有機ＥＬ素子
【課題】 可視光の吸収がないまたは可視光の吸収が少ない材料を用いて、有機ＥＬユニットを構成する層へダメージを与えることなく配設することができる、ｐ−ｎ接合を形成する二層構造の電荷発生層を有する多段構成の有機ＥＬ素子の提供。
【解決手段】 陽極と陰極との間に、少なくとも正孔輸送層、有機発光層および電子輸送層を含む少なくとも２つの有機ＥＬユニットと、フタロシアニン化合物を含むｎ型電荷発生層およびフタロシアニン化合物を含むｐ型電荷発生層の積層体である電荷発生複合層とを含む有機ＥＬ素子であって、電荷発生複合層は有機ＥＬユニットの間に配設されていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【解決手段】 陽極と陰極との間に、少なくとも正孔輸送層、有機発光層および電子輸送層を含む少なくとも２つの有機ＥＬユニットと、フタロシアニン化合物を含むｎ型電荷発生層およびフタロシアニン化合物を含むｐ型電荷発生層の積層体である電荷発生複合層とを含む有機ＥＬ素子であって、電荷発生複合層は有機ＥＬユニットの間に配設されていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精細で視認性に優れ、携帯端末機または産業用計測器の表示など広範囲な応用可能性を有する有機エレクトロルミネセンス（以下有機ＥＬという）ディスプレイに用いることができる多色有機ＥＬ素子の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置に適用される発光素子の一例として、有機化合物の薄膜積層構造を有する有機ＥＬ素子が知られている。有機ＥＬ素子は、薄膜の自発光型素子であり、低駆動電圧、高解像度、高視野角といった優れた特徴を有することから、それらの実用化に向けて様々な検討がなされている。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、陽極と陰極の間に少なくとも有機発光層を備えた構造を有している。有機発光層は、陽極および陰極に電圧が印加されることによって生じる正孔および電子が再結合することで発光する部位である。有機ＥＬ素子は、必要に応じて、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層および／または電子注入層を介在させた構造を有する。より具体的には、例えば、以下に示すような構造が挙げられる。
（１）有機発光層
（２）正孔注入層／有機発光層
（３）有機発光層／電子輸送層
（４）正孔注入層／有機発光層／電子輸送層
（５）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層
（６）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層
【０００４】
なお、上述の（１）〜（６）の構造を有する有機ＥＬ素子において、有機発光層または正孔注入層に陽極が接続され、有機発光層、電子輸送層または電子注入層に陰極が接続される。従来型の有機ＥＬ素子の構造の一例を図３に示す。
【０００５】
有機ＥＬ素子においては、有機発光層中に添加する色素の種類によって、その発光色を青色、緑色または赤色にすることができることが知られている。有機ＥＬ素子を用いてフルカラーディスプレイを実現するための１つの手段として、画素（ピクセル）として３原色のＥＬ素子を副画素（サブピクセル）として配列することが検討されている。しかしながら、各色のＥＬ素子の発光特性はそれぞれ異なるため、サブピクセルの形成およびその駆動方法は複雑となり、コストアップの要因となっている。そこで、有機ＥＬ素子を白色発光させ、その白色光からカラーフィルタを用いて３原色を得ることが試みられている。そのため、このようなカラーフィルタ方式に用いることができる多色発光の有機ＥＬ素子の実現が望まれている。
【０００６】
本明細書における「多色発光有機ＥＬ素子」とは、２つ以上の異なる波長域の光を同時に発光する有機ＥＬ素子を意味する。多色発光有機ＥＬ素子において、３原色を発光するか、または補色関係にある２色を発光することによって、白色光を放射する白色発光有機ＥＬ素子を実現することができる。このため、発光層材料および発光層に添加する色素の種類および濃度について、精力的な研究が進められている。一方、異なる色の光を発光する有機ＥＬユニットを２段または３段積層する技術についても検討がなされてきている。たとえば、絶縁性透明基板上に、電荷注入層／発光層の結合体を電極を介して多段に積層し、同一極性の電極は絶縁性透明基板上で相互に電気的に接続されることを特徴とする有機ＥＬ素子が提案されている（特許文献１参照）。また、それぞれ異なる色を発光する複数の有機ＥＬユニットを垂直方向に積層し、有機ＥＬユニットのそれぞれの間に内部電極を配設して、個々の有機ＥＬユニットを制御する方法が提案されている（特許文献２参照）。これらの方法は、ともにそれぞれの有機ＥＬユニット間に介在させる電極への配線方法が複雑になり、製造工程が複雑になるという問題点があった。
【０００７】
さらに、上記の方法は垂直方向に積層された複数の有機ＥＬユニットを個別に制御して複数の異なる色の光を放射するためのものであるが、複数のユニットの個別制御をせず白色発光を行う有機ＥＬ素子についても検討されてきている。たとえば、異なる色を発光する複数の有機ＥＬユニットが導電層を介して積層されるタンデム構造体が提案されている（特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】特許第３１８９４３８号公報
【特許文献２】米国特許第５，７０３，４３６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，３３７，４９２号明細書
【特許文献４】特許第２９４９２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述のタンデム構造体において、複数の有機ＥＬユニット間に配設される導電層は、電荷発生層の機能を有するものであり、単層構造、およびｐ−ｎ接合を形成する二層構造であることが開示されている。この二層構造における第１層の材料として、ＩＴＯのような透明導電性酸化物および金属が開示されており、第２層の材料としてＩＴＯ、金属、ダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）、銅フタロシアニン、アルミニウムキレート化合物（Ａｌｑ３など）が開示されている。しかしながら、ＩＴＯのような透明導電性酸化物および金属を有機ＥＬユニット間に配設することは、有機ＥＬユニットを構成する層へのダメージの問題がある。また、Ａｌｑ３はｐ型材料として機能することができない。したがって銅フタロシアニンが有望であるが、銅フタロシアニンは可視光を吸収して光学的に不利になるという問題点が存在する。
【００１０】
したがって、可視光の吸収がないまたは可視光の吸収が少ない材料を用いて、有機ＥＬユニットを構成する層へダメージを与えることなく配設することができる、ｐ−ｎ接合を形成する二層構造の電荷発生層に対する要求が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の有機ＥＬ素子は、陽極と陰極との間に、少なくとも正孔輸送層、有機発光層および電子輸送層を含む少なくとも２つの有機ＥＬユニットと、フタロシアニン化合物を含むｎ型電荷発生層およびフタロシアニン化合物を含むｐ型電荷発生層の積層体である電荷発生複合層とを含む有機ＥＬ素子であって、前記電荷発生複合層は前記有機ＥＬユニットの間に配設されていることを特徴とする。ｎ型電荷発生層はアンチモンフタロシアニン化合物を含むことが望ましく、ｐ型電荷発生層はチタニルフタロシアニンを含むことが望ましい。ここで、前述の少なくとも２つの有機ＥＬユニットが、それぞれ異なる波長域の光を発光してもよい。この場合には、少なくとも２つの有機ＥＬユニットの中で最も光の取出側に近い有機ＥＬユニットが、赤色光を発光することが望ましい。本発明の有機ＥＬ素子は、白色光を放射することが可能である。
【発明の効果】
【００１２】
以上のような構成を採って、アンチモンフタロシアニン化合物を含むｎ型電荷発生層およびチタニルフタロシアニンを含むｐ型電荷発生層の積層体である電荷発生複合層を、複数の有機ＥＬユニットの間に配置することによって、多段配列された有機ＥＬユニットからの発光を効率よく得ることができる。この構成は、特に３原色を発光する白色発光有機ＥＬ素子、または補色関係にある２色を発光する白色発光有機ＥＬ素子を実現するのに有効である。３原色を発光する白色発光有機ＥＬ素子は、カラーフィルタ方式によるフルカラーディスプレイを製造するための光源部として特に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の有機ＥＬ素子は、陽極、少なくとも２つの有機ＥＬユニット、１つまたは複数の電荷発生複合層、および陰極を含み、前記複数の有機ＥＬユニットは、正孔輸送層、有機発光層および電子輸送層を少なくとも含み、前記１つまたは複数の電荷発生複合層のそれぞれが前記有機ＥＬユニットの間に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第１の実施態様の有機ＥＬ素子の模式断面図を図１に示す。図１の構成においては、第１電極２０が陽極であり、第２電極４０が陰極であり、第１有機ＥＬユニット３０ａと第２有機ＥＬユニット３０ｂとの間に電荷発生複合層５０が積層されている。
【００１５】
基板１０として、ガラスやプラスチックなどからなる絶縁性基板、または、半導電性や導電性基板に絶縁性の薄膜を形成した基板を用いることができる。あるいはまた、ポリオレフィン、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂またはポリイミド樹脂などから形成される可撓性フィルムを、基板１０として用いてもよい。基板１０側から発光を取り出すボトムエミッション方式を採用する場合、基板１０は可視光透過率に優れていることが好ましい。この目的のためには、ガラス基板、各種プラスチックからなる基板、または可撓性フィルムを用いることが望ましい。また、後述するようなアクティブマトリクス駆動を行う場合には、基板１０上にＴＦＴなどのスイッチング素子を設けてもよい。
【００１６】
第１電極２０は、陽極または陰極のいずれであってもよい。図１に示した構成では第１電極２０は陽極である。ボトムエミッション方式を採る場合には、第１電極２０に可視光透過性を有することが要求されるので、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ：Ａｌなどの透明導電性金属酸化物が用いられる。なお、本発明において「可視光透過性を有する」とは、波長４００〜８００ｎｍの光に対して５０％以上の透過率を有することを意味する。より好ましくは波長４００〜８００ｎｍの光に対して８５％以上の透過率を有することが望ましい。第１電極２０を陰極として用いる場合には、電子の注入効率を向上させるために、有機ＥＬユニットに後述する電子注入層を設けて第１電極２０に接触させることが好ましい。
【００１７】
基板１０の反対側から発光を取り出すトップエミッション方式を採用する場合、第１電極を、高反射率の金属（Ａｌ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｗなどの金属またはそれらの合金、ＮｉＰ、ＮｉＢ、ＣｒＰ、ＣｒＢなどのアモルファス金属または合金、あるいはＮｉＡｌなどの微結晶性合金）を用いて形成して、有機ＥＬユニット３０のそれぞれにて発光される光を反射させることが望ましい。トップエミッション方式を採用し、かつ第１電極２０を陽極として使用する場合には、正孔の注入効率を向上させるために、高反射率の金属の上に、仕事関数が大きなＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ：Ａｌなどの透明導電性金属酸化物を積層した複層構造とすることが望ましい。この場合、高反射率の金属は、透明導電性金属酸化物より抵抗率が低いので補助電極としても機能する。第１電極２０を陰極として用いる場合には、電子の注入効率を向上させるために、有機ＥＬユニットに後述する電子注入層を設けて第１電極２０に接触させることが好ましい。あるいはまた、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、またはＣｓなどのアルカリ金属、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒなどのアルカリ土類金属またはそれらを含む合金、あるいは希土類金属を用いて陰極として用いる第１電極２０を形成してもよい。
【００１８】
第２電極４０は、陽極または陰極のいずれであってもよい。図１に示した構成では第２電極４０は陰極である。ボトムエミッション方式を採用する場合、第２電極４０を高反射率の金属を用いて形成して、有機ＥＬユニット３０のそれぞれにて発光される光を基板１０の方向へ反射させることが望ましい。第２電極４０を陰極として用いる場合には、電子の注入効率を向上させるために、有機ＥＬユニットに後述する電子注入層を設けて第２電極４０に接触させることが好ましい。あるいはまた、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、またはＣｓなどのアルカリ金属、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒなどのアルカリ土類金属またはそれらを含む合金、あるいは希土類金属を用いて陰極として用いる第２電極４０を形成してもよい。
【００１９】
第２電極４０を陽極として用いる場合には、第２電極４０を前述の透明導電性金属酸化物と高反射率の金属との複層構造とし、透明導電性金属酸化物を有機ＥＬユニット３０と接触させて、正孔の注入効率を向上させることが望ましい。
【００２０】
一方、トップエミッション方式を採用する場合には、第２電極４０を、可視光透過性を有する透明導電性金属酸化物から形成することが望ましい。トップエミッション方式を採用し、かつ第２電極４０を陰極として用いる場合には、電子の注入効率を向上させるために、有機ＥＬユニットに後述する電子注入層を設けて第２電極４０に接触させることが好ましい。
【００２１】
第１電極２０および第２電極４０は、蒸着、スパッタなどの当該技術において知られている任意の方法で形成することができる。
【００２２】
本発明において、第１電極２０および第２電極４０のそれぞれを複数のストライプ形状部分電極から形成して、パッシブマトリクス駆動を行うようにしてもよい。この場合、第１電極２０のストライプ形状部分電極の延びる方向は、第２電極４０のストライプ形状部分電極の延びる方向と交差し、好ましくは直交する。あるいはまた、前述のように基板１０表面に複数のスイッチング素子（ＴＦＴなど）を設け、複数のスイッチング素子に１対１で対応する複数の部分電極から第１電極２０を構成して、アクティブマトリクス駆動を行うようにしてもよい。この場合には第２電極４０は一体型の電極として形成される。
【００２３】
有機ＥＬユニット３０のそれぞれ（図１における第１有機ＥＬユニット３０ａおよび第２有機ＥＬユニット３０ｂ）は、少なくとも、正孔輸送層３１、有機発光層３２および電子輸送層３３を含み、必要に応じて、正孔注入層および／または電子注入層をさらに含んでもよい。図１においては、第１電極２０を陽極、第２電極４０を陰極とする構成が例示されており、第１有機ＥＬユニット３０ａおよび第２有機ＥＬユニット３０ｂともに、正孔輸送層（３１ａ，３１ｂ）／有機発光層（３２ａ，３２ｂ）／電子輸送層（３３ａ，３３ｂ）の層構成を有する。第１電極２０を陰極、第２電極４０を陽極とする構成を採用する場合、有機ＥＬユニット３０の各構成層の積層順序が逆になることは、当業者であれば容易に理解するであろう。有機ＥＬユニットの各構成層の形成には、当該技術で知られている任意の方法を用いることができるが、通常は真空蒸着法が用いられる。
【００２４】
正孔輸送層３２は、トリアリールアミン部分構造、カルバゾール部分構造、オキサジアゾール部分構造を有する材料（たとえばＴＰＤ、α−ＮＰＤ、ＰＢＤ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡなど）を用いて形成することができる。
【００２５】
有機発光層３２の材料は、所望する色調に応じて選択することが可能であり、例えば青色から青緑色の発光を得るためには、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリデイン系化合物などを使用することが可能である。あるいはまた、前述の材料をホスト材料として用い、これにドーパントを添加することによって有機発光層３２を形成してもよい。ドーパントとして用いることができる材料としては、たとえばレーザ色素としての使用が知られているクマリン誘導体（たとえば、クマリン６など）、ペリレン、ルブレン、キナクリドン類、ＤＣＭ、金属ポルフィリン錯体（たとえば、ＰｔＯＥＰなど）などを用いることができる。
【００２６】
【化１】
【００２７】
電子輸送層３３は、ＰＢＤ、ＴＰＯＢのようなオキサジアゾール誘導体；ＴＡＺのようなトリアゾール誘導体；トリアジン誘導体；フェニルキノキサリン類；ＢＭＢ−２Ｔ、ＢＭＢ−３Ｔのようなチオフェン誘導体；アルミニウムトリス（８−キノリノラート）（Ａｌｑ３）のようなアルミニウム錯体などを用いて形成することができる。電子輸送層３３の膜厚は、駆動電圧および透明性等を考慮して適宜選択することができるが、通常の場合には４０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２８】
正孔注入層の材料としては、フタロシアニン（Ｐｃ）類（銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）などを含む）またはインダンスレン系化合物などを用いることができる。
【００２９】
電子注入層の材料としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、またはＣｓなどのアルカリ金属、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒなどのアルカリ土類金属またはそれらを含む合金、希土類金属、あるいはそれら金属のフッ化物などを用いることができるが、それらに限定されるものではない。あるいはまた、アルカリ金属ないしアルカリ土類金属をドープしたアルミニウムのキノリノール錯体を用いてもよい。本発明の構成においては、電子注入効率の改善の観点から、電子注入層を設けることが好ましい。電子注入層の膜厚は、駆動電圧および透明性等を考慮して適宜選択することができるが、通常の場合には１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
有機ＥＬユニット３０を構成するそれぞれの層は、蒸着（抵抗加熱または電子ビーム加熱）などの当該技術において知られている任意の手段を用いて形成することができる。
【００３１】
電荷発生複合層５０は、電子発生層として機能するｎ型電荷発生層５１と、正孔発生層として機能するｐ型電荷発生層５２とから構成される。電荷発生複合層５０は、有機ＥＬユニット３０の間に配置される。ｎ型電荷発生層５１は、一方の有機ＥＬユニットの電子輸送層または存在する場合には電子注入層と接触して配置される。ｐ型電荷発生層は、他方の有機ＥＬユニットの正孔輸送層または存在する場合には正孔注入層と接触して配置される。図１の構成において、電荷発生複合層５０は、第１有機ＥＬユニット３０ａと第２有機ＥＬユニット３０ｂとの間に配置され、ｎ型電荷発生層５１は第１有機ＥＬユニット３０ａの電子輸送層３３ａに接触しており、ｐ型電荷発生層５２は第２有機ＥＬユニット３０ｂの正孔注入層３１ｂと接触している。
【００３２】
ｎ型電荷発生層５１は、ｎ型半導性を有するアンチモンフタロシアニン化合物から形成される。本発明において用いられるアンチモンフタロシアニン化合物は、式（Ｉ）の構造を有するジハロゲン（フタロシアニナト）アンチモン（Ｖ）ラジカルアニオンである（特許文献４参照）。
【００３３】
【化２】
【００３４】
式中、ＸはＣｌ、Ｂｒ、Ｉを表し、好ましくはＣｌである。また、配位子であるフタロシアニンは、式（Ｉ）の化合物の合成を妨げないことを条件として、炭化水素基、アルコキシ基などの置換基を有していてもよい。式（Ｉ）の化合物は、対応するジハロゲン（フタロシアニナト）アンチモン（Ｖ）カチオンの、電解的１電子還元または化学的１電子還元（たとえば金属銀を用いる）により調整することができる（特許文献４参照）。式（Ｉ）の化合物は、可視領域（特に４００〜６００ｎｍ）において、銅フタロシアニンよりも優れた光透過性を有する。本発明においては、ジクロロ（フタロシアニナト）アンチモン（Ｖ）ラジカルアニオンを用いることが最も好ましい。ｎ型電荷発生層５１は、充分な電子発生能力と高い可視光透過性を両立するために、５〜３０ｎｍの膜厚を有することが望ましい。
【００３５】
ｐ型電荷発生層５２は、ｐ型半導性を有するフタロシアニン化合物から形成される。また、可視領域（特に４００〜６００ｎｍ）において、優れた光透過性を有することが望ましい。本発明のｐ型電荷発生層５２において用いられるフタロシアニン化合物は、好ましくは、式（II）の構造を有するチタニルフタロシアニンである。配位子であるフタロシアニンは、炭化水素基、アルコキシ基などの置換基を有していてもよい。
【００３６】
【化３】
【００３７】
式（II）の化合物は、可視領域（特に４００〜６００ｎｍ）において、銅フタロシアニンよりも優れた光透過性を有する。ｐ型電荷発生層５２は、充分な正孔発生能力と高い可視光透過性を両立するために、５〜２０ｎｍの膜厚を有することが望ましい。
【００３８】
電荷発生複合層５０を形成するｎ型電荷発生層５１およびｐ型電荷発生層５２は、蒸着、スパッタなどの当該技術において知られている任意の方法で形成することができる。また、図１においては、第１電極２０を陽極、第２電極４０を陰極とする構成が例示されている。第１電極２０を陰極、第２電極４０を陽極とする構成を採用する場合、ｎ型電荷発生層５１およびｐ型電荷発生層５２の積層順序が逆になることは、当業者であれば容易に理解するであろう。
【００３９】
本実施態様において、第１有機ＥＬユニット３０ａの有機発光層３２ａと、第２有機ＥＬユニット３０ｂの有機発光層３２ｂとが、異なる波長の光、より好ましくは補色関係にある２つの波長の光を放出するように形成することが好ましい。たとえば、一方が青色光を発光し、他方が赤色光を発光すれば、素子全体として白色光が放射される。さらに、より好ましくは、光の取出側に近い有機ＥＬユニットが赤色光を発光し、他方の有機ＥＬユニットが青色光を発光する。たとえば、図１の構成において、第１電極２０が透明であり、第２電極が反射性である場合、第１有機ＥＬユニット３０ａが赤色光を発光し、第２有機ＥＬユニット３０ｂが青色光を発光する。このような構成とすることにより、第１有機ＥＬユニット３０ａが発した赤色光が、電荷発生複合層５０を透過することなしに外部に取り出されるので、赤色光の取出効率を向上させることができる。
【００４０】
なお、図１の構成において、第１電極２０を陰極、第２電極４０を陽極として用いる場合には、各有機ＥＬユニットおよび電荷発生複合層中の積層構造の順序を逆転すればよいことは、当業者にとって明らかであろう。
【００４１】
また、本発明の有機ＥＬ素子は、３つ以上の有機ＥＬユニットと２つ以上の電荷発生複合層を有してもよく、ここで電荷発生複合層のそれぞれは２つの有機ＥＬユニットの間に配置される。３つの有機ＥＬユニットおよび２つの電荷発生複合層を有する本発明の第２の実施態様の有機ＥＬ素子の模式断面図を、図２に示す。図２の構成においては、第１電極２０が陽極であり、第２電極４０が陰極であり、第１有機ＥＬユニット３０ａと第２有機ＥＬユニット３０ｂとの間に第１電荷発生複合層５０ａが積層されており、第２有機ＥＬユニット３０ｂと第３有機ＥＬユニット３０ｃとの間に第２電荷発生複合層５０ｂが積層されている。
【００４２】
第１電極２０、第２電極４０、それぞれの有機ＥＬユニット３０（ａ，ｂ，ｃ）、およびそれぞれの電荷発生複合層５０（ａ，ｂ）は、第１の態様に記載のものと同様である。
【００４３】
本実施態様においても、それぞれの有機ＥＬユニット３０の有機発光層が、異なる波長の光を発光してもよい。より好ましくは、有機ＥＬユニット３０のそれぞれが赤色領域、緑色領域および青色領域のいずれかの光を発光して、有機ＥＬ素子全体として、赤色、緑色および青色の３波長域の成分をバランスよく含む白色光を発光するようにされる。このような構成は、カラーフィルタ方式を用いるフルカラーディスプレイの光源部として特に有用である。たとえば、第１有機ＥＬユニット３０ａが赤色光を、第２有機ＥＬユニット３０ｂが緑色光を、第３有機ＥＬユニット３０ｃが青色光を発光するようにしてもよい。いずれのユニットがいずれの波長域の光を発光するかについては特に制限はないが、光の取出側に最も近い有機ＥＬユニットが赤色光を発光することが好ましい。このような構成とすることにより、電荷発生複合層５０を透過させることなしに赤色光を外部に取り出されるので、赤色光の取出効率を向上させることができる。
【実施例】
【００４４】
［実施例１］
図１の構造を有する本発明に基づく有機ＥＬ発光素子を以下の手順により作製した。最初に、ガラス基板１０上に、室温において、ＤＣスパッタ法により膜厚２００ｎｍのＩｎ−Ｚｎ酸化物膜を堆積させて、陽極として用いる第１電極２０を得た。スパッタターゲットにはＩｎ−Ｚｎ酸化物焼成ターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒおよび酸素の混合ガスを用いた。
【００４５】
引き続いて、前記第１電極２０を形成した基板１０を抵抗加熱蒸着装置内に装着し、正孔輸送層３１ａ、有機発光層３２ａおよび電子輸送層３３ａを真空を破らずに順次成膜して第１有機ＥＬユニット３０ａを形成した。成膜に際して真空槽内圧は１×１０−４Ｐａまで減圧した。正孔輸送層３１ａとして、膜厚２０ｎｍの４，４’−ビス［Ｎ−（２−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）を積層した。有機発光層３２ａとして、膜厚２０ｎｍの４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）を積層した。有機発光層３２ａの積層中、ドーパントとして、体積比で５％のペリレンを同時蒸着した。電子輸送層３３ａとして、膜厚２０ｎｍのＡｌｑ３を積層した。
【００４６】
次に、真空を破ることなしに、ジクロロ（フタロシアニト）アンチモン（Ｖ）ラジカルアニオン（式（Ｉ）の化合物（Ｘ＝Ｃｌ））を蒸着法により積層して膜厚１０ｎｍのｎ型電荷発生層５１を形成し、引き続いてチタニルフタロシアニンを蒸着法により積層して膜厚１０ｎｍのｐ型電荷発生層５２を形成した。
【００４７】
さらに、第１有機ＥＬユニット３０ａと同様の手順を繰り返して、正孔輸送層３１ｂ、有機発光層３２ｂおよび電子輸送層３３ｂを有する第２有機ＥＬユニット３０ｂを形成した。
【００４８】
次に、真空を破ることなしに、蒸着法により膜厚２００ｎｍのＭｇ／Ａｇ（１０：１の重量比率）層を堆積させて、陰極として用いる第２電極４０を形成した。こうして得られた構造物を、グローブボックス内乾燥窒素雰囲気（酸素および水分濃度ともに１０ｐｐｍ以下）下において、封止ガラスとＵＶ硬化接着剤を用いて封止して、有機ＥＬ素子を得た。本実施例の有機ＥＬ素子は、ボトムエミッション方式であり、第１および第２有機ＥＬユニットの両方が青色光を発光するものである。
【００４９】
得られた有機ＥＬ素子は青色に発光した。この素子について、電圧−瞬間輝度特性を測定した結果、電流密度０．６×１０−２Ａ／ｃｍ２で輝度６４２ｃｄ／ｍ２を得た。初期輝度１０００ｃｄ／ｍ２を与える電流の連続通電において輝度が半減する連続通電寿命半減期間は、３０００時間であった。
【００５０】
［比較例１］
第２有機ユニット３０ｂの形成をしなかったたことを除いて、実施例１の手順を繰り返して有機ＥＬ素子を得た。得られた有機ＥＬ素子は、１個の有機ＥＬユニットを有する従来型の有機ＥＬ素子である。
【００５１】
得られた有機ＥＬ素子は青色発光し、電流密度１．０×１０−２Ａ／ｃｍ２で６９５ｃｄ／ｍ２の輝度を有した。連続通電寿命半減期間は、１５００時間であった。
【００５２】
［実施例２］
実施例１の手順に従って、第２有機ＥＬユニット３０ｂ以下の構造を形成した。次いで、実施例１に記載の電荷発生複合層５０の形成手順を繰り返して電荷発生複合層５０ｂを形成し、引き続いて実施例１に記載の有機ＥＬユニット３０の形成手順を繰り返して第３有機ＥＬユニット３０ｃを形成した。最後に、実施例１の手順に従って、第２電極４０の形成を行い図２に示した構造を有する有機ＥＬ素子を得て、封止を行った。本実施例の有機ＥＬ素子は、３個の有機ＥＬユニットを有し、第１〜第３有機ＥＬユニット３０ａ〜３０ｃの全てが青色発光するものである。
【００５３】
得られた有機ＥＬ素子は青色発光し、電流密度０．６×１０−２Ａ／ｃｍ２で９４８ｃｄ／ｍ２の輝度を有した。
【００５４】
［実施例３］
第１有機ＥＬユニット３０ａの有機発光層３２ａの形成時に、ドーパントとして、ペリレンに代えて４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）を用いたこと以外は、実施例１の手順を繰り返して有機ＥＬ素子を得た。本実施例の有機ＥＬ素子は、ボトムエミッション方式であり、第１有機ＥＬユニット３０ａが赤色光を発光し、第２有機ＥＬユニット３０ｂが青色光を発光するものである。
【００５５】
得られた有機ＥＬ素子の発光は、ＣＩＥ ＸＹＺ表色系において色度（ｘ，ｙ）＝（０．３６，０．４０）を有する白色光であった。本実施例において、第１有機ＥＬユニット３０ａにおいて発光される赤色光が電荷発生複合層を透過することなく外部へと放射されるために、電荷発生複合層による６００ｎｍ以上の長波長の吸収がなく、所望の色度を得ることができた。
【００５６】
［実施例４］
第１有機ＥＬユニット３０ａの有機発光層３２ａの形成時に、ドーパントとして、ペリレンに代えて４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）を用い、第２有機ＥＬユニット３０ｂの有機発光層３２ｂの形成時に、ドーパントとして、ペリレンに代えてクマリン６を用いたこと以外は、実施例２の手順を繰り返して有機ＥＬ素子を得た。本実施例の有機ＥＬ素子は、ボトムエミッション方式であり、第１有機ＥＬユニット３０ａが赤色光を発光し、第２有機ＥＬユニット３０ｂが緑色光を発光し、第３有機ＥＬユニット３０ｃが青色光を発光するものである。
【００５７】
得られた有機ＥＬ素子の発光は、ＣＩＥ ＸＹＺ表色系において色度（ｘ，ｙ）＝（０．３０，０．３２）を有する白色光であった。本実施例において、第２有機ＥＬユニット３０ｂにおいて発光される緑色光の電荷発生複合層５０ａによる吸収は少なく、所望の色度を得ることができた。
【００５８】
実施例１および２と比較例１との結果から明らかなように、本発明の多段構成の有機ＥＬ素子は、従来型の有機ＥＬ素子に比較してより少ない電流密度で同等またはそれ以上の輝度を与えており、発光効率が高いことが分かる。また、実施例１と比較例１との比較から、本発明の多段構成の有機ＥＬ素子は従来型の有機ＥＬ素子よりも長い寿命を有することが分かる。これは発光効率の向上に伴って電流密度を低下させることができたことによると考えている。
【００５９】
また、実施例３および４に示すように、それぞれの有機ＥＬユニットに異なるドーパントを添加することにより、それぞれの有機ＥＬユニットから異なる色の光を得ることができ、素子全体として多色発光型有機ＥＬ素子を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】２つの有機ＥＬユニットを有する本発明の第１の実施態様の有機ＥＬ素子の構造を示す模式的断面図である。
【図２】３つの有機ＥＬユニットを有する本発明の第２の実施態様の有機ＥＬ素子の構造を示す模式的断面図である。
【図３】従来技術の有機ＥＬ素子の構造を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 基板
２０ 第１電極
３０（ａ，ｂ，ｃ） 有機ＥＬユニット
３１（ａ，ｂ，ｃ） 正孔輸送層
３２（ａ，ｂ，ｃ） 有機発光層
３３（ａ，ｂ，ｃ） 電子輸送層
４０ 第２電極
５０（ａ，ｂ） 電荷発生複合層
５１（ａ，ｂ） ｎ型電荷発生層
５２（ａ，ｂ） ｐ型電荷発生層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精細で視認性に優れ、携帯端末機または産業用計測器の表示など広範囲な応用可能性を有する有機エレクトロルミネセンス（以下有機ＥＬという）ディスプレイに用いることができる多色有機ＥＬ素子の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置に適用される発光素子の一例として、有機化合物の薄膜積層構造を有する有機ＥＬ素子が知られている。有機ＥＬ素子は、薄膜の自発光型素子であり、低駆動電圧、高解像度、高視野角といった優れた特徴を有することから、それらの実用化に向けて様々な検討がなされている。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、陽極と陰極の間に少なくとも有機発光層を備えた構造を有している。有機発光層は、陽極および陰極に電圧が印加されることによって生じる正孔および電子が再結合することで発光する部位である。有機ＥＬ素子は、必要に応じて、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層および／または電子注入層を介在させた構造を有する。より具体的には、例えば、以下に示すような構造が挙げられる。
（１）有機発光層
（２）正孔注入層／有機発光層
（３）有機発光層／電子輸送層
（４）正孔注入層／有機発光層／電子輸送層
（５）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層
（６）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層
【０００４】
なお、上述の（１）〜（６）の構造を有する有機ＥＬ素子において、有機発光層または正孔注入層に陽極が接続され、有機発光層、電子輸送層または電子注入層に陰極が接続される。従来型の有機ＥＬ素子の構造の一例を図３に示す。
【０００５】
有機ＥＬ素子においては、有機発光層中に添加する色素の種類によって、その発光色を青色、緑色または赤色にすることができることが知られている。有機ＥＬ素子を用いてフルカラーディスプレイを実現するための１つの手段として、画素（ピクセル）として３原色のＥＬ素子を副画素（サブピクセル）として配列することが検討されている。しかしながら、各色のＥＬ素子の発光特性はそれぞれ異なるため、サブピクセルの形成およびその駆動方法は複雑となり、コストアップの要因となっている。そこで、有機ＥＬ素子を白色発光させ、その白色光からカラーフィルタを用いて３原色を得ることが試みられている。そのため、このようなカラーフィルタ方式に用いることができる多色発光の有機ＥＬ素子の実現が望まれている。
【０００６】
本明細書における「多色発光有機ＥＬ素子」とは、２つ以上の異なる波長域の光を同時に発光する有機ＥＬ素子を意味する。多色発光有機ＥＬ素子において、３原色を発光するか、または補色関係にある２色を発光することによって、白色光を放射する白色発光有機ＥＬ素子を実現することができる。このため、発光層材料および発光層に添加する色素の種類および濃度について、精力的な研究が進められている。一方、異なる色の光を発光する有機ＥＬユニットを２段または３段積層する技術についても検討がなされてきている。たとえば、絶縁性透明基板上に、電荷注入層／発光層の結合体を電極を介して多段に積層し、同一極性の電極は絶縁性透明基板上で相互に電気的に接続されることを特徴とする有機ＥＬ素子が提案されている（特許文献１参照）。また、それぞれ異なる色を発光する複数の有機ＥＬユニットを垂直方向に積層し、有機ＥＬユニットのそれぞれの間に内部電極を配設して、個々の有機ＥＬユニットを制御する方法が提案されている（特許文献２参照）。これらの方法は、ともにそれぞれの有機ＥＬユニット間に介在させる電極への配線方法が複雑になり、製造工程が複雑になるという問題点があった。
【０００７】
さらに、上記の方法は垂直方向に積層された複数の有機ＥＬユニットを個別に制御して複数の異なる色の光を放射するためのものであるが、複数のユニットの個別制御をせず白色発光を行う有機ＥＬ素子についても検討されてきている。たとえば、異なる色を発光する複数の有機ＥＬユニットが導電層を介して積層されるタンデム構造体が提案されている（特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】特許第３１８９４３８号公報
【特許文献２】米国特許第５，７０３，４３６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，３３７，４９２号明細書
【特許文献４】特許第２９４９２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述のタンデム構造体において、複数の有機ＥＬユニット間に配設される導電層は、電荷発生層の機能を有するものであり、単層構造、およびｐ−ｎ接合を形成する二層構造であることが開示されている。この二層構造における第１層の材料として、ＩＴＯのような透明導電性酸化物および金属が開示されており、第２層の材料としてＩＴＯ、金属、ダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）、銅フタロシアニン、アルミニウムキレート化合物（Ａｌｑ３など）が開示されている。しかしながら、ＩＴＯのような透明導電性酸化物および金属を有機ＥＬユニット間に配設することは、有機ＥＬユニットを構成する層へのダメージの問題がある。また、Ａｌｑ３はｐ型材料として機能することができない。したがって銅フタロシアニンが有望であるが、銅フタロシアニンは可視光を吸収して光学的に不利になるという問題点が存在する。
【００１０】
したがって、可視光の吸収がないまたは可視光の吸収が少ない材料を用いて、有機ＥＬユニットを構成する層へダメージを与えることなく配設することができる、ｐ−ｎ接合を形成する二層構造の電荷発生層に対する要求が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の有機ＥＬ素子は、陽極と陰極との間に、少なくとも正孔輸送層、有機発光層および電子輸送層を含む少なくとも２つの有機ＥＬユニットと、フタロシアニン化合物を含むｎ型電荷発生層およびフタロシアニン化合物を含むｐ型電荷発生層の積層体である電荷発生複合層とを含む有機ＥＬ素子であって、前記電荷発生複合層は前記有機ＥＬユニットの間に配設されていることを特徴とする。ｎ型電荷発生層はアンチモンフタロシアニン化合物を含むことが望ましく、ｐ型電荷発生層はチタニルフタロシアニンを含むことが望ましい。ここで、前述の少なくとも２つの有機ＥＬユニットが、それぞれ異なる波長域の光を発光してもよい。この場合には、少なくとも２つの有機ＥＬユニットの中で最も光の取出側に近い有機ＥＬユニットが、赤色光を発光することが望ましい。本発明の有機ＥＬ素子は、白色光を放射することが可能である。
【発明の効果】
【００１２】
以上のような構成を採って、アンチモンフタロシアニン化合物を含むｎ型電荷発生層およびチタニルフタロシアニンを含むｐ型電荷発生層の積層体である電荷発生複合層を、複数の有機ＥＬユニットの間に配置することによって、多段配列された有機ＥＬユニットからの発光を効率よく得ることができる。この構成は、特に３原色を発光する白色発光有機ＥＬ素子、または補色関係にある２色を発光する白色発光有機ＥＬ素子を実現するのに有効である。３原色を発光する白色発光有機ＥＬ素子は、カラーフィルタ方式によるフルカラーディスプレイを製造するための光源部として特に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の有機ＥＬ素子は、陽極、少なくとも２つの有機ＥＬユニット、１つまたは複数の電荷発生複合層、および陰極を含み、前記複数の有機ＥＬユニットは、正孔輸送層、有機発光層および電子輸送層を少なくとも含み、前記１つまたは複数の電荷発生複合層のそれぞれが前記有機ＥＬユニットの間に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第１の実施態様の有機ＥＬ素子の模式断面図を図１に示す。図１の構成においては、第１電極２０が陽極であり、第２電極４０が陰極であり、第１有機ＥＬユニット３０ａと第２有機ＥＬユニット３０ｂとの間に電荷発生複合層５０が積層されている。
【００１５】
基板１０として、ガラスやプラスチックなどからなる絶縁性基板、または、半導電性や導電性基板に絶縁性の薄膜を形成した基板を用いることができる。あるいはまた、ポリオレフィン、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂またはポリイミド樹脂などから形成される可撓性フィルムを、基板１０として用いてもよい。基板１０側から発光を取り出すボトムエミッション方式を採用する場合、基板１０は可視光透過率に優れていることが好ましい。この目的のためには、ガラス基板、各種プラスチックからなる基板、または可撓性フィルムを用いることが望ましい。また、後述するようなアクティブマトリクス駆動を行う場合には、基板１０上にＴＦＴなどのスイッチング素子を設けてもよい。
【００１６】
第１電極２０は、陽極または陰極のいずれであってもよい。図１に示した構成では第１電極２０は陽極である。ボトムエミッション方式を採る場合には、第１電極２０に可視光透過性を有することが要求されるので、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ：Ａｌなどの透明導電性金属酸化物が用いられる。なお、本発明において「可視光透過性を有する」とは、波長４００〜８００ｎｍの光に対して５０％以上の透過率を有することを意味する。より好ましくは波長４００〜８００ｎｍの光に対して８５％以上の透過率を有することが望ましい。第１電極２０を陰極として用いる場合には、電子の注入効率を向上させるために、有機ＥＬユニットに後述する電子注入層を設けて第１電極２０に接触させることが好ましい。
【００１７】
基板１０の反対側から発光を取り出すトップエミッション方式を採用する場合、第１電極を、高反射率の金属（Ａｌ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｗなどの金属またはそれらの合金、ＮｉＰ、ＮｉＢ、ＣｒＰ、ＣｒＢなどのアモルファス金属または合金、あるいはＮｉＡｌなどの微結晶性合金）を用いて形成して、有機ＥＬユニット３０のそれぞれにて発光される光を反射させることが望ましい。トップエミッション方式を採用し、かつ第１電極２０を陽極として使用する場合には、正孔の注入効率を向上させるために、高反射率の金属の上に、仕事関数が大きなＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ：Ａｌなどの透明導電性金属酸化物を積層した複層構造とすることが望ましい。この場合、高反射率の金属は、透明導電性金属酸化物より抵抗率が低いので補助電極としても機能する。第１電極２０を陰極として用いる場合には、電子の注入効率を向上させるために、有機ＥＬユニットに後述する電子注入層を設けて第１電極２０に接触させることが好ましい。あるいはまた、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、またはＣｓなどのアルカリ金属、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒなどのアルカリ土類金属またはそれらを含む合金、あるいは希土類金属を用いて陰極として用いる第１電極２０を形成してもよい。
【００１８】
第２電極４０は、陽極または陰極のいずれであってもよい。図１に示した構成では第２電極４０は陰極である。ボトムエミッション方式を採用する場合、第２電極４０を高反射率の金属を用いて形成して、有機ＥＬユニット３０のそれぞれにて発光される光を基板１０の方向へ反射させることが望ましい。第２電極４０を陰極として用いる場合には、電子の注入効率を向上させるために、有機ＥＬユニットに後述する電子注入層を設けて第２電極４０に接触させることが好ましい。あるいはまた、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、またはＣｓなどのアルカリ金属、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒなどのアルカリ土類金属またはそれらを含む合金、あるいは希土類金属を用いて陰極として用いる第２電極４０を形成してもよい。
【００１９】
第２電極４０を陽極として用いる場合には、第２電極４０を前述の透明導電性金属酸化物と高反射率の金属との複層構造とし、透明導電性金属酸化物を有機ＥＬユニット３０と接触させて、正孔の注入効率を向上させることが望ましい。
【００２０】
一方、トップエミッション方式を採用する場合には、第２電極４０を、可視光透過性を有する透明導電性金属酸化物から形成することが望ましい。トップエミッション方式を採用し、かつ第２電極４０を陰極として用いる場合には、電子の注入効率を向上させるために、有機ＥＬユニットに後述する電子注入層を設けて第２電極４０に接触させることが好ましい。
【００２１】
第１電極２０および第２電極４０は、蒸着、スパッタなどの当該技術において知られている任意の方法で形成することができる。
【００２２】
本発明において、第１電極２０および第２電極４０のそれぞれを複数のストライプ形状部分電極から形成して、パッシブマトリクス駆動を行うようにしてもよい。この場合、第１電極２０のストライプ形状部分電極の延びる方向は、第２電極４０のストライプ形状部分電極の延びる方向と交差し、好ましくは直交する。あるいはまた、前述のように基板１０表面に複数のスイッチング素子（ＴＦＴなど）を設け、複数のスイッチング素子に１対１で対応する複数の部分電極から第１電極２０を構成して、アクティブマトリクス駆動を行うようにしてもよい。この場合には第２電極４０は一体型の電極として形成される。
【００２３】
有機ＥＬユニット３０のそれぞれ（図１における第１有機ＥＬユニット３０ａおよび第２有機ＥＬユニット３０ｂ）は、少なくとも、正孔輸送層３１、有機発光層３２および電子輸送層３３を含み、必要に応じて、正孔注入層および／または電子注入層をさらに含んでもよい。図１においては、第１電極２０を陽極、第２電極４０を陰極とする構成が例示されており、第１有機ＥＬユニット３０ａおよび第２有機ＥＬユニット３０ｂともに、正孔輸送層（３１ａ，３１ｂ）／有機発光層（３２ａ，３２ｂ）／電子輸送層（３３ａ，３３ｂ）の層構成を有する。第１電極２０を陰極、第２電極４０を陽極とする構成を採用する場合、有機ＥＬユニット３０の各構成層の積層順序が逆になることは、当業者であれば容易に理解するであろう。有機ＥＬユニットの各構成層の形成には、当該技術で知られている任意の方法を用いることができるが、通常は真空蒸着法が用いられる。
【００２４】
正孔輸送層３２は、トリアリールアミン部分構造、カルバゾール部分構造、オキサジアゾール部分構造を有する材料（たとえばＴＰＤ、α−ＮＰＤ、ＰＢＤ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡなど）を用いて形成することができる。
【００２５】
有機発光層３２の材料は、所望する色調に応じて選択することが可能であり、例えば青色から青緑色の発光を得るためには、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリデイン系化合物などを使用することが可能である。あるいはまた、前述の材料をホスト材料として用い、これにドーパントを添加することによって有機発光層３２を形成してもよい。ドーパントとして用いることができる材料としては、たとえばレーザ色素としての使用が知られているクマリン誘導体（たとえば、クマリン６など）、ペリレン、ルブレン、キナクリドン類、ＤＣＭ、金属ポルフィリン錯体（たとえば、ＰｔＯＥＰなど）などを用いることができる。
【００２６】
【化１】
【００２７】
電子輸送層３３は、ＰＢＤ、ＴＰＯＢのようなオキサジアゾール誘導体；ＴＡＺのようなトリアゾール誘導体；トリアジン誘導体；フェニルキノキサリン類；ＢＭＢ−２Ｔ、ＢＭＢ−３Ｔのようなチオフェン誘導体；アルミニウムトリス（８−キノリノラート）（Ａｌｑ３）のようなアルミニウム錯体などを用いて形成することができる。電子輸送層３３の膜厚は、駆動電圧および透明性等を考慮して適宜選択することができるが、通常の場合には４０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２８】
正孔注入層の材料としては、フタロシアニン（Ｐｃ）類（銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）などを含む）またはインダンスレン系化合物などを用いることができる。
【００２９】
電子注入層の材料としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、またはＣｓなどのアルカリ金属、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒなどのアルカリ土類金属またはそれらを含む合金、希土類金属、あるいはそれら金属のフッ化物などを用いることができるが、それらに限定されるものではない。あるいはまた、アルカリ金属ないしアルカリ土類金属をドープしたアルミニウムのキノリノール錯体を用いてもよい。本発明の構成においては、電子注入効率の改善の観点から、電子注入層を設けることが好ましい。電子注入層の膜厚は、駆動電圧および透明性等を考慮して適宜選択することができるが、通常の場合には１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
有機ＥＬユニット３０を構成するそれぞれの層は、蒸着（抵抗加熱または電子ビーム加熱）などの当該技術において知られている任意の手段を用いて形成することができる。
【００３１】
電荷発生複合層５０は、電子発生層として機能するｎ型電荷発生層５１と、正孔発生層として機能するｐ型電荷発生層５２とから構成される。電荷発生複合層５０は、有機ＥＬユニット３０の間に配置される。ｎ型電荷発生層５１は、一方の有機ＥＬユニットの電子輸送層または存在する場合には電子注入層と接触して配置される。ｐ型電荷発生層は、他方の有機ＥＬユニットの正孔輸送層または存在する場合には正孔注入層と接触して配置される。図１の構成において、電荷発生複合層５０は、第１有機ＥＬユニット３０ａと第２有機ＥＬユニット３０ｂとの間に配置され、ｎ型電荷発生層５１は第１有機ＥＬユニット３０ａの電子輸送層３３ａに接触しており、ｐ型電荷発生層５２は第２有機ＥＬユニット３０ｂの正孔注入層３１ｂと接触している。
【００３２】
ｎ型電荷発生層５１は、ｎ型半導性を有するアンチモンフタロシアニン化合物から形成される。本発明において用いられるアンチモンフタロシアニン化合物は、式（Ｉ）の構造を有するジハロゲン（フタロシアニナト）アンチモン（Ｖ）ラジカルアニオンである（特許文献４参照）。
【００３３】
【化２】
【００３４】
式中、ＸはＣｌ、Ｂｒ、Ｉを表し、好ましくはＣｌである。また、配位子であるフタロシアニンは、式（Ｉ）の化合物の合成を妨げないことを条件として、炭化水素基、アルコキシ基などの置換基を有していてもよい。式（Ｉ）の化合物は、対応するジハロゲン（フタロシアニナト）アンチモン（Ｖ）カチオンの、電解的１電子還元または化学的１電子還元（たとえば金属銀を用いる）により調整することができる（特許文献４参照）。式（Ｉ）の化合物は、可視領域（特に４００〜６００ｎｍ）において、銅フタロシアニンよりも優れた光透過性を有する。本発明においては、ジクロロ（フタロシアニナト）アンチモン（Ｖ）ラジカルアニオンを用いることが最も好ましい。ｎ型電荷発生層５１は、充分な電子発生能力と高い可視光透過性を両立するために、５〜３０ｎｍの膜厚を有することが望ましい。
【００３５】
ｐ型電荷発生層５２は、ｐ型半導性を有するフタロシアニン化合物から形成される。また、可視領域（特に４００〜６００ｎｍ）において、優れた光透過性を有することが望ましい。本発明のｐ型電荷発生層５２において用いられるフタロシアニン化合物は、好ましくは、式（II）の構造を有するチタニルフタロシアニンである。配位子であるフタロシアニンは、炭化水素基、アルコキシ基などの置換基を有していてもよい。
【００３６】
【化３】
【００３７】
式（II）の化合物は、可視領域（特に４００〜６００ｎｍ）において、銅フタロシアニンよりも優れた光透過性を有する。ｐ型電荷発生層５２は、充分な正孔発生能力と高い可視光透過性を両立するために、５〜２０ｎｍの膜厚を有することが望ましい。
【００３８】
電荷発生複合層５０を形成するｎ型電荷発生層５１およびｐ型電荷発生層５２は、蒸着、スパッタなどの当該技術において知られている任意の方法で形成することができる。また、図１においては、第１電極２０を陽極、第２電極４０を陰極とする構成が例示されている。第１電極２０を陰極、第２電極４０を陽極とする構成を採用する場合、ｎ型電荷発生層５１およびｐ型電荷発生層５２の積層順序が逆になることは、当業者であれば容易に理解するであろう。
【００３９】
本実施態様において、第１有機ＥＬユニット３０ａの有機発光層３２ａと、第２有機ＥＬユニット３０ｂの有機発光層３２ｂとが、異なる波長の光、より好ましくは補色関係にある２つの波長の光を放出するように形成することが好ましい。たとえば、一方が青色光を発光し、他方が赤色光を発光すれば、素子全体として白色光が放射される。さらに、より好ましくは、光の取出側に近い有機ＥＬユニットが赤色光を発光し、他方の有機ＥＬユニットが青色光を発光する。たとえば、図１の構成において、第１電極２０が透明であり、第２電極が反射性である場合、第１有機ＥＬユニット３０ａが赤色光を発光し、第２有機ＥＬユニット３０ｂが青色光を発光する。このような構成とすることにより、第１有機ＥＬユニット３０ａが発した赤色光が、電荷発生複合層５０を透過することなしに外部に取り出されるので、赤色光の取出効率を向上させることができる。
【００４０】
なお、図１の構成において、第１電極２０を陰極、第２電極４０を陽極として用いる場合には、各有機ＥＬユニットおよび電荷発生複合層中の積層構造の順序を逆転すればよいことは、当業者にとって明らかであろう。
【００４１】
また、本発明の有機ＥＬ素子は、３つ以上の有機ＥＬユニットと２つ以上の電荷発生複合層を有してもよく、ここで電荷発生複合層のそれぞれは２つの有機ＥＬユニットの間に配置される。３つの有機ＥＬユニットおよび２つの電荷発生複合層を有する本発明の第２の実施態様の有機ＥＬ素子の模式断面図を、図２に示す。図２の構成においては、第１電極２０が陽極であり、第２電極４０が陰極であり、第１有機ＥＬユニット３０ａと第２有機ＥＬユニット３０ｂとの間に第１電荷発生複合層５０ａが積層されており、第２有機ＥＬユニット３０ｂと第３有機ＥＬユニット３０ｃとの間に第２電荷発生複合層５０ｂが積層されている。
【００４２】
第１電極２０、第２電極４０、それぞれの有機ＥＬユニット３０（ａ，ｂ，ｃ）、およびそれぞれの電荷発生複合層５０（ａ，ｂ）は、第１の態様に記載のものと同様である。
【００４３】
本実施態様においても、それぞれの有機ＥＬユニット３０の有機発光層が、異なる波長の光を発光してもよい。より好ましくは、有機ＥＬユニット３０のそれぞれが赤色領域、緑色領域および青色領域のいずれかの光を発光して、有機ＥＬ素子全体として、赤色、緑色および青色の３波長域の成分をバランスよく含む白色光を発光するようにされる。このような構成は、カラーフィルタ方式を用いるフルカラーディスプレイの光源部として特に有用である。たとえば、第１有機ＥＬユニット３０ａが赤色光を、第２有機ＥＬユニット３０ｂが緑色光を、第３有機ＥＬユニット３０ｃが青色光を発光するようにしてもよい。いずれのユニットがいずれの波長域の光を発光するかについては特に制限はないが、光の取出側に最も近い有機ＥＬユニットが赤色光を発光することが好ましい。このような構成とすることにより、電荷発生複合層５０を透過させることなしに赤色光を外部に取り出されるので、赤色光の取出効率を向上させることができる。
【実施例】
【００４４】
［実施例１］
図１の構造を有する本発明に基づく有機ＥＬ発光素子を以下の手順により作製した。最初に、ガラス基板１０上に、室温において、ＤＣスパッタ法により膜厚２００ｎｍのＩｎ−Ｚｎ酸化物膜を堆積させて、陽極として用いる第１電極２０を得た。スパッタターゲットにはＩｎ−Ｚｎ酸化物焼成ターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒおよび酸素の混合ガスを用いた。
【００４５】
引き続いて、前記第１電極２０を形成した基板１０を抵抗加熱蒸着装置内に装着し、正孔輸送層３１ａ、有機発光層３２ａおよび電子輸送層３３ａを真空を破らずに順次成膜して第１有機ＥＬユニット３０ａを形成した。成膜に際して真空槽内圧は１×１０−４Ｐａまで減圧した。正孔輸送層３１ａとして、膜厚２０ｎｍの４，４’−ビス［Ｎ−（２−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）を積層した。有機発光層３２ａとして、膜厚２０ｎｍの４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）を積層した。有機発光層３２ａの積層中、ドーパントとして、体積比で５％のペリレンを同時蒸着した。電子輸送層３３ａとして、膜厚２０ｎｍのＡｌｑ３を積層した。
【００４６】
次に、真空を破ることなしに、ジクロロ（フタロシアニト）アンチモン（Ｖ）ラジカルアニオン（式（Ｉ）の化合物（Ｘ＝Ｃｌ））を蒸着法により積層して膜厚１０ｎｍのｎ型電荷発生層５１を形成し、引き続いてチタニルフタロシアニンを蒸着法により積層して膜厚１０ｎｍのｐ型電荷発生層５２を形成した。
【００４７】
さらに、第１有機ＥＬユニット３０ａと同様の手順を繰り返して、正孔輸送層３１ｂ、有機発光層３２ｂおよび電子輸送層３３ｂを有する第２有機ＥＬユニット３０ｂを形成した。
【００４８】
次に、真空を破ることなしに、蒸着法により膜厚２００ｎｍのＭｇ／Ａｇ（１０：１の重量比率）層を堆積させて、陰極として用いる第２電極４０を形成した。こうして得られた構造物を、グローブボックス内乾燥窒素雰囲気（酸素および水分濃度ともに１０ｐｐｍ以下）下において、封止ガラスとＵＶ硬化接着剤を用いて封止して、有機ＥＬ素子を得た。本実施例の有機ＥＬ素子は、ボトムエミッション方式であり、第１および第２有機ＥＬユニットの両方が青色光を発光するものである。
【００４９】
得られた有機ＥＬ素子は青色に発光した。この素子について、電圧−瞬間輝度特性を測定した結果、電流密度０．６×１０−２Ａ／ｃｍ２で輝度６４２ｃｄ／ｍ２を得た。初期輝度１０００ｃｄ／ｍ２を与える電流の連続通電において輝度が半減する連続通電寿命半減期間は、３０００時間であった。
【００５０】
［比較例１］
第２有機ユニット３０ｂの形成をしなかったたことを除いて、実施例１の手順を繰り返して有機ＥＬ素子を得た。得られた有機ＥＬ素子は、１個の有機ＥＬユニットを有する従来型の有機ＥＬ素子である。
【００５１】
得られた有機ＥＬ素子は青色発光し、電流密度１．０×１０−２Ａ／ｃｍ２で６９５ｃｄ／ｍ２の輝度を有した。連続通電寿命半減期間は、１５００時間であった。
【００５２】
［実施例２］
実施例１の手順に従って、第２有機ＥＬユニット３０ｂ以下の構造を形成した。次いで、実施例１に記載の電荷発生複合層５０の形成手順を繰り返して電荷発生複合層５０ｂを形成し、引き続いて実施例１に記載の有機ＥＬユニット３０の形成手順を繰り返して第３有機ＥＬユニット３０ｃを形成した。最後に、実施例１の手順に従って、第２電極４０の形成を行い図２に示した構造を有する有機ＥＬ素子を得て、封止を行った。本実施例の有機ＥＬ素子は、３個の有機ＥＬユニットを有し、第１〜第３有機ＥＬユニット３０ａ〜３０ｃの全てが青色発光するものである。
【００５３】
得られた有機ＥＬ素子は青色発光し、電流密度０．６×１０−２Ａ／ｃｍ２で９４８ｃｄ／ｍ２の輝度を有した。
【００５４】
［実施例３］
第１有機ＥＬユニット３０ａの有機発光層３２ａの形成時に、ドーパントとして、ペリレンに代えて４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）を用いたこと以外は、実施例１の手順を繰り返して有機ＥＬ素子を得た。本実施例の有機ＥＬ素子は、ボトムエミッション方式であり、第１有機ＥＬユニット３０ａが赤色光を発光し、第２有機ＥＬユニット３０ｂが青色光を発光するものである。
【００５５】
得られた有機ＥＬ素子の発光は、ＣＩＥ ＸＹＺ表色系において色度（ｘ，ｙ）＝（０．３６，０．４０）を有する白色光であった。本実施例において、第１有機ＥＬユニット３０ａにおいて発光される赤色光が電荷発生複合層を透過することなく外部へと放射されるために、電荷発生複合層による６００ｎｍ以上の長波長の吸収がなく、所望の色度を得ることができた。
【００５６】
［実施例４］
第１有機ＥＬユニット３０ａの有機発光層３２ａの形成時に、ドーパントとして、ペリレンに代えて４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）を用い、第２有機ＥＬユニット３０ｂの有機発光層３２ｂの形成時に、ドーパントとして、ペリレンに代えてクマリン６を用いたこと以外は、実施例２の手順を繰り返して有機ＥＬ素子を得た。本実施例の有機ＥＬ素子は、ボトムエミッション方式であり、第１有機ＥＬユニット３０ａが赤色光を発光し、第２有機ＥＬユニット３０ｂが緑色光を発光し、第３有機ＥＬユニット３０ｃが青色光を発光するものである。
【００５７】
得られた有機ＥＬ素子の発光は、ＣＩＥ ＸＹＺ表色系において色度（ｘ，ｙ）＝（０．３０，０．３２）を有する白色光であった。本実施例において、第２有機ＥＬユニット３０ｂにおいて発光される緑色光の電荷発生複合層５０ａによる吸収は少なく、所望の色度を得ることができた。
【００５８】
実施例１および２と比較例１との結果から明らかなように、本発明の多段構成の有機ＥＬ素子は、従来型の有機ＥＬ素子に比較してより少ない電流密度で同等またはそれ以上の輝度を与えており、発光効率が高いことが分かる。また、実施例１と比較例１との比較から、本発明の多段構成の有機ＥＬ素子は従来型の有機ＥＬ素子よりも長い寿命を有することが分かる。これは発光効率の向上に伴って電流密度を低下させることができたことによると考えている。
【００５９】
また、実施例３および４に示すように、それぞれの有機ＥＬユニットに異なるドーパントを添加することにより、それぞれの有機ＥＬユニットから異なる色の光を得ることができ、素子全体として多色発光型有機ＥＬ素子を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】２つの有機ＥＬユニットを有する本発明の第１の実施態様の有機ＥＬ素子の構造を示す模式的断面図である。
【図２】３つの有機ＥＬユニットを有する本発明の第２の実施態様の有機ＥＬ素子の構造を示す模式的断面図である。
【図３】従来技術の有機ＥＬ素子の構造を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 基板
２０ 第１電極
３０（ａ，ｂ，ｃ） 有機ＥＬユニット
３１（ａ，ｂ，ｃ） 正孔輸送層
３２（ａ，ｂ，ｃ） 有機発光層
３３（ａ，ｂ，ｃ） 電子輸送層
４０ 第２電極
５０（ａ，ｂ） 電荷発生複合層
５１（ａ，ｂ） ｎ型電荷発生層
５２（ａ，ｂ） ｐ型電荷発生層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極との間に、少なくとも正孔輸送層、有機発光層および電子輸送層を含む少なくとも２つの有機ＥＬユニットと、フタロシアニン化合物を含むｎ型電荷発生層およびフタロシアニン化合物を含むｐ型電荷発生層の積層体である電荷発生複合層とを含む有機ＥＬ素子であって、前記電荷発生複合層は前記有機ＥＬユニットの間に配設されていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記ｎ型電荷発生層はアンチモンフタロシアニン化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記ｐ型電荷発生層はチタニルフタロシアニンを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記少なくとも２つの有機ＥＬユニットが、それぞれ異なる波長域の光を発光することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記少なくとも２つの有機ＥＬユニットの中で最も光の取出側に近い有機ＥＬユニットが、赤色光を発光することを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記有機ＥＬ素子が白色光を放射することを特徴とする請求項４または５に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１】
陽極と陰極との間に、少なくとも正孔輸送層、有機発光層および電子輸送層を含む少なくとも２つの有機ＥＬユニットと、フタロシアニン化合物を含むｎ型電荷発生層およびフタロシアニン化合物を含むｐ型電荷発生層の積層体である電荷発生複合層とを含む有機ＥＬ素子であって、前記電荷発生複合層は前記有機ＥＬユニットの間に配設されていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記ｎ型電荷発生層はアンチモンフタロシアニン化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記ｐ型電荷発生層はチタニルフタロシアニンを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記少なくとも２つの有機ＥＬユニットが、それぞれ異なる波長域の光を発光することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記少なくとも２つの有機ＥＬユニットの中で最も光の取出側に近い有機ＥＬユニットが、赤色光を発光することを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記有機ＥＬ素子が白色光を放射することを特徴とする請求項４または５に記載の有機ＥＬ素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−７３４８４（Ｐ２００６−７３４８４Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５８９９９（Ｐ２００４−２５８９９９）
【出願日】平成１６年９月６日（２００４．９．６）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機ホールディングス株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月６日（２００４．９．６）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機ホールディングス株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
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