(57)【要約】【課題】各々の有機ＥＬ素子の駆動電圧・発光効率・寿命・色度などの諸特性に関して、有機ＥＬ素子の各色材料が本来もつ性能を最大限に引き出すことができる有機発光表示装置を提供する。【解決手段】異なる発光色を呈する複数の有機発光素子を有し、前記有機発光素子は、陽極及び陰極からなる一対の電極間に挟持された発光層と、前記陰極と電気的に接している電子注入層とを少なくとも有し、各々の電子注入層の膜厚は等しく、かつ前記電子注入層は少なくとも有機化合物とアルカリ金属化合物とを含む有機発光表示装置において、少なくとも一つの有機発光素子は、電子注入層中のアルカリ金属化合物の重量濃度が、他の有機発光素子と異なることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる発光色を呈する複数の有機発光素子を有し、前記有機発光素子は、陽極及び陰極からなる一対の電極間に挟持された発光層と、前記陰極と電気的に接している電子注入層とを少なくとも有し、
各々の電子注入層の膜厚は等しく、かつ前記電子注入層は少なくとも有機化合物とアルカリ金属化合物とを含む有機発光表示装置において、
少なくとも一つの有機発光素子は、電子注入層中のアルカリ金属化合物の重量濃度が、他の有機発光素子と異なることを特徴とする、有機発光表示装置。
【請求項２】
発光層と電子注入層との間に有機化合物からなる電子輸送層を有することを特徴とする、請求項１に記載の有機発光表示装置。
【請求項３】
アルカリ金属化合物はセシウム化合物であることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光表示装置。
【請求項４】
セシウム化合物は、炭酸セシウム又はセシウム酸化物又はセシウムサブオキサイドの少なくともいずれか１つであることを特徴とする、請求項１又は請求項３に記載の有機発光表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる発光色を呈する複数の有機発光素子を有する有機発光表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光表示装置は、有機発光素子をマトリクス状に並べたものであり、一般的に有機発光素子は、有機電界発光素子又は有機エレクトロルミネッセンス素子又は有機ＥＬ素子と呼ばれる（以下、有機ＥＬ素子と記す）。
【０００３】
この有機ＥＬ素子は、有機物の薄膜を陽極と陰極とで挟んだ構成としており、両電極間に電圧をかけることによって発光する。より詳細には、陽極と陰極とから注入された正孔と電子とが結合し励起子を生成した後、その励起子が励起状態から基底状態に戻る際に、光を放出する。
【０００４】
上記構成の有機ＥＬ素子は自発光型の素子であるので、コントラストが高く、薄型化が容易なことから、フラットパネルディスプレイの有力候補として注目されている。また、有機ＥＬ素子は、液晶に対して、応答速度が非常に速く、動画表示に適していると考えられている。
【０００５】
有機ＥＬ素子の経時的な劣化を抑えながら発光効率を高めるために様々な検討がなされてきた。
【０００６】
特許文献１では、ドナー（電子供与性）ドーパントとして機能する金属を有する有機層が、陰極に接して設けられている構成が開示されている。そしてこのドナードーパントとして用いられる金属としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類を含む遷移金属等が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２では、金属酸化物又は金属塩をドーパントとして有する有機層が、陰極に接して設けられている構成が開示されている。
【０００８】
しかし、上記特許文献１、２に開示されるアルカリ金属、アルカリ土類金属、それらの金属を含む酸化物や金属塩などは、一般に反応性が高く、その取り扱いが難しい。
【０００９】
そこで特許文献３では、陰極と電気的に接している有機層中に、Ｃｓ2ＣＯ3をはじめとするアルカリ金属又はアルカリ土類金属の炭酸塩を含む有機ＥＬ素子が開示されている。
【００１０】
さらに特許文献４では、アルカリ金属化合物をドーパントとして用いる場合に、経時的な発光効率の低下の少ない有機ＥＬ素子を提供することを目的として、アルカリ金属のドーピング量やドーピング方法を制御することが開示されている。
【００１１】
【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】特表２００５−５１００３４号公報
【特許文献４】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】
【００１２】
しかしながら、異なる発光色を呈する複数の有機ＥＬ素子の電子注入層に対して、アルカリ金属化合物を一律にドーピングした場合、駆動電圧・発光効率・寿命・色度などの諸特性が、赤色、緑色、青色などの各色材料に対して最適化されないという問題があった。
【００１３】
本発明は、各々の有機ＥＬ素子の駆動電圧・発光効率・寿命・色度などの諸特性に関して、有機ＥＬ素子の各色材料が本来もつ性能を最大限に引き出すことができる有機発光表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記背景技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る有機発光表示装置は、
異なる発光色を呈する複数の有機発光素子を有し、前記有機発光素子は、陽極及び陰極からなる一対の電極間に挟持された発光層と、前記陰極と電気的に接している電子注入層とを少なくとも有し、
各々の電子注入層の膜厚は等しく、かつ前記電子注入層は少なくとも有機化合物とアルカリ金属化合物とを含む有機発光表示装置において、
少なくとも一つの有機発光素子は、電子注入層中のアルカリ金属化合物の重量濃度が、他の有機発光素子と異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明を用いれば、各々の有機ＥＬ素子の駆動電圧・発光効率・寿命・色度などの諸特性に関して、有機ＥＬ素子の各色材料が本来もつ性能を最大限に引き出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態の有機発光表示装置は、図１に示すように赤色、緑色、青色の３種類の有機ＥＬ素子（画素）がマトリクス状に配置されるフルカラーディスプレイを例に説明を進める。しかし、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば赤色、緑色、青色、白色の４種類の有機ＥＬ素子が配置されるディスプレイでもよい。また、セグメント方式の表示装置などに本発明を適用してもよい。なお、赤画素をＲ、緑画素をＧ、青画素をＢと記載する。
【００１７】
この有機発光表示装置は、異なる発光色を呈する複数の有機ＥＬ素子（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を有し、前記有機ＥＬ素子は、陽極２及び陰極７からなる一対の電極間に挟持された発光層４と、前記陰極７と電気的に接している電子注入層６とを少なくとも有する。そして、各々の電子注入層６の膜厚は等しく、かつ前記電子注入層６は少なくとも有機化合物とアルカリ金属化合物とを含む構成とされている。
【００１８】
つまり、上記有機発光表示装置は、通例の有機発光表示装置と略同様の構成であるが、少なくとも一つの有機ＥＬ素子、つまりＲＧＢのいずれか１組における電子注入層６中のアルカリ金属化合物の重量濃度が、他の画素と異なることを特徴とする。
【００１９】
具体的に、電子注入層６中のアルカリ金属化合物の重量濃度（以下、濃度と記載する。）の設定方法について説明する。なお、ＲＧＢの各画素の有機化合物に含まれるアルカリ金属化合物のドーパント濃度を、それぞれＣR、ＣG、ＣBと記載する。ただし、ＣR、ＣG、ＣBはアルカリ金属化合物中に含まれるアルカリ金属としての濃度を指す。また、τB、τG、τRはＲＧＢの画素の半減寿命を指す。
【００２０】
各画素の電子注入層６に含まれるアルカリ金属化合物のドーパントの濃度と、駆動電圧・発光効率・寿命などの諸特性との関係は、デバイス材料・デバイス構成によって多様に変化するため、それぞれの場合に応じて適切な大小関係を設定すればよい。
【００２１】
例えば、光学設計上、干渉条件に要求される光路長は、長波長側では長くなり、そのため一般に駆動電圧は長波長色で高くなる場合が多い。このような場合には、ＣB≦ＣG≦ＣRの関係を設定することにより、駆動電圧の差を小さくすることができ、回路設計のマージンを広げるなどの効果がある。
【００２２】
また、一般に電子注入層６に含まれるアルカリ金属化合物のドーパント濃度に依存して、電子注入特性が変化し、キャリアバランスの変化によって発光効率特性・寿命特性が変化する場合が多い。例えば、Ｂにおいてドーパント濃度が小さくなるにつれて、発光効率が改善される場合は、一般に発光効率の低いＢのみドーパント濃度を低くする（ＣB＜ＣG＝ＣR）。こうすることによって、各色の発光効率の差を小さくすることができ、駆動設計・色度設計に対してのマージンを大きくすることができる。
【００２３】
さらに、例えばドーパント濃度が大きくなるにつれて寿命特性が改善される画素の場合、各色の半減寿命がτB≦τG≦τRの関係にあるならば、ＣB≧ＣG≧ＣRとすることによって、標準的な使用条件における表示焼き付きを改善することができる。
【００２４】
よって、ＲＧＢの各画素の電子注入層６を作成する際に、アルカリ金属化合物のドーピング濃度をＲＧＢの各色材料ごとに変えることによって、ＲＧＢの各色材料が本来もつ性能を最大限に引き出すことができる。
【００２５】
ちなみに、上記電子注入層６は、後述する電子輸送性材料に、アルカリ金属化合物を０．１〜数十％含有させることにより形成されており、前記アルカリ金属化合物はセシウム化合物であることが好ましい。さらに、セシウム化合物は、炭酸セシウム又はセシウム酸化物又はセシウムサブオキサイドの少なくともいずれか１つであることが好ましい。つまり、前記セシウム化合物は炭酸セシウム又は炭酸セシウム由来の物質であることが好ましい。
【００２６】
この電子注入層６を形成する好適な手法は、炭酸セシウムと電子輸送性材料とを共蒸着することである。良好な電子注入性を確保するためには、電子注入層６の膜厚が１０〜１００ｎｍであることが好ましい。なお共蒸着時に炭酸セシウムが分解するなどして、電子注入層６に炭酸セシウム由来の（Ｃｓ11Ｏ3）Ｃｓ10や（Ｃｓ11Ｏ3）Ｃｓ、Ｃｓ11Ｏ3などのサブオキサイドが形成される場合がある。またセシウムと有機化合物との間で配位化合物が形成される場合がある。
【００２７】
上記有機発光表示装置をなす画素の他の部材は、以下の構成とされている。なお、図２を用いて説明を進めるが、本発明はこれに限られるものではない。図２の機能層（有機層）９には、一例として、基板側からホール輸送層、発光層、電子輸送層がこの順番で含まれる。なお、図２内の基板１は、ガラス・シリコン・ＳＵＳなどからなり、通常その上に平坦膜・ＴＦＴ駆動回路などが形成されるが、図中では省略されている。
【００２８】
陽極２には、正孔注入を容易にするために仕事関数の大きな材料が用いられ、例えば、酸化スズ、アルミニウムドープの亜鉛酸化物、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ、Ａｕなどが挙げられる。これらが積層されたものでもよい。
【００２９】
陰極７には、一般的に電子注入を容易にするために比較的仕事関数の小さな材料が用いられるが、本発明においては電子注入層６にアルカリ金属化合物をドーピングするので、陰極７に使用する材料として比較的仕事関数の大きい材料を用いることが可能である。陰極７の材料としては、例えばＡｇ、Ａｌ、Ｃａ、ＡｌとＬｉの合金、ＭｇとＡｇの合金、酸化スズ、アルミニウムドープの亜鉛酸化物、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物などが挙げられる。
【００３０】
電子輸送層の電子輸送性材料としては、注入された電子を発光層に輸送する機能を有するものから任意に選ぶことができ、ホール輸送材料のキャリア移動度とのバランスなどを考慮し選択される。電子注入輸送性能を有する材料としては、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、ピラジン誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、ペリレン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、フルオレノン誘導体、アントロン誘導体、フェナントロリン誘導体、有機金属錯体等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。以下に、具体例の一部を＜化１＞に示す。
【００３１】
【化１】
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【００３２】
発光層の発光材料としては、発光効率の高い蛍光色素や燐光材料が用いられる。以下に具体例の一部を＜化２＞に示す。
【００３３】
【化２】
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【００３４】
ホール輸送層のホール輸送性材料としては、陽極２からのホールの注入を容易にし、しかも注入されたホールを発光層に輸送するに優れたモビリティを有することが好ましい。また、必要に応じて陽極２とホール輸送層との間に有機化合物からなるホール注入層を有しても良い。ホール注入輸送性能を有する低分子及び高分子系材料としては、トリアリールアミン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、オキサゾール誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、及びポリ（ビニルカルバゾール）、ポリ（シリレン）、ポリ（チオフェン）、その他導電性高分子が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。以下に、具体例の一部を＜化３＞、＜化４＞に示す。
【００３５】
【化３】
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【００３６】
【化４】
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【００３７】
なお、本発明においては、図２の断面模式図に示すように、基板１側に陽極２があってもよいし、図３の断面模式図に示すように、基板１側に陰極７があってもよい。また本発明は、図２、図３のいずれにおいても、基板１側から光の取り出しが行なわれてもよいし、上面側から光の取り出しが行なわれてもよい。ただし、前者の場合は、少なくとも基板１が透明あるいは半透明でなければならないし、前者・後者ともに、少なくとも光を取り出す側の電極は透明あるいは半透明でなくてはならない。また、前者の場合、上面側の電極は発光する波長に対して反射能を有することが望ましく、後者の場合、基板１又は基板１側の電極の少なくともいずれか一方が発光する波長に対して反射能を有することが望ましい。陰極７と陽極２との間の膜厚を調整し、微小共振器構造を形成するようにしてもよい。
【実施例】
【００３８】
実施例を用いて本発明をより詳しく説明する。以下実施例内にアルカリ金属化合物の濃度と記載された場合、アルカリ金属化合物中に含まれるアルカリ金属としての重量濃度を指す。
【００３９】
＜実施例１＞
図１に示す構造のＲＧＢ３色からなる有機発光表示装置を以下に示す方法で作製する。
【００４０】
ガラス基板上１１に、低温ポリシリコンからなるＴＦＴ駆動回路１２を形成し、その上にアクリル樹脂からなる平坦化膜１３を形成して基板１とする。
【００４１】
この上に反射性金属２１として、銀合金（ＡｇＰｄＣｕ）を約１００ｎｍの膜厚でスパッタリング法にて成膜してパターニングし、さらに透明導電膜２２として、ＩＺＯをスパッタリング法にて６３０ｎｍの膜厚で成膜してパターニングし、陽極２とする。
【００４２】
さらに、アクリル樹脂により素子分離膜２６を形成し陽極付き基板を作製する。これをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で超音波洗浄し、次いで、煮沸洗浄後乾燥する。続いて、ＵＶ／オゾン洗浄してから有機化合物を真空蒸着により成膜する。
【００４３】
始めに、共通のホール輸送層３として下記＜化５＞で示される化合物［Ｉ］を、５０ｎｍの膜厚で全ての画素に成膜する。この際の真空度は１×１０-4Ｐａ、蒸着レートは０．２ｎｍ／ｓｅｃである。なお、ＲＧＢの画素ごとにホール輸送層３の膜厚を変えてもよい。
【００４４】
【化５】
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【００４５】
次に、発光層４として、シャドーマスクを用いて、ＲＧＢそれぞれの発光層を形成する。Ｒの発光層としては、ホストとしてＡｌｑ３と、発光性化合物ＤＣＭ［４−（ｄｉｃｙａｎｏｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）−２−ｍｅｔｈｙｌ−６（ｐ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏｓｔｙｒｙｌ）−４Ｈ−ｐｙｒａｎ］とを共蒸着（重量比９９：１）して４０ｎｍの膜厚で発光層４１を設ける。Ｇの発光層としては、ホストとしてＡｌｑ３と、発光性化合物クマリン６とを共蒸着（重量比９９：１）して３０ｎｍの膜厚で発光層４２を設ける。Ｂの発光層としては、ホストとして下記に＜化６＞に示す化合物［ＩＩ］と＜化７＞に示す化合物［ＩＩＩ］とを共蒸着（重量比８０：２０）して２０ｎｍの膜厚で発光層４３を設ける。蒸着時の真空度は１×１０-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件で成膜する。
【００４６】
【化６】
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【００４７】
【化７】
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【００４８】
更に共通の電子輸送層５として、バソフェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）を真空蒸着法にて１０ｎｍの膜厚で成膜する。蒸着時の真空度は１×１０-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件である。
【００４９】
次に、シャドーマスクを用いて、ＲＧＢそれぞれに対する電子注入層６を形成する。Ｒに対する電子注入層として、ＢｐｈｅｎとＣｓ2ＣＯ3とを共蒸着（重量比７０：３０）して４０ｎｍの膜厚で成膜する。蒸着時の真空度は３×１０-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件である。Ｇに対する電子注入層として、ＢｐｈｅｎとＣｓ2ＣＯ3とを共蒸着（重量比８０：２０）して４０ｎｍの膜厚で成膜する。蒸着時の真空度は３×１０-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件である。Ｂに対する電子注入層として、ＢｐｈｅｎとＣｓ2ＣＯ3とを共蒸着（重量比９０：１０）して４０ｎｍの膜厚に成膜する。蒸着時の真空度は３×１０-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件である。
【００５０】
この電子注入層６まで形成した基板を、ｉｎ−ｓｉｔｕでスパッタ装置に移動し、透明陰極２４としてＩＴＯを６０ｎｍの膜厚で成膜する。なお、本実施例では、透明陰極２４をスパッタする前に、半透過性反射膜２３を形成して微小共振器構造を作り、透明陰極２４とで陰極７とした。
【００５１】
本実施例で示した方法を用いることにより以下のような効果がある。すなわち、Ｂに対しては、共蒸着する炭酸セシウムの濃度を減らすことにより、発光効率を高める効果がある。発光効率が高まると、ある輝度を出すために必要な電流量が少なくて済み、寿命が長くなる。一方、Ｂに比べて膜厚が厚いＲ及びＧで共蒸着される炭酸セシウムの濃度を増やすことにより、駆動電圧の上昇を抑えることができる。
【００５２】
本実施例で説明したように、ＲＧＢの各画素の電子注入層６を作成する際に、アルカリ金属化合物のドーピング濃度をＲＧＢの各色材料ごとに変えることによって、ＲＧＢの各色材料が本来もつ性能を最大限に引き出すことができる。
【００５３】
＜実施例２＞
本実施例は、実施例１と略同様であるが、以下の点で相違がある。
【００５４】
本実施例では、Ｂにおけるセシウム化合物の濃度のみ、電子注入層６内で勾配をもつ。具体的には、Ｂにおけるセシウム化合物の濃度が、陰極７側では濃く、電子輸送層５側では薄い。これは、Ｂの発光層４３の膜厚が最も薄く、セシウム化合物の拡散の影響を受けやすいためである。一方、Ｒ、Ｇの発光層４１、４２の膜厚は比較的厚いので、製造コストを考慮して、セシウム化合物のドーピング濃度は、電子注入層６内で実質的に一様にする。
【００５５】
本実施例で示した方法を用いることにより、実施例１における効果に加えて、Ｂの発光層４３に対するセシウム化合物の拡散を防止することができる。
【００５６】
＜実施例３＞
本実施例は、実施例１と略同様であるが、電子注入層６の膜厚がＲＧＢごとに異なる点で相違がある。電子輸送層５までは実施例１に示す方法と共通であり、電子注入層６以降の成膜の方法を以下に示す。
【００５７】
シャドーマスクを用いて、ＲＧＢそれぞれに対する電子注入層６を作成する。まず、Ｒに対する電子注入層６として、ＢｐｈｅｎとＣｓ2ＣＯ3とを共蒸着（重量比７０：３０）して６０ｎｍの膜厚で成膜する。蒸着時の真空度は３×１０-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件である。Ｇに対する電子注入層６として、ＢｐｈｅｎとＣｓ2ＣＯ3とを共蒸着（重量比８０：２０）して４０ｎｍの膜厚で成膜する。蒸着時の真空度は３×１０-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件である。Ｂに対する電子注入層６として、ＢｐｈｅｎとＣｓ2ＣＯ3とを共蒸着（重量比９０：１０）して２０ｎｍの膜厚で成膜する。蒸着時の真空度は３×１０-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件である。
【００５８】
この電子注入層６まで形成した基板を、ｉｎ−ｓｉｔｕでスパッタ装置に移動し、透明陰極２４としてＩＴＯを６０ｎｍの膜厚で成膜する。なお、透明陰極２４をスパッタする前に、半透過性反射膜２３を形成して微小共振器構造を作り、透明陰極２４とで陰極７とした。
【００５９】
実施例１で示した通り、干渉条件を最適化するために、発光層４の膜厚を調整することも可能だが、一般的に発光層４の膜厚を厚くすると、高電圧化するという問題がある。実施例３で示した方法を用いると、実施例１で示した効果に加えて、電圧の上昇を抑制しながら、微小共振器構造の干渉条件をより最適化できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る有機発光表示装置を示した断面模式図である。
【図２】有機ＥＬ素子を示した断面模式図である。
【図３】異なる有機ＥＬ素子を示した断面模式図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  基板
２  陽極
３  ホール輸送層
４  発光層
５  電子輸送層
６  電子注入層
７  陰極
８  保護層
９  機能層（有機層）
１１  ガラス基板
１２  ＴＦＴ駆動回路
１３  平坦化膜
１４  コンタクトホール
２１  反射性陽極
２２  透明導電膜
２３  半透過性反射膜
２４  透明陰極
２６  素子分離膜
４１  赤の発光層
４２  緑の発光層
４３  青の発光層
【図１】
2008153590.tif 000010
【図２】
2008153590.tif 000011
【図３】
2008153590.tif 000012