(57)【要約】【課題】長時間に渡り安定した輝度で発光する有機ＥＬ発光装置を提供する。【解決手段】陽極１４及び陰極１７と、陽極１４及び陰極１７に挟持される発光層１２、電子注入輸送層１６とを少なくとも有する発光素子１０を複数有し、複数の発光素子１０に電流を供給する電流源と、駆動時に複数の発光素子１０に印加される電圧をモニタするモニタ回路と、モニタ回路出力に応じて電流源の出力制御を行う出力制御手段と、を有する有機ＥＬ発光装置において、電子注入輸送層１６がセシウムを３０ｍｏｌ％以上含む有機ＥＬ発光装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極及び陰極と、該陽極及び陰極に挟持される発光層、電子注入輸送層とを少なくとも有する発光素子を複数有し、複数の前記発光素子に電流を供給する電流源と、駆動時に複数の前記発光素子に印加される電圧をモニタするモニタ回路と、該モニタ回路出力に応じて前記電流源の出力制御を行う出力制御手段と、を有する有機ＥＬ発光装置において、
前記電子注入輸送層がセシウムを３０ｍｏｌ％以上含むことを特徴とする有機ＥＬ発光装置。
【請求項２】
前記電子注入輸送層がセシウムを４０ｍｏｌ％以上６０ｍｏｌ％以下含むことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフラットパネルディスプレイ、プロジェクションディスプレイ、プリンター等に用いられる多色発光素子を複数有する有機ＥＬ発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フラットパネル対応の自発光型デバイスが注目されている。自発光型デバイスとしては、プラズマ発光表示素子、フィールドエミッション素子、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子等がある。
【０００３】
この中で、特に、有機ＥＬ素子に関しては、１９８７年にＴ．Ｗ．Ｔａｎｇらにより蛍光性金属キレート錯体とジアミン系分子の薄膜を積層した構造を利用して、低電圧ＤＣ駆動で高輝度な発光が得られることが実証され、研究開発が精力的に進められている。
【０００４】
有機ＥＬ素子の課題として、駆動電圧の低減や、発光効率の向上、駆動劣化特性の改善等が挙げられる。これらの課題を解決するために、有機化合物層への電子注入材料のドーピングが知られている。
【０００５】
特許文献１、特許文献２では電子注入層として電子輸送材料と、アルカリメタル或いはその塩、酸化物を用いることで、駆動電圧低減を果たしている。また特許文献３は、取り扱いの容易な炭酸セシウムと電子輸送材料の混合層を電子注入層として用い、そのドープ濃度を８重量％以下とすることで、経時的な劣化を抑制する技術を開示している。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２７０１７１号公報
【特許文献２】特開平１０−２７０１７２号公報
【特許文献３】特開２００５−０６３９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らの検討の結果、電子輸送材料にアルカリメタル或いはその塩、酸化物を高濃度ドープすることは、初期の駆動電圧低減の効果はあるものの、発光し続けるにつれて発光効率の低下および駆動電圧の上昇を招くことが明らかになった。
【０００８】
また、駆動電圧をモニタすることによって発光効率の変化量を見積り、その分を補正した電流値で駆動する方法も考えられる。ところが、発光素子の構成によって駆動電圧の変化と発光効率の変化の対応関係が異なり、駆動電流の補正が正確に行えないという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、電子輸送材料にセシウムをドープした電子注入輸送層を用いた有機ＥＬ素子において、駆動電圧の変化と発光効率の変化に安定した対応関係を持たせ、正確な補正駆動を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するため、陽極及び陰極と、該陽極及び陰極に挟持される発光層、電子注入輸送層とを少なくとも有する発光素子を複数有し、複数の前記発光素子に電流を供給する電流源と、駆動時に複数の前記発光素子に印加される電圧をモニタするモニタ回路と、該モニタ回路出力に応じて前記電流源の出力制御を行う出力制御手段と、を有する有機ＥＬ発光装置において、前記電子注入輸送層がセシウムを３０ｍｏｌ％以上含むことを特徴とする有機ＥＬ発光装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
電子輸送材料にセシウムをドープした電子注入輸送層を用いた有機ＥＬ素子の駆動電圧をモニタすることで発光効率の変化を見積り、補正駆動を行う有機ＥＬ発光装置において、補正値を正確に導き出し、長時間に亘って安定した発光強度を維持する事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の有機ＥＬ発光装置の具体的な一実施形態について説明するが、本発明はこの形態に限定されるものではない。
【００１３】
本発明で用いる発光素子は、陽極及び陰極と、陽極及び陰極に挟持される発光層、電子注入輸送層とを少なくとも有する。図１にその一例を示す。図１に示す発光素子１０では、基板１５上に陽極１４が形成され、その上に有機化合物層として、正孔輸送層１３、発光層１２、電子注入輸送層１６が形成され、陰極１７が形成されている。
【００１４】
基板１５として好適に使用される具体的な基板としては、各種のガラス基板や、ｐｏｌｙ−ＳｉでＴＦＴ等の駆動回路を形成したガラス基板、シリコンウエハー上に駆動回路を設けたもの等が挙げられる。発光した光を基板１５と反対側より取り出す場合は、基板１５は透明である必要は無いが、基板１５側から光を取り出す場合には、基板１５は透明であることが好ましい。
【００１５】
陽極１４に用いる材料としては、仕事関数の大きな導電性材料が好ましい。これに加え、発光した光を基板１５と反対側より取り出す場合は、反射率の高い金属材料が好ましい。その例としては、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ等、及びこれらの金属材料を含む合金等が好適に用いられる。また、高反射率の金属材料上に薄膜の透明導電性材料を積層することで光学的な取り出し効率を高めることもできる。透明導電性材料としてＩＴＯ等仕事関数の大きな材料を用いる場合は、金属材料の仕事関数は必ずしも大きい必要は無い。
【００１６】
発光した光を基板１５と反対側に取り出す場合は、陰極１７の材料は透明であることが好ましく、ＩＴＯ等の透明導電材料が用いられる。また、金属材料を１ｎｍから１０ｎｍ程度の薄膜で形成し、透光性のある状態で用いても良い。さらに、陽極１４と半透過陰極１７を用い、干渉効果を利用して、外部取り出し効率の向上、色純度の向上を図ることもできる。
【００１７】
正孔輸送層１３を形成する正孔輸送材料としては、トリフェニルジアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ポリフィリル誘導体、スチルベン誘導体等の低分子化合物等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【００１８】
発光層１２としては、単一の材料で所望の発光を得る材料、或いはホスト材料にゲスト材料をドープしたものが用いられる。その方法としては、例えばホスト材料、ゲスト材料を同時に真空蒸着し、それぞれの蒸着レートを調整することで任意のドープ濃度の発光層を得ることができる。ゲスト材料は必要に応じて複数の種類をドープしても良い。
【００１９】
電子注入輸送層１６は、アルミキノリノール誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェニルキノキサリン誘導体、シロール誘導体等に代表される電子輸送材料中に、セシウムがドープされている。ここで、セシウムは３０ｍｏｌ％以上含まれ、好ましくは４０ｍｏｌ％以上６０ｍｏｌ％以下含まれる。セシウムをドープする方法は特に限定されず、例えば電子輸送材料と、炭酸セシウム、セシウム酸化物等のセシウム含有化合物を共蒸着する方法が挙げられるが、大気中で安定な炭酸セシウムがより好適に用いられる。この方法では、各材料の蒸着レートを制御することで、ドープ濃度を制御することができる。
【００２０】
陰極１７、陽極１４及び有機化合物層の形成方法は特に限定はされない。有機材料からなる場合、電解重合法、キャスティング法、スピンコート法、浸漬コート法、スクリーン印刷法、マイクロモールド法、マイクロコンタクト法、ロール塗布法、インクジェット法、ＬＢ法等で形成することができる。また、用いる材料により真空蒸着法、ＣＶＤ法、電子ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法等も有効な形成方法である。また、これらを所望の形状にパターニングする方法としては、マスク蒸着やフォトリソグラフィなどが挙げられる。その他、ソフトリソグラフィ、インクジェット法も有効なパターニング方法である。
【００２１】
陽極１４及び陰極１７、有機化合物層の膜厚は特に限定はされないが０．１ｎｍ−１０μｍの範囲が好ましい。
【００２２】
本発明で用いる発光素子１０は、空気中の水分、酸素等から遮断する目的で発光素子１０上にキャップを設けるとよい。発光した光を基板１５と反対側より取り出す場合は、キャップは透光性のものがよく、ガラス等が用いられる。また、キャップと、発光素子１０の間に空隙を設け、乾燥剤等を配置しても良い。
【００２３】
また、窒化珪素（例えばＳｉＮ）、酸化珪素（例えばＳｉＯ）などの無機材料や、高分子材料等の膜を発光素子１０上に配置し、外気と遮断してもよい。
【００２４】
本発明の有機ＥＬ発光装置は、上記発光素子を複数有すると共に、補償駆動回路を有する。ここで、補償駆動回路は、複数の発光素子に電流を供給する電流源と、駆動時に複数の発光素子に印加される電圧をモニタするモニタ回路と、モニタ回路出力に応じて電流源の出力制御を行う出力制御手段とを有する。
【００２５】
図２に補償駆動回路の一例を示す。尚、図２では、簡単に説明するために単素子のみの構成を示すが、同様の思想をマトリクス状に展開できることは言うまでもない。図２において、発光素子１０は、可変電流源３１と抵抗３２と直列に電源ライン及びグランドラインに接続されるとともに、両端が電圧計３３に接続されてその駆動電圧をモニタしている。電圧計３３はＡＤコンバータなどで構成され、駆動電圧をデジタル値としてコントローラ３４に送る。メモリテーブル３５には、予め素子構成に応じて特徴付けられた、駆動電圧変化と発光効率変化の関係が格納されており、コントローラ３４は駆動電圧値をメモリテーブル３５と参照することで最新の素子状態、すなわち発光効率を知ることが出来る。したがって、発光効率の変化分に応じて補正した電流値を可変電流源３１に指示することで、発光素子１０が劣化した場合でも一定の強度で発光させることが出来る。
【００２６】
本発明の有機ＥＬ発光装置は、発光素子を面内に複数配置し、ディスプレイ等のディスプレイの情報表示部に用いてもよい。ディスプレイのサイズは特に制限されないが、例えば１インチから３０インチまでが好ましい。画素数は特に制限はなく、例えばＱＶＧＡ（３２０×２４０画素）、ＶＧＡ（６４０×４８０画素）、ＸＧＡ（１０２４×７２８画素）、ＳＸＧＡ（１２８０×１０２４画素）、ＵＸＧＡ（１６００×１２００画素）、ＱＸＧＡ（２０４８×１５３６画素）が挙げられる。また、カラー表示できることが好ましく、その場合、赤、青、緑の発光素子を独立に配列させることで表示する方法、またはカラーフィルターを用いる方法、何れにおいても有効である。また、駆動方法としては単純マトリックス方法、アクティブマトリックス方法、何れにおいても有効である。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例により本発明について更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２８】
ここで、本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。
【００２９】
【化１】
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【００３０】
＜実施例１＞
図１に示す発光素子１０を製造した。
【００３１】
ガラス基板（コーニング社：１７３７）（基板１５）上に、銀を１００ｎｍ、及びＩＴＯを２０ｎｍ形成した基板を用い、フォトリソグラフィ法によりパターニングして、陽極１４（透明電極）を形成し、陽極基板を形成した。
【００３２】
その陽極基板を、大気圧下でＵＶ−Ｏ3洗浄した後、以下の有機化合物層を１０-4Ｐａの真空チャンバー内で抵抗加熱による真空蒸着により連続成膜した。
正孔輸送層１３：ＨＴ−１（２０ｎｍ）
発光層１２：ＥＭ−１、ＥＭ−２およびＥＭ−３共蒸着層（２０ｎｍ）
電子注入輸送層１６：ＥＴ−１と炭酸セシウムの共蒸着層（５０ｎｍ）
【００３３】
発光層１２の混合比は体積比で、ＥＭ−１：ＥＭ−２：ＥＭ−３＝８７：１０：３とした。また、電子注入輸送層１６は、各材料の蒸着レートを制御することで、セシウムのドープ濃度を４８ｍｏｌ％とした。その後、スパッタ法によりＩＴＯ（陰極１７）を成膜して発光素子１０を得た。
【００３４】
こうして作成した素子の基本特性を調べるため、１０ｍＡ／ｃｍ2の電流密度を連続通電したときの発光輝度の変化と駆動電圧の変化を調べた。初期の発光輝度は１５００ｃｄ／ｍ2、駆動電圧は３．９Ｖであったが、時間を経るにしたがって輝度は減少し、駆動電圧は上昇した。結果を図３（サンプル１２）に示す。図３において、横軸は輝度変化を初期値（Ｌ0）との比（Ｌ／Ｌ0）で表し、縦軸は駆動電圧変化を初期値との差（ΔＶ）で示した。このように、発光効率と駆動電圧は、素子劣化に応じて一対一に対応していることが分かった。
【００３５】
この素子を、図２に示す補償駆動回路を用いて発光させた。メモリテーブル３５には、予め図３で得られた情報を格納しておいた。輝度１５００ｃｄ／ｍ2の設定で発光させたところ、初期は１０ｍＡ／ｃｍ2が流れており、２００時間経過後は補償駆動回路の働きにより電流密度が１０．５ｍＡ／ｃｍ2に上昇しながらも輝度は１５００ｃｄ／ｍ2を保っていた。
【００３６】
また、同様の構成で１０素子作成して再現実験を行ったところ、１０素子とも同様の結果を得ることが出来た。
【００３７】
＜実施例２＞
電子注入輸送層１６の蒸着レートを変えることでセシウムのドープ濃度を５７ｍｏｌ％とした以外は、実施例１と同様にして素子を作成した。
【００３８】
この素子を１０ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で連続駆動したときの輝度変化と駆動電圧変化を図３（サンプル１３）に示す。
【００３９】
この素子を１０素子作成して、実施例１と同様に１５００ｃｄ／ｍ2での補償駆動実験を行ったところ、１０素子とも実施例１と同様の結果を得ることが出来た。
【００４０】
＜比較例１＞
電子注入輸送層１６の蒸着レートを変えることでセシウムのドープ濃度を１８ｍｏｌ％とした以外は、実施例１と同様にして素子を作成した。
【００４１】
この素子を１０ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で連続駆動したときの輝度変化と駆動電圧変化を図３（サンプル１１）に示す。
【００４２】
図３に示すように、実施例１，２よりも駆動電圧の変化が大きくなっており、このデータに応じたメモリテーブル３５を用意して補償駆動を行ったところ、ほぼ１５００ｃｄ／ｍ2一定で発光させることが出来た。ところが、同様の素子を１０素子作成したところ、製造バラつきによって電子注入輸送層１６のセシウム濃度がバラつき、補正すべき値が安定しなかった。そのため、同一のメモリテーブル３５で補償駆動したときの２００時間後の輝度は１３５０〜１６００ｃｄ／ｍ2までばらついてしまった。
【００４３】
＜実施例３＞
発光層１２をＥＭ−１、ＥＭ−２とＥＭ−４の共蒸着（混合比は体積比でＥＭ−１：ＥＭ−２：ＥＭ−４＝８３：１５：２）で形成し、電子注入輸送層１６の蒸着レートを変えてセシウムドープ濃度を４２ｍｏｌ％とした以外は、実施例１と同様に素子を作成した。
【００４４】
この素子を１０ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で連続駆動したところ、初期の発光輝度は１３００ｃｄ／ｍ2、駆動電圧は３．８Ｖであったが、時間を経るにしたがって輝度は減少し、駆動電圧は上昇した。輝度変化と駆動電圧変化を図４（サンプル２２）に示す。縦軸と横軸は図３と同様である。
【００４５】
この素子を、図２に示す補償駆動回路を用いて発光させた。メモリテーブル３５には、予め図４で得られた情報を格納しておいた。輝度１３００ｃｄ／ｍ2の設定で発光させたところ、初期は１０ｍＡ／ｃｍ2が流れており、２００時間経過後は補償駆動回路の働きにより電流密度が１０．４ｍＡ／ｃｍ2に上昇しながらも輝度は１３００ｃｄ／ｍ2を保っていた。
【００４６】
また、この素子を１０素子作成して補償駆動実験を行ったところ、１０素子とも同様の結果を得ることが出来た。
【００４７】
＜実施例４＞
電子注入輸送層１６の蒸着レートを変えることでセシウムのドープ濃度を５５ｍｏｌ％とした以外は、実施例３と同様にして素子を作成した。
【００４８】
この素子を１０ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で連続駆動したときの輝度変化と駆動電圧変化を図４（サンプル２３）に示す。
【００４９】
この素子を１０素子作成し、実施例３と同様に輝度１３００ｃｄ／ｍ2の設定で補償駆動実験を行ったところ、１０素子とも実施例３と同様の結果を得ることが出来た。
【００５０】
＜比較例２＞
電子注入輸送層１６の蒸着レートを変えることでセシウムのドープ濃度を２５ｍｏｌ％とした以外は、実施例３と同様にして素子を作成した。
【００５１】
この素子を１０ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で連続駆動したときの輝度変化と駆動電圧変化を図４（サンプル２１）に示す。
【００５２】
図４に示すように、実施例３，４よりも駆動電圧の変化が大きくなっており、このデータに応じたメモリテーブル３５を用意して補償駆動を行ったところ、ほぼ１３００ｃｄ／ｍ2一定で発光させることが出来た。ところが、同様の素子を１０素子作成したところ、製造バラつきによる電子注入輸送層１６のセシウム濃度のバラツキによって補正すべき値が安定しなかった。そのため、同一のメモリテーブル３５で補償駆動したときの２００時間後の輝度は１１５０〜１４００ｃｄ／ｍ2までばらついてしまった。
【００５３】
＜実施例５＞
実施例１と同様に作成した素子（電子注入輸送層１６のセシウムドープ濃度：４８ｍｏｌ％）を、２０ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で連続駆動した。初期の発光輝度は２８００ｃｄ／ｍ2、駆動電圧は４．４Ｖであったが、時間を経るにしたがって輝度は減少し、駆動電圧は上昇した。輝度変化と駆動電圧変化を図５（サンプル１２）に示す。縦軸と横軸は図３と同様である。
【００５４】
この素子を、図２に示す補償駆動回路を用いて発光させた。メモリテーブルには、予め図５で得られた情報を格納しておいた。輝度２８００ｃｄ／ｍ2の設定で発光させたところ、初期は２０ｍＡ／ｃｍ2が流れており、２００時間経過後は補償駆動回路の働きにより電流密度が２１．８ｍＡ／ｃｍ2に上昇しながらも輝度は２８００ｃｄ／ｍ2を保っていた。
【００５５】
また、この素子を１０素子作成して補償駆動実験を行ったところ、１０素子とも同様の結果を得ることが出来た。
【００５６】
＜実施例６＞
実施例２と同様に作成した素子（電子注入輸送層１６のセシウムドープ濃度：５７ｍｏｌ％）を、２０ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で連続駆動したときの輝度変化と駆動電圧変化を図５（サンプル１３）に示す。
【００５７】
この素子を１０素子作成し、実施例５と同様に輝度２８００ｃｄ／ｍ2の設定で補償駆動実験を行ったところ、１０素子とも安定した輝度で発光させることが出来た。
【００５８】
＜比較例３＞
比較例１と同様に作成した素子（電子注入輸送層１６のセシウムドープ濃度：１８ｍｏｌ％）を、２０ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で連続駆動したときの輝度変化と駆動電圧変化を図５（サンプル１１）に示す。
【００５９】
図５に示すように、実施例５，６よりも駆動電圧の変化が大きくなっており、このデータに応じたメモリテーブル３５を用意して補償駆動を行ったところ、ほぼ２８００ｃｄ／ｍ2一定で発光させることが出来た。ところが、同様の素子を１０素子作成したところ、製造バラつきによる電子注入輸送層１６のセシウム濃度のバラツキによって補正すべき値が安定しなかった。そのため、同一のメモリテーブル３５で補償駆動したときの２００時間後の輝度は２５００〜３０００ｃｄ／ｍ2までばらついてしまった。
【００６０】
＜まとめ＞
以上説明した、図３〜５に示すデータは、それぞれ座標（１，０）を通る下に凸の曲線である。そして、実施例１〜６、即ち電子注入輸送層１６のセシウム含有量が多い時にはほぼ一致した曲線となり、比較例１〜３、即ち電子注入輸送層１６のセシウム量が少ない時には輝度減少に対する電圧の変化量が大きくなっている。そこで、輝度減少と電圧変化量の関係を定量的に論じるための指標として輝度が初期値から４％下がった点、すなわちＬ／Ｌ0＝０．９６におけるΔＶを採用する。サンプル２１〜２３（図４）については、データを外挿してＬ／Ｌ0＝０．９６における値を導いた。これをセシウム濃度依存性としてプロットしたものを図６に示す。ここで、輝度変化と電圧変化の関係を示す指標としてＬ／Ｌ0＝０．９６におけるΔＶを用いたが、他の値を用いても同様の結果を得ることができる。
【００６１】
図６のプロットから、セシウムの増加に伴ってΔＶが急激に減少し、セシウム濃度４０ｍｏｌ％以上６０ｍｏｌ％以下で一定値に飽和する曲線を引くことができる。そこで、高濃度側で飽和した部分及び低濃度側で急峻に立ち上がっている部分でそれぞれ接線を引くと、セシウム濃度３０ｍｏｌ％で交差する。即ち、電子注入輸送層１６のセシウム濃度が３０ｍｏｌ％以上であれば素子の輝度変化と駆動電圧変化の関係がほぼ一定となるので、この素子に対して補償駆動を行うことで長時間に亘って正確な輝度で発光させられる有機ＥＬ素子を安定して作成することが出来る。さらに、セシウム濃度４０ｍｏｌ％以上６０ｍｏｌ％以下であれば駆動電圧の変化は一定であるので、さらに精密な補償駆動を安定して行うことが出来る。逆に３０ｍｏｌ％未満の場合には濃度変化に対して輝度変化と電圧変化の関係が変わりやすいので、素子の製造安定性に問題がある。
【００６２】
以上のことから、電子注入輸送層１６のセシウム濃度を３０ｍｏｌ％以上とすることで、安定した補償駆動が可能となった。また、電子注入輸送層１６のセシウム濃度を４０ｍｏｌ％以上６０ｍｏｌ％以下とすることがさらに好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の発光素子の構成を示す断面模式図である。
【図２】本発明の有機ＥＬ素子を駆動する補償駆動回路の一例を示す図である。
【図３】実施例１，２および比較例１の輝度劣化と電圧変化を示す図である。
【図４】実施例３，４および比較例２の輝度劣化と電圧変化を示す図である。
【図５】実施例５，６および比較例３の輝度劣化と電圧変化を示す図である。
【図６】電圧変化のセシウム濃度依存性を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０  発光素子
１２  発光層
１３  正孔輸送層
１４  陽極（透明電極）
１５  基板（透明基板）
１６  電子注入輸送層
１７  陰極
３１  可変電流源
３２  抵抗
３３  電圧計
３４  コントローラ
３５  メモリテーブル
【図１】
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【図２】
2010147275.tif 000005
【図３】
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【図４】
2010147275.tif 000007
【図５】
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【図６】
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