(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上に複数の帯状の第１の透明電極、第１絶縁層、発光層、第２絶縁層と第１の透明電極と直交する複数の帯状の第２の透明電極を順次積層してなる第１の薄膜エレクトロルミネッセンス素子と、ガラス基板上に複数の帯状の電子注入電極、電子輸送層、有機物発光層、正孔注入層および前記電子注入電極に直交する帯状の正孔注入透明電極を順次積層してなり、前記第１の薄膜エレクトロルミネッセンス素子とは異なる発光色を発する第２の有機薄膜エレクトロルミネッセンス素子とからなり、第１の薄膜エレクトロルミネッセンス素子の画素と第２の有機薄膜エレクトロルミネッセンス素子の画素が互いに重なって対向するように、第１の薄膜エレクトロルミネッセンス素子と第２の有機薄膜エレクトロルミネッセンス素子が固定部材により固定されている多色発光エレクトロルミネッセンス素子であって、
第１の薄膜エレクトロルミネッセンス素子の画素が赤色発光と緑色発光する２つのサブ画素とからなり、第２の有機薄膜エレクトロルミネッセンス素子は青色発光する発光層を有することを特徴とする多色発光エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
請求項１記載の多色発光エレクトロルミネッセンス素子において、前記有機物発光層は、ジスチリルベンゼン誘導体系、希土類錯体系、シクロペンタジエン誘導体系またはピリダジン誘導体系の色素を１つまたは複数含むことを特徴とする多色発光エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
請求項１記載の多色発光エレクトロルミネッセンス素子において、前記有機物発光層は、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体またはアリーレンビニレン誘導体を繰り返し単位とする重合体または共重合体を１種または複数種含むことを特徴とする多色発光エレクトロルミネッセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＬディスプレイ等に用いられる薄膜エレクトロルミネッセンス素子に関し、特に異なる発光色を呈する多色発光エレクトロルミネッセンス素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フラットディスプレイ装置の１つとしての薄膜エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと記す）ディスプレイ装置は鮮明でコントラストが高く、視野角依存性も小さいため、ＦＡ用表示装置、車両搭載用表示装置、コンピュータ端末の表示装置として研究開発が進められている。
【０００３】
黄橙色発光のZnS:Mnからなる蛍光体を用いたモノクローム薄膜ＥＬディスプレイは既に実用化されているが、ディスプレイの目的の多様化に伴いカラー化が不可欠となりつつある。
無機物蛍光体薄膜を用いたカラー薄膜ＥＬディスプレイを実現するための方法としては、以下に示す２つの代表的な方法がある。
【０００４】
図２は従来のＲＧＢ独立発光方式のカラー薄膜ＥＬ素子の断面図である。単一基板１上に帯状の第１の電極２、第２の絶縁層３を形成し、その上に赤色、緑色、青色の３原色を発光する発光層４ｒ、４ｇ、４ｂをそれぞれ独立に成膜、パターニングし、第２の絶縁層５および第１の電極に直交する帯状の第２の電極６を形成してある。第１の電極２と第２の電極６の各１本の交差部が１画素を形成している。任意の第１の電極２と第２の電極６に電圧を印加することにより、任意の画素を発光させることができる。また、発光輝度は印加電圧の周波数を変調して制御することができる。
【０００５】
発光材料としては赤色発光材料としてZnS:SmやCaS:Eu、緑色用としてはZnS:TbやCaS:Ce、そして青色用としてはZnS:Tm、SrS:Ceを用いる。
図３は従来のカラーフィルタ方式のカラー薄膜ＥＬ素子の断面図である。発光部は図２のカラー薄膜ＥＬ素子と同じ構成である。発光層のみが少し違い、複数の発光層を積層した発光層４ｗから、３原色を含む白色発光させる。３原色のカラーフィルター７ｒ、７ｇ、７ｂが設けられたガラス基板１ａが、固定部材３０により基板１に固定され、各画素とカラーフィルター７ｒ、７ｇ、７ｂは重なっている。画素からの白色光はカラーフィルター７ｒ、７ｇ、７ｂ透過して３原色に分光される。
【０００６】
発光材料としては、赤と緑成分を持つZnS:Mn、青と緑成分を持つSrS:Ceを積層する構造が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のカラーELディスプレイの構成を実現するためには幾つかの問題点があり、いまだに実用化に到った例がない。以下に問題点について述べる。
まず、第１のRGB 独立発光方式においては、色純度が優れ、高輝度な青色発光を呈する材料がないことが問題である。
【０００８】
ZnS:Tmは色純度の点では実用可能な範囲であるが、輝度が低く効率も悪いため、採用できない。また、SrS:Ceは、輝度の点ではZnS:Tmより２桁優れるが、青緑発光であるため色純度に問題がある。
第２のカラーフィルター方式では、実用化の検討がなされつつあるが、フィルターによる輝度低下が大きく実用的な輝度を出すには、白色発光層の発光輝度に問題がある。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされ、その目的は高輝度で、色純度に優れる多色発光ＥＬ素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、ガラス基板上に複数の帯状の第１の透明電極、第１絶縁層、発光層、第２絶縁層と第１の透明電極と直交する複数の帯状の第２の透明電極を順次積層してなる第１の薄膜エレクトロルミネッセンス素子と、ガラス基板上に複数の帯状の電子注入電極、電子輸送層、有機物発光層、正孔輸送層および前記電子注入電極に直交する帯状の正孔注入透明電極を順次積層してなり、前記第１の薄膜エレクトロルミネッセンス素子とは異なる発光色を発する第２の有機薄膜エレクトロルミネッセンス素子とからなり、第１の薄膜エレクトロルミネッセンス素子の画素と第２の有機薄膜エレクトロルミネッセンス素子の画素が互いに重なって対向するように、第１の薄膜エレクトロルミネッセンス素子と第２の有機薄膜エレクトロルミネッセンス素子が固定部材により固定されていることとする。
【００１１】
このように２種類のＥＬ素子を重ねることにより、第１のＥＬ素子側に放射される光は第１のＥＬ素子の発光と第２のＥＬ素子の発光とを混合したものとなる。各画素の輝度は独立に変調できるので、例えば、各画素の発光色を異なる原色としておけば、任意の色の光を発光させることができる。
特に、本発明においては、前記の多色エレクトロルミネッセンス素子において、第１の薄膜エレクトロルミネッセンス素子の画素は赤色発光と緑色発光する２つのサブ画素とからなり、第２の有機薄膜エレクトロルミネッセンス素子は青色発光する発光層を有するものである。
【００１２】
このように、無機物発光層として実用輝度を有する赤と緑発光材料であるZnS:SmまたはCaS:EuとZnS:Tbをサブ画素として第１の基板に形成し、無機物発光層では実用輝度に達しない青色発光材料であるZnS:Tmや色純度の悪いSrS:Ceを用いる代わりに、第２の基板に色純度に優れ、輝度も実用上問題ない程度の青色発光する有機物発光層を用いることにより、発光機構が異なる２つの薄膜ＥＬ素子を独立に制御し、透明電極で発光層をはさむ第１の薄膜ＥＬ素子側からＲＧＢ三色をそれぞれ独立してとり出すことが可能となる。また、フィルター等の輝度を減少させる要素もないため、高輝度で色純度に優れる多色発光ＥＬ素子が実現できる。
【００１３】
前記の多色発光エレクトロルミネッセンス素子において、前記有機物発光層は、ジスチリルベンゼン誘導体系、希土類錯体系、シクロペンタジエン誘導体系またはピリダジン誘導体系の色素を１種または複数種含むと良い。
前記の多色発光エレクトロルミネッセンス素子において、前記有機物発光層は、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体またはアリーレンビニレン誘導体を繰り返し単位とする重合体または共重合体を１種または複数種含むと良い。
【００１４】
これら材料は、前者は分子性材料であり、後者は高分子性材料であって、なかでも青色発光の強度が高く、また真空蒸着などにより薄膜に形成することができるものである。これらを含有する有機物発光層を有する第２のエレクトロルミネッセンス素子は、青色発光の強度が高いため、第１のエレクトロルミネッセンス素子を赤発光および緑発光とした場合に色度座標中の広域の色を発色できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に本発明を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る多色発光ＥＬ素子の断面図である。
本多色発光ＥＬ素子は、主として第１の薄膜ＥＬ素子１と第２の有機薄膜ＥＬ素子２とこれらを均１な間隔に保持する固定部材３から構成される。
【００１６】
第１の薄膜ＥＬ素子１０はガラス基板１１上に第１の透明電極１２、第１の絶縁層１３、第１の発光層１４ｒ、第２の発光層１４ｇ、第２絶縁層１５、第２の透明電極１６を順に積層することにより形成される。第１、第２の絶縁層の材質としてはAl2O3 、SiO2、Si3N4 またはTa2O5 のいずれかの単層膜あるいは積層膜を用いることができる。第１の発光層１４ｒには、赤色発光用としてCaS:EuまたはZnS:Smを用いることができ、第２の発光層１４ｇには緑色発光用としてZnS:Tbを用いることができる。第１、第２の発光層としては、有機発光層を用いることも可能である。第１の透明電極１２と第２の透明電極１６の各１本のが交差する部分はサブ画素であり、発光色が異なる隣接する１対のサブ画素は１つの画素（第１の画素）をなす。
【００１７】
第２の有機薄膜ＥＬ素子２０は、ガラス基板２１に複数の帯状にパターニングされた電子注入電極２２、電子輸送層２３、有機発光層２４、さらに正孔輸送層２５、最上部に帯状透明な正孔注入電極２６を電子注入電極２２と直角方向に形成してなる。
特に強く青色の蛍光を発する有機発光層材料としては、分子性材料では、例えば、ジスチリルベンゼン誘導体系、希土類錯体系、シクロペンタジエン誘導体系またはピリダジン誘導体系の１つまたは複数の色素を用いることができる。また、高分子性材料では、例えば、カルバゾール誘導体、ジスチリルビフェニル誘導体、トリアゾール誘導体またはアリーレンビニレン誘導体を繰り返し単位とする重合体または共重合体を用いることができる。
【００１８】
また、有機発光層はこれら材料のみからなってもよいし、またはこれら材料が発光性添加物として分散された高分子または低分子マトリクスからなってもよい。
電子注入電極２２と正孔注入電極２６の各１本の交差部分は１つの画素（第２の画素）をなしている。
【００１９】
第１の薄膜ＥＬ素子１０の２つの発光色を有する第１の画素と第２の有機薄膜ＥＬ素子２０の第２の画素がそれぞれ重なって近接対向するように、第１の薄膜ＥＬ素子１０と第２の有機薄膜ＥＬ素子２０は固定部材３により固定されて、多色ＥＬ素子は完成される。
実施例１
第１の有機薄膜ＥＬ素子１０は次のように作製した。第１の透明電極１２はＩＴＯとし通常のウェットエッチングプロセスにより独立した直線状の帯状電極を形成した。第１の絶縁層として、SiO2、Si3N4 の積層膜とし、厚さを２００nmとした。第１の発光層１４ｒとして赤色発光のZnS:Smを、第２の発光層１４ｇとして緑色発光のZnS:TbをそれぞれRFマグネトロンスパッタにより膜厚５００〜１０００nmの範囲で順次形成し、フォトプロセスとリフトオフ法によりパターニングした。第２の絶縁層１５を形成後、ITO を成膜し、通常のウェットエッチングプロセスにより、第１の透明電極１２に直交し、第１発光層１４ｒと第２発光層１４ｇにそれぞれ対応した幅の帯状電極にパターニングし、第２の透明電極１６を形成した。
【００２０】
第２の有機薄膜ＥＬ素子２０は、ガラス基板２１に複数の帯状にパターニングされた電子注入電極２２としてMg:Ag(原子比10:1) を共蒸着により形成し、電子輸送層２３としてアルミキレート錯体(Alq) を用い、有機物発光層２４としてジスチリルビフェニル誘導体を用い、さらに正孔輸送層２５としてトリフェニルジアミン誘導体を用い、最上部にITO よりなる帯状透明正孔注入電極２６を電子注入電極と直角方向にメタルマスク蒸着により形成した。これらの各層の形成にはすべて真空蒸着法を用いた。膜厚は、電子注入電極２２が１５０ nm 、電子輸送層２３が２０nm、有機物発光層２４が４０nm、正孔輸送層２５が６０nm、正孔注入電極２６が１００ nm である。
【００２１】
第２の有機薄膜ＥＬ素子の１つの画素が、第１の薄膜ＥＬ素子の発光色が異なる２つのサブ画素に対向するように、２つの基板１１、２１を固定部材３により固定した。本実施例では、固定部材としてエポキシ樹脂を用いた。第１の薄膜ＥＬ素子と第２の有機薄膜ＥＬ素子とのギャップは色ずれを抑えるために１０〜５０μm とした。
【００２２】
次に本実施例の動作について説明する。
第１の薄膜ＥＬ素子１０において任意の第１の透明電極１２と第２の透明電極１６の間に電圧を印加することによって、また、印加電圧の周波数を変調することによって発光色の異なるサブ画素を同時にまたは独立に発光させまた輝度を変えることができる。従って、発光色が赤と緑の場合、色度座標上の赤と緑を結ぶ直線上の任意の色を発光させることができる。つぎに、第２の有機薄膜ＥＬ素子の電子注入電極２２と正孔注入電極２６に直流電圧を印加しその電圧を変えて、有機物発光層２４中で電子と正孔との結合を制御し、色純度に優れた、任意の強度の青色の発光をさせることができる。第１、第２の薄膜ＥＬ素子で発光した光はすべて第１の薄膜ＥＬ素子の基板側から外部に放射され、それぞれの点灯画素を選択することにより色度座標上の青、緑、赤の３点を頂点とする三角形内の任意の色を発光させることができ、高輝度で色純度のよい多色発光ＥＬ素子を実現できる。
【００２３】
【発明の効果】
この発明の多色発光ＥＬ素子は、ガラス基板上に、互いに直交する帯状の第１および第２の透明電極に挟まれた発光層を有する第１の薄膜ＥＬ素子と、ガラス基板上に、互いに直交する帯状の電子注入電極、電子輸送層および正孔輸送層、正孔注入電極に挟まれた第１の薄膜ＥＬ素子とは異なる発光色を発する有機物発光層を有する第２の有機薄膜ＥＬ素子とからなり、各素子の画素が互いに重なって対向するように、両薄膜ＥＬ素子が固定部材により固定されている。従って、第１のＥＬ素子側に放射される光は第１のＥＬ素子の発光と第２のＥＬ素子の発光とを混合したものとなる。各画素の輝度は独立に変調できるので、例えば、各画素の発光色を異なる原色としておけば、任意の色の光を発光させることができる。
【００２４】
特に、高輝度で色純度に優れる青色発光を呈する有機物薄膜ＥＬ素子と、容易にパターニングでき、色純度が比較的よい赤色と緑色発光を呈する無機物薄膜ＥＬ素子を組み合わせることにより、従来にない表示色範囲の広い多色発光ＥＬ素子を実現できる。
また、３原色を単１基板に形成しないので、各発光色の画素のピッチを広くでき、パターン形成時の歩留りを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る多色発光ＥＬ素子を示す断面図
【図２】従来のＲＧＢ独立発光方式のカラー薄膜ＥＬ素子の断面図
【図３】従来のカラーフィルタ方式のカラー薄膜ＥＬ素子の断面図
【符号の説明】
１０    第１の薄膜ＥＬ素子
１１    ガラス基板
１２    第１の透明電極
１３    第１の絶縁層
１４ｒ  第１の発光層
１４ｇ  第２の発光層
１５    第２の絶縁層
１６    第２の透明電極
２０    第２の有機薄膜ＥＬ素子
２１    ガラス基板
２２    電子注入電極
２３    電子輸送層
２４    有機発光層
２５    正孔輸送層
２６    正孔注入電極 (正極)
３０    固定部材
４ｗ  白色発光層
７ｒ  カラーフィルタ
７ｇ  カラーフィルタ
７ｂ  カラーフィルタ
７ｌ  黒色フィルタ
【図１】
0003722883.tif 000002
【図２】
0003722883.tif 000003
【図３】
0003722883.tif 000004