(57)【要約】【課題】  カラー表示機能を有する有機ＥＬ装置において、発光素子の寿命を延ばし、長時間の間画面の高輝度、高発色を維持する。【解決手段】  対向配置された第１の電極１０及び第２の電極１１と、前記第１の電極１０と前記第２の電極１１の間に挟持され、互いに異なる発光スペクトルを有する第１の発光層１２ａと第２の発光層１２ｂ、並びに前記第１の電極１０と前記第２の電極１１のそれぞれに対して、正、負のいずれの極性の電圧も印加可能な電圧印加手段１３とを有することを特徴とする。このような有機ＥＬ装置に対して極性を反転させて電圧をかける。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極の間に挟持され、互いに異なる発光スペクトルを有する第１の発光層と第２の発光層、並びに前記第１の電極と前記第２の電極のそれぞれに対して、正、負のいずれの極性の電圧も印加可能な電圧印加手段とを有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項２】
前記第１の電極と前記第２の電極が同材料からな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装置。
【請求項３】
前記第１の電極と前記第１の発光層との間、及び前記第２の電極と前記第２の発光層との間に、電子、正孔のいずれのキャリアに対しても作用し得るキャリア注入層がそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項４】
対の前記キャリア注入層が同材料からなることを特徴とする請求項３記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項５】
前記第１の発光層と第１の電極側の前記キャリア注入層との間、及び前記第２の発光層と第２の電極側のキャリア注入層との間に、電子、正孔のいずれのキャリアに対しても作用し得るキャリア輸送層がそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項３又は４記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項６】
対の前記キャリア輸送層が、同材料からなることを特徴とする請求項５記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項７】
前記キャリア輸送層が、正孔輸送性化合物及び電子輸送性化合物を含有することを特徴とする請求項５又は６記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置を駆動する方法であって、電子及び正孔を注入できる第１の電極及び第２の電極に、極性を反転させて電圧を印加することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置の駆動方法。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【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装置、その駆動方法、並びに前記有機エレクトロルミネッセンス装置を備えた電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
次世代の表示装置として有機エレクトロルミネッセンス装置（以下、有機ＥＬ装置と称す）が期待されている。有機ＥＬ装置は、発光性の有機化合物質を含む発光層を陽極層及び陰極層で挟んだ構成の発光素子を有しており、陽極層側から注入された正孔と陰極層側から注入された電子とが発光層内で再結合し、前記有機化合物が励起状態から失活する際の発光現象を利用している。
【０００３】
有機ＥＬ装置におけるカラー表示方法としては、例えば、光の三原色それぞれの色に発光する有機分子を順番に配列してサブピクセルを構成する方法がある。このようなカラー表示方法の一例として、異なる発光色を持つ機能層を、絶縁層を隔てて水平方向に並べ、順バイアスと逆バイアスの電圧を切り替えることによって、どちらか一色の層を発光させるということが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−３３１７８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、高分子材料を用いた高分子型ＥＬ装置では赤、青、緑の三原色のうち、青色の発光素子は発光寿命（輝度半減期）が短いことが知られている。上記の方法のように水平方向に色を配列すると、例えば、青色の発光素子の機能が低下した際には、この発光素子を救う手立てはなく、またこの発光素子が含まれる表示画面領域において輝度効率が低下してしまうという問題点がある。
したがって、本発明は、カラー表示機能を有する有機ＥＬ装置において、発光素子の寿命を延ばし、長時間の間画面の高輝度、高発色を維持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、発光層を形成する材料が正孔と電子に対して異なる移動率を有しているため、発光層における電子と正孔の再結合位置は偏っていることを知見した。そこで、互いに発光スペクトルの異なる第１の発光層と第２の発光層を積層し、電極の極性を切り替えることによって第１及び第２の発光層を作用させ、１発光素子において２色の表示ができるという見解に至った。
【０００６】
すなわち、本発明の有機エレクトロルミネッセンス装置は、対向配置された第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極の間に挟持され、互いに異なる発光スペクトルを有する第１の発光層と第２の発光層、並びに前記第１の電極と前記第２の電極のそれぞれに対して、正、負のいずれの極性の電圧も印加可能な電圧印加手段とを有することを特徴とする。正、負のいずれの極性の電圧も印加可能であれば、極性を反転することによって第１の発光層と第２の発光層のいずれの層においても発色させることができ、発光素子の寿命を延ばすことができる。
【０００７】
上述した有機エレクトロルミネッセンス装置は、前記第１の電極と前記第１の発光層との間、及び前記第２の電極と前記第２の発光層との間に、電子、正孔のいずれのキャリアに対しても作用し得るキャリア注入層が設けられていることが好ましい。電子、正孔のいずれのキャリアに対してもキャリア注入層が作用し得ることで、電極の極性を反転させた際にも、効率的に電極から発光層側へ電子及び正孔の注入が促進され、第１の発光層と第２の発光層を同等に発色させることができる。
【０００８】
かかる有機エレクトロルミネッセンス装置は、さらに、前記第１の発光層と第１の電極側のキャリア注入層の間、及び前記第２の発光層と第２の電極側のキャリア注入層の間に、それぞれ電子、正孔のいずれのキャリアに対しても作用し得るキャリア輸送層が設けられていてもよい。キャリア輸送層も電子及び正孔に対して作用し得るため、電極の極性を反転させた際にも、より効率的に電極と発光層間の両キャリアの輸送が行われる。
【０００９】
前記キャリア輸送層は、正孔輸送性化合物及び電子輸送性化合物を含有することが好ましい。このような構成とすることで、両層における電子、正孔に対する作用性を確実なものとすることができ、第１の発光層と第２の発光層のいずれの層を発色させる際にも同様の効果が得られる。
また、かかる有機エレクトロルミネッセンス装置は、第１の電極と第２の電極、対のキャリア注入層、対のキャリア輸送層が、それぞれ同じ材料からなることが好ましい。同じ材料を使用することで、製造工程を簡便にし、かつ電極の極性を反転させても第１の発光層と第２の発光層は同様の発光率を有するものとなる。
【００１０】
上記の有機エレクトロルミネッセンス装置を駆動する方法として、電子及び正孔を注入できる第１の電極及び第２の電極に、極性を反転させて電圧を印加することができる。極性を反転させて電圧を印可することで、電子と正孔の再結合箇所を第１の発光層と第２の発光層との間で切り替え、いずれの層でも発色させることができる。また、複雑な配線などを必要とせず、製造上無理がない。
前述した有機エレクトロルミネッセンス装置を備えた電子機器は、膜厚はそのままで１発光素子につき２色発光が可能であり、発光素子の寿命が長いため、良好なものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を例示して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明の実施形態の一例を示す概略断面図である。
図１に示す有機ＥＬ装置１は、対向配置された第１の電極１０及び第２の電極１１と、前記第１の電極１０と前記第２の電極１１の間に挟持され、互いに異なる発光スペクトルを有する第１の発光層１２ａと第２の発光層１２ｂ、並びに前記第１の電極１０及び第２の電極１１に接続された駆動回路（電圧印加手段）１３とで構成されている。駆動回路１３は、電極１０、１１のそれぞれに対して正、負のいずれの極性の電圧も印加可能であることを特徴とする。また、第２の電極１１の下方には透明基板１４が配置され、この透明基板１４を介して発光層１２ａ、ｂにおける発光現象が観察者に届くようになっている。
【００１２】
発光層１２ａ、ｂを形成するための材料としては、第１の発光層１２ａと第２の発光層１２ｂとが異なる発光スペクトルを有するように構成する。例えば、赤、青、緑の三原色のうちいずれの組み合わせであってもよい。
赤色の発光をなす発光層の形成材料として、例えば、以下の化合物１として示すＣＮ−ＰＰＶを用いる。
【００１３】
【化１】
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【００１４】
緑色の発光層材料としては、例えば以下の化合物２を用いる。
【００１５】
【化２】
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【００１６】
青色の発光層材料としては、例えば以下の化合物3として示すＦ８（ポリジオクチルフルオレン）が好適に用いられる。
【００１７】
【化３】
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【００１８】
電極１０、１１は極性を反転させた際、電子、正孔のいずれのキャリアをも輸送可能なものである。また、極性を反転させた際のキャリア輸送率を保持するために、両電極を同様の材料で形成することが好ましい。電極１０、１１を構成する形成材料としては、ＩＴＯ（インジウムすず酸化物）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＳｎＯ（酸化すず）等が挙げられる。
ＩＴＯなどの透明電極材料で電極１０、１１を形成した場合、両電極とも透明になり、窓ガラス等のディスプレーに好適である。
【００１９】
発光層１２ａ、ｂの膜厚はそれぞれ１０〜１５０ｎｍとするのが好ましく、両層の合計膜厚が３０〜３００ｎｍとなることが好ましい。
電極１０、１１の各膜厚は１０〜５００ｎｍとするのが好ましく、５０〜２００ｎｍがより好ましい。極性を反転させた際の対称性を考慮し、第１の電極１０と第２の電極１１を同じ膜厚で形成することが望ましい。
【００２０】
発光層１２ａ、ｂは、例えば、電極１１上に順次インクジェット（液滴吐出）法で塗布し、形成することができる。この際、形成材料を溶液化する必要があるので、前述した材料を適宜溶媒に溶かすなどしてインクジェットのヘッドから吐出すればよい。発光層１２ａ、ｂについては、前述した各色用の材料である化合物を、例えば、シクロヘキシルベンゼン等の溶媒に溶解することにより、発光層形成用の液状材料とすることができる。
電極１０、１１は、スパッタリング法などの周知の方法を用いて形成し、所定の形状にパターニングすることによって得ることができる。
【００２１】
本実施例において、本発明の有機ＥＬ装置の駆動方法を図２を参照して説明する。図２は、第１の電極１０が陽極になるように電圧をかけた場合（ａ）と、第２の電極１１が陽極となるように電圧をかけた場合（ｂ）を表す概略断面図である。
図２（ａ）に示すように、例えば、第１の電極１０が陽極になるように電圧をかけた場合、電子と正孔の再結合は第１の電極１０と第１の発光層１２ａの界面近傍で発生する。一方、電極１１が陽極となるように電圧をかけた場合、図２（ｂ）に示すように、前記再結合は第２の電極１１と第２の発光層１２ｂの界面近傍で生じる。
【００２２】
極性の切り替えを行うには、例えば、第１の電極１０に対して正の電圧を印加することで第１の電極１０を陽極にし、逆に第１の電極１０を陰極に、すなわち第２の電極１１を陽極にする際には、第１の電極１０に対して負の電圧を印加すればよい。
このような駆動方法によって、発光層１２ａ、ｂともに発光させることができるようになる。この効果を利用した有機ＥＬ装置のカラー表示方法について、後段で詳しく説明する。
【００２３】
本発明の有機ＥＬ装置は、図３に示すように第１の電極１０と第１の発光層１２ａの間及び第２の電極１１と第２の発光層１２ｂの間にそれぞれキャリア注入層１５、１６を配置した構成でもよい。キャリア注入層１５、１６は、電子、正孔のいずれのキャリアに対しても作用し得るものである。
キャリア注入層１５、１６としては、ＬｉＦ（フッ化リチウム）やＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）などの金属ハロゲン化物やＬｉ２Ｏ（酸化リチウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）などの金属酸化物等からなる絶縁層を形成する。厚さは０．１〜１０ｎｍが好ましく、より好ましくは５ｎｍ以下である。このような超薄膜の絶縁層を電極１０、１１と発光層１２の間に形成することで、極性を反転させた際に電子、正孔のいずれのキャリアをも電極１０、１１から発光層１２ａ、ｂ側へ効率的に注入することができる。
【００２４】
製造方法としては、前述した有機ＥＬ装置１を製造する際、第２の電極１１についでキャリア注入層１６を、発光層１２ａについでキャリア注入層１５を真空蒸着法により形成すればよい。
また、キャリア注入層１５とキャリア注入層１６は、同材料からなることが好ましい。両層が同材料で形成されれば、製造上の便宜がよく、かつ、いずれの極性に対しても一定のキャリア注入効率を維持することができるので、第１の発光層１２ａと第２の発光層１２ｂにおいて同等の発色効率を得られる。
【００２５】
さらに、上記の有機ＥＬ装置は、図４に示すように、第１の発光層１２ａとキャリア注入層１５の間及び第２の発光層１２ｂとキャリ注入層１６の間に、それぞれキャリア輸送層１７、１８を有していても良い。キャリア輸送層１７、１８は、キャリア注入層１５、１６同様電子及び正孔に対して作用し得るものである。
キャリア輸送層１７、１８を形成する材料は、電子輸送性化合物及び正孔輸送性化合物を含有することが好ましい。具体的には、正孔輸送性ポリマー（正孔輸送性化合物）に電子輸送性化合物を分散させ、又は電子輸送性ポリマー（電子輸送性化合物）に正孔輸送性化合物を分散させて形成する。
さらに、両層１７、１８が同じ材料から形成されることが好ましい。
【００２６】
前記正孔輸送性ポリマーとして、例えば、ＰＶＫ（poly vinyl carbazole）が挙げられ、前記電子輸送性化合物として、ＰＢＤ（2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-buthylphenyl)1,3,4-oxadiazole）等のオキサジアゾール誘導体などが挙げられる。
前記電子輸送性ポリマーとしては、ＭＥＨ−ＰＰＶなどがあり、前記正孔輸送性化合物としては、例えばα−ＮＰＤ（4,4'-bis[N-(1-napthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl）がある。これらの化合物を電子輸送性：正孔輸送性が１：１になるように調製することが好ましい。
【００２７】
製造方法としては、シクロヘキシルベンゼンなどを溶媒として上記の材料を溶液化し、インクジェット（液滴吐出）法を用いて塗布することができる。その際、膜厚が５〜５００ｎｍ、さらに好ましくは１００ｎｍ以下となるよう形成することが望ましい。
このようなキャリア輸送層１７、１８を配置することで、電極１０、１１と発光層１２ａ、ｂ間のキャリアの輸送効率を向上させる効果がある。
キャリア輸送層１７、１８の製造方法として、インクジェットを用いた方法を例示したが、これに限定されるものではなく、形成材料によっては蒸着法、スピンコート法、ディップ法などの方法を用いてもよい。
【００２８】
本実施形態は、第２の電極１１の下方に透明基板１４を設けたバック（ボトム）エミッション型となっているが、本発明の有機ＥＬ装置は透明基板を第１の電極１０の上方に配置したトップエミッション型でも適用できるものである。また、前述したようにＩＴＯなどの透明材料を用いて両電極１０、１１を製造すれば、窓ガラスやフロントガラスなどの箇所においてのディスプレーに適した表示装置となる。
【００２９】
次に、上述した有機ＥＬ装置によるカラー表示方法の一例を図５に示す。
図５に示す画素表示領域は、３つの並列したサブピクセル３、４、５から構成されている。各サブピクセル３、４、５は、発光素子３０、４０、５０と該発光素子を駆動する駆動回路３１、４１、５１からなるものである。発光素子３０、４０、５０は、少なくとも対向配置された第１の電極と第２の電極と、これらの電極に挟持され、互いに異なる発光スペクトルを有する２層の発光層を有している。また、駆動回路３１、４１、５１は、接続する発光素子に対してそれぞれ正、負のいずれの極性の電圧をも印加可能である。
【００３０】
図５において、順バイアスの電圧をかけた場合、発光素子３０、４０、５０はそれぞれＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）が発色するようになっている。一方、これら発光素子３０、４０、５０に逆バイアスの電圧をかけた場合、それぞれＧ（緑）、Ｂ（青）、Ｒ（赤）が発色する。
例えば、順バイアスの電圧を連続的に印加し、発光素子５０のＢ（青）の発光層が消耗し、輝度が低下したとする。発光素子５０の電極にかかる極性を反転させ、第２の発光層Ｒ（赤）を発色させることができる。これにしたがって、発光素子３０、４０についても極性を反転させて逆バイアスをかけてやることで、Ｇ（緑）とＢ（青）の表示をそれぞれ得ることができる。また、三原色を維持する必要がない場合には、発光素子３０、４０においては順バイアスを使用し続けてもよい。この際にも、発光素子５０の第２の発光層Ｒ（赤）を活用することで、図５に示す画素表示領域における輝度効率を維持することができる。
【００３１】
最後に、本発明の電子機器の例について説明する。図５は、携帯電話であり、上述した有機ＥＬ装置を備えたことを特徴とする。この携帯電話２は、携帯電話本体２０と前記の有機ＥＬ装置を備えたカラー表示部２１からなる。前記カラー表示部２１は、前述した有機ＥＬ装置からなるものなので、極薄膜であり、また発色の良さや高輝度を長時間維持することができる。
本発明の電子機器は、携帯電話の他種々のディスプレー表示装置を備えた電子機器があり、例えば、パソコン、テレビ、カーナビゲーション装置、電子手帳、電卓、電子ペーパー、腕時計型電子機器、タッチパネルを備えた機器などである。ディスプレー表示装置は、アクティブ・マトリクス、パッシブ・マトリクスともに適用できる。また、低分子と高分子のうちいずれの有機材料であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の有機ＥＬ装置の実施形態の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の有機ＥＬ装置の実施形態の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の有機ＥＬ装置の実施形態の一例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の有機ＥＬ装置の実施形態の一例を示す概略断面図である。
【図５】本発明の有機ＥＬ装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。
【図６】本発明の電子機器の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  有機エレクトロルミネッセンス装置、  １０  第１の電極、  １１  第２の電極、  １２ａ  第１の発光層、  １２ｂ  第２の発光層、  １３，３１，４１，５１  駆動回路（電圧印加手段）、  １５，１６  キャリア注入層、  １７，１８  キャリア輸送層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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