(57)【要約】【課題】印加される電流密度が変化しても、発光色度が変化しない有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】ホスト材料と発光性ドーパントとからなる有機発光層１０を３層構造とし、キャリア輸送性のアシストドーパントをドープした陽極側発光層５と陰極側発光層７との間に、最短波長帯域の発光をする中央発光層６を配置した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機発光ホスト材料と発光性ドーパントとを含んでなる有機発光層を、陽極と陰極との間に備えてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
上記有機発光層は、その発光波長帯域が互いに異なる３層の発光層を積層してなり、該発光層のうちの陰極側発光層と陽極側発光層とはいずれも、キャリア移動を補助するアシストドーパントを含んでなり、上記陰極側発光層と上記陽極側発光層とに挟持された中央発光層は上記発光層のうちで最短波長帯域の発光をす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】
陽極側発光層中のアシストドーパントは、正孔移動を補助する正孔輸送性アシストドーパントであり、陰極側発光層中のアシストドーパントは、電子移動を補助する電子輸送性アシストドーパントであることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
有機発光層が、青色発光層と緑色発光層と赤色発光層とからなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【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ス素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電界発光を利用したエレクトロルミネッセンス（Electro-Luminescence，以下、ＥＬと略記する。）素子は、自己発光のため視認性が高く、低電圧駆動が可能であるほか、発光材料を選択することにより、多彩な発光が得られる等の特徴を有することからフルカラー表示装置としての利用が注目されている。
フルカラー表示を行うためには、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）を発光するＥＬ素子を用いる方法と、白色発光するＥＬ素子にカラーフィルタを用いてＲ、Ｇ、Ｂの単色光を取り出して用いる方法とがある。
Ｒ、Ｇ、Ｂ各色のＥＬ素子を用いる場合には、その発光を有効利用することができるものの、各ＥＬ素子を基板上に配置するためにマスク蒸着を行うこととなる。このため、蒸着箇所を特定する高精細マスクが必要となるうえに、マスクと基板とを高精度で位置あわせする必要があり、画素密度が増加し、基板上に多数の蒸着箇所がある場合には、この位置合わせが非常に困難になるという問題がある。
これに対して、白色発光のＥＬ素子とカラーフィルタとを用いる場合には、マスクが不要となるので、上記課題が解決するものの、カラーフィルタの透過光を利用するために、その光の利用効率が悪くなるという問題があった。これを解決するものとして、発光効率の高い白色発光ＥＬ素子が求められており、青色発光層とオレンジ色発光層とを積層した白色発光ＥＬ素子等が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、青色発光層とオレンジ色発光層とを積層した白色発光ＥＬ素子の構成が開示されている。このＥＬ素子においては、各発光層は発光ドーパントとホスト材料とからなり、青色発光層に正孔輸送能力を有する補助ドーパントを加えることで、高効率での発光が得られるようにしている。
【０００４】
特許文献２にも同様の白色発光ＥＬ素子の構成が開示されている。このＥＬ素子においても、青色発光層を構成するホスト材のエネルギー順位に合わせて、正孔輸送能力または電子輸送能力を有する補助ドーパントを適宜選択して青色発光層に加えることで、高効率の発光が得られるようにしている。
【０００５】
特許文献３には、発光層に正孔輸送材料をドープしたＥＬ素子が開示されている。このＥＬ素子においては、発光層中の正孔輸送材料のドープ濃度を発光層の厚さ方向に沿って徐々に変化させることにより、発光材料に効率よく正孔を注入できるようにして、高い発光効率を得られるようにしている。
【特許文献１】特開２００４−３１１４２０号公報
【特許文献２】特開２００５−１０８７２７号公報
【特許文献３】特開２００４−２４１１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＥＬ素子を表示装置として用いる際には、駆動回路として各種の電子デバイスと併せて使用することとなるが、素子構造によってはＥＬ発光層にかかる電流密度が変化せざるを得ないことがある。ＥＬ発光層においては、正孔と電子とが再結合することで発光が起こる訳であるが、電流密度が変化すると、キャリアバランスが変化するので、再結合位置が移動し、ＥＬ発光層の発光スペクトルが安定しないというという問題があった。たとえば、青色発光層とオレンジ色発光層とを積層した白色発光ＥＬ素子において、電流密度によって青味を帯びた白色から黄色味を帯びた白色へと色度がシフトしてしまうので、一定な白色発光が得られないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、いかなる電流密度であっても、色度が一定な白色発光をする有機ＥＬ素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の有機ＥＬ素子は、有機発光ホスト材料と発光性ドーパントとを含んでなる有機発光層を、陽極と陰極との間に備えてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、上記有機発光層は、その発光波長帯域が互いに異なる３層の発光層を積層してなり、該発光層のうちの陰極側発光層と陽極側発光層とはいずれも、キャリア移動を補助するアシストドーパントを含んでなり、上記陰極側発光層と上記陽極側発光層とに挟持された中央発光層は上記発光層のうちで最短波長帯域の発光をすることを特徴とする。
【０００９】
キャリアの移動を補助するアシストドーパントを、それぞれ陽極側発光層と陰極側発光層とにドープすることで、キャリアが陽極側発光層や陰極側発光層で捕捉されて発光してしまうのを防ぎ、中央発光層へ効率よく移動させることができる。加えて有機発光層を３層の積層構造とし、中央発光層にはアシストドーパントをドープしないことで、正孔と電子との再結合領域をこの中央発光層に限定することができる。
また、中央発光層を３層の中で最短波長帯域の発光層とすること、即ち、中央発光層の有機発光材料の励起エネルギー準位を他の２層のものより高くすることで、中央発光層で直接再結合励起による発光を行う一方で、この再結合による励起エネルギーが、中央発光層よりもエネルギー準位が低い陽極側発光層や陰極側発光層に移動し易くなる。陽極側発光層と陰極側発光層においては、それぞれの中央発光層との界面近傍で発光することとなる。これにより、電流密度が変化しても再結合が常に中央発光層で起こり、再結合領域が一定に保たれるので、発光波長帯域が変化することがなくなり、色度が一定の発光が得られる。
すなわち、本発明の有機ＥＬ素子によれば、電流密度の変化による再結合領域の移動がないので、常に一定の色度の発光を得ることができる。
【００１０】
本発明の陽極側発光層中のアシストドーパントは、有機発光層の正孔移動を補助する正孔輸送性アシストドーパントであり、陰極側発光層中のアシストドーパントは、有機発光層の電子移動を補助する電子輸送性アシストドーパントであることが好ましい。
これにより、陽極と陰極とからそれぞれ注入された正孔と電子とが、陽極側発光層や陰極側発光層中で非常に効率よく移動して中央発光層に達するので、再結合領域を中央発光層に限定することができる。
【００１１】
有機発光層は、青色発光層と緑色発光層と赤色発光層とからなることが好ましい。
この発光波長領域の発光層で構成すると、最短波長帯域の発光層の中央発光層が青色発光層となり、それを緑色発光層と赤色発光層とで挟むこととなり、青色発光した中央発光層から励起エネルギーを両側の発光層へ速やかに移動することができる。また、光の三原色の発光を効率よく行うことができるので、安定した白色発光を得ることができる。
【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素子、およびこれを備えた表示装置並びに電子機器の実施の形態を、図１および図２を参照して説明する。
なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１３】
（有機ＥＬ素子）
図１は、本発明の一実施の形態に係るＥＬ素子を示した模式的な断面図である。この有機ＥＬ素子１００は、基体１上に陽極２と陰極９とを有し、この陽極２と陰極９との間に有機発光層１０を備えたものであって、陽極２上に、正孔注入層３、正孔輸送層４、有機発光層１０、電子輸送層８、電子注入層１１、陰極９とが順次積層されて構成される。さらに有機発光層１０は、陽極側から順次、陽極側発光層５と中央発光層６と陰極側発光層７とを積層してなる。この有機ＥＬ素子１００は有機発光層１０で発光した光を基体１側から出射するボトムエミッション方式となっている。
【００１４】
基体１は、ガラス基板等の透明基板上にＴＦＴ素子からなる駆動素子（図示せず）や各種配線（図示せず）等を形成して構成されたものであって、これら駆動素子や各種配線上に絶縁層や平坦化膜を介して陽極２が形成されている。
陽極２は基体１上に形成されており、上記駆動素子や各種配線等と接続されたもので、本実施形態のボトムエミッション型の場合、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）や酸化インジウム・酸化亜鉛系アモルファス透明導電膜（Indium Zinc Oxide:ＩＺＯ（登録商標））（出光興産社製）等の透明導電材料が用いられる。トップエミッション型の場合には、このような透明導電材料に限らず、たとえばアルミニウムや銀等の光反射性あるいは不透明な導電材料を用いることもできる。
【００１５】
陰極９は、アルミニウム、銀、銀マグネシウム合金等の電気抵抗の低い金属から形成されている。なお、アルミニウム、銀等の金属は、反射層としても機能するようになっている。さらにこの陰極９上には、不図示の封止層が形成されている。
【００１６】
陽極２と有機発光層１０との間、陰極９と有機発光層１０との間には、それぞれ正孔注入層３と電子注入層１１とが挿入されている。さらに、本実施形態においては、正孔輸送をより効率よく行う目的で正孔注入層３と有機発光層１０との間に、正孔輸送層４が形成されており、同様に、電子輸送をより効率よく行う目的で電子注入層１１と有機発光層１０との間に、電子輸送層８が形成されている。
【００１７】
正孔注入層３は、陽極２から有機発光層１０へ正孔を効率よく注入するためのものであり、正孔輸送層４はその正孔を輸送する機能を有するものである。同様に、電子注入層１１は、陰極９から有機発光層１０へ電子を効率よく注入するためのものであり、電子輸送層８はその電子を輸送する機能を有するものである。
【００１８】
正孔注入層３は膜厚１０〜３０ｎｍ、正孔輸送層４は膜厚４０〜６０ｎｍ、電子輸送層８は膜厚２０〜４０ｎｍでそれぞれ積層され、これらはいずれも公知の材料を用いることができる。
【００１９】
正孔注入層３の材料としては、たとえば、銅フタロシアニンやアリールアミンのほか、ポリチオフェンやポリアニリンなどの導電性高分子を用いることができる。
正孔輸送層４の材料としては、たとえば、ジフェニルアミンやトリフェニルアミン等のフェニルアミン系誘導体、芳香族アミン系材料、スチリルアリーレン誘導体などを用いることができる。
電子輸送層８の材料としては、８−ヒドロキシキノリンまたはその誘導体とその金属錯体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体などを用いることができる。
また、電子注入層１１の材料としては、リチウムやカルシウム等の仕事関数の小さな金属のほか、アルカリ金属のフッ化物、酸化物、もしくはアルカリ土類金属のフッ化物または酸化物を用いることができる。また、電子輸送層８と電子注入層１１は混合層でも良い。
【００２０】
正孔注入層３と正孔輸送層４とを設けることにより、有機発光層１０内を移動する電子を効率よくブロッキングし、有機発光層１０内での正孔と電子との再結合確率を高くすることができる。同様にして、電子輸送層８を設けることにより、正孔を効率よくブロッキングし、有機発光層１０での再結合確率を向上できる。
また、これらの層を設けることにより、キャリアの注入、輸送効率が向上し、ＥＬ素子の発光効率が向上すると共に、発光層が長寿命化する。
【００２１】
有機発光層１０は、有機発光ホスト材料（以下、ホスト材料と称する。）とゲスト材料としての発光性ドーパントとを含んでなり、陽極側発光層５と中央発光層６と陰極側発光層７とを順次積層してなるものである。
【００２２】
ホスト材料には、電圧によって発光する公知の有機発光材料を用いることができ、たとえば、アルミニウム錯体、ベリリウム錯体のほか、アントラセン誘導体、カルバゾール誘導体、スチリルアミン誘導体等を挙げることができる。
発光性ドーパントは、一重項励起子から発光する蛍光発光性化合物、三重項励起子から発光する燐光発光性化合物のいずれであってもよく、たとえば、蛍光発光性化合物としてはペリレン誘導体、オキサジアゾール誘導体、アントラセン誘導体、ルブレン誘導体、スチリルアミン誘導体、クマリン誘導体など、燐光発光性化合物としてはイリジウム、ルテニウム、白金、オスミウム、レニウム、パラジウムなどの金属錯体を挙げることができる。
【００２３】
ホスト材料と発光性ドーパントとの組み合わせは特に限定されるものではなく、ホスト材料のエネルギー準位が発光性ドーパントよりも高くなるように、各発光層において適宜選択する。発光性ドーパントのホスト材料に対するドープ濃度は、これらの組み合わせによって適宜選択できるが、蛍光発光性材料では凡そ１〜２ｗｔ％、燐光発光性材料では凡そ５〜１０ｗｔ％が好ましい。さらにホスト材料は、上述した正孔注入層３、正孔輸送層４、または電子輸送層８と同一材料としてもよい。
【００２４】
陽極側発光層５および陰極側発光層７の膜厚は２０〜４０ｎｍ、中央発光層６の膜厚は５〜１０ｎｍであることが好ましい。中央発光層６の膜厚を薄くすることで、再結合領域を限定すると共に、中央発光層６から陽極側発光層５および陰極側発光層７への励起エネルギーの移動をより容易にすることができる。
【００２５】
各発光層５、６、７の発光波長帯域は互いに異なっており、中央発光層６はこれら３層のうちで最短波長帯域の発光をする。各層の発光波長帯域は特に限定されるものではないが、これら３層の発光を合成して白色発光を得られるように、赤色発光と緑色発光と青色発光の組み合わせであることが好ましい。つまり中央発光層６が青色発光層であり、他の２層が赤色発光層と緑色発光層であることが好ましい。
【００２６】
陽極側発光層５には、陽極から注入された正孔の移動を補助する正孔輸送性のアシストドーパントがドープされており、陰極側発光層７には、陰極から注入された電子の移動を補助する電子輸送性のアシストドーパントがドープされている。中央発光層６には、これらのアシストドーパントはドープされていない。
【００２７】
正孔輸送性のアシストドーパントと電子輸送性のアシストドーパントは、いずれもそれ自体は導電性を持たないが、高い電界がかかると導電性を有する材料であればよい。正孔輸送性のアシストドーパントとしては、上述した正孔注入層３、正孔輸送層４を構成する種々の材料を使用することができ、正孔注入層３および正孔輸送層４と同一の材料を用いてもよい。同様に、電子輸送性のアシストドーパントとしては、電子輸送層８で用いられる種々の材料を使用することができ、電子輸送層８と同一材料を用いてもよい。また、各発光層の発光性ドーパントを発光させるためには、各ホスト材料と各アシストドーパントは共に、各発光性ドーパントよりも高いエネルギー準位を有するものを選択する必要がある。
【００２８】
このような材料としては、たとえば、正孔輸送性のアシストドーパントとして、ジフェニルアミンやトリフェニルアミン等のフェニルアミン誘導体、芳香族アミン系材料、スチリルアリーレン誘導体等が挙げられる。
また電子輸送性のアシストドーパントとしては、８−ヒドロキシキノリンまたはその誘導体とその金属錯体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体等が挙げられる。
【００２９】
陽極側発光層５と陰極側発光層７とに、それぞれアシストドーパントをドープすることにより、正孔と電子とは陽極側発光層５および陰極側発光層７内で捕捉されて発光することなく中央発光層６に到達する。正孔と電子とは、中央発光層６の発光性ドーパント分子上で再結合し、これにより励起された発光性ドーパントが基底状態に戻る際に、発光が得られる。このように中央発光層６においては、直接再結合励起によって発光を得るので、陽極側発光層５と陰極側発光層７とにアシストドーパントをドープすることで、再結合領域を中央発光層６に限定することができるわけである。
【００３０】
さらに中央発光層６で再結合によって発生したこの励起エネルギーは、エネルギー移動機構により、中央発光層６と陽極側発光層５との界面近傍、および中央発光層６と陰極側発光層７との界面近傍へ移動して、陽極側発光層５および陰極側発光層７中の各発光性ドーパントを励起状態とし、これらの分子を発光させる。陽極側発光層５と陰極側発光層７は中央発光層６よりも長波長帯域の発光をするものであるので、中央発光層６よりもエネルギー準位が低く、励起エネルギーは容易に移動する。よって、再結合領域が中央発光層６に限定されても、陽極側発光層５および陰極側発光層７においても、効率よく発光を得ることができる。
【００３１】
このように、有機発光層１０を３層構造とし、中央発光層６を最短波長帯域の発光層とする一方で、陽極側発光層５と陰極側発光層７とにそれぞれのキャリア輸送性のアシストドーパントをドープすることで、再結合領域を中央発光層６に限定することができる。
よって、有機発光層１０にかかる電流密度が変化しても再結合領域が大きく変化することがなくなる。加えて、中央発光層６はある程度の膜厚を有するものであるので、たとえ再結合領域が移動したとしても、その移動を中央発光層６の膜厚内に収められるので、得られる発光の色度に変化は起きない。このように、本発明の有機ＥＬ素子によれば、電流密度の変化に関わらず、安定した白色発光が得られる。
【００３２】
（電子機器）
次に、本発明の有機ＥＬ素子を備えた電子機器の具体例について説明する。この電子機器は、前記の有機ＥＬ素子を表示部として有したものであり、具体的には図２に示すものが挙げられる。
図２は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図２において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は前記の有機ＥＬ装置を用いた表示部を示している。図２に示す電子機器は、前記有機ＥＬ素子を有した表示部を備えているので、長寿命で且つ明るい表示が得られる。
【００３３】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３４】
たとえば、上記実施形態では、正孔注入層と正孔輸送層とを別個に設けた構成としたが、正孔注入／輸送層の１層としてもよい。また同様に、電子注入層と電子輸送層とを別個に設けた構成としたが、電子注入／輸送層の１層としてもよい。
また、陽極側発光層５、中央発光層６、陰極側発光層７の各発光色は赤、青、緑に限定されるものではなく、このほか、オレンジ、青、緑等の組み合わせであってもよい。さらに有機発光層１０の発光色も白色のみに限定されるものではなく、他の発光色であってもよく、所望の発光色で発光できる。この場合には、電流密度が変化しても発光色が変化することなく、常に同じ色度の発光が得られる有機ＥＬ素子となる。
さらに、上記実施形態では、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子としたが、トップエミッション型の素子であってもよい。
【実施例】
【００３５】
ガラス基板上にＩＴＯからなる陽極を形成し、この陽極の上に、以下の化学式で示される分子構造を有するＣｕＰｃ（copper phthalocyanine）からなる正孔注入層を、膜厚１０〜３０ｎｍで形成した。
【００３６】
【化１】
2008091038.tif 000003
【００３７】
この正孔注入層の上に、以下の化学式で示される分子構造を有するＴＰＤ（N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N-7-diphenyl-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamine）からなる正孔輸送層を、膜厚４０〜６０ｎｍで形成した。
【００３８】
【化２】
2008091038.tif 000004
【００３９】
以下の化学式で示される分子構造を有するＴＢＡＤＮ(tert-butyl substituted dinaphthylanthracene)からなるホスト材料中に、発光性ドーパントとして以下の化学式で示される分子構造を有するキナクリドン（Quinacridone;5,12-dihydroquino[2,3-b]acridine-7,14-dione）をドープするとともに、正孔輸送性のアシストドーパントとしてＴＰＤをドープしてなる陽極側発光層を、膜厚２０〜４０ｎｍで正孔輸送層上に形成した。
【００４０】
【化３】
2008091038.tif 000005
【００４１】
【化４】
2008091038.tif 000006
【００４２】
以下の化学式で示される分子構造を有するＣＢＰ(4,4'-bis[9-dicarbazolyl]-2,2'-biphenyl)からなるホスト材料中に、発光性ドーパントとして以下の化学式で示される分子構造を有するＴＢＰ（1,4,7,10-Tetra-tert-bytylPerylene）をドープしてなる中央発光層を、膜厚５〜２０ｎｍで陽極発光層上に形成した。
【００４３】
【化５】
2008091038.tif 000007
【００４４】
【化６】
2008091038.tif 000008
【００４５】
以下の化学式で示される分子構造を有するＡｌｑ３(tris(8-hydroxyquinoline)aluminum)からなるホスト材料中に、赤色発光性ドーパントとして以下の化学式で示される分子構造を有するルブレン（Ruberene）をドープするとともに、電子輸送性のアシストドーパントとして以下の化学式で示される分子構造を有するｔ−ＢｕＰＢＤ（2-(4'-t-butylphenyl)-5-(4''-biphenylyl)-1,3,4-oxadiazole）をドープしてなる陰極側発光層を、膜厚２０〜４０ｎｍで中央発光層上に形成した。
【００４６】
【化７】
2008091038.tif 000009
【００４７】
【化８】
2008091038.tif 000010
【００４８】
【化９】
2008091038.tif 000011
【００４９】
Ａｌｑ３からなる電子輸送層を陰極側発光層上に形成した後、この電子輸送層上に、電子注入層としてＬｉＦを膜厚１ｎｍ形成し、さらに、陰極としてＡｌを膜厚２００ｎｍで形成した。さらにこの陰極上にガラス基板で封止をして、有機ＥＬ素子とした。
このようにして作製した有機ＥＬ素子について、電流密度を変化させたところ、いずれの場合においても輝度の高い白色発光が得られ、電流密度によって発光の色度が変化しないことが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施の形態に係るＥＬ素子を示した模式的な断面図である。
【図２】本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００…エレクトロルミネッセンス素子、２…陽極、５…陽極側発光層、６…中央発光層、７…陰極側発光層、９…陰極、１０…有機発光層、１０００…携帯電話（電子機器）
【図１】
2008091038.tif 000012
【図２】
2008091038.tif 000013