(57)【要約】【課題】フルカラーの表示装置に適したバランスの良好な赤、緑、青３色の発光成分が高輝度で得られる有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】陽極３と陰極５との間に、赤色発光層１１、緑色発光層１２、青色発光層１３をこの順に積層してなり、緑色発光層１２と青色発光層１３との間に有機材料からなる中間層ａを設けた。中間層ａのＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップは、緑色発光層１２を構成する緑色発光材料のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップよりも大きい。また、中間層ａは、正孔輸送性を有している。この有機ＥＬ素子１を用いて表示装置を構成する場合には、光取り出し面側にカラーフィルタを設ける。【選択図】図１
2005100921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光色が異なる複数の発光層を前記陽極と陰極との間に積層してなる有機ＥＬ素子において、
前記発光層間の少なくとも１箇所に有機材料からなる中間層を設けた
ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
請求項１記載の有機ＥＬ素子において、
前記中間層のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップは、当該中間層に隣接して配置される発光層を構成する少なくとも１つの材料のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップよりも大きい
ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項３】
請求項１記載の有機ＥＬ素子において、
前記中間層は、正孔輸送性かつ電子阻止性または、電子輸送性かつ正孔阻止性を有している
ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項４】
請求項1記載の有機ＥＬ素子において、
前記陽極と陰極との間には、赤色発光層、緑色発光層、青色発光層がこの順に積層されている
ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項５】
請求項４記載の有機ＥＬ素子において、
前記陽極と陰極との間には、当該陽極側から赤色発光層、緑色発光層、青色発光層がこの順に積層され、
少なくとも前記緑色発光層と青色発光層との間に正孔輸送性かつ電子阻止性を有する中間層が設けられている
ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項６】
請求項５記載の有機ＥＬ素子において、
前記正孔輸送性を有する中間層のＬＵＭＯのエネルギーレベルが緑色発光層の電子輸送性成分のＬＵＭＯのエネルギーレベルよりも高い
ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項７】
請求項４記載の有機ＥＬ素子において、
前記陽極と陰極との間には、当該陽極側から赤色発光層、緑色発光層、青色発光層がこの順に積層され、少なくとも前記赤色発光層と緑色発光層との間に正孔輸送性かつ電子阻止性を有する中間層が設けられている
ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項８】
請求項７記載の有機ＥＬ素子において、
前記正孔輸送性を有する中間層のＬＵＭＯのエネルギーレベルが赤色発光層の電子輸送性成分のＬＵＭＯのエネルギーレベルよりも高い
ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項９】
発光色が異なる複数の発光層を前記陽極と陰極との間に積層してなる有機ＥＬ素子の光取り出し面側にカラーフィルタを設けてなる表示装置において、
前記有機ＥＬ素子は、前記発光層間の少なくとも１箇所に中間層を設けてなる
ことを特徴とする表示装置。
【請求項１０】
請求項９記載の表示装置において、
前記有機ＥＬ素子は、前記陽極と陰極との間に赤色発光層、緑色発光層、青色発光層をこの順に積層させている
ことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極と陰極との間に発光層を有する有機層を狭持してなる有機ＥＬ素子、および有機ＥＬ素子を用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ブラウン管（ＣＲＴ）に代わる表示装置として、軽量で消費電力の小さいフラット表示装置（ディスプレイ）の研究、開発が盛に行われている。このうち、無機ＥＬ素子や有機ＥＬ素子などの自発光型の表示素子（いわゆる発光素子）を用いた表示装置は、低消費電力での駆動が可能な表示装置として注目されている。
【０００３】
このような発光素子を用いた表示装置をフルカラー化する構成の一つに、白色発光する有機ＥＬ素子と、青、緑、または赤の波長領域の光のみを透過させる各カラーフィルタを組み合わせた構成がある。また、白色発光する有機ＥＬ素子としては、正孔輸送層側から青色発光層、緑色発光層、赤色発光層を順次積層した３波長の発光成分を有する構成のものが開示されている（下記特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３９９０号公報（特に図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した構成の白色発光有機ＥＬ素子は、青、緑、および赤の波長領域においての発光強度のバランスが十分ではなく、このような有機ＥＬ素子を用いても、ＣＲＴと同程度に色再現性の良好な表示装置を得ることはできなかった。
【０００６】
そこで本発明は、フルカラーの表示装置に適したバランスの良い発光成分の高輝度発光が可能な有機ＥＬ素子、およびこの有機ＥＬ素子を用いることにより色再現性に優れた表示が可能な表示装置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】
【０００７】
このような目的を達成するための本発明の有機ＥＬ素子は、発光色が異なる複数の発光層を陽極と陰極との間に積層してなる有機ＥＬ素子において、発光層間の少なくとも１箇所に有機材料からなる中間層を設けたことを特徴としている。
【０００８】
このような構成の有機ＥＬ素子では、発光層間に中間層を設けたことにより、各発光層において電荷の再結合によって生じた励起子のエネルギーが、発光層間を移動し難くなる。このため、このような励起子のエネルギーの移動による特定の発光層の発光効率の低下が防止される。したがって、各色の発光層における発光効率のバランスが維持される。
【０００９】
特に、上述した励起子のエネルギーは、最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）−最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）間のエネルギーギャップが小さい材料が存在する層に移動し易く、これによりエネルギーギャップの大きい発光層の発光効率が低下する。このため、これらの発光層間に設けた中間層におけるＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップを、この中間層に隣接する発光層を構成する材料のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップよりも大きくすることが好ましい。これにより、発光層間において上述したエネルギーの移動が生じることが確実に防止される。また、中間層にエネルギーが移動してこの中間層においてエネルギーが放出されることもない。尚、中間層のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップは、この中間層に隣接する発光層を構成する全ての材料のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップよりも大きくする必要はなく、上述した励起子のエネルギーが移動し易い程度にエネルギーギャップが小さい材料がある場合に、この材料よりも大きければ良い。ただし、中間層のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップが、隣接する発光層を構成する全ての材料のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップよりも大きければ、上述した発光層間におけるエネルギーの移動は確実に防止されることになる。
【００１０】
さらに、上記構成の有機ＥＬ素子では、それぞれの発光層に隣接する発光層を介して電子または正孔が輸送されることになる。このため、これらの発光層間に設けられる中間層を電子輸送性または正孔輸送性とすることが好ましい。これにより、隣接する発光層に対して電子または正孔が輸送され易くなる。したがって、陰極側に設けられた発光層の発光強度が弱い場合、この発光層の陽極側に正孔輸送性かつ電子阻止性の中間層を設けることにより、陰極側に設けられた発光層に輸送される正孔の量を増加させるとともに陽極側に設けられた発光層に輸送される電子を制限することができ、当該発光層においての電子と正孔との再結合確率を増加させて発光強度を強めることができる。一方、陽極側に設けられた発光層の発光強度が弱い場合、この発光層の陰極側に電子輸送性かつ正孔阻止性の中間層を設けることにより、陽極側に設けられた発光層に輸送される電子の量を増加させるとともに陰極側に設けられた発光層に輸送される正孔を制限することができ、当該発光層においての電子と正孔との再結合確率を増加させて発光強度を強めることができる。
【００１１】
さらに発光層は、陽極側から赤色発光層、緑色発光層、青色発光層の順に発光層を積層させた構成とすることにより、赤色発光層での発光効率を十分に確保しつつ、赤色発光層よりも陰極側の緑色発光層および青色発光層に十分に正孔を注入できる構成とすることができる。
【００１２】
この場合、緑色発光層と青色発光層との間に、正孔輸送性かつ電子阻止性の中間層を設けることとする。これにより、最も陰極側に設けられた青色発光層への正孔の注入が助長されるとともに緑色発光層への電子の注入を制限でき、青色発光層における再結合確率が確保される。これによっても、バランスの良好な白色発光が得られるようになる。このとき、緑色発光層への電子注入の障壁を設けるために、中間層のＬＵＭＯのエネルギーレベル（エネルギーの値）が緑色発光層のホスト材料となる電子輸送性成分のＬＵＭＯのエネルギーレベルよりも高いことが好ましい。
【００１３】
またこの場合、赤色発光層と緑色発光層との間に、正孔輸送性かつ電子阻止性の中間層を設けても良い。これにより、中間層よりも陰極側に設けられた青色発光層および緑色発光層への正孔の注入が助長されるとともに、赤色発光層への電子の注入を制限でき、青色発光層および緑色発光層における再結合確率が確保される。これによっても、バランスの良好な白色発光が得られるようになる。このとき、赤色発光層１２への電子注入の障壁を設けるために、中間層のＬＵＭＯのエネルギーレベルが赤色発光層の電子輸送性成分のＬＵＭＯのエネルギーレベルよりも高いことが好ましい。こうすることで、赤色発光層への電子の注入を制限することができる。
【００１４】
また、本発明の表示装置は、上述した有機ＥＬ素子の光取り出し面側にカラーフィルタを設けたことを特徴としている。
【００１５】
このような表示装置によれば、各発光色のバランスに優れた複数の有機ＥＬ素子に各色のカラーフィルタを組み合わせることにより、各発光色の光をバランス良く取り出すことができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように本発明の有機ＥＬ素子によれば、異なる波長領域の光をバランス良く高効率で発光させることが可能となる。したがって、青、緑、赤の各発光色の発光層を積層させることで、発光強度のバランスが良好で発光効率の良好な白色発光を得ることが可能になる。また、この有機ＥＬ素子とカラーフィルタと組み合わせた表示装置によれば、各発光色の光をバランス良く取り出すことができ、色再現性に優れた表示が可能となる。パネルを構成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の有機ＥＬ素子の構成を図面に基づいて詳細に説明する。図１および図２は、本発明の有機ＥＬ素子を模式的に示す断面図である。
【００１８】
これらの図に示す有機ＥＬ素子１，１’は、例えば表示装置を構成する基板２の各画素に設けられたものであり、基板２側から順に、陽極３、有機層４および陰極５を積層してなり、保護膜６で気密に覆われた構成となっている。特に、図１に示す有機ＥＬ素子１は、この有機ＥＬ素子１で発光した発光光ｈを基板２と反対側から取り出す、いわゆるトップエミッション型として構成されている。一方、図２に示す有機ＥＬ素子１’は、この有機ＥＬ素子１’で発光した発光光ｈを基板２側から取り出す、いわゆるボトムエミッション型として構成されている。
【００１９】
次に、これらの有機ＥＬ素子１，１’を構成する各部の詳細な構成を、基板２、陽極３、陽極３と対をなす陰極５、これらの陽極３と陰極５との間に狭持された有機層４の順に説明する。
【００２０】
＜基板＞
先ず、基板２は、ガラス、シリコン、プラスチック基板、さらにはＴＦＴ（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が形成されたＴＦＴ基板などからなり、特に図２に示すボトムエミッション型の有機ＥＬ素子の場合には、この基板２は光透過性を有する材料で構成されることとする。また、有機ＥＬ素子１，１’を他の表示素子と組み合わせて用いる場合には、他の表示素子と基板を共用することもできる。
【００２１】
＜陽極＞
そして、この基板２上に設けられた陽極３は、仕事関数の大きな導電性材料で構成されていることとする。仕事関数の大きな導電性材料としては、たとえば、ニッケル、銀、金、白金、パラジウム、セレン、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、レニウム、タングステン、モリブデン、クロム、タンタル、ニオブやこれらの合金、あるいは酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Indium tin oxide）、酸化亜鉛、酸化チタン等がある。
【００２２】
＜陰極＞
一方、この陽極３と電源８を介して接続されている陰極５は、仕事関数が小さな導電性材料を用いて構成されている。このような導電性材料としては、例えば、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ等の活性な金属とＡｇ、Ａｌ、Ｉｎ等の金属との合金、或いはこれらを積層した構造を使用できる。また、有機層４との間に例えば、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ等の活性な金属とフッ素、臭素等のハロゲンや酸素等との化合物層を薄く挿入した構造としても良い。
【００２３】
そして、これらの陽極３および陰極５のうち、この有機層４で生じた発光光ｈを取り出す側となる電極は、上述した材料の中から光透過性を有する材料を適宜選択して用いることとし、用途に合った光透過率が得られるようにその膜厚が調整されていることとする。一方、他方の電極には、反射率の良好な材料を適宜選択して用いることとする。
【００２４】
また、陽極３および陰極５は、この有機ＥＬ素子１，１’によって構成される表示装置の駆動方式によって適する形状にパターニングされていることとする。例えば、この表示装置の駆動方式が単純マトリックス型である場合には、この陽極３および陰極５は互いに交差するストライプ状に形成され、これらが交差した部分が有機ＥＬ素子１，１’となる。また、表示装置の駆動方式が画素毎にＴＦＴを備えたアクティブマトリックス型である場合には、陽極３は複数配列された各画素に対応させてパターン形成され、同様に各画素に設けられたＴＦＴに対して、これらのＴＦＴを覆う層間絶縁膜に形成されたコンタクトホール（図示省略）を介してそれぞれが接続される状態で形成されることとする。一方、陰極５は、基板２上の一面を覆う状態で成膜されたベタ膜状に形成されて良く、各画素に共通の電極として用いられることとする。ただし、表示装置の駆動方式としてアクティブマトリックス型を採用する場合には、図１に示したトップエミッション型の有機ＥＬ素子１を用いることで素子の開口率を向上させることが好ましい
【００２５】
＜有機層＞
そして、これらの陽極３と陰極５との間に狭持される有機層４は、陽極３側から順に、正孔輸送層１０、赤色発光層１１、緑色発光層１２、中間層ａ、青色発光層１３、電子輸送層１４を積層してなる。特に、緑色発光層１２と青色発光層１３との間に中間層ａを設けたことが特徴になる。以下、層１０−１５、中間層ａの順にこれらの各層の構成を説明する。
【００２６】
＜正孔輸送層＞
先ず、陽極３上に設けられる正孔輸送層１０は、正孔を輸送するように設計された層である。この正孔輸送層１０は、正孔輸送性能を向上させるために、複数種の正孔輸送材料を積層した構成であっても良い。
【００２７】
この正孔輸送層１０を形成する材料（正孔輸送性材料）としては、例えばベンジジン又はその誘導体、スチリルアミン又はその誘導体、トリフェニルメタン又はその誘導体をはじめ、ポルフィリン又はその誘導体、トリアゾール又はその誘導体、イミダゾール又はその誘導体、オキサジアゾール又はその誘導体、ポリアリールアルカン又はその誘導体、フェニレンジアミン又はその誘導体、アリールアミン又はその誘導体、オキサゾール又はその誘導体、アントラセン又はその誘導体、フルオレノン又はその誘導体、ヒドラゾン又はその誘導体、スチルベン又はその誘導体、フタロシアニンまたはその誘導体、ポリシラン系化合物、ビニルカルバゾール系化合物、チオフェン系化合物、アニリン系化合物等の複素環式共役系のモノマー、オリゴマー、ポリマー等が挙げられる。
【００２８】
このような正孔輸送性材料の具体的な例としては、α−ナフチルフェニルジアミン（αＮＰＤ）、ポルフィリン、金属テトラフェニルポルフィリン、金属ナフタロシアニン、４，４’，４”−トリメチルトリフェニルアミン、４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（ｐ−トリル）ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミノビフェニル、Ｎ−フェニルカルバゾール、４−ジ−ｐ−トリルアミノスチルベン、ポリ（パラフェニレンビニレン）、ポリ（チオフェンビニレン）、ポリ（２，２’−チエニルピロール）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２９】
＜赤色発光層＞
次に、この正孔輸送層１０上に設けられた赤色発光層１１は、正孔輸送層１０から注入した正孔の一部がこの赤色発光層１１内において再結合して赤色の発光を得られ、残りの発光に寄与しない正孔が緑色発光層１２に輸送され、緑色および青色発光に寄与することが好ましい。
【００３０】
このような赤色発光層１１は、ａ）赤色発光材料（蛍光性または燐光性）、ｂ）正孔輸送性材料、ｃ）電子輸送性材料、さらにはｄ）両電荷輸送性材料の中から適宜必要とされる材料を組み合わせて構成される。これらの各材料は、発光性能および正孔輸送性能が確保されるように、必要に応じて下記に示す各材料カテゴリーの中から単数または複数の材料が適宜選択して用いられる。
【００３１】
すなわち、上記材料カテゴリーとしては、シクロペンタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、バソフェナントロリン誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、スチリルベンゼン誘導体、スチリルアリーレン誘導体、アミノスチリル誘導体、シロール誘導体、チオフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、クマリン誘導体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、スクアリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、スチリル系色素、テトラセン誘導体、ピラゾリン誘導体、トリフマニルアミン誘導体、アントラセン誘導体、ジフェニルアントラセン誘導体、ピレン誘導体、カルバゾール誘導体、オキサジアゾールダイマー、ビラゾリンダイマー、アルミキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾール亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、アゾメチル亜鉛錯体、ポルフィリン亜鉛錯体、ユーロビウム錯体、イリジウム錯体、白金錯体等、中心金属にＡｌ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｄｙ等の金属を有し、配位子にオキサジアゾール、チアジアゾール、フェニルピリジン、フェニルベンゾイミダゾール、キノリン構造等を有する金属錯体等が例示される。
【００３２】
特に、ａ）赤色発光材料の具体例としては、スチリルアリーレン誘導体である下記式(１)に示すＢＳＮが挙げられる。このような、スチリルアリーレン系材料は特開２００２−２２６７２２に記載例があるが、ホスト材料に対して高濃度のドーピングが可能であり、トリフェニルアミン骨格を有するため正孔輸送性を有している。したがって、このような赤色発光材料を用いることで、効率的な赤色の発光と高い正孔輸送性を得ることができるため、この赤色発光層１１を正孔輸送層１０に接して成膜するのが好ましいのである。
【００３３】
【化１】
2005100921.tif 000003
【００３４】
また、ｂ）正孔輸送性材料の具体例としてはαＮＰＤ、ｃ）電子輸送性材料の具体例としてはスチリルアリーレン誘導体である下記式（２）に示すＤＰＶＢｉが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３５】
【化２】
2005100921.tif 000004
【００３６】
＜緑色発光層＞
そして、この赤色発光層１１上に設けられた緑色発光層１２は、正孔と電子の両方の電荷輸送性を有していることが好ましく、こうすることによって赤色発光層１１から注入された正孔の一部を緑色発光層１２内で発光に寄与させ、残りを青色発光層１３に輸送すると共に、青色発光層１３側から注入された電子の一部を緑色発光層１２内で発光に寄与させ、残りを赤色発光層１１に輸送する。これにより、赤、緑、青のそれぞれの発光層１１，１２，１３から発光が得られるようになる。
【００３７】
このような緑色発光層１２に両電荷輸送性を持たせる方法としては（１）両電荷輸送性ホストに緑色発光材料をドープする、（２）正孔輸送性ホストに電子輸送性緑色発光材料をドープする、（３）電子輸送性ホストに正孔輸送性緑色発光材料をドープする、（４）正孔輸送性材料と電子輸送性材料の混合ホストに緑色発光材料をドープする、等の方法が考えられる。このとき、緑色発光層１２内の正孔輸送材料としては正孔輸送層に用いる正孔輸送材料でもよい。また、緑色発光層１２内の電子輸送材料としては、次に説明する青色発光層１３を構成する電子輸送性ホスト材料を用いても良い。
【００３８】
このような緑色発光層１２を構成する材料としては、上述した材料カテゴリーの中から単数または複数の材料が適宜選択して用いられる。
【００３９】
さらに、緑色発光層１２は、正孔輸送層１０側に赤色発光層１１がある本発明の有機ＥＬ素子１においては、赤色発光層１１と青色発光層１３との間に設けるのが好ましい。これは、（１）赤色発光層１１と青色発光層１３が隣接する場合には青色発光層１３でできた励起子のエネルギーは赤色発光１１層に移動しやすく、青色の強度が得られにくいこと、（２）青色発光層１３を赤色発光層１１と緑色発光層１２の間に設ける場合、励起子のエネルギーは赤色発光層１１と緑色発光層１２の両方に奪われてしまうこと、等の問題があるためである。また、両電荷輸送性の緑色発光層１２の構成として、例えば電子輸送性ホストに正孔輸送性緑色発光材料をドープするような構成をとった場合は、有機層４を構成する各層の成膜において２元共蒸着で白色デバイスとして機能させることが可能であり、３元共蒸着のような複雑な製造プロセスが不要になるため好ましい。
【００４０】
＜青色発光層＞
次いで、緑色発光層１２上に中間層ａを介して設けられる青色発光層１３は、電子輸送性を有していることとする。これにより、電子輸送層１４から青色発光層１３に注入された電子の一部は青色発光層１３内で青色発光に寄与し、残りは緑色発光層１２に輸送されることで緑色及び赤色発光に寄与する。
【００４１】
青色発光層１２は、ａ）青色発光材料（蛍光性または燐光性）、ｂ）正孔輸送性材料、ｃ）電子輸送性材料、さらにはｄ）両電荷輸送性材料のなかから適宜必要とされる材料を組み合わせて構成される。これらの各材料は、発光性能および正孔輸送性能が確保されるように、必要に応じて上述した各材料カテゴリーの中から単数または複数の材料が適宜選択して用いられる。
【００４２】
特に、ａ）青色発光材料の具体例としては、ペリレンを挙げることができ、ｂ）正孔輸送性材料の具体例としてはαＮＰＤ、ｃ）電子輸送性材料の具体例としてはスチリルアリーレン誘導体である上記した式（２）のＤＰＶＢｉが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４３】
また、青色発光層１３は、緑色発光層１２側から順に両電荷輸送性青色発光層と電子輸送性青色発光層とを積層した構成であっても良い。青色発光層１３をこのような積層構造とすることにより、青色発光層１３内全体に効率よく正孔を運ぶことができ、高効率かつ安定的な色純度の高い発光が可能となる。青色発光層１３に両電荷輸送性を持たせる方法としては（１）両電荷輸送性ホストに青色発光材料をドープする、（２）正孔輸送性ホストに電子輸送性青色発光材料をドープする、（３）電子輸送性ホストに正孔輸送性青色発光材料をドープする、（４）正孔輸送性材料と電子輸送性材料の混合ホストに青色発光材料をドープする、等の方法が考えられる。
【００４４】
本発明の青色発光層１３は、青色発光層１３内で電荷の再結合により生じた励起子のエネルギーが、赤色発光層１１や緑色発光層１２に移動するのをなるべく小さくして青色発光層１３においての発光に寄与する構成とするため、最も陰極５側に青色発光層１３を設けるのが好ましい。
【００４５】
＜電子輸送層＞
また、青色発光層１３と陰極５との間に設けられた電子輸送層１４は、電子を輸送するように設計された層である。この電子輸送層１４は、電子輸送性能を向上させるために、複数種の電子輸送材料を積層した構成であっても良い。
【００４６】
このような電子輸送性材料として使用可能な材料としては、８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）、８−ヒドロキシメチルキノリンアルミニウム、アントラセン、ナフタレン、フェナントレン、ピレン、クリセン、ペリレン、ブタジエン、クマリン、アクリジン、スチルベン、又はこれらの誘導体等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４７】
＜中間層＞
次いで、上述した緑色発光層１２と青色発光層１３との間に設けられた中間層ａは、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップが、緑色発光層１２や青色発光層１３を構成する材料のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップよりも大きい有機材料で構成されていることとする。ここでは、青色発光層１３で生じた励起子のエネルギーが緑色発光層１２に移動することを防止するために、緑色発光層１２の発光材料であるドーパントのＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップよりも、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップが大きい有機材料で中間層を構成することとする。
【００４８】
また、上述した各発光層１１，１２，１３での発光において、中間層ａの陽極３側に配置されている緑色発光層１２での発光強度が強く、中間層ａの陰極５側に配置されている青色発光層１３での発光強度が弱い場合には、上述したエネルギーギャップ特性を有しさらに正孔輸送性かつ電子阻止性を有する材料を用いて中間層ａを構成するようにする。一方、発光強度がこれと逆の場合には、上述したエネルギーギャップ特性を有しさらに電子輸送性かつ正孔阻止性を有する材料を用いて中間層ａを構成するようにする。尚、ここでは、中間層ａが正孔輸送性かつ電子阻止性であることとする。
【００４９】
このような特性を有する中間層ａを構成する有機材料としては、正孔輸送層１０に使用可能な材料、発光層１１〜１３に使用可能な材料、および電子輸送層１４に使用可能な材料の中から適宜選択して用いられる。この場合、この中間層ａに隣接して配置される発光層１２，１３を構成する材料のエネルギーギャップ特性を考慮し、中間層ａとして上述した各特性が得られるような材料が選択されることとする。本実施形態の有機ＥＬ素子１，１’に用いられる有機材料の具体的な例としては、ＴＰＤ、α−ＮＰＤ、ＣＢＰ等の正孔輸送性があり、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップの比較的大きな材料が挙げられる。
【００５０】
また、この中間層ａは、膜厚が０．１ｎｍ〜２０ｎｍの範囲、さらに好ましくは中間層ａの膜厚は０．５ｎｍ〜１０ｎｍの範囲で設定されることとする。こうすることで中間層ａは十分に機能を発揮するのである。つまり、中間層ａの膜厚がこの範囲よりも薄いと、中間層ａを設けたことによる下記の効果を十分に得ることができない。一方、中間層ａの膜厚がこの範囲よりも厚いと、有機層４の厚膜化による駆動電圧の上昇や、駆動寿命の低下、電荷再結合領域の制御が不十分になるのである。
【００５１】
尚、この中間層ａの配置位置は、緑色発光層１２と青色発光層１３との間に限定されることはなく、各発光層間に設けることができる。本実施形態であれば、緑色発光層１２−青色発光層１３間および赤色発光層１１−緑色発光層１２間の少なくとも一方に設けられる。また、さらに複数の発光層を積層させた場合には、各発光層間に中間層ａを設けることができる。ただし、何れの位置に設けられる中間層ａと、この中間層ａに隣接して配置される発光層の特性を考慮して上述同様の特性を備えていることとする。
【００５２】
また、以上述べたような積層構造で構成された有機層４は、周知の方法にて合成された各有機材料を用いて、真空蒸着やスピンコートなどの周知の方法を適用して行うことができる。
【００５３】
そして、上述した構成の有機ＥＬ素子１，１’とカラーフィルタとを組み合わせてフルカラーの表示装置を構成する場合には、複数の有機ＥＬ素子１，１’のそれぞれの光取り出し面側に、青、緑、赤の波長領域の光のみを透過するカラーフィルタを設けた構成とする。
【００５４】
以上説明した構成の有機ＥＬ素子１，１’によれば、緑色発光層１２と青色発光層１３との間に中間層ａを設けたことにより、緑色発光層１２と青色発光層１３とのそれぞれで電荷再結合して生成した励起のエネルギーが、緑色発光層１２−青色発光層１３間を移動し難くなる。特に、このような積層構造の有機ＥＬ素子１，１’においては、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップが大きい青色発光層１３で発生した励起子のエネルギーが緑色発光層１２に移動する場合があり、青色発光１３での発光強度が低下する場合があった。しかしながら、本実施形態においては、中間層ａのＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップを、緑色発光層１２の発光材料であるドーパントのＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップよりも大きくしたことにより、青色発光層１３内で生成した励起子エネルギーが緑色発光層１２に移動し難く、青色発光層１３での青色発光の強度を高く保つことが可能である。また、中間層ａにエネルギーが移動してこの中間層ａにおいてエネルギーが放出されることもない。
【００５５】
しかも、最も陽極３側を赤色発光層１１としたことにより、高濃度でドープ可能な正孔輸送性赤色発光材料を用いて赤色発光層１１を構成し、赤色発光層１１よりも陰極５側の緑色発光層１２および青色発光層１３に正孔を輸送し易い構成とすることができる。
【００５６】
このような状態において、特に本実施形態の中間層ａが正孔輸送性および電子阻止性を有する構成となっているため、この中間層ａよりも陰極５側に設けられた青色発光層１３にまで十分に正孔を輸送できるとともに緑色発光層１２への電子の注入を制限でき、青色発光層１３においての電子と正孔との再結合確率を高めることが可能になる。このことからも、青色発光の強度を高めることが可能である。このとき、緑色発光層１２への電子注入の障壁を設けるために、正孔輸送性を有する中間層ａのＬＵＭＯのエネルギーレベルが緑色発光層１２のホスト材料となる電子輸送性成分のＬＵＭＯのエネルギーレベルよりも高いことが好ましい。このような構成をエネルギーレベルで示すと、図３のようになる。すなわち、陽極３と陰極５との間に、陽極３側から正孔輸送層１０、赤色発光層１１、緑色発光層１２、中間層ａ、青色発光層１３、電子輸送層１４を積層させた構成である場合において、中間層ａのＬＵＭＯのエネルギーレベル［すなわちエネルギー：Energy（ｅＶ）の値］が緑色発光層のホスト材料となる電子輸送性成分のＬＵＭＯのエネルギーレベル［すなわちエネルギー：Energy（ｅＶ）の値］よりも高いことが好ましいのである。こうすることで、緑色発光層１２への電子の注入を制限することができる。
【００５７】
したがって、それぞれの発光層１１，１２，１３において、バランスの良好で高効率な各色発光が取りだされ、各色の発光強度のバランスが良好で、かつ発光効率の良好な白色発光を得ることが可能になる。
【００５８】
尚、以上説明した実施形態においては、中間層ａが緑色発光層１２と青色発光層１３との間に配置される場合を例示した。しかしながら上述したように、中間層は、緑色発光層１２−青色発光層１３間および赤色発光層１１−緑色発光層１２間の少なくとも一方に設けられれば良いのであり、何れの位置に設けられる中間層であっても、これらの中間層に隣接して配置される発光層の特性を考慮して上述同様の特性を備えていることとする。
【００５９】
例えば、図４に示すように、赤色発光層１１−緑色発光層１２間にも中間層ａ’を設けた有機ＥＬ素子１”では、この中間層ａ’は、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップが、赤色発光層１１や緑色発光層１２を構成する材料のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップよりも大きい有機材料で構成されていることとする。具体的な一例としては、緑色発光層１２で生じた励起子のエネルギーが赤色発光層１１に移動することを防止するために、赤色発光層１１の発光材料であるドーパントのＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップよりも、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップが大きい有機材料で中間層ａ’を構成することとする。
【００６０】
そして、上述した実施形態と同様に、赤色発光層１１と緑色発光層１２との間に配置された中間層ａ’の陽極３側に配置されている赤色発光層１１での発光強度が強く、中間層ａ’の陰極５側に配置されている緑色発光層１２での発光強度が弱い場合には、上述したエネルギーギャップ特性を有しさらに正孔輸送性かつ電子阻止性を有する材料を用いて中間層ａを構成するようにする。一方、発光強度がこれと逆の場合には、上述したエネルギーギャップ特性を有しさらに電子輸送性かつ正孔阻止性を有する材料を用いて中間層ａ’を構成するようにする。
【００６１】
このような構成の有機ＥＬ素子１”であれば、赤色発光層１１と緑色発光層１２との間に中間層ａ’を設けたことにより、赤色発光層１１と緑色発光層１２とのそれぞれで電荷再結合して生成した励起のエネルギーが、赤色発光層１１−緑色発光層１２間を移動し難くなる。また特に、中間層ａ’が正孔輸送性および電子阻止性を有する構成となっていれば、この中間層ａ’よりも陰極５側に設けられた緑色発光層１２および青色発光層１３にまで十分に正孔を輸送できるとともに、赤色発光層１１への電子の注入を制限でき、緑色発光層１２および青色発光層１３においての電子と正孔との再結合確率を高めることが可能になる。このとき、赤色発光層１１への電子注入の障壁を設けるために、正孔輸送性を有する中間層ａ’のＬＵＭＯのエネルギーレベルが赤色発光層１１の電子輸送性成分のＬＵＭＯのエネルギーレベルよりも高いことが好ましい。こうすることで、赤色発光層１１への電子の注入を制限することができる。
【００６２】
したがって、上述した実施形態と同様に、それぞれの発光層１１，１２，１３において、バランスの良好で高効率な各色発光が取りだされ、各色の発光強度のバランスが良好で、かつ発光効率の良好な白色発光を得ることが可能になる。
【００６３】
また、以上説明した実施形態においては、陽極３側から順に赤色発光層１１、緑色発光層１２、青色発光層１３の順に積層された構成を説明したが、本発明はこのような積層順に限定されることはなく、逆の積層順であっても良い。ただしこの場合、各発光層の電荷輸送性も、適宜変更されることになる。すなわち、最も陽極３に設けられた青色発光層は少なくとも正孔輸送性を有し、この陰極５側に設けられた緑色発光層は両電荷輸送性を有し、また、最も陰極５側に設けられた赤色発光層は少なくとも電子輸送性を有していることとする。このような構成であっても、各発光層間に設けられる中間層の特性は、上述したと同様に考えられ、同様の効果を得ることができる。
【００６４】
例えば、最も陽極３側の青色発光層とその陰極５側の緑色発光層との間に、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップが上述したように大きい中間層を設けることにより、青色発光層と緑色発光層で生じた励起子のエネルギーの移動を防止できる。また、このような構成において、この中間層を電子輸送性かつ正孔阻止性とすることにより、陽極３側に配置された青色発光層での電荷の再結合確率を高めることが可能である。このとき、緑色発光層１２への正孔注入の障壁を設けるために、中間層のＨＯＭＯのエネルギーレベルを緑色発光層１２の正孔輸送性成分のＨＯＭＯのエネルギーレベルよりも低くすることで緑色発光層１２への正孔注入を制限できる。
【００６５】
一方、この中間層を正孔輸送性かつ電子阻止性とすることにより、中間層よりも陰極５側に配置された緑色発光層や赤色発光層での電荷の再結合確率を高めることが可能である。
【００６６】
さらに、本発明は、基板２上に陽極３を設け、この陽極３上に有機層４および陰極５を積層した構成に限定されることもなく、基板２上に陰極を設け、この陰極上に有機層および陽極をこの順に積層した構成の有機ＥＬ素子にも適用可能である。尚、このような構成の場合でも、陰極および陽極の材料や膜厚を適宜選択することで、トップエミッション型およびボトムエミッション型の両方の構成が可能であり、上述した有機ＥＬ素子１，１’，１”と同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【００６７】
＜実施例１＞
本実施例１では、図２を用いて説明したボトムエミッション型の有機ＥＬ素子１’を次のように作製した。
【００６８】
まず、３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス板からなる基板２上に、陽極３としてＩＴＯ（膜厚約１００ｎｍ）を形成し、さらに感光性有機絶縁材料により陽極３の中央部の２ｍｍ×２ｍｍの発光領域以外を絶縁膜（図示省略）でマスクした有機ＥＬ素子用のセルを作製した。次に、開口を有する金属マスクを、各発光領域となる陽極３（ＩＴＯ）の露出部上に開口を合わせた状態で基板２上に近接して配置し、１０-4Ｐａ以下の真空下での真空蒸着法により、以下の有機層を順次形成した。
【００６９】
先ず、正孔輸送層１０として、下記式（３）に示すｍ−ＭＴＤＡＴＡ（４，４’，４”−トリス（３―メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミンを２０ｎｍの厚さで成膜し、次いで下記式（４）に示すα−ＮＰＤ（α−ナフチルジアミン）を２０ｎｍの厚さで成膜した。蒸着レートは０．１ｎｍ／秒とした。
【化３】
2005100921.tif 000005
【００７０】
次に、赤色発光層１１として、下記式（５）に示すＤＰＶＢｉをホストとし、赤色発光材料として下記式（６）に示すＢＳＮを３０％ドープした共蒸着膜を５ｎｍの厚さで成膜した。蒸着レートは０．２ｎｍ／秒とした。
【化４】
2005100921.tif 000006
【００７１】
その後、緑色発光層１２として、上記したＤＰＶＢｉ：α−ＮＰＤ＝１：１の比率のホストに、緑色発光材料として下記式（７）に示すクマリン６を１％ドープした共蒸着膜を１０ｎｍの厚さで成膜した。蒸着レートは０．２ｎｍ／秒とした。
【化５】
2005100921.tif 000007
【００７２】
そして、正孔輸送性を有する中間層ａとして、上記したα−ＮＰＤを３ｎｍの厚さで成膜した。蒸着レートは０．１ｎｍ／秒とした。尚、α−ＮＰＤは、そのＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップが、緑色発光層１２の緑色発光材料であるクマリン６のエネルギーギャップよりも大きい。また、α−ＮＰＤのＬＵＭＯのエネルギーレベルは緑色発光層１２の電子輸送成分であるＤＰＶＢｉのＬＵＭＯのエネルギーレベルよりも高い。
【００７３】
さらに、青色発光層１３として、上記したＤＰＶＢｉをホストとして青色の発光材料として、下記式（８）に示すＢＣｚＶＢｉを３％ドープした共蒸着層を３０ｎｍの厚さで成膜した。蒸着レートは０．２ｎｍ／秒とした。
【化６】
2005100921.tif 000008
【００７４】
次いで、電子輸送層１４として、下記式（９）に示すＡｌｑ３を２０ｎｍの厚さで成膜した。蒸着レートは０．２ｎｍ／秒とした。
【化７】
2005100921.tif 000009
【００７５】
次に、陰極５として、ＭｇとＡｇの共蒸着比１０：１の薄膜を５０ｎｍの膜厚で成膜し、さらにＡｇを１５０ｎｍの厚さに形成した。蒸着レートは０．５ｎｍ／秒とした。
【００７６】
以上により作製した実施例１の有機ＥＬ素子の発光スペクトルを図５に示す。この図に示すように、実施例の有機ＥＬ素子からは、青、緑、赤それぞれの発光成分が得られることが確認された。また、電流密度２５ｍＡ／ｃｍ２で、輝度１３３７ｃｄ／ｍ２、ＣＩＥ色度（０．３１９，０．２９４）の発光が、発光面においてムラ無く均一に得られた。
【００７７】
＜実施例２＞
本実施例２では、図４を用いて説明したボトムエミッション型の有機ＥＬ素子１”を作製した。尚、図６には、本実施例２においての有機層におけるエネルギーレベルの模式図を示す。
【００７８】
この場合、上述した実施例１の有機ＥＬ素子の作製手順において、赤色発光層１１と緑色発光層１２との間に、中間層ａ’を形成する工程を加えたこと以外は、実施例１と同様にしてボトムエミッション型の有機ＥＬ素子１”を作製した。ただし、緑色発光層１２と青色発光層１３との間の中間層ａは、膜厚２ｎｍ（実施例１では３ｎｍ）で形成した。また、赤色発光層１１と緑色発光層１２との間の中間層ａ’として、上記したα−ＮＰＤを２ｎｍの厚さで成膜した。蒸着レートは０．１ｎｍ／秒とした。尚、中間層ａ’を構成するα−ＮＰＤは、そのＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップは、赤色発光層１１の赤色発光材料であるＢＳＮのエネルギーギャップよりも大きい。また、α−ＮＰＤのＬＵＭＯのエネルギーレベルは赤色発光層１１の電子輸送成分となるＢＳＮのＬＵＭＯのエネルギーレベルよりも高い。
【００７９】
以上により作製した実施例２の有機ＥＬ素子の発光スペクトルを図７に示す。この図に示すように、実施例２の有機ＥＬ素子からは、青、緑、赤それぞれの発光成分が得られることが確認された。また、電流密度２５ｍＡ／ｃｍ２で、輝度１７０６ｃｄ／ｍ２、ＣＩＥ色度（０．３２４，０．３６２）の発光が、発光面においてムラ無く均一に得られた。
【００８０】
＜比較例＞
比較例では、実施例１で作製した有機ＥＬ素子１’の構成から中間層ａを省いた構成の有機ＥＬ素子を作製した。このような有機ＥＬ素子の作製は、上述した実施例の製造手順において、中間層ａの形成手順を省いたこと以外は、実施例と同様の手順で有機ＥＬ素子を作製した。
【００８１】
以上により作製した比較例の有機ＥＬ素子の発光スペクトルを図８に示す。この図に示すように、比較例の有機ＥＬ素子からは、青、緑、赤それぞれの発光成分が得られることが確認された。電流密度２５ｍＡ／ｃｍ２で、輝度１３１１ｃｄ／ｍ２、ＣＩＥ色度（０．３９２，０．３９０）であった。
【００８２】
しかしながら、図５、図７の発光スペクトル（実施例１，２）と図８の発光スペクトル（比較例）とを比較すると、実施例の中間層を設けた有機ＥＬ素子の方が、青色発光成分が大きく白色発光としてバランスの取れた発光が得られることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】実施形態の有機ＥＬ素子の構成を示す断面図である。
【図２】実施形態の有機ＥＬ素子の他の構成（実施例１）を示す断面図である。
【図３】実施形態の有機ＥＬ素子におけるエネルギーレベルを示す模式図である。
【図４】実施形態の有機ＥＬ素子のさらに他の構成（実施例２）を示す断面図である。
【図５】実施例１で作製した有機ＥＬ素子の発光スペクトル図である。
【図６】実施例２における有機膜のエネルギーレベルを示す模式図である。
【図７】実施例２で作製した有機ＥＬ素子の発光スペクトル図である。
【図８】比較例で作製した有機ＥＬ素子の発光スペクトル図である。
【符号の説明】
【００８４】
１，１’，１”…有機ＥＬ素子、３…陽極、４…有機層、５…陰極、１１…赤色発光層、１２…緑色発光層、１３…青色発光層、ａ，ａ’…中間層
【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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【図７】
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【図８】
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