(57)【要約】  本発明は三原色光を利用したカラー用白色有機電界発光素子に関するものであって基板、基板上に順次に形成されたアノード、正孔注入層、正孔輸送層、赤、緑、青３色発光層、白色調節層、電子輸送層及びカソードを備える。  このような構造を用いると３色発光層の発光比を任意に調節できて、青色発光に寄与しない励起子が黄色又は赤色発光に寄与するようにして、励起子閉じ込め効果を通して、緑色発光を誘導することによって三原色が皆寄与する高効率の白色光を勝ち取れる。また白色調節層を導入することによって白色光を現わすが複数発光層の発光比を調節できて、最大発光効率を利用することができる。
2008513970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード、
前記アノード上に形成される正孔注入層、
前記正孔注入層上に形成される正孔輸送層、
前記正孔輸送層上に形成される複数の発光層、
前記複数の発光層の中で所定の二層の間に形成され、電子遮断効果を有する少なくとも１つの有機物層、
前記発光層上に形成される電子輸送層、
前記電子輸送層上に形成されるカソードを含むことを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項２】
前記複数の発光層のうちの少なくとも１つの層はその両側に隣接する２つの層より低いエネルギー準位を持って励起子閉じ込め構造を形成することを特徴とする、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項３】
前記複数の発光層は緑色発光層、赤色発光層及び青色発光層からなり、前記緑色発光層が前記正孔輸送層と前記赤色発光層の間に位置し、励起子閉じ込め構造を形成することを特徴とする、請求項２に記載の有機電界発光素子。
【請求項４】
前記複数の発光層は緑色発光層、赤色発光層及び青色発光層からなり、電子遮断効果を有する少なくとも１つの有機物層は前記赤色発光層と前記青色発光層の間に位置することを特徴とする、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項５】
前記正孔輸送層、前記複数の発光層及び前記電子輸送層のうちの少なくとも１つは０．１乃至５重量％のドーパントを有することを特徴とする、請求項４に記載の有機電界発光素子。
【請求項６】
前記ドーパントとしてはクマリン６、ルブレン、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）、４−（ジシアノメチレン）−２−ｔ−ブチル−６−（１，１，７，７−テトラメチルジュロリジル−９−エニル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＪＴＢ）、ペリレン、キナクリドン、ＤＣＭ２と燐光ドーパントである２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンプラチナ（ＰｔＯＥＰ）、イリジウム（ＩＩＩ）ビス［４，６−ジ−フルオロフェニル）−ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］ピコリネイト（Ｆｉｒｐｉｃ）の中で少なくとも１つを使用することを特徴とする、請求項５に記載の有機電界発光素子。
【請求項７】
前記緑色発光層、赤色発光層及び青色発光層の厚さはそれぞれ１００Å乃至５００Åの間であることを特徴とする、請求項３に記載の有機電界発光素子。
【請求項８】
前記緑色発光層は主材料としてアルミニウムトリス（８−ヒドロキシキノリン）を含み、前記赤色発光層は主材料として（Ｎ，Ｎ−ビス（ナフタレン−１−イル）フェニル）−Ｎ，Ｎ−ビス（フェニル）ベンジディン（ＮＰＢ）と燐光ホストである４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）ビフェニル（ＣＢＰ）を含み、
前記青色発光層は主材料として４，４’−ビス（２，２−ジフェニル−エテン−１−イル）−ジフェニル（ＤＰＶＢｉ）、４，４”−ビス（２，２−ジフェニルビニル−１−イル）−ｐ−テルペリレン（ＤＰＶＴＰ）及びスピロ−ＤＰＶＢｉの中で少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項７に記載の有機電界発光素子。
【請求項９】
前記正孔注入層は４００Å乃至１５００Åの厚さを有し、前記正孔輸送層は１００Å乃至５００Åの厚さを有することを特徴とする、請求項３に記載の有機電界発光素子。
【請求項１０】
前記正孔注入層と前記正孔輸送層は主材料として４，４’，４”−トリス（Ｎ−３−メチルフェニル−Ｎ−フェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）とＮ，Ｎ−ビス（ナフタレン−１−イル）フェニル）−Ｎ，Ｎ−ビス（フェニル）ベンジディン（ＮＰＢ）の中で少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項９に記載の有機電界発光素子。
【請求項１１】
前記電子輸送層は１００Å乃至１０００Åの厚さを有することを特徴とする、請求項３に記載の有機電界発光素子。
【請求項１２】
前記電子遮断効果を有する少なくとも１つの有機物層は１０Å乃至３０Åの厚さを有することを特徴とする、請求項３に記載の有機電界発光素子。
【請求項１３】
前記電子遮断効果を有する少なくとも１つの有機物層は主材料としてＮ，Ｎ’−ビス（ナフタレン−１−イル）フェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジディン（ＮＰＢ（＝α−ＮＰＤ））を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の有機電界発光素子。
【請求項１４】
前記アノードは厚さが１０００Å乃至２０００Åであり、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛の中の少なくとも１つからなることを特徴とする、請求項３に記載の有機電界発光素子。
【請求項１５】
前記カソードは厚さが５００Å乃至５０００Åであり、リチウム（Ｌｉ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−リチウム（Ａｌ−Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム−インジウム（Ｍｇ−Ｉｎ）、マグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）及びこれらのうちの少なくとも１つからなることを特徴とする、請求項３に記載の有機電界発光素子。
【請求項１６】
前記カソードは５Å乃至２０Å厚さのフッ化リチウム（ＬｉＦ）層と１０００Å乃至２０００Å厚さのアルミニウム層の二重層からなることを特徴とする、請求項１５に記載の有機電界発光素子。
【請求項１７】
前記複数の発光層は緑色発光層、赤色発光層及び青色発光層からなり、前記青色発光層と前記電子輸送層の間に発光効率を高めるために形成され、ｎ型層とｐ型層のうちの少なくとも１つと青色発光層を含む発光増強層をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項１８】
アノード、
前記アノード上に形成される正孔注入層、
前記正孔注入層上に形成される正孔輸送層、
前記正孔輸送層上に形成される複数の発光層、
前記発光層上に形成される電子輸送層、
前記電子輸送層上に形成されるカソードを含み、前記複数の発光層のうちの少なくとも１つの層はその両側に隣接する２つの層より低いエネルギー準位を持って励起子閉じ込め構造を形成することを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項１９】
前記複数の発光層のうちの所定の２つの層間に形成され、電子遮断効果を有する少なくとも１つの有機物層をさらに含むことを特徴とする、請求項１８に記載の有機電界発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は白色有機電界発光素子に関し、より詳しくは３色発光によって白色光を発生する有機電界発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機電界発光素子は発光層形成材料が有機物からなり、それ自体で発光するために無機電界発光素子に比べて輝度、駆動電圧及び応答速度特性に優れ、多色化が可能であるという長所を持つ。また、カラーディスプレイ素子に適用する時、発色性に優れて軽薄短小で、携帯用情報通信機器の情報表示用素子として多くの長所を持っている。
【０００３】
カラー有機電界発光素子を実現する方法の中には白色光を利用する方法があるが、この場合、カラーフィルターを使用するが、微細にパターン化した金属マスクを精巧に移動させながら、ＲＧＢ発光層を順次に蒸着して製作する独立蒸着方式に比べて不良率が低く、製作工程が単純な長所がある。
【０００４】
青色と赤色発光を利用する白色有機電界発光素子は図１の構造を有する。つまり、基板上部にアノード１が形成され、アノード１上部に正孔輸送及び青色発光層１０、正孔制限及び赤色発光層１１、電子輸送層１２及びカソード９を順次に積層したり、正孔輸送及び青色発光層１３、赤色発光層１４，正孔制限層１５、電子輸送層１６、カソード９を順次に積層したりして白色光を得る構造である。
【０００５】
このような２種類の構造は類似の駆動原理を有し、その駆動メカニズムは次の通りである。
【０００６】
前記アノード１とカソード９の間に電圧を印加すると、アノード１から注入された正孔は正孔輸送層（１０、１３）を経由して赤色発光層（１１、１４）に移動し、高いＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ  Ｏｃｃｕｐｉｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ：電子が充填されている最も高いレベルのオビタル）レベルを有する正孔制限層１５によってカソード側への移動が制限される。
【０００７】
一方、電子はカソード９から電子輸送層１２、１６を経由して赤色発光層（１１、１４）に注入され、正孔輸送層（１０、１３）と赤色発光層（１１、１４）の界面及びバルク上でキャリアが再結合して励起子が生成される。この生成された励起子が基底状態で遷移しながら発光が行われるが、正孔輸送層（１０、１３）では青色光が発光層（１１、１４）では赤色光が形成されて白色を表示する。
【０００８】
前記のような駆動原理によって作動される有機電界発光素子の赤色及び青色励起子の分布は任意に調節することが難しく、印加される電圧によってその分布が大きく変化して白色の色純度の調節が難しいという短所がある。さらに、正孔輸送層（１０、１３）での励起子形成によって発光した青色と発光層（１１、１４）での励起子生成によって発光した赤色の２つ色のみで白色が実現されて低い効率を示し、緑色発光が殆どなくてカラーフィルターを利用してもカラーディスプレイ素子に適用することが難しい。
【０００９】
図２には３つの発光層を利用する白色有機電界発光素子のエネルギーレベル構造が示されている。まず、アノード１が形成され、このアノード１上部に正孔輸送層１８、青色発光層１９、緑色発光層２０、赤色発光層２１を順次に形成させた後、電子輸送層２２及びカソード９が積層される。
【００１０】
このような構造を有する白色有機電界発光素子の駆動原理は次の通りである。
【００１１】
アノード１とカソード９間に電圧が印加されると、アノード１とカソード９から正孔と電子が注入される。注入された正孔と電子は正孔輸送層１８及び電子輸送層２２を経由して励起子を形成し、形成された励起子は３つの発光層（１９、２０、２１）に任意に分布して基底状態で遷移しながら発光する。
【００１２】
このような駆動原理によって作動する白色有機電界発光素子もまたＲＧＢ発光に寄与する励起子を調節することが難しくて白色の色純度を合わせることが難しく、低い発光効率を示す。また、エネルギーレベル観点で青色発光層１９を緑色２０及び赤色発光層２１より常にアノード１の側に近く位置させなければならない構造的制約が伴う。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が目的とする技術的課題は前記問題点を解決するもので、赤、緑、青の三色を均等に発光させて高効率の白色光を発生する有機電界発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記技術的課題を解決するために本発明では、白色調節層と励起子閉じ込め構造を利用する。
【００１５】
具体的には、アノード、前記アノード上に形成される正孔注入層、前記正孔注入層上に形成される正孔輸送層、前記正孔輸送層上に形成される複数の発光層、前記複数の発光層のうちの所定の２つの層間に形成され、電子遮断効果を有する少なくとも１つの有機物層、前記発光層上に形成される電子輸送層及び前記電子輸送層上に形成されるカソードを含む有機電界発光素子を備える。
【００１６】
この時、前記複数の発光層のうちの少なくとも一つの層はその両側に隣接する２つの層より低いエネルギー準位を持って励起子閉じ込め構造を形成することが好ましく、前記複数の発光層は緑色発光層、赤色発光層及び青色発光層からなり、前記緑色発光層が前記正孔輸送層と前記赤色発光層の間に位置し、励起子閉じ込め構造を形成するのが好ましい。
【００１７】
また、前記複数の発光層は緑色発光層、赤色発光層及び青色発光層からなり、電子遮断効果を有する少なくとも１つの有機物層は前記赤色発光層と前記青色発光層間に位置するのが好ましい。
【００１８】
または、アノード、前記アノード上に形成される正孔注入層、前記正孔注入層上に形成される正孔輸送層、前記正孔輸送層上に形成される複数の発光層、前記発光層上に形成される電子輸送層及び前記電子輸送層上に形成されるカソードを含み、前記複数の発光層のうちの少なくとも１つの層はその両側に隣接する２つの層より低いエネルギー準位を持って励起子閉じ込め構造を形成する有機電界発光素子を備える。
【００１９】
この時、前記複数の発光層のうちの所定の２つの層間に形成され、電子遮断効果を有する少なくとも１つの有機物層をさらに含むのが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
添付した図面を参照して本発明の実施例について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は多様で相異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施例に限られない。
【００２１】
図３Ａは本発明の実施例による白色有機電界発光素子の層構造を示す断面図であり、図３Ｂは本発明の実施例による白色有機電界発光素子のエネルギーレベル構造を示す図面である。
【００２２】
本発明の実施例による白色有機電界発光素子は、図３Ａに示したように、絶縁基板１００上にアノード１、正孔注入層２、正孔輸送層３、緑色発光層４，赤色発光層５、白色調節層６、青色発光層７、電子輸送層８及びカソード９が順次に積層された構造を有する。
【００２３】
ここで、青色発光層７と赤色発光層５の間に形成される白色調節層６は、その厚さを調節すると赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）発光生成比率を調節することができる。白色調節層６はカソード９、電子輸送層８及び青色発光層７を通って入る電子の進行を適切に遮断することによって赤、緑、青発光比率を調節する。
【００２４】
また、緑色発光層４はその両側に配置される正孔輸送層３と赤色発光層５に比べて低いＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ  Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ：電子が充填されていない最も低いエネルギー準位の分子オビタル）レベルを持っていて、励起子閉じ込め構造１７を形成して緑色発光の効率を上げている。
【００２５】
本発明の実施例による有機電界発光素子において正孔輸送層３、発光層４，５、７及び電子輸送層８の中の１つ以上は正孔−電子結合によって発光できるドーパントを含むことができる。この時、ドーパントとしては下記構造式のクマリン６（Ｃｏｕｍａｒｉｎ  ６）、ルブレン（Ｒｕｂｒｅｎｅ）、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（英名：４−（Ｄｉｃｙａｎｏｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）−２−ｍｅｔｈｙｌ−６−（Ｐ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏｓｔｙｒｙｌ）−４Ｈ−ｐｙｒａｎ：ＤＣＭ）、４−（ジシアノメチレン）−２−ｔ−ブチル−６−（１，１，７，７−テトラメチルジュロリジル−９−エニル）−４Ｈ−ピラン（英名：４−（ｄｉｃｙａｎｏｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）−２−ｔ−ｂｕｔｙｌ−６−（１，１，７，７−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｊｕｌｏｌｉｄｙｌ−９−ｅｎｙｌ）−４Ｈ−ｐｙｒａｎ：ＤＣＪＴＢ）、青色実現に使用されるペリレン、キナクリドン、２−メチル−６−２−２，３，６，７−テトラヒドロ−１Ｈ，５Ｈ−ベンゾキノリジン−９−イル）エテニル）−４Ｈ−ピラン−４−イリデン）プロパン−ジニトリル（英名：２−ｍｅｔｙｌ−６−（２−（２，３，６，７−ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏ−１Ｈ，５Ｈ−ｂｅｎｚｏ  ｑｕｉｎｏｌｉｚｉｎ−９−ｙｌ）ｅｔｈｅｎｙｌ）−４Ｈ−ｐｙｒａｎ−４−ｙｌｉｄｅｎｅ）ｐｒｏｐａｎｅ−ｄｉｎｉｔｒｉｌｅ：ＤＣＭ２）などを用いることができる。
【００２６】
燐光ドーパントとしては赤色の２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンプラチナ（英名：２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−Ｏｃｔａｅｔｈｙｌ−２１Ｈ，２３Ｈ−ｐｏｒｐｈｉｎｅ  ｐｌａｔｉｎｕｍ：ＰｔＯＥＰ）、青色のイリジウム（ＩＩＩ）ビス［４，６−ジ−フルオロフェニル）−ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］ピコリネイト（英名：ｉｒｉｄｉｕｍ（ＩＩＩ）ｂｉｓ［（４，６−ｄｉ−  ｆｌｕｏｒｏｐｈｅｎｙ）−ｐｙｒｉｄｉｎａｔｏ−Ｎ，Ｃ２’］ｐｉｃｏｌｉｎａｔｅ：Ｆｉｒｐｉｃ）などを用いることができる。そして、ドーパントの含量は正孔輸送層３、発光層（４、５、７）及び電子輸送層８のホスト形成材料に対して１乃至２０重量％である。
【００２７】
【化１】
2008513970.tif 000003
2008513970.tif 000004
【００２８】
発光層（４、５、７）を形成するホスト材料は次の通りである。
【００２９】
緑色発光層４のホスト材料としてはアルミニウムトリス（８−ヒドロキシキノリン）（英名：Ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｔｒｉｓ  （８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ））を使用する。
【００３０】
赤色及び／又は黄色発光層５のホスト材料としては（Ｎ，Ｎ−ビス（ナフタレン−１−イル）フェニル）−Ｎ，Ｎ−ビス（フェニル）ベンジディン（英名：Ｎ，Ｎ’−ｂｉｓ（ｎａｐｈｔｈａｌｅｎ−１−ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）−Ｎ，Ｎ’−ｂｉｓ（ｐｈｅｎｙｌ）ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ：ＮＰＢ）と燐光ホストである４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）ビフェニル（英名：４，４’−Ｂｉｓ（ｃａｒｂａｚｏｌ−９−ｙｌ）ｂｉｐｈｅｎｙｌ：ＣＢＰ）を使用する。
【００３１】
青色発光層７のホスト材料としては４，４’−ビス（２，２−ジフェニル−エテン−１−イル）−ジフェニル（英名：４，４’−ｂｉｓ（２，２−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−ｅｔｈｅｎ−１−ｙｌ）−ｄｉｐｈｅｎｙｌ：ＤＰＶＢｉ）を使用する。青色発光層７を形成する物質としては低分子の、４，４”−ビス（２，２−ジフェニルビニル−１−イル）−ｐ−テルフェニレン（英名：４，４”−ｂｉｓ（２，２−ｄｉｐｈｅｎｙｌｖｉｎｙｌ−１−ｙｌ）−ｐ−ｔｅｒｐｈｅｎｙｌｅｎｅ：ＤＰＶＴＰ）、スピロ−ＤＰＶＢｉなどを利用することもできる。
【００３２】
このような発光層（４、５、７）は効率を増加させ、色変化のために前記ドーパント材料と混合して形成される。
【００３３】
発光層（４、５、７）の厚さは白色に対する寄与度に応じて１００Å乃至５００Å程度に形成するのが好ましく、使用される材料の特性によってその範囲が変化する。
【００３４】
【化２】
2008513970.tif 000005
【００３５】
正孔注入層２及び正孔輸送層３の形成材料としては正孔輸送特性があるトリフェニルアミン基を有する材料を使用し、下記の構造式を有する４，４’，４”−トリス（Ｎ−３−メチルフェニル−Ｎ−フェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（英名：４，４’，４”−Ｔｒｉｓ（Ｎ−３−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ：ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）とＮ，Ｎ−ビス（ナフタレン−１−イル）フェニル）−Ｎ，Ｎ−ビス（フェニル）ベンジディン（英名：Ｎ，Ｎ’−Ｂｉｓ（ｎａｐｈｔｈａｌｅｎ−１−ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）−Ｎ，Ｎ’−ｂｉｓ（ｐｈｅｎｙｌ）ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ：ＮＰＢ）等が使用される。アノード１上に形成される正孔注入層２は４００Å乃至１５００Å程度が好ましく、正孔輸送層３の厚さは１００Å乃至５００Å程度が好ましい。
【００３６】
【化３】
2008513970.tif 000006
【００３７】
本発明の実施例による有機電界発光素子において絶縁基板１００としては通常の有機ＥＬ素子で使用される基板を使用するが、透明性、表面平滑性、取扱い容易性及び防水性に優れたガラス基板又は透明プラスチック基板を使用するのが好ましい。
【００３８】
アノード１形成用物質としては透明で伝導性に優れた酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛などを使用し、その厚さは１０００乃至２０００Åに形成する。
【００３９】
カソード９形成用物質としてはリチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−リチウム（Ａｌ−Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム−インジウム（Ｍｇ−Ｉｎ）、マグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）等の金属を利用し、その膜の厚さは５００乃至５０００Å範囲に形成する。
【００４０】
ここで、カソード９は反応性が高くて仕事関数値の小さいフッ化リチウム（ＬｉＦ）を５乃至２０Å厚さに形成し、その上に仕事関数値の大きいアルミニウムを１０００乃至２０００Å厚さに形成して二重層に形成するのが素子安定性と効率面で好ましい。
【００４１】
電子輸送層８を形成する電子輸送性物質としては下記構造式のトリス（８−キノリノレート）−アルミニウム（Ａｌｑ３）を用い、電子輸送層８膜の厚さは１００乃至１０００Å範囲が好ましい。
【００４２】
白色調節層６を形成する物質としてはＮ，Ｎ’−ビス（ナフタレン−１−イル）フェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジディン（ＮＰＢ（＝α−ＮＰＤ））を使用し、その厚さは１０乃至３０Å程度が好ましい。
【００４３】
図３Ｂは本発明の実施例による有機電界発光素子の構造をエネルギーレベルに合わせて示す図面である。
【００４４】
赤色発光層５と青色発光層７の間に電子遮断効果のある白色調節層６が介され、正孔輸送層３と赤色発光層５の間にはＬＵＭＯレベルの低い緑色発光層４が形成され、量子井戸（ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ）が形成されて励起子閉じ込め構造１７をなす。
【００４５】
この時、白色調節層６の膜厚さは発光寄与度に応じて１０Å乃至３０Å程度が好ましく、厚さを調節することによってエネルギー障壁によって界面で蓄積される電子の量と注入されて赤色発光層５及び緑色発光層４に到達する電子の量を適切な範囲内に調節することができる。
【００４６】
緑色発光層４は励起子閉じ込め構造１７を形成するために必ず井戸形態のエネルギーレベル構造を有する正孔輸送層３と赤色発光層５の間に構成されなければならない。
【００４７】
本発明の実施例による白色有機電界発光素子は、上述のような順、つまり、アノード／正孔注入層／正孔輸送層／緑色発光層／赤色発光層／白色調節層／青色発光層／電子輸送層／カソードの順に形成されるが、赤色発光層の代わりに黄色発光層を形成してもよい。
【００４８】
ここで、アノード１上に順次に積層される有機膜のうちの赤色又は黄色発光層５と白色調節層６はエネルギー準位の配列や使用されるホスト材料に応じて位置が互いに交換されてもよい。つまり、図４に示したように、アノード／正孔注入層／正孔輸送層／緑色発光層／白色調節層／赤色発光層／青色発光層／電子輸送層／カソードの順に形成されてもよい。
【００４９】
また、青色の発光効率を高効率の白色有機電界発光素子を実現するために、図５に示したように青色発光層７と電子輸送層２３の間に青色発光層７の発光効率を高めるための発光増強層２３をさらに含むことができる。発光増強層２３は青色発光層／ｎ型層、青色発光層／ｐ型層、青色発光層／ｎ型層／ｐ型層などの多重層からなる。
【００５０】
本発明の実施例による白色有機電界発光素子は白色調節層６を使用して有機電界発光素子が動作する時に生成される励起子をＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの発光層（５、４、７）に白色寄与度に合わせて調節且つ分布させることによってＲ、Ｇ、Ｂ素子構造（ドーピング濃度、発光層の厚さ）に大きく依存せず各独立色が有する最大発光効率を得ることができる。また、白色調節層６の厚さ調節によって色純度を簡単に変化することができる。
【００５１】
従来の白色素子が正孔ブロッキング層（Ｈｏｌｅ  Ｂｌｏｃｋｉｎｇ  Ｌａｙｅｒ：ＨＢＬ；図１で図面符号１１、１５）の正孔ブロッキング効果によって正孔輸送層（図１で図面符号１０、１３）と発光層（図１で１１、１４）の間の界面及びバルク上での発光を誘導することによって白色光を得ることとは異なって、本発明における白色調節層６は電子遮断効果によって電子分布を調節することで青色発光層７で使用されない励起子を赤色５と緑色４に寄与させる役割を果たす。
【００５２】
図１のようにＨＢＬ材料を使用する場合においては、発光メカニズムを満足させるためにエネルギーレベル観点で青色発光層（１０、１３）を必ずアノード１側に前置させなければならず、赤色発光層（１１、１４、２１）を後方に位置させなければならない構造的制限が伴う。しかし、本発明の実施例による白色有機電界発光素子にはこのような構造的制限がない。
【００５３】
また、有機素子の寿命に大きく影響を与える正孔輸送層５をドーピングさせて発光に寄与させることによって、正孔輸送層５が電荷運搬体に露出することで発生する熱による劣化及び寿命低下現象をホスト−ゲスト間のエネルギー移動現象によって解消させることができるので、素子の寿命にさらに有利な構造的特徴を有する。
【００５４】
励起子閉じ込め構造１７は緑色発光層４がアノード１側に前置された時、緑色発光のみが主に起こる従来の問題点を解決するためのもので、本発明では励起子閉じ込め構造１７を使用することでこのような現象を防止することができ、青色７及び赤色５と共に緑色４発光による３色白色光の実現が可能になる。励起子閉じ込め効果は緑色発光層４に注入される励起子を量子井戸に落として閉じ込める励起子閉じ込め構造１７によって可能となる。したがって、従来のＨＢＬを使用する発光器具だけでなく、３色発光層を積層して白色光を誘導し出す発光器具の問題のうちの１つである緑色光の低い寄与度を克服することができる。また、前記量子井戸構造を使用することによって、青色及び赤色発光に使用されない余剰励起子を緑色発光寄与にのみ限定させて寿命低下の要因となり得るアノード１側への非発光寄与を防止するのに有利である。
【００５５】
以下、各層の厚さ及び物質含量まで考慮したより具体的な実施例を提示する。
【００５６】
下記の実施例は本発明の理解のために提示されるものに過ぎず、本発明が下記の実施例に限定されることではない。
【００５７】
以下の実施例説明における図面符号は図３Ａの符号を基準にしたものである。
【００５８】
［第１実施例］
ガラス基板１００上に１８００Å厚さにＩＴＯを蒸着してアノード１を形成し、この上部にｍ−ＭＴＤＡＴＡを真空蒸着して正孔注入層２を４００Å厚さに形成する。
【００５９】
次いで、正孔注入層２上にＮＰＢを真空蒸着して１００Å厚さの正孔輸送層３を形成する。
【００６０】
その後、正孔輸送層３上にＡｌｑ３とクマリン６を同時に真空蒸着して１８０Å厚さの緑色発光層４を形成する。この時Ａｌｑ３の含量は９９重量％、クマリン６の含量は１．０重量％であった。
【００６１】
次に、緑色発光層４上に同様な方法でＮＰＢとＤＣＭを同時に真空蒸着して１２０Å厚さの赤色発光層５を形成する。この時、ＮＰＢの含量は９６重量％、ＤＣＭの含量は４．０重量％であった。
【００６２】
次に、ＮＰＢを赤色発光層５上に真空蒸着して励起子の分布が調節できる白色調節層６を形成する。形成された白色調節層６の厚さは１７Åであった。
【００６３】
白色調節層６上にＤＰＶＢｉを真空蒸着して青色発光層７を形成し、青色発光層７上にＡｌｑ３を真空蒸着して電子輸送層８を形成する。この時、形成された厚さは青色発光層７が１８０Å、電子輸送層８が１２０Åであった。
【００６４】
また、電子輸送層８上にＬｉＦを真空蒸着して１０Å厚さのＬｉＦ電子注入層を形成し、このＬｉＦ電子注入層上にＡｌを真空蒸着して２０００Å厚さにＡｌ層を形成することによってカソード９を形成する。
【００６５】
このような方法で製造された有機電界発光素子では赤色発光層５と青色発光層７の間に白色調節層６を形成することによって現れる電子遮断効果によって一部はＤＰＶＢｉからなる青色発光層７で発光し、一部はＤＣＭがドーピングされた赤色発光層５でオレンジ−レッド発光をし、残りは励起子閉じ込め構造によって緑色発光層４であるクマリンで緑色発光に寄与する。
【００６６】
図４は本発明の第１実施例によって製造された有機電界発光素子の発光スペクトルと色座標及び効率特性を示す図面である。
【００６７】
図４の発光スペクトルを参照すると、Ｒ、Ｇ、Ｂ三色に相当する４５５ｎｍ、５１０ｎｍ、５９０ｎｍ付近のピークを伴ってＲ、Ｇ、Ｂ三色が白色発光に均等に寄与することを簡単に確認できる。この時の発光する白色光の色座標は（０．３３、０．３８）であり、発光効率は６．１ｃｄ／Ａ、２．３ｌｍ／Ｗの値を示す。
【００６８】
［第２実施例］
赤色発光層５をＮＰＢとルブレンを同時に真空蒸着してＮＰＢ９７重量％とルブレン３重量％になるように形成し、色純度を調節するために白色調節層６の厚さを１９Åに変化させたことを除いては、第１実施例と同様な方法によって有機電界発光素子を製造する。
【００６９】
したがって、第２実施例では赤色発光層５のルブレンによってイエロー−オレンジ発光に一部励起子が寄与し、白色調節層６の厚さの変化によって色純度を調節して青色及び緑色発光に残り励起子が寄与する。
【００７０】
図５は本発明の第２実施例によって製造された有機電界発光素子の発光スペクトルと色座標及び効率特性を示す図面である。
【００７１】
図５のスペクトルを参照すると、４５５ｎｍ、５１１ｎｍ、５６０ｎｍの最大波長ピークを伴い、Ｒ、Ｇ、Ｂ三色が全て色発光に寄与する。この時、色座標は（０．２８、０．３６）であり、発光効率は６．８ｃｄ／Ａ、２．５ｌｍ／Ｗの値を示す。
【００７２】
［第３実施例］
白色調節層６の厚さを１７Åに変化させたことを除いては、第２実施例と同様な方法によって有機電界発光素子を製造する。
【００７３】
白色調節層６の役割は前記で言及したように発光に寄与する電子の分布を調節することであり、これは励起子の分布を調節するということを意味する。したがって、赤色発光層５と青色発光層７の間に形成された白色調節層６の厚さを減少させると、電子遮断効果が減って青色発光層７の寄与が減少し、緑色発光層４と赤色発光層５の寄与が増加する。つまり、緑色と黄色の寄与度がより大きくなって色座標が長い波長側に変化する。
【００７４】
図６は本発明の第３実施例によって製造された有機電界発光素子の発光スペクトルと色座標及び効率特性を示す図面である。
【００７５】
図６のスペクトルを参照すると、このような予想とよく合うことが分かり、この時の色座標は（０．３１、０．４０）で、７．１ｃｄ／Ａ、２．３ｌｍ／Ｗの発光効率を示す。
【００７６】
［第１比較例］
本発明の第１乃至第３実施例の構造と比較して励起子閉じ込め構造を有しない有機電界発光素子を製作してその特性を確認した。
【００７７】
ガラス基板上に１８００Å厚さにＩＴＯ電極（アノード）を形成し、その上にｍ−ＭＴＤＡＴＡを真空蒸着して正孔注入層を４００Å厚さに形成した。次いで、正孔注入層上部にＮＰＢを真空蒸着して１００Å厚さの正孔輸送層を形成した。
【００７８】
その後、正孔輸送層上部にＮＰＢとルブレンを同時に真空蒸着して１４０Å厚さの緑色発光層を形成した。この時、ＮＰＢの含量は９７重量％、ルブレンの含量は３．０重量％である。
【００７９】
次に、緑色発光層上部に励起子の分布を調節することができる白色調節層を１７Å形成し、Ａｌｑ３とクマリン６を同時に真空蒸着して１００Å厚さの赤色発光層を形成した。この時、Ａｌｑ３の含量は９９重量％、クマリン６の含量は１．０重量％である。
【００８０】
また、ＤＰＶＢｉを赤色発光層上部に真空蒸着して１８０Å厚さの青色発光層を形成した。
【００８１】
その後、青色発光層上に電子輸送層１５０Åを形成し、電子輸送層上にＬｉＦを真空蒸着して１０Å厚さのＬｉＦ電子注入層を形成した後、このＬｉＦ電子注入層上にＡｌを真空蒸着して２０００Å厚さにＡｌ電極を形成することによって有機電界発光素子を製造した。
【００８２】
図７は第１比較例によって製造された有機電界発光素子の発光スペクトルと色座標及び効率特性を示す図面である。
【００８３】
図７のスペクトルを参照すると、励起子閉じ込め効果が期待できない第１比較例のスペクトルは青色領域におけるピークが著しく減少し、黄色−緑色領域のピークのみが主な寄与をして白色を得ることができなかった。この時の色座標は（０．３７、０．５４）で薄い黄色を現わした。
【００８４】
［第２比較例］
本発明の第１乃至第３実施例の構造と比較して白色調節層６を形成しない有機電界発光素子を製作してその特性を確認した。
【００８５】
ガラス基板上に１８００Å厚さにＩＴＯ電極（アノード）を形成した後、この上にｍ−ＭＴＤＡＴＡを真空蒸着して正孔注入層を３７０Å厚さに形成した。次いで、正孔注入層上にＮＰＢを真空蒸着して１００Å厚さの正孔輸送層を形成した。その上に白色調節層をせず、緑色発光層と赤色発光層を形成した。緑色発光層はＮＰＢとルブレンを９７重量％対比３重量％に混合して蒸着し、赤色発光層はＤＰＶＢｉを真空蒸着してそれぞれ２００Åの厚さに形成した。
【００８６】
また、電子輸送層１６０Åと電子輸送層上にＬｉＦを真空蒸着して１０Å厚さのＬｉＦ電子注入層を形成した後、このＬｉＦ電子注入層上部にＡｌを真空蒸着して２０００Å厚さにＡｌ電極を形成することによって有機電界発光素子を製造した。
【００８７】
図８は第２比較例によって製造された有機電界発光素子の発光スペクトルと色座標及び効率特性を示す図面である。
【００８８】
図８を参照すると、白色調節層を形成しない場合、全ての励起子は緑色発光層であるルブレンに分布してイエロー発光を示す。つまり、電子遮断効果による青色発光を可能にする白色調節層を形成しなかったので、青色発光が起こらなかった。したがって、色座標は（０．４６、０．４７）を示した。
【００８９】
一方、前記第１乃至第３実施例及び第１及び第２比較例によって製造された有機電界発光素子において、輝度効率、最大輝度、量子効率及び色座標特性を評価した結果を要約して表１に示した。
【００９０】
【表１】
2008513970.tif 000007
【００９１】
前記表１から、本発明の励起子閉じ込め構造と白色調節層を用いた第１乃至第３実施例の有機電界発光素子は、励起子閉じ込め構造又は白色調節層のうちのいずれかを適用しない第１及び第２比較例と比較して三色発光寄与による白色発光が可能であることが分かった。
【００９２】
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属する。
【００９３】
本発明の有機電界発光素子は、白色調節層を導入して励起子の分布を任意に調節することが可能で、励起子閉じ込め構造によって三色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）寄与による白色光実現が可能である。その結果、複数発光層の最大効率よりは色純度に依存して製造されたり、異色寄与によって実現される従来の白色有機電界発光素子とは異なって色調節が容易であり、複数発光層の最大効率を利用ことができるために高効率の白色素子製造が可能であり、三色全てが含まれる白色光を発生するので、カラーフィルターを使用してカラーディスプレイに転換することも容易である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】青色及び赤色発光層を積層して白色光を得る従来の有機電界発光素子のエネルギーレベル構造を示す図面である。
【図２】３つの発光層を積層して白色光を得る従来の有機電界発光素子のエネルギーレベル構造を示す図面である。
【図３Ａ】本発明の一実施例による白色有機電界発光素子の層構造を示す断面図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施例による白色有機電界発光素子のエネルギーレベル構造を示す図面である。
【図４】本発明の他の実施例による白色有機電界発光素子のエネルギーレベル構造を示す図面である。
【図５】本発明の他の実施例による白色有機電界発光素子のエネルギーレベル構造を示す図面である。
【図６】本発明の多様な実施例によって製造された有機電界発光素子の発光スペクトルを示す図面である。
【図７】本発明の多様な実施例によって製造された有機電界発光素子の発光スペクトルを示す図面である。
【図８】本発明の多様な実施例によって製造された有機電界発光素子の発光スペクトルを示す図面である。
【図９】２つの比較例によって製造された有機電界発光素子の発光スペクトルと色座標及び効率特性を示す図面である。
【図１０】２つの比較例によって製造された有機電界発光素子の発光スペクトルと色座標及び効率特性を示す図面である。
【符号の説明】
【００９５】
１  アノード
９  カソード
２  正孔注入層
３、１８  正孔輸送層
４、２０  第１発光層（緑色）
５、２１  第２発光層
６  白色調節層  （Ｗｈｉｔｅ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ  Ｌａｙｅｒ）
７、１９  第３発光層（青色）
２３  発光増強層
８、１２、１６、２２  電子輸送層
１０、１３  正孔輸送および青色発光層
１１  正孔制限および赤色発光層
１４  赤色発光層
１５  正孔制限層
１７  励起子閉じ込め構造  （Ｅｘｃｉｔｏｎ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）
【図１】
2008513970.tif 000008
【図２】
2008513970.tif 000009
【図３Ａ】
2008513970.tif 000010
【図３Ｂ】
2008513970.tif 000011
【図４】
2008513970.tif 000012
【図５】
2008513970.tif 000013
【図６】
2008513970.tif 000014
【図７】
2008513970.tif 000015
【図８】
2008513970.tif 000016
【図９】
2008513970.tif 000017
【図１０】
2008513970.tif 000018
【国際調査報告】
2008513970.tif 000019