ2などから形成されている。
【００８０】
ドレイン電極１２ｄ及びソース電極１２ｓの上には、第１の平坦化膜１６が形成されている。ドレイン電極１２ｄ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膜からなる陽極１がスルーホール部内に導入されている。画素領域における陽極１の上には、ホール注入層２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１７が形成されている。
【００８１】
ホール注入層２の上には、本発明に従い、キャビティ調整層３及び電子引き抜き層４が形成されている。キャビティ層３及び電子引き抜き層４は、図４において１つの層として図示されている。図４に示すように、キャビティ調整層３及び電子引き抜き層４は、ＲＧＢの各画素毎に独立して形成されている。これは、ＲＧＢの各画素において、キャビティ調整層の最適膜厚が異なるためであり、それぞれＲＧＢの各画素毎に個別に形成することが好ましいからである。
【００８２】
各画素のキャビティ調整層３及び電子引き抜き層４の上に、第１の発光ユニット５、中間ユニット６、第２の発光ユニット７がそれぞれ各画素毎に独立して形成されている。第２の発光ユニット７の上には、電子輸送層８が形成されている。電子輸送層８は、各画素毎に独立して積層されたキャビティ調整層３、電子引き抜き層４、第１の発光ユニット５、中間ユニット６、及び第２の発光ユニット７の間の溝を埋めるように形成されている。
【００８３】
電子輸送層８の上には、電子注入層９及び陰極１０が形成されている。図４において、電子注入層９及び陰極１０は１つの層として図示されている。陰極１０の上には、保護層１８が形成されている。
【００８４】
図４に示すように、各画素毎に形成されたキャビティ調整層３の膜厚を各画素毎に適宜調整することにより、各画素におけるキャビティを調整することができる。
【００８５】
図４に示す実施例は、基板側に向かって光が出射されるボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置であるが、陽極２と陰極１０の位置の上下関係を逆にし、陰極１０の上に、電子注入層９、電子輸送層８、第２の発光ユニット７、中間ユニット６、第１の発光ユニット５、電子引き抜き層４、及びキャビティ調整層３を順次積層することにより、基板と反対側に光を出射するトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置とすることができる。
【００８６】
また、図４に示す有機ＥＬ表示装置では、画素領域を設け、表示装置としているが、発光層を全体に設けることにより、バックライト光源などの有機ＥＬ発光装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明に従う一実施例の有機ＥＬ素子を示す模式的断面図。
【図２】本発明に従う実施例及び参考例の駆動時間と発光強度との関係を示す図。
【図３】キャビティ調整層の膜厚と駆動電圧との関係を示す図。
【図４】本発明に従う一実施例の有機ＥＬ表示装置を示す図。
【符号の説明】
【００８８】
１…陽極
２…ホール注入層
３…キャビティ調整層
４…電子引き抜き層
５…第１の発光ユニット
６…中間ユニット
７…第２の発光ユニット
８…電子輸送層
９…電子注入層
１０…陰極
【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中間ユニットを介して配置される複数の発光ユニットとを備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記陽極に最も近い前記発光ユニットと前記陽極の間に、前記各発光ユニットの発光位置から前記陽極までの光学的距離を調整するキャビティ調整層と、前記キャビティ調整層に隣接して前記発光ユニット側に設けられる電子引き抜き層とをさらに備えることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記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】
前記キャビティ調整層が、アリールアミン系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２に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項４】
第２の電子引き抜き層が、前記キャビティ調整層に隣接して前記陽極側に設けら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】
前記電子引き抜き層が、以下に示す構造式で表わ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１〜４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６】
前記電子引き抜き層が、以下に示す構造式で表わ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１〜５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。
【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７】
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中間ユニットを介して配置される複数の発光ユニットと、前記陽極に最も近い前記発光ユニットと前記陽極の間に設けられるキャビティ調整層と、前記キャビティ調整層に隣接して前記発光ユニット側に設けられる電子引き抜き層とを備え、
前記キャビティ調整層の膜厚を調整することにより、前記各発光ユニットの発光位置から前記陽極までの光学的距離が調整されてい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８】
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中間ユニットを介して配置される複数の発光ユニットと、前記陽極に最も近い前記発光ユニットと前記陽極の間に設けられるキャビティ調整層と、前記キャビティ調整層に隣接して前記発光ユニット側に設けられる電子引き抜き層とを備え、
前記キャビティ調整層の膜厚を調整することにより、前記各発光ユニットの発光位置から前記陽極までの光学的距離が調整されてい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９】
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を用いたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセント発光装置。
【請求項１】
陰極と、陽極と、前記陰極及び前記陽極の間に中間ユニットを介して配置される複数の発光ユニットとを備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記陽極に最も近い前記発光ユニットと前記陽極の間に、前記各発光ユニットの発光位置から前記陽極までの光学的距離を調整するキャビティ調整層と、前記キャビティ調整層に隣接して前記発光ユニット側に設けられる電子引き抜き層とをさらに備えることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記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】
前記キャビティ調整層が、アリールアミン系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２に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項４】
第２の電子引き抜き層が、前記キャビティ調整層に隣接して前記陽極側に設けら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】
前記電子引き抜き層が、以下に示す構造式で表わ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１〜４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６】
前記電子引き抜き層が、以下に示す構造式で表わ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１〜５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。
【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７】
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中間ユニットを介して配置される複数の発光ユニットと、前記陽極に最も近い前記発光ユニットと前記陽極の間に設けられるキャビティ調整層と、前記キャビティ調整層に隣接して前記発光ユニット側に設けられる電子引き抜き層とを備え、
前記キャビティ調整層の膜厚を調整することにより、前記各発光ユニットの発光位置から前記陽極までの光学的距離が調整されてい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８】
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中間ユニットを介して配置される複数の発光ユニットと、前記陽極に最も近い前記発光ユニットと前記陽極の間に設けられるキャビティ調整層と、前記キャビティ調整層に隣接して前記発光ユニット側に設けられる電子引き抜き層とを備え、
前記キャビティ調整層の膜厚を調整することにより、前記各発光ユニットの発光位置から前記陽極までの光学的距離が調整されてい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９】
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を用いたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセント発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−３５５７９（Ｐ２００７−３５５７９Ａ）
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２１１０５（Ｐ２００５−２２１１０５）
【出願日】平成１７年７月２９日（２００５．７．２９）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２９日（２００５．７．２９）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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