(57)【要約】【課題】青色光の輝度を一定レベル以上に保持しつつ，良質の色純度を得ることができる有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】透明基板と，透明基板上に所定のパターンで形成される透明な第１電極と，透明な第１電極上に順次に積層される正孔注入層，正孔移送層，発光層及び電子移送層を含む有機層と，及び有機層上に所定のパターンで形成される第２電極とを備え，青色光の純度及び輝度を高めるために，正孔移送層の上面から第２電極の底面までが３５０Å〜４５０Åの厚みを有する有機ＥＬ素子を提供する。青色光の色純度及び輝度を高めて良質の画像を提供することができる。【選択図】　　　図２
2004006320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と，
前記透明基板上に所定のパターンで形成される透明な第１電極と，
前記第１電極上に順次に積層される正孔注入層，正孔移送層，発光層及び電子移送層を含む有機層と，
前記有機層上に所定のパターンで形成される第２電極とを備え，
前記正孔移送層の上面から前記第２電極の底面までが３５０Å〜４５０Åの厚みを有することを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
透明基板と，前記透明基板上に所定のパターンで形成された透明な第１電極と，前記第１電極上に順次に積層される正孔注入層，正孔移送層，発光層及び電子移送層を含む有機層と，前記有機層上に所定のパターンで形成された第２電極とを備える画素部と，
前記第１電極を駆動させる薄膜トランジスタを含む駆動部とを備え，
前記正孔移送層の上面から前記第２電極の底面までが３５０Å〜４５０Åの厚みを有することを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記有機層は，前記電子移送層と前記第２電極との間に電子注入層をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記有機層は，前記発光層と前記電子移送層との間に正孔遮蔽層をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記発光層及び前記電子移送層の屈折率は，１．６〜１．９の範囲内の値を有することを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記発光層及び前記電子移送層の厚みの総和は，３５０Å〜４５０Åの範囲内の値を有することを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記正孔注入層及び前記正孔移送層の厚みの総和は，８００Å〜１，０００Åの範囲内の値を有することを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
前記発光層及び前記電子移送層の厚みの総和は，約４００Åの値を有することを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記正孔注入層及び前記正孔移送層の厚みの総和は，約９００Åの値を有することを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機ＥＬ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電界発光（ＥＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｉｓｃｅｎｃｅ）表示素子は，発光層の形成物質に応じて無機ＥＬ素子と有機ＥＬ素子とに大別できる。有機ＥＬ素子においては，外部から供給される電子及び正孔が発光層において互いに結合して打ち消されることにより励起子を形成し，この励起子が励起状態から基底状態へと遷移することにより発光層の蛍光性分子にエネルギーを伝達し，これが発光することにより画像が形成される。
【０００３】
有機ＥＬ素子は無機ＥＬ素子に比べて輝度が高くて駆動電圧が低く，且つ，応答速度が早くて多色化が可能であるという長所を有する。また，有機ＥＬ素子は視野角が広くてコントラストに優れるという長所を有し，次世代表示素子として注目されている。
【０００４】
通常の有機ＥＬ素子には，基板上に所定のパターンで形成された正電極層と，この正電極層上に順次に積層される正孔注入層，正孔輸送層，発光層及び電子輸送層と，電子輸送層上に正電極層と直交するように形成された所定パターンの負電極層とが備えられる。ここで，正孔輸送層，発光層及び電子輸送層は有機化合物よりなる有機薄膜である。
【０００５】
従来の有機ＥＬ素子においては，有機薄膜の厚みを制御して最大の発光効率及び輝度を得ようとした。例えば，下記の特許文献１に開示されたＥＬ素子は，電子輸送層の膜厚を３０〜６０ｎｍに設定することにより発光効率を高める方法を用い，下記の特許文献２に開示されたＥＬ素子は，発光層から前面への出射光及び負極板からの反射光を互いに補強干渉させて輝度を高める方法などを用いている。
【０００６】
図１は，下記の特許文献３に開示された有機ＥＬ素子を簡略に示す概念図である。従来では，１）基板／高屈折率の透明電極／有機多重層／負極の構造における高屈折率の透明電極と有機多重層との厚みの総和を，２）基板／高屈折率の下部層／透明電極／有機多重層／負極の構造における高屈折率の下部層と透明電極と有機多重層との厚みの総和，または透明電極と有機多重層との厚みの総和を，３）基板／低屈折率の下部層／透明電極／有機多重層／負極の構造における透明電極及び有機多重層の厚みの総和をそれぞれ，４４０〜４９０ｎｍ範囲の波長を有する光（青色光），５００〜５５０ｎｍ範囲の波長を有する光（緑色光），６００〜６５０ｎｍ範囲の波長を有する光（赤色光）の強度を極大化させる範囲に設定している。
【０００７】
励起状態の電子は光を放出することにより基底状態へと戻るが，放出された光は様々な種類の光を含む。例えば，図１に示されたように，ｉ）境界面Ｂの透明面から放出される光，ｉｉ）境界面Ａで反射されて放出される光，及びｉｉｉ）境界面Ｂで反射された後，境界面Ａで反射されて放出される光などがある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平４−１３７４８５号公報
【特許文献２】
特開平４−３２８２９５号公報
【特許文献３】
米国特許第６，１２４，０２４号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献３に開示された発明においては，各波長に応じて補強干渉が起こるようにする薄膜の厚みの総和を提示しているが，このような薄膜の厚み条件が色純度及び輝度に最適なものであるか否かは分からず，定量的にいかほどに改善されるかも分からない。色純度及び輝度は光の波長だけではなく，スペクトルの形状によっても変わる。例えば，中心波長が同一に４５０ｎｍである青色光であるとしても，スペクトルが狭いほど色純度が向上する。スペクトルの形状は通常左右対称ではないので，スペクトルの幅が同じ場合であっても，青色光においては短波長側に偏るほど色純度がさらに向上する。
【００１０】
特に，青色光の場合は，色純度が向上するほど輝度が悪化する傾向があるため，色純度及び輝度，ひいては色座標及び輝度を考慮した最適の厚み値を見つける必要がある。しかし，前記特許文献３において提示された式から決定される有機層，透明電極，高屈折層の厚みの総和の条件は，前述の如き事項を考慮したものではないため，青色光に対する色座標及び輝度の最適値が分かり難い。
【００１１】
本発明は，このような問題に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，青色光の輝度を一定レベル以上に保持しつつ良質の色純度を得ることのできる新規かつ改良された有機ＥＬ素子を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，透明基板と，前記透明基板上に所定のパターンで形成される透明な第１電極と，前記第１電極上に順次に積層される正孔注入層，正孔移送層，発光層及び電子移送層を含む有機層と，前記有機層上に所定のパターンで形成される第２電極とを備え，前記正孔移送層の上面から前記第２電極の底面までが３５０Å〜４５０Åの厚みを有することを特徴とする有機ＥＬ素子を提供する。
【００１３】
また，上記課題を解決するため，本発明の別の観点によれば，透明基板と，前記透明基板上に所定のパターンで形成された第１電極と，前記第１電極上に順次に積層される正孔注入層，正孔移送層，発光層及び電子移送層を含む有機層と，及び前記有機層上に所定のパターンで形成された第２電極とを備える画素部と，前記第１電極を駆動させる薄膜トランジスタを含む駆動部とを備え，前記正孔移送層の上面から前記第２電極の底面までが３５０Å〜４５０Åの厚みを有することを特徴とする有機ＥＬ素子を提供する。
【００１４】
前記有機層は，前記電子移送層と前記第２電極との間に電子注入層をさらに含むことができる。
【００１５】
前記有機層は，前記発光層と前記電子移送層との間に正孔遮蔽層をさらに含むことができる。
【００１６】
前記発光層及び前記電子移送層の屈折率は，１．６〜１．９の範囲内の値を有することが好ましい。
【００１７】
前記発光層及び電子移送層の厚みの総和は，３５０Å〜４５０Åの範囲内の値を有することが好ましい
【００１８】
前記正孔注入層及び前記正孔移送層の厚みの総和は，８００Å〜１，０００Åの範囲内の値を有することが好ましい。
【００１９】
ここで，前記発光層及び電子移送層の厚みの総和は約４００Åの値を有し，前記正孔注入層及び前記正孔移送層の厚みの総和は約９００Åの値を有することが好ましい。
【００２０】
本発明は，発光物質の全波長帯域についての発光特性が分かり，波長に応じて変わる多層物質の屈折率の実数成分及び虚数成分を共に考慮して青色光の色純度を高めて高い輝度を得ることのできる有機ＥＬ素子を提供する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下，添付した図面に基づき，本発明の実施の形態にかかる有機ＥＬ素子について詳細に説明する。なお，以下の説明および添付図面において，略同一の機能および構成を有する構成要素については，同一符号を付すことにより，重複説明を省略する。図中，本発明の実施の形態による有機ＥＬ素子の各厚みは説明の明確性のために誇張されている。
【００２２】
図２は，本発明の実施の形態による有機ＥＬ素子を簡略に示す概念図である。これを参照すれば，本発明の実施の形態による有機ＥＬ素子は，第２電極１と，電子移送層（ＥＴＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ　Ｌａｙｅｒ）及び発光層（ＥＭＬ：Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｌａｙｅｒ）を共に表わしたＥＭＴＬ層３と，正孔移送層（ＨＴＬ：Ｈｏｌｅ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ　Ｌａｙｅｒ）及び正孔注入層（ＨＩＬ：Ｈｏｌｅ　Ｉｎｊｅｃｔｉｎｇ　Ｌａｙｅｒ）を共に表わしたＨＩＴＬ層５と，及び第１電極７とが順次に積層されてなる。ＥＭＴＬ層３において，電子移送層は発光層より第２電極１側に位置する。ＨＩＴＬ層５において，正孔移送層は正孔注入層より第２電極１側に位置する。図中，本実施形態の説明の明確性のために基板は示されていない。
【００２３】
有機ＥＬ素子は，発光方式に応じて前面発光方式と背面発光方式とに大別できる。第１電極７が透明である場合に背面発光方式として，そして第２電極１が透明である場合に前面発光方式として分類され，第１電極７は正極であり，第２電極１は負極であることが普通である。本発明の実施の形態による有機ＥＬ素子は第１電極７が透明な正極であり，且つ，第２電極１が不透明な負極である背面発光方式であって，ＥＭＴＬ層３及びＨＩＴＬ層５の厚みを最適に形成して青色光の色純度及び輝度を高める。ここで，第１電極７は通常インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）から形成され，ＥＭＴＬ層３から放出された光は直接第１電極７を経由して放出されるか，あるいは第２電極１で反射されて第１電極７を経由して放出される。
【００２４】
ＨＩＴＬ層５は，第１電極７の上面と正孔移送層の上面との間にある全ての層を合わせた有機層であり，ＥＭＴＬ層３は，正孔移送層の上面と第２電極１の底面との間にある全ての層を合わせた有機層である。例えば，ＨＩＴＬ層５は第１電極７上に形成できるバッファ層をさらに含むことができ，ＥＭＴＬ層３は正孔遮蔽層（ＨＢＬ：Ｈｏｌｅ　Ｂｌｏｃｋｉｎｇ　Ｌａｙｅｒ）をさらに含むことができる。例えば，発光層と電子移送層との間に正孔遮蔽層を含んでもよい。また，電子移送層と第２電極との間に電子注入層をさらに含んでもよい。
【００２５】
多層薄膜の基本理論はベルマン（Ｂｅｒｒｅｍａｎｎ）の４×４行列理論に基づくものであるが，この理論はそれぞれの薄膜層を特性行列化させてマクスウェル方程式から導き出したものである。
【００２６】
図２において，真空と第２電極１との境界の面を第０境界面とし，第２電極１とＥＭＴＬ層３との境界の面を第１境界面とし，ＥＭＴＬ層３とＨＩＴＬ層５との境界の面を第２境界面とし，ＨＩＴＬ層５と第１電極７との境界の面を第３境界面とし，第１電極７と真空との境界の面を第４境界面とする。図２に示されたように，第２電極１，ＥＭＴＬ層３，ＨＩＴＬ層５，第１電極７それぞれの層についての特性行列をＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４とし，第ｉ境界面から背面方向（図２参照）に向かって進む真空中の波をΨｔｉ（ｉ＝０，１，２，３，４），第ｉ境界面から前面方向（図２参照）に向かって進む真空中の波をΨｒｉ（ｉ＝０，１，２，３，４），発光層の発光源により生じる波のうち第２境界面から第１電極７に向かって進む真空中の波をΨｔｓ，第２境界面から第２電極１に向かって進む真空中の波をΨｒｓとしたとき，境界条件についての関係式は下記式１〜４として与えられる。図２において，Ψ０は第０境界面において形成される波を表わし，順番にΨ１は第１境界面，Ψ２は第２境界面，Ψ３は第３境界面，Ψ４は第４境界面において形成される波を表わす。第２境界面における条件式（下記式２）においては，発光源による波Ψｔｓ，Ψｒｓを挿入する。
【００２７】
【数１】
2004006320.tif 000003
・・・・（式１）
【００２８】
【数２】
2004006320.tif 000004
・・・・（式２）
【００２９】
【数３】
2004006320.tif 000005
・・・・（式３）
【００３０】
【数４】
2004006320.tif 000006
・・・・（式４）
【００３１】
上記式４をΨｔ０，Ψｒ０に対してさらに計算すれば，下記式５の如き式が導き出される。
【００３２】
【数５】
2004006320.tif 000007
・・・・（式５）
【００３３】
光は発光層の内部から発せられてΨｔ０及びΨｒ４が０になるので，上記式５を下記式６のように書き換えられる。
【００３４】
【数６】
2004006320.tif 000008
・・・・（式６）
【００３５】
以上，ベルマンの４×４多層薄膜光学解析理論を適用し，有機ＥＬ素子において有機薄膜による多層干渉効果を計算した。それぞれの行列成分及びその他の計算過程の詳細は省略した。
【００３６】
薄膜の光学的な特性を調べるために，上記ベルマン４×４多層薄膜光学解析理論の代わりに，イエ（Ｙｅｈ）の多層薄膜光学解析理論など他の解析方法も用いることができる。いかなる方法を用いるかに関わらず，各有機層の発光層をなす物質から発せられる光の全ての波長帯域におけるそれぞれの屈折率及び吸収率を考慮し，これによりスペクトルの形状がいかように変わるか，そして，色座標がスペクトルの位置によっていかように変わるかを確かめる必要がある。
【００３７】
上記式１〜６を用い，発光層における波についての透過率を波長の関数として求めることができる。この透過率値をＴｒａｎｓ（λ）としたとき，発光源から発せられた電界Ｅｓ及び多層薄膜を通って第１電極７に向かって進む電界Ｅは下記式７の如き関係を有する。
【００３８】
【数７】
2004006320.tif 000009
・・・・（式７）
【００３９】
発光物質が決まれば，上記式７に基づき薄膜厚み及び物質によって発せられる様々な波の電界を計算することができる。
【００４０】
図３は，発光層の主材料として出光興産株式会社のＩＤＥ　１２０を用い，ドーパントとしてＩＤＥ　１０５を用いた場合の波長による光の強度変化を示す第１グラフと，発光層の主材料として４．４’−ビス（カルバゾール−９−イル）−ビフェニル（ＣＢＰ）を用い，ドーパントとしてＩＤＥ　１０５を用いた場合の波長による光の強度変化を示す第２グラフを示している。これら発光物質の光特性は下記式８を用い，素子の光特性から逆に計算して得られたものである。
【００４１】
【数８】
2004006320.tif 000010
・・・・（式８）
【００４２】
ここで，発光層を含んだ有機層の屈折率は１．６〜１．９の範囲内にある。図３に示されたように，第１グラフ及び第２グラフは共に４３０〜４８０ｎｍの範囲内にピークがあり，青色光が最も強いということが分かる。以下の説明では，青色光についての色純度を考える。
【００４３】
図４は，発光層の主材料がＩＤＥ　１２０であるとき，所定の厚みを有するそれぞれのＨＩＴＬ層においてＥＭＴＬ層の厚みを変える時に現れるＣＩＥ色座標値の変化についてのグラフである。
【００４４】
図４を参照すれば，ＨＩＴＬ層の厚みを２５０Åから１，１５０Åまでに１００Åの間隔にて変えると共に，各ＨＩＴＬ層の厚みにおいてＥＭＴＬ層の厚みを２５０Åから１，１５０Åまでに変えてＣＩＥ色座標値を計算する。ここで，矢印は，ＥＭＴＬ層が２５０Åから１，１５０Åまでに厚くなる方向を表わす。
【００４５】
まず，ＨＩＴＬ層が２５０Åであり，ＥＭＴＬ層が２５０Åである場合，ＣＩＥ色座標値（Ｃｉｅ＿ｘ，Ｃｉｅ＿ｙ）は約（０．１５４，０．１９８）の値を有していて，ＥＭＴＬ層が厚くなるにつれて（Ｃｉｅ＿ｘ，Ｃｉｅ＿ｙ）値が上がり，ＥＭＴＬ層が約１，０５０Åの厚みを有する時にＣｉｅ＿ｘが約０．２２，Ｃｉｅ＿ｙが約０．５２の値を有するピークを示し，以降はＣｉｅ＿ｙ値が下がる。ＨＩＴＬ層の厚みが１，１５０Åである場合にもまた，ＥＭＴＬ層が厚くなるにつれて（Ｃｉｅ＿ｘ，Ｃｉｅ＿ｙ）の値が大きくなり，ＥＭＴＬ層が約１，１００Åの厚みを有する時に（Ｃｉｅ＿ｘ，Ｃｉｅ＿ｙ）値がピークを示し，その後，ＥＭＴＬ層が厚くなるほどＣｉｅ＿ｙ値が下がる。
【００４６】
図５は，主材料がＣＢＰである場合，所定の厚みを有するそれぞれのＨＩＴＬ層の厚みにおいてＥＭＴＬ層の厚みを変える時に現れるＣＩＥ色座標値の変化についてのグラフである。ここで，矢印は，ＥＭＴＬ層が２５０Åから１，１５０Åまでに厚くなる方向を表わす。
【００４７】
図５を参照すれば，ＨＩＴＬ層の厚みよりは，ＥＭＴＬ層の厚みの変化によりＣＩＥ色座標値が一層激しく変わるということが分かる。すなわち，ＥＭＴＬ層の厚みが２５０Åであるとき（Ｃｉｅ＿ｘ，Ｃｉｅ＿ｙ）は約（０．１５，０．１２）の値を示すが，約１，１５０Åに厚くなる場合に（Ｃｉｅ＿ｘ，Ｃｉｅ＿ｙ）が約（０．２５，０．４２）の値を有するため，色純度が悪くなるということが分かる。
【００４８】
図６は，発光層の主材料がＩＤＥ　１２０である時，所定の厚みを有するそれぞれのＥＭＴＬ層においてＨＩＴＬ層の厚みを変える時に現れるＣＩＥ色座標値の変化についてのグラフである。ここで，矢印は，ＨＩＴＬ層が２５０Åから１，１５０Åまでに厚くなる方向を表わす。
【００４９】
図６は，ＥＭＴＬ層の厚みを２５０Åから１，１５０Åまでに１００Åの間隔にて変えつつ，各ＥＭＴＬ層の厚みを固定させ，さらにＨＩＴＬ層の厚みを変えていったときに現れるＣＩＥ色座標値を示している。
【００５０】
ＥＭＴＬ層が２５０Åであり，ＨＩＴＬ層が２５０Åである場合にＣｉｅ＿ｘは約０．１５，Ｃｉｅ＿ｙは約０．１８の値を示し，ＨＩＴＬ層が厚くなるにつれてＣｉｅ＿ｘ及びＣｉｅ＿ｙ値が大きくなるということが分かる。ＥＭＴＬ層の厚みが１，１５０Åまでに変わる各層の厚みにおいて色純度変化も類似に現れるということが分かる。
【００５１】
図４及び図６を比較すれば，同じ厚みのＨＩＴＬ層においてＥＭＴＬ層の厚みを変える場合に現れるＣＩＥ色座標値の変化量より，同じ厚みのＥＭＴＬ層においてＨＩＴＬ層の厚みを変える場合に現れるＣＩＥ色座標値の変化量の方が一層小さいということが分かり，有機層の厚み変化による色純度の変化はＥＭＴＬ層の厚み変化に一層大きく依存するということが分かる。
【００５２】
図７は，主材料がＣＢＰである時，所定の厚みを有するそれぞれのＥＭＴＬ層においてＨＩＴＬ層の厚みを変える時に現れるＣＩＥ色座標値の変化についてのグラフである。ここで，矢印は，ＨＩＴＬ層が２５０Åから１，１５０Åまでに厚くなる方向を表わす。
【００５３】
図７を参照すれば，図６に示されたグラフと同様に，所定の厚みを有するＥＭＴＬ層においてＨＩＴＬ層が厚くなるにつれて現れるＣＩＥ色座標値の変化は大きくないのに対し，ＥＭＴＬ層の厚みが約３５０Åである場合及びＥＭＴＬ層の厚みが１，１５０Åである場合を見ると，ＣＩＥ色座標値のＣｉｅ＿ｘ値が０．１５から約０．２５へと大きくなり，Ｃｉｅ＿ｙ値が０．０７から約０．４２へと大きくなることが分かり，色純度にはＥＭＴＬ層の厚みの変化が一層大きく影響するということが分かる。
【００５４】
図８は主材料がＩＤＥ　１２０である場合の，そして図９は主材料がＣＢＰである場合の，それぞれのＨＩＴＬ層の厚みの変化による輝度の変化を示すグラフである。図８を参照すれば，ＥＭＴＬ層が３５０Å〜６５０Åの厚みを有する時にＨＩＴＬ層の厚み変化とは無関係に高い輝度値を示すということが分かる。図９を参照すれば，ＥＭＴＬ層が３５０Å〜５５０Åの厚みを有する時にＨＩＴＬ層の厚み変化とは無関係に高い輝度値を示すということが分かる。
【００５５】
ところが，現在の技術では有機層を１，３００Åの厚み以下に製造することが困難であり，有機層が１，３００Åの厚み以下に製造されるとしても，ダークスポットを有する不良な有機ＥＬ素子が製造されるなどの問題がある。なお，実際には上記の有機層の厚みの限界的な値は１３００Åちょうどではなく，製造誤差等も含めると１３００Å±５０Åと見なすことができる。そのため，有機層の厚みを約１，３００Åに設定し，色純度及び輝度を考慮してＨＩＴＬ層を約８００Å〜１，０００Åに，そしてＥＭＴＬ層を３５０Å〜４５０Åに形成することが好ましい。
【００５６】
ここで，ＥＭＴＬ層が４００Åよりも薄くなると，輝度が著しく落ちて最小輝度値を保持し難いため，有機ＥＬ素子に適した輝度を示すようにＥＭＴＬ層の厚みの最小値を約４００Åに設定することが好ましい。これにより，ＨＩＴＬ層の厚みは約９００Åに設定して，有機層の総厚みを約１，３００Åにすることが最適の有機層の厚みを得る上で有効である。
【００５７】
図１０は，本発明の第１実施形態による受動マトリックス方式の有機ＥＬ素子を示す断面図である。ここで，有機層１５の厚みｄは青色光の色純度及び輝度がピークを示すように，好ましくは，約１，３００Åの厚みを有し，有機層１５を形成するＨＩＴＬ層１５ａの厚みｄ１は約９００Åであり，ＥＭＴＬ層１５ｂの厚みｄ２は約４００Åである。
【００５８】
図１０を参照すれば，本発明の第１実施形態による有機ＥＬ素子は，透明基板１１と，透明基板１１上に各画素によって相異なる厚みを有するようにストライプ状に形成された透明な第１電極１３と，第１電極１３上に積層された有機層１５と，有機層１５上に積層され，第１電極１３と交差するようにストライプ状に形成された第２電極１７とを順次に備える。
【００５９】
図中，１８は第１電極１３と第２電極１７とを絶縁させて各画素をして相異なる色光を発光させる隔離壁の役割を果たす絶縁層であり，第１電極１３が規則的に露出するようにこの第１電極１３と直交するように形成される。
【００６０】
示された有機ＥＬ素子は背面発光方式であって，透明基板１１及び第１電極１３が透明なため，有機層１５から発せられた光は第１電極１３及び基板を通って外部に放出される。
【００６１】
背面発光方式の有機ＥＬ素子においては，基板１１及び第１電極１３が光透過率の高い物質よりなる必要があり，前面発光方式の有機ＥＬ素子においては，第２電極１７が光透過率の高い物質よりなる必要がある。一般に，基板１１はガラスよりなり，透明な第１電極１３はＩＴＯから形成される。最近，透明な第１電極１３としてＣｄＳｎＯ３，ＺｎＯなどが注目されている。
【００６２】
有機層１５は厚みｄを有し，上述したように，正孔が注入される正孔注入層，正孔移送層，発光層及び電子移送層を含んでなる。図中，正孔注入層及び正孔移送層を合わせてＨＩＴＬ層１５ａと表わし，発光層及び電子移送層を合わせてＥＭＴＬ層１５ｂと表わした。
【００６３】
有機ＥＬ素子に用いられる有機物質としては各種のものが挙げられるが，例えば，正孔注入層にはＩＤＥ　４０６などの物質が用いられ，正孔移送層にはＴＹＨ５０１，ＮＰＢ，ＴＰＤなどが用いられる。また，電子移送層に用いられる物質としてはＡｌｑ３，ＴＹＥ　７０３などがあり，発光層に用いられる物質としてはＩＤＥ　１２０，ＣＢＰなどがある。特に，発光層の場合，主材料としてＩＤＥ　１２０を用いてドーパントとしてＩＤＥ　１０５を用いても良く，主材料としてＣＢＰを用いてドーパントとしてＩＤＥ　１０５を用いても良い。
【００６４】
これらの有機物は約１．５〜２．２の屈折率を有するが，本発明の実施形態による有機ＥＬ素子におけるＥＭＴＬ層１５ｂは可視光線領域において約１．６〜１．９の屈折率を有することが好ましい。
【００６５】
本発明の第１実施形態による有機ＥＬ素子は，輝度及び色純度を考慮して正孔移送層の上面から第２電極１７の底面までの距離，すなわち，ＥＭＴＬ層１５ｂの厚みｄ２を約３５０〜４５０Åにする。好ましくは，第１電極１３の上面から正孔移送層の上面までの距離，すなわち，ＨＩＴＬ層１５ａの厚みｄ１を８００〜１，０００Åにすることにより，有機層１５の総厚みｄを約１，３００Åにする。
【００６６】
但し，第１電極１３とＨＩＴＬ層１５ａとの間に別の有機層がさらに形成される場合，ＨＩＴＬ層１５ａの厚みｄ１はこの有機層の厚みを含めて決める必要があり，第２電極１７とＥＭＴＬ層１５ｂとの間に別の有機層がさらに形成される場合には，ＥＭＴＬ層１５ｂの厚みｄ２はこの有機層の厚みを含めて決める必要がある。
【００６７】
本発明の実施形態によるＥＬ素子においては，正孔移送層の上面から第２電極１７の底面までを約３５０〜４５０Åの厚みにする。この場合，第１電極１３及び第２電極１７を除いてそれらの間に位置する有機薄膜の総厚みを約１，３００Åにし，第１電極１３の上面から正孔移送層の上面までを約８００〜１，０００Åの厚みにすることが好ましい。
【００６８】
正孔移送層から注入された正孔及び電子移送層から注入された電子が発光層において出合って打ち消されることにより蛍光物質にエネルギーを伝達し，その結果，発光が起こる。出射光は波長帯域によって赤色（６４０ｎｍ〜７８０ｎｍ），緑色（４９０ｎｍ〜５５０ｎｍ），青色（４３０ｎｍ〜４９０ｎｍ）の各色を表わす可視光線に各々分けられ，３色独立発光方式においては各画素ごとの発光色が相異なるように設計されている。本発明の実施形態による有機ＥＬ素子においては，前述した如き厚み範囲を有する有機層を形成することにより，青色光の色純度及び輝度を特別に高めている。
【００６９】
図１１は，本発明の第２実施形態による有機ＥＬ素子であって，薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含む能動マトリックス駆動方式の有機ＥＬ素子の断面図である。能動マトリックス駆動方式の有機ＥＬ素子は，画像が表示される画素部２０と，画素部２０を駆動する駆動部４０とを備える。
【００７０】
図１１を参照すれば，本発明の第２実施形態による有機ＥＬ素子は背面発光方式であって，画素部２０は，透明基板２１と，透明基板２１上の複数の絶縁膜３１，３２，３３，３４を含む絶縁層３０と，絶縁層３０上に積層される透明な第１電極２３と，第１電極２３上に形成される有機層２５及び有機層２５上に積層されて駆動部４０までにつながる第２電極２７を備える。有機層２５は，厚みＳを有し，正孔が注入される正孔注入層，正孔移送層，発光層及び電子移送層を含んでなる。図中，正孔注入層及び正孔移送層を合わせてＨＩＴＬ層２５ａと表わし，発光層及び電子移送層を合わせてＥＭＴＬ層２５ｂと表わした。ここで，第１電極２３はＩＴＯ正極により，そして第２電極２７はＡｌ負極により形成できる。
【００７１】
駆動部４０は，透明基板２１上に形成される半導体層４１と，半導体層４１上に対応するように位置するゲート電極４３と，ゲート電極４３を覆う中間絶縁膜３５と，半導体層４１の両端に電極を供給するソース電極４７と，ゲート電極４３及びゲート電極４３の上面を覆う保護膜３５とを備える。３７は，画素部２０を除いた駆動部４０及びその連結部分の高さを平坦化させる平坦化膜であり，２６は，画素部２０の開口部を表わす。また，電極４５は，第１電極２３と半導体層４１を繋ぐ電極である。
【００７２】
ここで，ソース電極４７は第３電極５１と接続され，第３電極５１の下部には絶縁膜３３を介して対応するように位置する第４電極５３が設けられてキャパシタ５０を形成する。
【００７３】
本発明の第２実施形態による有機ＥＬ素子は，正孔移送層の上面から第２電極２７の底面までの距離，すなわち，ＥＭＴＬ層２５ｂの厚みＳ２が約３５０〜４５０Åになるように形成する。好ましくは，ＨＩＴＬ層２５ａの厚みＳ１を約８００〜１，０００Åにすることにより，有機層２５の総厚みＳを約１，３００Åにする。
【００７４】
図１２は，本発明の第１実施形態による有機ＥＬ素子において，ＨＩＴＬ層及びＥＭＴＬ層をそれぞれ６５０Å及び６００Åに設計した場合と，それぞれ９００Å及び３５０Åに設計した場合とのＣＩＥ色座標系における色座標値の変化を測定して示すグラフである。
【００７５】
図１２を参照すれば，ＨＩＴＬ層が６５０Åであり，ＥＭＴＬ層が６００Åである場合にＣＩＥ色座標値が（０．１７１，０．２３３）であったものが，ＨＩＴＬ層が９００Åであり，ＥＭＴＬ層が３５０Åである場合にＣＩＥ色座標値が（０．１５１，０．１６１）へと高まったということが分かる。上記両場合の色座標値の差は約（０．０２，０．７２）であり，この値はＣＲＴにおいて提示する認知可能な色座標値の差である０．０１５よりも大きい値であるため，人間の視覚により認知可能なほどに色純度が高まったことを表わす。
【００７６】
本発明の実施形態による有機ＥＬ素子において提示された３５０Åよりも薄いＥＭＴＬ層を形成した場合には，有機ＥＬ素子の輝度が全体として極めて悪くなる。よって，ＥＭＴＬ層の下限値は約３５０Åになる。この時，最適の色座標値は上記（０．１５１，０．１６１）であり，この時の輝度及び色純度が最適であるということが分かる。
【００７７】
従って，本発明の実施形態による有機ＥＬ素子のＥＭＴＬ層の最適の厚みは約３５０Åであり，ＨＩＴＬ層は約９００Åの値を有する。
【００７８】
図１３は，上記第１の実施の形態による受動マトリックス型の有機ＥＬ素子において，ＥＭＴＬ層を５５０Åから７５０Åに厚くした場合の青色の色座標の変化を測定して示すグラフである。
【００７９】
図１３を参照すれば，ＥＭＴＬ層の厚みが５５０Åである場合に色座標値は（０．１４５，０．１２）であり，６５０Åである場合には（０．１４，０．１５）に変わり，７５０Åである場合には（０．１３５，０．１７）に変わる。
【００８０】
図１４は，上記第２の実施の形態による能動マトリックス型の有機ＥＬ素子において，ＥＭＴＬ層を４５０Åから８００Åに厚くした場合の青色の色座標の変化を測定して示すグラフである。
【００８１】
図１４を参照すれば，ＥＭＴＬ層が４５０Åである場合に色座標値は（０．１６，０．１９）であり，８００Åである場合に（０．２２，０．３２）に変わる。
【００８２】
本発明の実施形態による有機ＥＬ素子は，正孔移送層の上面から第２電極の底面までを約３５０〜４５０Åの厚みに設定することにより，青色光の輝度を一定レベル以上に保持しつつも良質の色純度を提供する。
【００８３】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００８４】
【発明の効果】
本発明の有機ＥＬ素子によれば，青色光の色純度及び輝度を一層向上でき，青色光の輝度を一定レベル以上に保持しつつ，良質の色純度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の有機ＥＬ素子を簡略に示す概念図である。
【図２】本発明の実施の形態による有機ＥＬ素子を簡略に示す概念図である。
【図３】有機ＥＬ素子において用いられる発光物質の波長による光の強度を示すグラフである。
【図４】発光層の主材料がＩＤＥ　１２０である有機ＥＬ素子において，ＨＩＴＬ層の厚みは固定させてＥＭＴＬ層の厚みのみを変える場合のＣＩＥ色座標値の変化を示すグラフである。
【図５】発光層の主材料がＣＢＰである有機ＥＬ素子において，ＨＩＴＬ層の厚みは固定させてＥＭＴＬ層の厚みのみを変える場合のＣＩＥ色座標値の変化を示すグラフである。
【図６】発光層の主材料がＩＤＥ　１２０である有機ＥＬ素子において，所定のＥＭＴＬ層の厚みにおいてＨＩＴＬ層の厚みを変える場合のＣＩＥ色座標値の変化を示すグラフである。
【図７】発光層の主材料がＣＢＰである有機ＥＬ素子において，所定のＥＭＴＬ層においてＨＩＴＬ層の厚みを変える場合のＣＩＥ色座標値の変化を示すグラフである。
【図８】発光層の主材料がＩＤＥ１２０である有機ＥＬ素子において，所定のＥＭＴＬ層の厚みにおいてＨＩＴＬ層の厚みを変える場合の輝度の変化を示すグラフである。
【図９】発光層の主材料がＣＢＰである有機ＥＬ素子において，所定のＥＭＴＬ層の厚みにおいてＨＩＴＬ層の厚みを変える場合の輝度の変化を示すグラフである。
【図１０】本発明の第１の実施の形態による有機ＥＬ素子を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態による有機ＥＬ素子を示す断面図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態による有機ＥＬ素子のＣＩＥ色座標値の変化を示すグラフである。
【図１３】本発明の第１の実施の形態による有機ＥＬ素子において，ＣＩＥ色座標値の変化を示すグラフである。
【図１４】本発明の第２の実施の形態による有機ＥＬ素子において，ＣＩＥ色座標値の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１　　　第２電極
３　　　ＥＭＴＬ層
５　　　ＨＩＴＬ層
７　　　第１電極
【図１】
2004006320.tif 000011
【図２】
2004006320.tif 000012
【図３】
2004006320.tif 000013
【図４】
2004006320.tif 000014
【図５】
2004006320.tif 000015
【図６】
2004006320.tif 000016
【図７】
2004006320.tif 000017
【図８】
2004006320.tif 000018
【図９】
2004006320.tif 000019
【図１０】
2004006320.tif 000020
【図１１】
2004006320.tif 000021
【図１２】
2004006320.tif 000022
【図１３】
2004006320.tif 000023
【図１４】
2004006320.tif 000024