(57)【要約】本発明は、ガラス基板上に、陽極と、第１のキャリア輸送層と、第２のキャリア輸送層と、発光層と、第３のキャリア輸送層と、第４のキャリア輸送層と、電子輸送層と、陰極とを順次形成し、第１のキャリア輸送層には、第２のキャリア輸送層よりもイオン化ポテンシャルＩｐが小さい層を用い、第３のキャリア輸送層には、第４のキャリア輸送層よりも電子親和力Ｅａが小さい層を用いて、発光層の発光効率を向上させる。
2004060028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、
前記発光層の陽極側に形成された第１のキャリア輸送層と、
前記第１のキャリア輸送層の陰極側に前記第１のキャリア輸送層と接するように形成された第２のキャリア輸送層とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１と、前記第２のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ２との関係が、ＩｐＰ１＜ＩｐＰ２であ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】
前記第１のキャリア輸送層は、αＮＰＤを用い、前記第２のキャリア輸送層には、２−ＴＮＡＴＡを用いることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記発光層のエネルギーギャップＥｇＥＭＬと前記第２のキャリア輸送層のエネルギーギャップＥｇＰ２との関係が、ＥｇＥＭＬ＜ＥｇＰ２であることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、
前記発光層の陰極側に形成された第１のキャリア輸送層と、
前記第１のキャリア輸送層の陰極側に接するように形成された第２のキャリア輸送層とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記第１のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ１と、前記第２のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ２との関係が、ＥａＰ１＜ＥａＰ２であ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５】
前記第１のキャリア輸送層には、ＴＹＥ７０４を用い、前記第２のキャリア輸送層には、ＴＹＧ−２０１を用いることを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記発光層のエネルギーギャップＥｇＥＭＬと前記第１のキャリア輸送層のエネルギーギャップＥｇＰ１との関係が、ＥｇＥＭＬ＜ＥｇＰ１であることを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、前記発光層の陽極側に形成された第１のキャリア輸送層と、
前記第１のキャリア輸送層の陰極側に前記第１のキャリア輸送層と接するように形成された第２のキャリア輸送層と、
前記発光層の陰極側に形成された第３のキャリア輸送層と、
前記第３のキャリア輸送層の陰極側に前記第３のキャリア輸送層と接するように形成された第４のキャリア輸送層とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１と、前記第２のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ２との関係が、ＩｐＰ１＜ＩｐＰ２であり、かつ前記第３のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ３と、前記第４のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ４との関係が、ＥａＰ３＜ＥａＰ４であ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８】
前記発光層のエネルギーギャップＥｇＥＭＬと、前記第２のキャリア輸送層のエネルギーギャップＥｇＰ２と、前記第３のキャリア輸送層のエネルギーギャップＥｇＰ３との関係が、ＥｇＥＭＬ＜ＥｇＰ２，ＥｇＥＭＬ＜ＥｇＰ３であることを特徴とする請求項７に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項９】
互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、
前記発光層の陽極側に形成された第１のキャリア輸送層と、
前記第１のキャリア輸送層の陰極側に前記第１のキャリア輸送層と接するように形成された第２のキャリア輸送層とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた有機エレクトロルミネッセンスディスプレイであって、
前記第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１と、前記第２のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ２との関係が、ＩｐＰ１＜ＩｐＰ２であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ。
【請求項１０】
互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、
前記発光層の陰極側に形成された第１のキャリア輸送層と、
前記第１のキャリア輸送層の陰極側に接するように形成された第２のキャリア輸送層とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子を有する有機エレクトロルミネッセンスディスプレイであって、
前記第１のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ１と、前記第２のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ２との関係が、ＥａＰ１＜ＥａＰ２であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ。
【請求項１１】
互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、前記発光層の陽極側に形成された第１のキャリア輸送層と、
前記第１のキャリア輸送層の陰極側に前記第１のキャリア輸送層と接するように形成された第２のキャリア輸送層と、
前記発光層の陰極側に形成された第３のキャリア輸送層と、
前記第３のキャリア輸送層の陰極側に前記第３のキャリア輸送層と接するように形成された第４のキャリア輸送層とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた有機エレクトロルミネッセンスディスプレイであって、
前記第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１と、前記第２のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ２との関係が、ＩｐＰ１＜ＩｐＰ２であり、かつ前記第３のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ３と、前記第４のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ４との関係が、ＥａＰ３＜ＥａＰ４であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は有機エレクトロルミネッセンス素子及び有機エレクトロルミネッセンスディスプレイに係り、特に陽極と陰極の間に複数のキャリア輸送層を形成した有機エレクトロルミネッセンス素子及び有機エレクトロルミネッセンスディスプレイに関する。
【背景技術】  有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機エレクトロルミネッセンス素子を「有機ＥＬ素子」と称する。）は、小型化が容易であって、消費電力が小さく、面発光が可能であり、液晶素子と比較して印加電圧を大幅に低減できるためフラットディスプレイ等の各種表示装置での利用が注目されており、次世代の発光素子として研究開発が行われている。
図１は、従来の有機ＥＬ素子の断面図を示したものである。図１に示すように、従来の有機ＥＬ素子１０は、透明なガラス基板１１上に、透明なＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）等からなる陽極１２と、正孔輸送層１３と、発光層１４と、電子輸送層１５と、陰極１６が順次積層された構成となっている。正孔輸送層１３は、発光層１４に正孔を効率良く輸送し、正孔密度を増加させ、一方電子輸送層１５は、発光層１４に電子を効率良く輸送し、空間電子密度を増加させ、発光効率を高めている。また、発光層と発光層の間に電子をせき止めるための層を設けて、発光層での発光効率の向上を図る技術が提案されている。
図２は、図１に示す有機ＥＬ素子のエネルギーダイアグラムを示した図である。有機ＥＬ素子１０に電圧が印加されると、正孔２２は陽極１２から発光層１４へ向かって移動し、正孔２２の移動により正孔電流量が発生し、電子２１は陰極１６から発光層１４へ向かって移動し、電子２１の移動により電子電流量が発生する。電子２１と正孔２２が発光層１４に到達すると、電子２１と正孔２２が再結合して放出されたエネルギーによって、発光層１４に含まれる有機蛍光体が励起され発光する。
ところで、発光効率は、単位電流当りの発光輝度で表される。したがって、発光層１４での発光効率は有機ＥＬ素子１０に流れる正孔電流量及び電子電流量の大きさで決まり、いずれかの電流量が大きい場合には発光層１４の発光効率は低下する。正孔電流量と電子電流量の大きさは、有機ＥＬ素子を構成する膜の種類や積層する膜厚により変わるが、例えば正孔電流量が電子電流量と比較して過度に大きい場合、発光に寄与せずに消費されてしまう正孔電流量が増加し、発光層１４での発光効率は低下し、消費電力が増大してしまうという問題がある。
【発明の開示】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、発光層に流れ込む正孔電流量及び電子電流量を調整し、発光層での電子と正孔の再結合を効率良く行い、発光効率に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子及び有機エレクトロルミネッセンスディスプレイを提供することを概括的課題とする。
本発明のより具体的な課題は、互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、前記発光層の陽極側に形成された第１のキャリア輸送層と、前記第１のキャリア輸送層の陰極側に前記第１のキャリア輸送層と接するように形成された第２のキャリア輸送層とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１と、前記第２のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ２との関係が、ＩｐＰ１＜ＩｐＰ２である有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することにある。
ここで、イオン化ポテンシャルは、発光層やキャリア輸送層の価電子レベルと真空準位のエネルギーの差であり、正の値で示される。
本発明によれば、発光層の陽極側に第１のキャリア輸送層と、第１のキャリア輸送層の陰極側に第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１より小さなイオン化ポテンシャルＩｐＰ２を有する第２のキャリア輸送層とが形成されている。したがって、正孔が陽極から発光層へ向かう手前の第１のキャリア輸送層と第２のキャリア輸送層との界面にエネルギー障壁が形成され、第１のキャリア輸送層に正孔が蓄積されて発光層に流れる正孔電流量が低下する。その結果、正孔電流量が調節されて、発光効率を向上させることができる。
本発明の他の課題は、前記発光層のエネルギーギャップＥｇＥＭＬと、前記第２のキャリア輸送層のエネルギーギャップＥｇＰ２との関係が、ＥｇＥＭＬ＜ＥｇＰ２である有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することにある。
ここで、エネルギーギャップは、伝導レベルと価電子レベル（価電子帯の上端のエネルギー）のエネルギー差であり、正の値で示される。
本発明によれば、発光層の陽極側に発光層のエネルギーギャップＥｇＥＭＬより大きなエネルギーギャップＥｇＰ２を有する第２のキャリア輸送層が形成されている場合には、第２のキャリア輸送層での電子と正孔の再結合が抑制され、発光層での発光効率を向上させることができる。
本発明のその他の課題は、互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、前記発光層の陽極側に形成された第１のキャリア輸送層と、前記第１のキャリア輸送層の陰極側に前記第１のキャリア輸送層と接するように形成された第２のキャリア輸送層と、前記発光層の陰極側に形成された第３のキャリア輸送層と、前記第３のキャリア輸送層の陰極側に前記第３のキャリア輸送層と接するように形成された第４のキャリア輸送層とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１と、前記第２のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ２との関係が、ＩｐＰ１＜ＩｐＰ２であり、かつ前記第３のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ３と、前記第４のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ４との関係が、ＥａＰ３＜ＥａＰ４である有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することにある。
ここで、電子親和力は、発光層やキャリア輸送層の伝導レベル（伝導帯の下端のエネルギー）と真空準位のエネルギー差であり、正の値で示される。
本発明によれば、発光層の陽極側に、第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１より大きなイオン化ポテンシャルＩｐＰ２を有する第２のキャリア輸送層が第１のキャリア輸送層の陰極側に接するように形成されているため、正孔が陽極から発光層へ向かう手前の第１のキャリア輸送層と第２のキャリア輸送層との界面にエネルギー障壁が形成される。また、発光層の陰極側には、第３のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ３より大きな電子親和力ＥａＰ４を有する第４のキャリア輸送層が第３のキャリア輸送層の陰極側に接するように形成されているため、電子が陰極から発光層へ向かう手前の第４のキャリア輸送層と第３のキャリア輸送層に対してエネルギー障壁が形成されるため、正孔電流量と電子電流量が調整されて、発光効率を向上することができる。
本発明のその他の課題は、前記発光層のエネルギーギャップＥｇＥＭＬと、前記第２のキャリア輸送層のエネルギーギャップＥｇＰ２と、前記第３のキャリア輸送層のエネルギーギャップＥｇＰ３との関係が、ＥｇＥＭＬ＜ＥｇＰ２，ＥｇＥＭＬ＜ＥｇＰ３である有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することにある。
本発明によれば、発光層の陽極側には発光層のエネルギーギャップＥｇＥＭＬよりも大きなエネルギーギャップを有する第２のキャリア輸送層が形成され、発光層の陰極側には発光層のエネルギーギャップＥｇＥＭＬよりも大きなエネルギーギャップを有する第３のキャリア輸送層が形成されている場合には、第２のキャリア輸送層及び第３のキャリア輸送層での電子と正孔の再結合が抑制され、発光層の発光効率を向上させることができる。
本発明のその他の課題は、互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、前記発光層の陽極側に形成された第１のキャリア輸送層と、前記第１のキャリア輸送層の陰極側に前記第１のキャリア輸送層と接するように形成された第２のキャリア輸送層とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた有機エレクトロルミネッセンスディスプレイであって、前記第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１と、前記第２のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ２との関係が、ＩｐＰ１＜ＩｐＰ２であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンスディスプレイを提供することにある。
本発明によれば、発光層の陽極側に第１のキャリア輸送層と、第１のキャリア輸送層の陰極側に第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１より小さなイオン化ポテンシャルＩｐＰ２を有する第２のキャリア輸送層とが形成されている。したがって、正孔が陽極から発光層へ向かう手前の第１のキャリア輸送層と第２のキャリア輸送層との界面にエネルギー障壁が形成され、第１のキャリア輸送層に正孔が蓄積されて発光層に流れる正孔電流量が低下するため、正孔電流量が調節されて、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率を向上させることができ、上記有機エレクトロルミネッセンス素子を有機エレクトロルミネッセンスディスプレイに形成することで、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイの視認性の向上及び低消費電力化が可能である。
【図面の簡単な説明】  図１は、従来の有機ＥＬ素子の断面図を示した図である。
図２は、図１に示す有機ＥＬ素子のエネルギーダイアグラムを示した図である。
図３は、本発明の第１の実施の形態の有機ＥＬ素子の断面図である。
図４は、第１の実施の形態の有機ＥＬ素子のエネルギーダイアグラムを示した図である。
図５は、光吸収スペクトルの波長依存性を示した図である。
図６は、紫外線のエネルギーと光電子の放出数の平方根との関係を示した図である。
図７は、第１実施例に用いた層の電子親和力Ｅａ、イオン化ポテンシャルＩｐ及びエネルギーギャップＥｇを示した図である。
図８は、第２実施例の有機ＥＬ素子の層構成を示した図である。
図９は、比較例２及び３の有機ＥＬ素子の膜構成を示した図である。
図１０は、第１実施例の有機ＥＬ素子の正孔電流量と電圧の関係を示した図である。
図１１は、第２実施例の有機ＥＬ素子の正孔電流量と電圧の関係を示した図である。
図１２は、比較例１の有機ＥＬ素子の正孔電流量と電圧の関係を示した図である。
図１３は、第１実施例の有機ＥＬ素子の電子電流量の電圧依存性を示した図である。
図１４は、有機ＥＬ素子の発光効率の電圧依存性を示した図である。
図１５は、本発明の第２の実施の形態の有機エレクトロルミネッセンスディスプレイの概要構成を示した斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図３は、本発明の第１の実施の形態の有機ＥＬ素子の断面図である。図３に示すように、有機ＥＬ素子３０は、ガラス基板３３上に、陽極３４と、第１のキャリア輸送層３５Ａと、第２のキャリア輸送層３５Ｂと、発光層３６と、第３のキャリア輸送層３７Ａと、第４のキャリア輸送層３７Ｂと、電子輸送層３８と、陰極３９とが順次形成された構成となっている。第１のキャリア輸送層３５Ａには、第２のキャリア輸送層３５Ｂよりもイオン化ポテンシャルＩｐが小さく、第３のキャリア輸送層３７Ａには、第４のキャリア輸送層３７Ｂよりも電子親和力Ｅａが小さい材料が用いられている。
有機ＥＬ素子３０は、１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の膜厚を有している。１０００ｎｍよりも厚いと、抵抗が上がり電流が流れにくくなってしまい１０ｎｍより薄いと発光層３６自体の厚さが過度に薄くなり、発光輝度が不足してしまう。
陽極３４と陰極３９は、有機ＥＬ素子３０の所望の位置に電圧を印加するための電極であり、陽極３４は、例えば、ＩＴＯやＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）などを用いることができ、陰極３９は、例えば、Ａｌ／ＬｉＦ電極やＡｇ／Ｍｇ電極などを用いることができる。
第１，第２のキャリア輸送層３５Ａ，３５Ｂは、電子、正孔の輸送能力の高い材料により構成され、第１のキャリア輸送層３５Ａには下記式（１）に示される２−ＴＮＡＴＡ（東洋インキ社製）を用いることができ、第２のキャリア輸送層３５Ｂには、下記式（２）に示されるα−ＮＰＤ（東洋インキ社製）やＥＬ００２（保土ヶ谷化学社製）などを用いることができる。第１，第２のキャリア輸送層３５Ａ，３５Ｂの膜厚は、１０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲に設定され、有機ＥＬ素子を構成する層の数と有機ＥＬ素子全体の厚さに応じて適宜選択される。
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第３，第４のキャリア輸送層３７Ａ，３７Ｂは、電子、正孔の輸送能力の高い材料により構成され、第３のキャリア輸送層３７ＡにはＴＹＥ−７０４（東洋インキ社製）を用いることができ、第４のキャリア輸送層３７Ｂには、ＴＹＧ−２０１（東洋インキ社製）やＣＢＰ（同人化学研究所社製）などを用いることができる。第３，第４のキャリア輸送層３７Ａ，３７Ｂの膜厚は、１０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲に設定され、有機ＥＬ素子を構成する層の数と有機ＥＬ素子全体の厚さに応じて適宜選択される。
発光層３６は、所望の発光色を発光するための材料、例えば有機蛍光体が含まれ、金属錯体等の材料により構成されており、例えば、ＴＹＧ−２０１（東洋インキ社製）や下記式（３）に示したＡｌｑ３（ｔｒｉｓ（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｏ）ａｌｕｍｉｎｉｕｍ）（東洋インキ社製）等を用いることができる。発光層３６の膜厚は、１０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲に設定され、前記キャリア輸送層と同様に適宜厚さが選択される。
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電子輸送層３８は、電子の輸送能力の高い材料により構成され、例えば、ＴＹＥ−７０４（東洋インキ社製）やＴＹＥ−７０３（東洋インキ社製）等を用いることができる。
上記有機ＥＬ素子３０の各層は、例えば、真空蒸着法により圧力を１．３３×１０−４Ｐａ、ガラス基板３３の温度を室温にして形成される。
図４は、第１の実施の形態の有機ＥＬ素子のエネルギーダイアグラムを示した図である。図４中のＥａ、Ｅｇ、Ｉｐは、それぞれ有機ＥＬ素子の各層の電子親和力Ｅａ、エネルギーギャップＥｇ、イオン化ポテンシャルＩｐを示しており、電子親和力Ｅａは伝導レベル４１（伝導帯の下端のエネルギー）と真空準位のエネルギーとの差であり、エネルギーギャップＥｇは伝導レベル４１と価電子レベル４２（価電子帯の上端のエネルギー）のエネルギーとの差であり、イオン化ポテンシャルＩｐは価電子レベル４２と真空準位とのエネルギーの差である。
図４に示すように、発光層３６の陽極３４側に第２のキャリア輸送層３５Ｂが形成され、第２のキャリア輸送層３５Ｂの陽極３４側には第１のキャリア輸送層３５Ａが形成され、発光層３６の陰極３９側には第３のキャリア輸送層３７Ａが形成され、第３のキャリア輸送層３７Ａの陰極３９側には第４のキャリア輸送層３７Ｂが形成されている。
第１のキャリア輸送層３５Ａ、第２のキャリア輸送層３５Ｂのイオン化ポテンシャルをそれぞれ、Ｉｐ３５Ａ、Ｉｐ３５Ｂとすると、第１のキャリア輸送層３５Ａと第２のキャリア輸送層３５Ｂとの関係は、Ｉｐ３５Ａ＜Ｉｐ３５Ｂに設定されている。また、第３のキャリア輸送層３７Ａ、第４のキャリア輸送層３７Ｂの電子親和力をそれぞれ、Ｅａ３７Ａ，Ｅａ３７Ｂとすると、第３のキャリア輸送層３７Ａと第４のキャリア輸送層３７Ｂとの関係は、Ｅａ３７Ａ＜Ｅａ３７Ｂに設定されている。さらに、発光層３６、第２のキャリア輸送層３５Ｂ、第３のキャリア輸送層３７Ａのエネルギーギャップをそれぞれ、Ｅｇ３６、Ｅｇ３５Ｂ、Ｅｇ３７Ａとすると、発光層３６、第２のキャリア輸送層３５Ｂ、第３のキャリア輸送層３７Ａとの関係は、Ｅｇ３６＜Ｅｇ３５Ｂ，Ｅｇ３６＜Ｅｇ３７Ａに設定されている。
正孔の流れについて説明する。正孔は、陽極３４から陰極３９に向かって第１のキャリア輸送層３５Ａと第２のキャリア輸送層３５Ｂを通り発光層３６に達する。しかし、第１のキャリア輸送層３５Ａと第２のキャリア輸送層３５Ｂとの界面には、エネルギー障壁ＢＨ−Ａが形成されている。エネルギー障壁ＢＨ−Ａの高さＥＢＨ−Ａは、第１のキャリア輸送層３５Ａのイオン化ポテンシャルＩｐ３５Ａと第２のキャリア輸送層３５Ｂのイオン化ポテンシャルＩｐ３５Ｂとの差、すなわちＥＢＨ−Ａ＝Ｉｐ３５Ｂ−Ｉｐ３５Ａである。Ｉｐ３５Ｂ＞Ｉｐ３５Ａに設定されているのでＥＢＨ−Ａ＞０である。したがって、正孔はエネルギー障壁ＢＨ−Ａにより第１のキャリア輸送層３５Ａに蓄積され、発光層３６に流れる正孔電流量が低下する。その結果、発光層３６に流れ込む正孔電流量が調整され、電子と正孔が再結合するので発光効率を向上させることができる。
また、第２のキャリア輸送層３５ＢのエネルギーギャップＥｇ３５Ｂは、発光層３６のエネルギーギャップＥｇ３６よりも大きいので、第２のキャリア輸送層３５Ｂでの再結合が抑制され、発光層３６での発光効率を向上させることができる。
次に、電子の流れについて説明する。電子は、陰極３９から陽極３４に向かって、電子輸送層３８、第４のキャリア輸送層３７Ｂ及び第３のキャリア輸送層３７Ａを通り発光層３６に達する。しかし、第４のキャリア輸送層３７Ｂと第３のキャリア輸送層３７Ａとの界面には、エネルギー障壁ＢＥ−Ｂが形成されている。エネルギー障壁ＢＥ−Ｂの高さＥＢＥ−Ｂは、第４のキャリア輸送層３７Ｂの電子親和力Ｅａ３７Ｂと第３のキャリア輸送層３７Ａの電子親和力Ｅａ３７Ａとの差、すなわちＥＢＥ−Ｂ＝Ｅａ３７Ｂ−Ｅａ３７Ａである。Ｅａ３７Ｂ＞Ｅａ３７Ａに設定されているのでＥＢＥ−Ｂ＞０である。したがって、電子は第４のキャリア輸送層３７Ｂに蓄積されて電子電流量が低下し、発光層３６に流れ込む電子電流量の調整ができる。よって、正孔にとってのエネルギー障壁ＢＨ−Ａを複数形成し、かつ電子にとってのエネルギー障壁ＢＥ−Ａを設けることで正孔電流量と電子電流量を調整し、発光層３６での発光効率を向上させることができる。
また、第３のキャリア輸送層３７ＡのエネルギーギャップＥｇ３７Ａは、発光層３６のエネルギーギャップＥｇ３６よりも大きいので、第３のキャリア輸送層３７Ａでの再結合が抑制され、発光層３６での発光効率を向上させることができる。
本実施の形態によれば、上述したように、発光層３６の陽極側に形成された第２のキャリア輸送層３５Ｂと、発光層３６の陰極側に形成された第３のキャリア輸送層３７Ａとでの発光を防ぐと共に、正孔電流量と電子電流量を調整して、発光層３６での発光効率を向上することができる。
［第１実施例］
第１実施例の有機ＥＬ素子を以下のように形成した。ガラス基板３３上に、真空蒸着法により、陽極３４にＩＴＯ電極と、第１のキャリア輸送層３５Ａ／第２のキャリア輸送層３５Ｂに２−ＴＮＡＴＡ層（膜厚３０ｎｍ）／α−ＮＰＤ層（膜厚１０ｎｍ）、２−ＴＮＡＴＡ層（膜厚１０ｎｍ）／α−ＮＰＤ層（膜厚１０ｎｍ）及び２−ＴＮＡＴＡ層（膜厚１０ｎｍ）／α−ＮＰＤ層（膜厚３０ｎｍ）と、発光層３６にノンドープ型の緑色発光するＴＹＧ−２０１層を膜厚２０ｎｍと、第３のキャリア輸送層３７Ａ／第４のキャリア輸送層３７ＢにＴＹＥ−７０４層（膜厚１０ｎｍ）／ＴＹＧ−２０１層（膜厚１０ｎｍ）及びＴＹＥ−７０４層（膜厚１０ｎｍ）／ＴＹＧ−２０１層（膜厚１０ｎｍ）と、電子輸送層３８にＴＹＥ−７０４層を膜厚２０ｎｍと、陰極３９にフッ化リチウム膜が膜厚０．５ｎｍとＡｌ膜が膜厚１００ｎｍからなるＡｌ／ＬｉＦ積層膜を順次形成した。
第１の実施の形態では、発光層の陽極側に第１のキャリア輸送層３５Ａ／第２のキャリア輸送層３５Ｂからなる積層構造を１層のみ形成したが、第１実施例で３層形成した。また、第１の実施の形態では、発光層の陽極側に第３のキャリア輸送層３７Ａ／第４のキャリア輸送層３７Ｂからなる積層構造を１層のみ形成したが、第１実施例では２層形成した。
ここで、本発明を実施する上で重要なエネルギーギャップＥｇとイオン化ポテンシャルＩｐの測定方法について説明する。
エネルギーギャップＥｇは、上記有機ＥＬ素子３０の形成方法と同様な方法を用いて有機ＥＬ素子３０の各層を単独に形成した薄膜を、光吸収スペクトルが測定できる分光光度計装置、例えば、日立社製スペクトロフォトメーターＵ−４１００を用いて大気中で紫外から可視領域の光を薄膜に対して照射して測定した。
図５は、光吸収スペクトルの波長依存性を示した図である。図５中の曲線Ｊは、測定結果である光吸収スペクトルを示している。なお、範囲Ｔは、光吸収スペクトルの強度が立ち上がり部のうち、曲線Ｊが直線になっている部分を示している。範囲Ｕは、光吸収スペクトルの未吸収波長領域において、曲線Ｊが直線になっている部分を示している。直線Ｋは、範囲Ｔに示した曲線Ｊと重なるように引いた直線である。直線Ｌは、範囲Ｕに示した曲線Ｊと重なるように引いた直線である。エネルギーギャップＥｇは、直線Ｋと直線Ｌとの交点Ｍから求められる。
イオン化ポテンシャルＩｐは、エネルギーギャップＥｇの測定に用いた薄膜と同様に形成された薄膜を用いて、大気雰囲気型紫外線光電子分析装置、例えば、理研計器製ＡＣ−１を用いて大気中で紫外線を薄膜に対して照射して、放出される光電子の数を測定して、紫外線のエネルギーと光電子の放出数の平方根との関係から求められる。理研計器製ＡＣ−１の測定条件は、紫外線のエネルギー範囲が３．８〜６．２ｅＶ、紫外線の強度が２０ｎＷである。薄膜の膜厚は、５０ｎｍを用いた。
図６は、紫外線のエネルギーと光電子の放出数の平方根との関係を示した図である。放出される光電子の数は紫外線のエネルギーの大きさに依存し、図６中に示した範囲Ｎにおいては、紫外線のエネルギーが小さいため光電子は放出されないが、範囲Ｏにおいては、紫外線のエネルギーが十分に大きいため、光電子は真空準位よりも高いエネルギーの準位へ励起され、光電子が放出される。図６中に示した直線Ｐは、紫外線のエネルギーが４．２ｅＶ〜５．３ｅＶの間について最小２乗法により引かれた近似直線を示している。直線Ｑは、紫外線のエネルギーが５．６ｅＶ〜５．９ｅＶの間について最小２乗法により引かれた近似直線を示している。
直線Ｐと直線Ｑの交点Ｒは、光電子放出のしきい値エネルギーを示しており、この光電子放出のしきい値エネルギーがイオン化ポテンシャルＩｐである。電子親和力Ｅａは、イオン化ポテンシャルＩｐとエネルギーギャップＥｇとの差（Ｅａ＝Ｉｐ−Ｅｇ）により求められる。
図７は、第１実施例に用いた層の電子親和力Ｅａ、イオン化ポテンシャルＩｐ及びエネルギーギャップＥｇを示した図である。図７に示すように、第１のキャリア輸送層３５Ａに用いた２−ＴＮＡＴＡ層のイオン化ポテンシャルＩｐは５．１９ｅＶであり、第２のキャリア輸送層３５Ｂに用いたα−ＮＰＤ層のイオン化ポテンシャルＩｐは５．４６ｅＶである。よって、２−ＴＮＡＴＡ層とα−ＮＰＤ層のイオン化ポテンシャルＩｐとの差により、第１のキャリア輸送層３５Ａと第２のキャリア輸送層３５Ｂの界面に、０．２７ｅＶの大きさのエネルギー障壁が３つ形成される。また、第４のキャリア輸送層３７Ｂに用いたＴＹＧ−２０１層の電子親和力Ｅａは３．２０ｅＶであり、第３のキャリア輸送層３７Ａに用いたＴＹＥ−７０４層の電子親和力Ｅａは２．９７ｅＶである。
したがって、ＴＹＧ−２０１層とＴＹＥ−７０４層の電子親和力Ｅａの差により、第４のキャリア輸送層３７Ｂと第３のキャリア輸送層３７Ａの界面に、０．２３ｅＶの大きさのエネルギー障壁が２つ形成される。その結果、第１のキャリア輸送層３５Ａと第２のキャリア輸送層３５Ｂの界面に形成された３つのエネルギー障壁により、第１のキャリア輸送層に用いた２−ＴＮＡＴＡ層にそれぞれ正孔が蓄積されて、正孔電流量は低下する。また、第４のキャリア輸送層３７Ｂと第３のキャリア輸送層３７Ａの界面に形成された２つのエネルギー障壁により、第４のキャリア輸送層に用いたＴＹＧ−２０１層にそれぞれ電子が蓄積されて、電子電流量が低下する。その結果、発光層３６に流れる電子電流量と正孔電流量とが調節されて、電子と正孔が再結合するため、発光効率を向上させることができる。
また、第２のキャリア輸送層３５Ｂに用いたα−ＮＰＤ層のエネルギーギャップＥｇは３．０４ｅＶであり、第３のキャリア輸送層３７Ａに用いたＴＹＥ−７０４層のエネルギーギャップＥｇは２．７６ｅＶであり、発光層３６のエネルギーギャップＥｇは２．４０ｅＶである。よって、第２のキャリア輸送層３５ＢのエネルギーギャップＥｇは、発光層３６のエネルギーギャップＥｇよりも０．６４ｅＶ大きく、第３のキャリア輸送層３７ＡのエネルギーギャップＥｇは、発光層３６のエネルギーギャップＥｇよりも０．３６ｅＶ大きいため、発光層３６での電子と正孔の再結合する確率が増加し、発光層３６に用いたＴＹＧ−２０１層の発光効率を向上させることができる。
［第２実施例］
図８は、第２実施例の有機ＥＬ素子の層構成を示した図である。
第２の実施例は、第１実施例において、発光層３６と陽極との間に第１のキャリア輸送層３５Ａ／第２のキャリア輸送層３５Ｂからなる積層構造を１組少なく形成したものである。なお、有機ＥＬ素子の全体の厚さにより各層の膜厚が決定されている。
第２実施例によれば、第１実施例よりも第１のキャリア輸送層３５Ａ／第２のキャリア輸送層３５Ｂが１組少なく形成されている。先の発明が解決しようとする課題で述べたように正孔電流量と電子電流量の大きさは、有機ＥＬ素子を構成する膜の種類や積層する膜厚により変わる。したがって、有機ＥＬ素子の正孔電流量が電子電流量と比較してあまり大きくない場合には、第１実施例のように３つのエネルギー障壁を形成すると、正孔電流量が小さくなりすぎて発光効率が低下してしまう。したがって、正孔にとってのエネルギー障壁を１つ少なく形成して、第１実施例よりも正孔電流量の低下を抑制することで、より多くの電子が正孔との再結合に寄与し、有機ＥＬ素子全体の発光効率を高めることができる。
［発光効率の評価］
次に、第１及び第２実施例の有機ＥＬ素子の発光輝度の評価を行なった。本発明によらない比較例１〜３の有機ＥＬ素子を作成して評価した。
比較例１の有機ＥＬ素子は、ガラス基板上に、真空蒸着法を用いて、陽極にＩＴＯ電極と、正孔注入層に２−ＴＮＡＴＡ層を膜厚３０ｎｍと、正孔輸送層にα−ＮＰＤ層を膜厚５０ｎｍと、発光層にノンドープ型の緑色発光するＴＹＧ−２０１層を膜厚４０ｎｍと、電子輸送層にＴＹＥ−７０４層を膜厚４０ｎｍと、フッ化リチウム膜が膜厚０．５ｎｍとＡｌ膜が膜厚１００ｎｍからなるＡｌ／ＬｉＦ積層膜とが順次形成された構成とした。真空蒸着装置内の圧力とガラス基板の温度は、圧力が１．３３×１０−４Ｐａ、ガラス基板の温度は室温とした。次に、比較例２〜３の有機ＥＬ素子を比較例１と同様な方法により形成した。
図９は、比較例２及び３の有機ＥＬ素子の膜構成を示した図である。
次に、第１実施例及び第２実施例の有機ＥＬ素子に電圧を印加し、陽極から発光層の陽極側に接する第２のキャリア輸送層の間に流れる電流量と、陰極から発光層の陰極側に接する第３のキャリア輸送層の間に流れる電流量とを別々に測定した。また、比較例１の有機ＥＬ素子に電圧を印加し、陽極から正孔輸送層の間の電流量と、陰極から電子輸送層の間の電流量とを別々に測定した。
なお、第１実施例及び第２実施例の発光層の陽極側に接する第２のキャリア輸送層から陽極の間に流れる電流量と、比較例１の陽極から正孔輸送層の間の電流量は、正孔が陽極から陰極側へ移動することで発生する電流量と考えることができ、本評価ではこの電流量を正孔電流量と定義する。また、第１実施例及び第２実施例の発光層の陰極側に接する第３のキャリア輸送層から陰極の間に流れる電流量と、比較例１の陰極から電子輸送層の間の電流量は、電子が陰極から陽極側へ移動することで発生する電流量と考えることができ、本評価ではこの電流量を電子電流量と定義する。
図１０は、第１実施例の有機ＥＬ素子の正孔電流量と電圧の関係を示した図であり、図１１は、第２実施例の有機ＥＬ素子の正孔電流量と電圧の関係を示した図であり、図１２は、比較例１の有機ＥＬ素子の正孔電流量と電圧の関係を示した図である。
図１０に示した第１実施例の有機ＥＬ素子には、発光層の陽極側にエネルギー障壁が３つ形成されており、図１１に示した第２実施例の有機ＥＬ素子には、発光層の陽極側にエネルギー障壁が２つ形成されている。また、図１２に示した比較例１にはエネルギー障壁が１つ形成されている。図１０〜図１２に示すように、発光層の陽極側にエネルギー障壁が多く形成されると、正孔電流量が低下することが分かる。
図１３は、第１実施例の有機ＥＬ素子の電子電流量と電圧の関係を示した図である。図１３に示した有機ＥＬ素子は、発光層の陰極側にエネルギー障壁が２つ形成されている。図１３の電子電流量と図１１に示した発光層の陽極側に２つのエネルギー障壁が形成した場合の正孔電流量とを比較すると、正孔電流量は電子電流量よりも大きいことが分かる。このことから、エネルギー障壁を形成しない場合には、正孔電流量は電子電流量よりも大きいことが分かる。
図１４は、有機ＥＬ素子の発光効率の電圧依存性を示した図である。図１４に示すように、第２実施例の有機ＥＬ素子の発光効率が最も高いことが分かる。
ここで、正孔にとってのエネルギー障壁を多く設けた第１実施例よりも、第２実施例の有機ＥＬ素子の発光効率が高くなった原因についての考察を行う。有機ＥＬ素子の発光効率を向上させるためには、正孔電流量を小さくすることと、発光層３６において再結合に寄与する電子の数と正孔の数との差を小さくすることが必要である。電子電流量は、電子の数と電子の移動度により決まり、正孔電流量は、正孔の数と正孔の移動度により決まる。また、一般的に電子の移動度は、正孔の移動度よりも小さいため、電子の数と正孔の数とが同じ場合でも電子電流量と正孔電流量とは同じにはならない。エネルギー障壁を形成しない場合には、正孔電流量は電子電流量よりも大きく、正孔にとってのエネルギー障壁を設けることで、正孔電流量が減少すると共に、正孔の数も減少する。実施例１においては、正孔にとってのエネルギー障壁が３つ形成されており、電子と再結合する正孔の数を必要以上に減少させてしまったと考えられる。実施例２では、実施例１よりも少ない２つのエネルギー障壁を設けたため、電子の数と正孔の数との差を小さくできたため、発光効率が向上して実施例１よりも良い結果になったと考えられる。
（第２の実施の形態）
図１５は、本発明の第２の実施の形態の有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ（有機ＥＬディスプレイ）の概要構成を示した斜視図である。図１５に示すように、有機ＥＬディスプレイ５０は、ガラス基板３３上に陰極３９であるＡｌ／ＬｉＦ電極と、陽極３４であるＩＴＯ電極とが直交するように形成され、その間に第１の実施の形態の有機ＥＬ素子を構成する積層体４５が形成された構成となっている。有機ＥＬディスプレイ５０の発光は、発光させたい発光層の領域のＩＴＯ電極とＡｌ／ＬｉＦ電極をそれぞれ指定して電圧を印加して行なう。有機ＥＬディスプレイ５０を上記構成としたことで、発光効率を向上することができる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の記載範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、第１の実施の形態に示した有機ＥＬ素子に設ける正孔のエネルギー障壁と電子のエネルギー障壁の個数は各有機ＥＬ素子に応じて適宜に選択して良い。
産業上利用可能性
本発明によれば、発光層の陽極側に第１のキャリア輸送層と、第１のキャリア輸送層の陰極側に第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１より小さなイオン化ポテンシャルＩｐＰ２を有する第２のキャリア輸送層とを形成することにより、正孔が陽極から発光層へ向かう手前の第１のキャリア輸送層と第２のキャリア輸送層との界面にエネルギー障壁が形成され、第１のキャリア輸送層に正孔が蓄積されて発光層に流れる正孔電流量が低下して、正孔電流量が調節されるため、発光効率を向上させることができる。
【図１】
2004060028.tif 000005
【図２】
2004060028.tif 000006
【図３】
2004060028.tif 000007
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2004060028.tif 000017
【図１４】
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【図１５】
2004060028.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月26日(2005.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【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及び有機エレクトロルミネッセンスディスプレイに係り、特に陽極と陰極の間に複数のキャリア輸送層を形成した有機エレクトロルミネッセンス素子及び有機エレクトロルミネッセンスディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機エレクトロルミネッセンス素子を「有機ＥＬ素子」と称する。）は、小型化が容易であって、消費電力が小さく、面発光が可能であり、液晶素子と比較して印加電圧を大幅に低減できるためフラットディスプレイ等の各種表示装置での利用が注目されており、次世代の発光素子として研究開発が行われている。
【０００３】
図１は、従来の有機ＥＬ素子の断面図を示したものである。図１に示すように、従来の有機ＥＬ素子１０は、透明なガラス基板１１上に、透明なＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）等からなる陽極１２と、正孔輸送層１３と、発光層１４と、電子輸送層１５と、陰極１６が順次積層された構成となっている。正孔輸送層１３は、発光層１４に正孔を効率良く輸送し、正孔密度を増加させ、一方電子輸送層１５は、発光層１４に電子を効率良く輸送し、空間電子密度を増加させ、発光効率を高めている。また、発光層と発光層の間に電子をせき止めるための層を設けて、発光層での発光効率の向上を図る技術が提案されている。
【０００４】
図２は、図１に示す有機ＥＬ素子のエネルギーダイアグラムを示した図である。有機ＥＬ素子１０に電圧が印加されると、正孔２２は陽極１２から発光層１４へ向かって移動し、正孔２２の移動により正孔電流量が発生し、電子２１は陰極１６から発光層１４へ向かって移動し、電子２１の移動により電子電流量が発生する。電子２１と正孔２２が発光層１４に到達すると、電子２１と正孔２２が再結合して放出されたエネルギーによって、発光層１４に含まれる有機蛍光体が励起され発光する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、発光効率は、単位電流当りの発光輝度で表される。したがって、発光層１４での発光効率は有機ＥＬ素子１０に流れる正孔電流量及び電子電流量の大きさで決まり、いずれかの電流量が大きい場合には発光層１４の発光効率は低下する。正孔電流量と電子電流量の大きさは、有機ＥＬ素子を構成する膜の種類や積層する膜厚により変わるが、例えば正孔電流量が電子電流量と比較して過度に大きい場合、発光に寄与せずに消費されてしまう正孔電流量が増加し、発光層１４での発光効率は低下し、消費電力が増大してしまうという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、発光層に流れ込む正孔電流量及び電子電流量を調整し、発光層での電子と正孔の再結合を効率良く行い、発光効率に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子及び有機エレクトロルミネッセンスディスプレイを提供することを概括的課題とする。
【０００７】
本発明のより具体的な課題は、互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、前記発光層の陽極側に形成された第１のキャリア輸送層と、前記第１のキャリア輸送層の陰極側に前記第１のキャリア輸送層と接するように形成された第２のキャリア輸送層と、前記第１のキャリア輸送層と前記第２のキャリア輸送層が交互に積層されて形成された少なくとも一つの積層構造とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１と、前記第２のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ２との関係が、ＩｐＰ１＜ＩｐＰ２である有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することにある。
【０００８】
ここで、イオン化ポテンシャルは、発光層やキャリア輸送層の価電子レベルと真空準位のエネルギーの差であり、正の値で示される。
【０００９】
本発明によれば、発光層の陽極側に第１のキャリア輸送層と、第１のキャリア輸送層の陰極側に第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１より小さなイオン化ポテンシャルＩｐＰ２を有する第２のキャリア輸送層とが形成されている。したがって、正孔が陽極から発光層へ向かう手前の第１のキャリア輸送層と第２のキャリア輸送層との界面にエネルギー障壁が形成され、第１のキャリア輸送層に正孔が蓄積されて発光層に流れる正孔電流量が低下する。その結果、正孔電流量が調節されて、発光効率を向上させることができる。
【００１０】
本発明の他の課題は、前記発光層のエネルギーギャップＥｇＥＭＬと、前記第２のキャリア輸送層のエネルギーギャップＥｇＰ２との関係が、ＥｇＥＭＬ＜ＥｇＰ２である有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することにある。
【００１１】
ここで、エネルギーギャップは、伝導レベルと価電子レベル（価電子帯の上端のエネルギー）のエネルギー差であり、正の値で示される。
【００１２】
本発明によれば、発光層の陽極側に発光層のエネルギーギャップＥｇＥＭＬより大きなエネルギーギャップＥｇＰ２を有する第２のキャリア輸送層が形成されている場合には、第２のキャリア輸送層での電子と正孔の再結合が抑制され、発光層での発光効率を向上させることができる。
【００１３】
本発明のその他の課題は、互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、前記発光層の陽極側に形成された第１のキャリア輸送層と、前記第１のキャリア輸送層の陰極側に前記第１のキャリア輸送層と接するように形成された第２のキャリア輸送層と、前記第１のキャリア輸送層と前記第２のキャリア輸送層が交互に積層されて形成された少なくとも一つの積層構造と、前記発光層の陰極側に形成された第３のキャリア輸送層と、前記第３のキャリア輸送層の陰極側に前記第３のキャリア輸送層と接するように形成された第４のキャリア輸送層と、前記第３のキャリア輸送層と前記第４のキャリア輸送層が交互に積層されて形成された少なくとも一つの積層構造とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１と、前記第２のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ２との関係が、ＩｐＰ１＜ＩｐＰ２であり、かつ前記第３のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ３と、前記第４のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ４との関係が、ＥａＰ３＜ＥａＰ４である有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することにある。
【００１４】
ここで、電子親和力は、発光層やキャリア輸送層の伝導レベル（伝導帯の下端のエネルギー）と真空準位のエネルギー差であり、正の値で示される。
【００１５】
本発明によれば、発光層の陽極側に、第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１より大きなイオン化ポテンシャルＩｐＰ２を有する第２のキャリア輸送層が第１のキャリア輸送層の陰極側に接するように形成されているため、正孔が陽極から発光層へ向かう手前の第１のキャリア輸送層と第２のキャリア輸送層との界面にエネルギー障壁が形成される。また、発光層の陰極側には、第３のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ３より大きな電子親和力ＥａＰ４を有する第４のキャリア輸送層が第３のキャリア輸送層の陰極側に接するように形成されているため、電子が陰極から発光層へ向かう手前の第４のキャリア輸送層と第３のキャリア輸送層に対してエネルギー障壁が形成されるため、正孔電流量と電子電流量が調整されて、発光効率を向上することができる。
【００１６】
本発明のその他の課題は、前記発光層のエネルギーギャップＥｇＥＭＬと、前記第２のキャリア輸送層のエネルギーギャップＥｇＰ２と、前記第３のキャリア輸送層のエネルギーギャップＥｇＰ３との関係が、ＥｇＥＭＬ＜ＥｇＰ２，ＥｇＥＭＬ＜ＥｇＰ３である有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することにある。
【００１７】
本発明によれば、発光層の陽極側には発光層のエネルギーギャップＥｇＥＭＬよりも大きなエネルギーギャップを有する第２のキャリア輸送層が形成され、発光層の陰極側には発光層のエネルギーギャップＥｇＥＭＬよりも大きなエネルギーギャップを有する第３のキャリア輸送層が形成されている場合には、第２のキャリア輸送層及び第３のキャリア輸送層での電子と正孔の再結合が抑制され、発光層の発光効率を向上させることができる。
【００１８】
本発明のその他の課題は、互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、前記発光層の陽極側に形成された第１のキャリア輸送層と、前記第１のキャリア輸送層の陰極側に前記第１のキャリア輸送層と接するように形成された第２のキャリア輸送層と、前記第１のキャリア輸送層と前記第２のキャリア輸送層が交互に積層されて形成された少なくとも一つの積層構造とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた有機エレクトロルミネッセンスディスプレイであって、前記第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１と、前記第２のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ２との関係が、ＩｐＰ１＜ＩｐＰ２であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンスディスプレイを提供することにある。
【００１９】
本発明によれば、発光層の陽極側に第１のキャリア輸送層と、第１のキャリア輸送層の陰極側に第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１より小さなイオン化ポテンシャルＩｐＰ２を有する第２のキャリア輸送層とが形成されている。したがって、正孔が陽極から発光層へ向かう手前の第１のキャリア輸送層と第２のキャリア輸送層との界面にエネルギー障壁が形成され、第１のキャリア輸送層に正孔が蓄積されて発光層に流れる正孔電流量が低下するため、正孔電流量が調節されて、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率を向上させることができ、上記有機エレクトロルミネッセンス素子を有機エレクトロルミネッセンスディスプレイに形成することで、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイの視認性の向上及び低消費電力化が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図３は、本発明の第１の実施の形態の有機ＥＬ素子の断面図である。図３に示すように、有機ＥＬ素子３０は、ガラス基板３３上に、陽極３４と、第１のキャリア輸送層３５Ａと、第２のキャリア輸送層３５Ｂと、発光層３６と、第３のキャリア輸送層３７Ａと、第４のキャリア輸送層３７Ｂと、電子輸送層３８と、陰極３９とが順次形成された構成となっている。第１のキャリア輸送層３５Ａには、第２のキャリア輸送層３５Ｂよりもイオン化ポテンシャルＩｐが小さく、第３のキャリア輸送層３７Ａには、第４のキャリア輸送層３７Ｂよりも電子親和力Ｅａが小さい材料が用いられている。
【００２２】
有機ＥＬ素子３０は、１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の膜厚を有している。１０００ｎｍよりも厚いと、抵抗が上がり電流が流れにくくなってしまい１０ｎｍより薄いと発光層３６自体の厚さが過度に薄くなり、発光輝度が不足してしまう。
【００２３】
陽極３４と陰極３９は、有機ＥＬ素子３０の所望の位置に電圧を印加するための電極であり、陽極３４は、例えば、ＩＴＯやＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）などを用いることができ、陰極３９は、例えば、Ａｌ／ＬｉＦ電極やＡｇ／Ｍｇ電極などを用いることができる。
【００２４】
第１，第２のキャリア輸送層３５Ａ，３５Ｂは、電子、正孔の輸送能力の高い材料により構成され、第１のキャリア輸送層３５Ａには下記式（１）に示される２−ＴＮＡＴＡ（東洋インキ社製）を用いることができ、第２のキャリア輸送層３５Ｂには、下記式（２）に示されるα−ＮＰＤ（東洋インキ社製）やＥＬ００２（保土ヶ谷化学社製）などを用いることができる。第１，第２のキャリア輸送層３５Ａ，３５Ｂの膜厚は、１０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲に設定され、有機ＥＬ素子を構成する層の数と有機ＥＬ素子全体の厚さに応じて適宜選択される。
2004060028.tif 000020
2004060028.tif 000021
第３，第４のキャリア輸送層３７Ａ，３７Ｂは、電子、正孔の輸送能力の高い材料により構成され、第３のキャリア輸送層３７ＡにはＴＹＥ−７０４（東洋インキ社製）を用いることができ、第４のキャリア輸送層３７Ｂには、ＴＹＧ−２０１（東洋インキ社製）やＣＢＰ（同人化学研究所社製）などを用いることができる。第３，第４のキャリア輸送層３７Ａ，３７Ｂの膜厚は、１０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲に設定され、有機ＥＬ素子を構成する層の数と有機ＥＬ素子全体の厚さに応じて適宜選択される。
【００２５】
発光層３６は、所望の発光色を発光するための材料、例えば有機蛍光体が含まれ、金属錯体等の材料により構成されており、例えば、ＴＹＧ−２０１（東洋インキ社製）や下記式（３）に示したＡｌｑ３（ｔｒｉｓ（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｏ）ａｌｕｍｉｎｉｕｍ）（東洋インキ社製）等を用いることができる。発光層３６の膜厚は、１０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲に設定され、前記キャリア輸送層と同様に適宜厚さが選択される。
2004060028.tif 000022
電子輸送層３８は、電子の輸送能力の高い材料により構成され、例えば、ＴＹＥ−７０４（東洋インキ社製）やＴＹＥ−７０３（東洋インキ社製）等を用いることができる。
【００２６】
上記有機ＥＬ素子３０の各層は、例えば、真空蒸着法により圧力を１．３３×１０−４Ｐａ、ガラス基板３３の温度を室温にして形成される。
【００２７】
図４は、第１の実施の形態の有機ＥＬ素子のエネルギーダイアグラムを示した図である。図４中のＥａ、Ｅｇ、Ｉｐは、それぞれ有機ＥＬ素子の各層の電子親和力Ｅａ、エネルギーギャップＥｇ、イオン化ポテンシャルＩｐを示しており、電子親和力Ｅａは伝導レベル４１（伝導帯の下端のエネルギー）と真空準位のエネルギーとの差であり、エネルギーギャップＥｇは伝導レベル４１と価電子レベル４２（価電子帯の上端のエネルギー）のエネルギーとの差であり、イオン化ポテンシャルＩｐは価電子レベル４２と真空準位とのエネルギーの差である。
【００２８】
図４に示すように、発光層３６の陽極３４側に第２のキャリア輸送層３５Ｂが形成され、第２のキャリア輸送層３５Ｂの陽極３４側には第１のキャリア輸送層３５Ａが形成され、発光層３６の陰極３９側には第３のキャリア輸送層３７Ａが形成され、第３のキャリア輸送層３７Ａの陰極３９側には第４のキャリア輸送層３７Ｂが形成されている。
【００２９】
第１のキャリア輸送層３５Ａ、第２のキャリア輸送層３５Ｂのイオン化ポテンシャルをそれぞれ、Ｉｐ３５Ａ、Ｉｐ３５Ｂとすると、第１のキャリア輸送層３５Ａと第２のキャリア輸送層３５Ｂとの関係は、Ｉｐ３５Ａ＜Ｉｐ３５Ｂに設定されている。また、第３のキャリア輸送層３７Ａ、第４のキャリア輸送層３７Ｂの電子親和力をそれぞれ、Ｅａ３７Ａ、Ｅａ３７Ｂとすると、第３のキャリア輸送層３７Ａと第４のキャリア輸送層３７Ｂとの関係は、Ｅａ３７Ａ＜Ｅａ３７Ｂに設定されている。さらに、発光層３６、第２のキャリア輸送層３５Ｂ、第３のキャリア輸送層３７Ａのエネルギーギャップをそれぞれ、Ｅｇ３６、Ｅｇ３５Ｂ、Ｅｇ３７Ａとすると、発光層３６、第２のキャリア輸送層３５Ｂ、第３のキャリア輸送層３７Ａとの関係は、Ｅｇ３６＜Ｅｇ３５Ｂ，Ｅｇ３６＜Ｅｇ３７Ａに設定されている。
【００３０】
正孔の流れについて説明する。正孔は、陽極３４から陰極３９に向かって第１のキャリア輸送層３５Ａと第２のキャリア輸送層３５Ｂを通り発光層３６に達する。しかし、第１のキャリア輸送層３５Ａと第２のキャリア輸送層３５Ｂとの界面には、エネルギー障壁ＢＨ−Ａが形成されている。エネルギー障壁ＢＨ−Ａの高さＥＢＨ−Ａは、第１のキャリア輸送層３５Ａのイオン化ポテンシャルＩｐ３５Ａと第２のキャリア輸送層３５Ｂのイオン化ポテンシャルＩｐ３５Ｂとの差、すなわちＥＢＨ−Ａ＝Ｉｐ３５Ｂ―Ｉｐ３５Ａである。Ｉｐ３５Ｂ＞Ｉｐ３５Ａに設定されているのでＥＢＨ−Ａ＞０である。したがって、正孔はエネルギー障壁ＢＨ−Ａにより第１のキャリア輸送層３５Ａに蓄積され、発光層３６に流れる正孔電流量が低下する。その結果、発光層３６に流れ込む正孔電流量が調整され、電子と正孔が再結合するので発光効率を向上させることができる。
【００３１】
また、第２のキャリア輸送層３５ＢのエネルギーギャップＥｇ３５Ｂは、発光層３６のエネルギーギャップＥｇ３６よりも大きいので、第２のキャリア輸送層３５Ｂでの再結合が抑制され、発光層３６での発光効率を向上させることができる。
【００３２】
次に、電子の流れについて説明する。電子は、陰極３９から陽極３４に向かって、電子輸送層３８、第４のキャリア輸送層３７Ｂ及び第３のキャリア輸送層３７Ａを通り発光層３６に達する。しかし、第４のキャリア輸送層３７Ｂと第３のキャリア輸送層３７Ａとの界面には、エネルギー障壁ＢＥ−Ｂが形成されている。エネルギー障壁ＢＥ−Ｂの高さＥＢＥ−Ｂは、第４のキャリア輸送層３７Ｂの電子親和力Ｅａ３７Ｂと第３のキャリア輸送層３７Ａの電子親和力Ｅａ３７Ａとの差、すなわちＥＢＥ−Ｂ＝Ｅａ３７Ｂ―Ｅａ３７Ａである。Ｅａ３７Ｂ＞Ｅａ３７Ａに設定されているのでＥＢＥ−Ｂ＞０である。したがって、電子は第４のキャリア輸送層３７Ｂに蓄積されて電子電流量が低下し、発光層３６に流れ込む電子電流量の調整ができる。よって、正孔にとってのエネルギー障壁ＢＨ−Ａを複数形成し、かつ電子にとってのエネルギー障壁ＢＥ−Ａを設けることで正孔電流量と電子電流量を調整し、発光層３６での発光効率を向上させることができる。
【００３３】
また、第３のキャリア輸送層３７ＡのエネルギーギャップＥｇ３７Ａは、発光層３６のエネルギーギャップＥｇ３６よりも大きいので、第３のキャリア輸送層３７Ａでの再結合が抑制され、発光層３６での発光効率を向上させることができる。
【００３４】
本実施の形態によれば、上述したように、発光層３６の陽極側に形成された第２のキャリア輸送層３５Ｂと、発光層３６の陰極側に形成された第３のキャリア輸送層３７Ａとでの発光を防ぐと共に、正孔電流量と電子電流量を調整して、発光層３６での発光効率を向上することができる。
【００３５】
［第１実施例］
第１実施例の有機ＥＬ素子を以下のように形成した。ガラス基板３３上に、真空蒸着法により、陽極３４にＩＴＯ電極と、第１のキャリア輸送層３５Ａ／第２のキャリア輸送層３５Ｂに２−ＴＮＡＴＡ層（膜厚３０ｎｍ）／α−ＮＰＤ層（膜厚１０ｎｍ）、２−ＴＮＡＴＡ層（膜厚１０ｎｍ）／α−ＮＰＤ層（膜厚１０ｎｍ）及び２−ＴＮＡＴＡ層（膜厚１０ｎｍ）／α−ＮＰＤ層（膜厚３０ｎｍ）と、発光層３６にノンドープ型の緑色発光するＴＹＧ−２０１層を膜厚２０ｎｍと、第３のキャリア輸送層３７Ａ／第４のキャリア輸送層３７ＢにＴＹＥ−７０４層（膜厚１０ｎｍ）／ＴＹＧ−２０１層（膜厚１０ｎｍ）及びＴＹＥ−７０４層（膜厚１０ｎｍ）／ＴＹＧ−２０１層（膜厚１０ｎｍ）と、電子輸送層３８にＴＹＥ−７０４層を膜厚２０ｎｍと、陰極３９にフッ化リチウム膜が膜厚０．５ｎｍとＡｌ膜が膜厚１００ｎｍからなるＡｌ／ＬｉＦ積層膜を順次形成した。
【００３６】
第１の実施の形態では、発光層の陽極側に第１のキャリア輸送層３５Ａ／第２のキャリア輸送層３５Ｂからなる積層構造を１層のみ形成したが、第１実施例で３層形成した。また、第１の実施の形態では、発光層の陽極側に第３のキャリア輸送層３７Ａ／第４のキャリア輸送層３７Ｂからなる積層構造を１層のみ形成したが、第１実施例では２層形成した。
【００３７】
ここで、本発明を実施する上で重要なエネルギーギャップＥｇとイオン化ポテンシャルＩｐの測定方法について説明する。
【００３８】
エネルギーギャップＥｇは、上記有機ＥＬ素子３０の形成方法と同様な方法を用いて有機ＥＬ素子３０の各層を単独に形成した薄膜を、光吸収スペクトルが測定できる分光光度計装置、例えば、日立社製スペクトロフォトメーターＵ−４１００を用いて大気中で紫外から可視領域の光を薄膜に対して照射して測定した。
【００３９】
図５は、光吸収スペクトルの波長依存性を示した図である。図５中の曲線Ｊは、測定結果である光吸収スペクトルを示している。なお、範囲Ｔは、光吸収スペクトルの強度が立ち上がり部のうち、曲線Ｊが直線になっている部分を示している。範囲Ｕは、光吸収スペクトルの未吸収波長領域において、曲線Ｊが直線になっている部分を示している。直線Ｋは、範囲Ｔに示した曲線Ｊと重なるように引いた直線である。直線Ｌは、範囲Ｕに示した曲線Ｊと重なるように引いた直線である。エネルギーギャップＥｇは、直線Ｋと直線Ｌとの交点Ｍから求められる。
【００４０】
イオン化ポテンシャルＩｐは、エネルギーギャップＥｇの測定に用いた薄膜と同様に形成された薄膜を用いて、大気雰囲気型紫外線光電子分析装置、例えば、理研計器製ＡＣ−１を用いて大気中で紫外線を薄膜に対して照射して、放出される光電子の数を測定して、紫外線のエネルギーと光電子の放出数の平方根との関係から求められる。理研計器製ＡＣ−１の測定条件は、紫外線のエネルギー範囲が３．８〜６．２ｅＶ、紫外線の強度が２０ｎＷである。薄膜の膜厚は、５０ｎｍを用いた。
【００４１】
図６は、紫外線のエネルギーと光電子の放出数の平方根との関係を示した図である。放出される光電子の数は紫外線のエネルギーの大きさに依存し、図６中に示した範囲Ｎにおいては、紫外線のエネルギーが小さいため光電子は放出されないが、範囲Ｏにおいては、紫外線のエネルギーが十分に大きいため、光電子は真空準位よりも高いエネルギーの準位へ励起され、光電子が放出される。図６中に示した直線Ｐは、紫外線のエネルギーが４．２ｅＶ〜５．３ｅＶの間について最小２乗法により引かれた近似直線を示している。直線Ｑは、紫外線のエネルギーが５．６ｅＶ〜５．９ｅＶの間について最小２乗法により引かれた近似直線を示している。
【００４２】
直線Ｐと直線Ｑの交点Ｒは、光電子放出のしきい値エネルギーを示しており、この光電子放出のしきい値エネルギーがイオン化ポテンシャルＩｐである。電子親和力Ｅaは、イオン化ポテンシャルＩｐとエネルギーギャップＥｇとの差（Ｅａ＝Ｉｐ―Ｅｇ）により求められる。
【００４３】
図７は、第１実施例に用いた層の電子親和力Ｅａ、イオン化ポテンシャルＩｐ及びエネルギーギャップＥｇを示した図である。図７に示すように、第１のキャリア輸送層３５Ａに用いた２−ＴＮＡＴＡ層のイオン化ポテンシャルＩｐは５．１９ｅＶであり、第２のキャリア輸送層３５Ｂに用いたα−ＮＰＤ層のイオン化ポテンシャルＩｐは５．４６ｅＶである。よって、２−ＴＮＡＴＡ層とα−ＮＰＤ層のイオン化ポテンシャルＩｐとの差により、第１のキャリア輸送層３５Ａと第２のキャリア輸送層３５Ｂの界面に、０．２７ｅＶの大きさのエネルギー障壁が３つ形成される。また、第４のキャリア輸送層３７Ｂに用いたＴＹＧ−２０１層の電子親和力Ｅａは３．２０ｅＶであり、第３のキャリア輸送層３７Ａに用いたＴＹＥ−７０４層の電子親和力Ｅａは２．９７ｅＶである。
【００４４】
したがって、ＴＹＧ−２０１層とＴＹＥ−７０４層の電子親和力Ｅａの差により、第４のキャリア輸送層３７Ｂと第３のキャリア輸送層３７Ａの界面に、０．２３ｅＶの大きさのエネルギー障壁が２つ形成される。その結果、第１のキャリア輸送層３５Ａと第２のキャリア輸送層３５Ｂの界面に形成された３つのエネルギー障壁により、第１のキャリア輸送層に用いた２−ＴＮＡＴＡ層にそれぞれ正孔が蓄積されて、正孔電流量は低下する。また、第４のキャリア輸送層３７Ｂと第３のキャリア輸送層３７Ａの界面に形成された２つのエネルギー障壁により、第４のキャリア輸送層に用いたＴＹＧ−２０１層にそれぞれ電子が蓄積されて、電子電流量が低下する。その結果、発光層３６に流れる電子電流量と正孔電流量とが調節されて、電子と正孔が再結合するため、発光効率を向上させることができる。
【００４５】
また、第２のキャリア輸送層３５Ｂに用いたα―ＮＰＤ層のエネルギーギャップＥｇは３．０４ｅＶであり、第３のキャリア輸送層３７Ａに用いたＴＹＥ−７０４層のエネルギーギャップＥｇは２．７６ｅＶであり、発光層３６のエネルギーギャップＥｇは２．４０ｅＶである。よって、第２のキャリア輸送層３５ＢのエネルギーギャップＥｇは、発光層３６のエネルギーギャップＥｇよりも０．６４ｅＶ大きく、第３のキャリア輸送層３７ＡのエネルギーギャップＥｇは、発光層３６のエネルギーギャップＥｇよりも０．３６ｅＶ大きいため、発光層３６での電子と正孔の再結合する確率が増加し、発光層３６に用いたＴＹＧ−２０１層の発光効率を向上させることができる。
【００４６】
［第２実施例］
図８は、第２実施例の有機ＥＬ素子の層構成を示した図である。
【００４７】
第２の実施例は、第１実施例において、発光層３６と陽極との間に第１のキャリア輸送層３５Ａ／第２のキャリア輸送層３５Ｂからなる積層構造を１組少なく形成したものである。なお、有機ＥＬ素子の全体の厚さにより各層の膜厚が決定されている。
【００４８】
第２実施例によれば、第１実施例よりも第１のキャリア輸送層３５Ａ／第２のキャリア輸送層３５Ｂが１組少なく形成されている。先の発明が解決しようとする課題で述べたように正孔電流量と電子電流量の大きさは、有機ＥＬ素子を構成する膜の種類や積層する膜厚により変わる。したがって、有機ＥＬ素子の正孔電流量が電子電流量と比較してあまり大きくない場合には、第１実施例のように３つのエネルギー障壁を形成すると、正孔電流量が小さくなりすぎて発光効率が低下してしまう。したがって、正孔にとってのエネルギー障壁を１つ少なく形成して、第１実施例よりも正孔電流量の低下を抑制することで、より多くの電子が正孔との再結合に寄与し、有機ＥＬ素子全体の発光効率を高めることができる。
【００４９】
［発光効率の評価］
次に、第１及び第２実施例の有機ＥＬ素子の発光輝度の評価を行なった。本発明によらない比較例１〜３の有機ＥＬ素子を作成して評価した。
【００５０】
比較例１の有機ＥＬ素子は、ガラス基板上に、真空蒸着法を用いて、陽極にＩＴＯ電極と、正孔注入層に２−ＴＮＡＴＡ層を膜厚３０ｎｍと、正孔輸送層にα−ＮＰＤ層を膜厚５０ｎｍと、発光層にノンドープ型の緑色発光するＴＹＧ−２０１層を膜厚４０ｎｍと、電子輸送層にＴＹＥ−７０４層を膜厚４０ｎｍと、フッ化リチウム膜が膜厚０．５ｎｍとＡｌ膜が膜厚１００ｎｍからなるＡｌ／ＬｉＦ積層膜とが順次形成された構成とした。真空蒸着装置内の圧力とガラス基板の温度は、圧力が１．３３×１０−４Ｐａ、ガラス基板の温度は室温とした。次に、比較例２〜３の有機ＥＬ素子を比較例１と同様な方法により形成した。
【００５１】
図９は、比較例２及び３の有機ＥＬ素子の膜構成を示した図である。
【００５２】
次に、第１実施例及び第２実施例の有機ＥＬ素子に電圧を印加し、陽極から発光層の陽極側に接する第２のキャリア輸送層の間に流れる電流量と、陰極から発光層の陰極側に接する第３のキャリア輸送層の間に流れる電流量とを別々に測定した。また、比較例１の有機ＥＬ素子に電圧を印加し、陽極から正孔輸送層の間の電流量と、陰極から電子輸送層の間の電流量とを別々に測定した。
なお、第１実施例及び第２実施例の発光層の陽極側に接する第２のキャリア輸送層から陽極の間に流れる電流量と、比較例１の陽極から正孔輸送層の間の電流量は、正孔が陽極から陰極側へ移動することで発生する電流量と考えることができ、本評価ではこの電流量を正孔電流量と定義する。また、第１実施例及び第２実施例の発光層の陰極側に接する第３のキャリア輸送層から陰極の間に流れる電流量と、比較例１の陰極から電子輸送層の間の電流量は、電子が陰極から陽極側へ移動することで発生する電流量と考えることができ、本評価ではこの電流量を電子電流量と定義する。
【００５３】
図１０は、第１実施例の有機ＥＬ素子の正孔電流量と電圧の関係を示した図であり、図１１は、第２実施例の有機ＥＬ素子の正孔電流量と電圧の関係を示した図であり、図１２は、比較例１の有機ＥＬ素子の正孔電流量と電圧の関係を示した図である。
【００５４】
図１０に示した第１実施例の有機ＥＬ素子には、発光層の陽極側にエネルギー障壁が３つ形成されており、図１１に示した第２実施例の有機ＥＬ素子には、発光層の陽極側にエネルギー障壁が２つ形成されている。また、図１２に示した比較例１にはエネルギー障壁が１つ形成されている。図１０〜図１２に示すように、発光層の陽極側にエネルギー障壁が多く形成されると、正孔電流量が低下することが分かる。
【００５５】
図１３は、第１実施例の有機ＥＬ素子の電子電流量と電圧の関係を示した図である。図１３に示した有機ＥＬ素子は、発光層の陰極側にエネルギー障壁が２つ形成されている。図１３の電子電流量と図１１に示した発光層の陽極側に２つのエネルギー障壁が形成した場合の正孔電流量とを比較すると、正孔電流量は電子電流量よりも大きいことが分かる。このことから、エネルギー障壁を形成しない場合には、正孔電流量は電子電流量よりも大きいことが分かる。
【００５６】
図１４は、有機ＥＬ素子の発光効率の電圧依存性を示した図である。図１４に示すように、第２実施例の有機ＥＬ素子の発光効率が最も高いことが分かる。
【００５７】
ここで、正孔にとってのエネルギー障壁を多く設けた第１実施例よりも、第２実施例の有機ＥＬ素子の発光効率が高くなった原因についての考察を行う。有機ＥＬ素子の発光効率を向上させるためには、正孔電流量を小さくすることと、発光層３６において再結合に寄与する電子の数と正孔の数との差を小さくすることが必要である。電子電流量は、電子の数と電子の移動度により決まり、正孔電流量は、正孔の数と正孔の移動度により決まる。また、一般的に電子の移動度は、正孔の移動度よりも小さいため、電子の数と正孔の数とが同じ場合でも電子電流量と正孔電流量とは同じにはならない。エネルギー障壁を形成しない場合には、正孔電流量は電子電流量よりも大きく、正孔にとってのエネルギー障壁を設けることで、正孔電流量が減少すると共に、正孔の数も減少する。実施例１においては、正孔にとってのエネルギー障壁が３つ形成されており、電子と再結合する正孔の数を必要以上に減少させてしまったと考えられる。実施例２では、実施例１よりも少ない２つのエネルギー障壁を設けたため、電子の数と正孔の数との差を小さくできたため、発光効率が向上して実施例１よりも良い結果になったと考えられる。
【００５８】
（第２の実施の形態）
図１５は、本発明の第２の実施の形態の有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ（有機ＥＬディスプレイ）の概要構成を示した斜視図である。図１５に示すように、有機ＥＬディスプレイ５０は、ガラス基板３３上に陰極３９であるＡｌ／ＬｉＦ電極と、陽極３４であるＩＴＯ電極とが直交するように形成され、その間に第１の実施の形態の有機ＥＬ素子を構成する積層体４５が形成された構成となっている。有機ＥＬディスプレイ５０の発光は、発光させたい発光層の領域のＩＴＯ電極とＡｌ／ＬｉＦ電極をそれぞれ指定して電圧を印加して行なう。有機ＥＬディスプレイ５０を上記構成としたことで、発光効率を向上することができる。
【００５９】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の記載範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００６０】
例えば、第１の実施の形態に示した有機ＥＬ素子に設ける正孔のエネルギー障壁と電子のエネルギー障壁の個数は各有機ＥＬ素子に応じて適宜に選択して良い。
【産業上利用可能性】
【００６１】
本発明によれば、発光層の陽極側に第１のキャリア輸送層と、第１のキャリア輸送層の陰極側に第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１より小さなイオン化ポテンシャルＩｐＰ２を有する第２のキャリア輸送層とを形成することにより、正孔が陽極から発光層へ向かう手前の第１のキャリア輸送層と第２のキャリア輸送層との界面にエネルギー障壁が形成され、第１のキャリア輸送層に正孔が蓄積されて発光層に流れる正孔電流量が低下して、正孔電流量が調節されるため、発光効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来の有機ＥＬ素子の断面図を示した図である。
図２は、図１に示す有機ＥＬ素子のエネルギーダイアグラムを示した図である。
図３は、本発明の第１の実施の形態の有機ＥＬ素子の断面図である。
図４は、第１の実施の形態の有機ＥＬ素子のエネルギーダイアグラムを示した図である。
図５は、光吸収スペクトルの波長依存性を示した図である。
図６は、紫外線のエネルギーと光電子の放出数の平方根との関係を示した図である。
図７は、第１実施例に用いた層の電子親和力Ｅａ、イオン化ポテンシャルＩｐ及びエネルギーギャップＥｇを示した図である。
図８は、第２実施例の有機ＥＬ素子の層構成を示した図である。
図９は、比較例２及び３の有機ＥＬ素子の膜構成を示した図である。
図１０は、第１実施例の有機ＥＬ素子の正孔電流量と電圧の関係を示した図である。
図１１は、第２実施例の有機ＥＬ素子の正孔電流量と電圧の関係を示した図である。
図１２は、比較例１の有機ＥＬ素子の正孔電流量と電圧の関係を示した図である。
図１３は、第１実施例の有機ＥＬ素子の電子電流量の電圧依存性を示した図である。
図１４は、有機ＥＬ素子の発光効率の電圧依存性を示した図である。
図１５は、本発明の第２の実施の形態の有機エレクトロルミネッセンスディスプレイの概要構成を示した斜視図である。
ディスプレイ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、
前記発光層の陽極側に形成された第１のキャリア輸送層と、
前記第１のキャリア輸送層の陰極側に前記第１のキャリア輸送層と接するように形成された第２のキャリア輸送層と、
前記第１のキャリア輸送層と前記第２のキャリア輸送層が交互に積層されて形成された少なくとも一つの積層構造と
を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１と、前記第２のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ２との関係が、ＩｐＰ１＜ＩｐＰ２であ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】
前記第１のキャリア輸送層は、αＮＰＤを用い、前記第２のキャリア輸送層には、２−ＴＮＡＴＡを用いることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記発光層のエネルギーギャップＥｇＥＭＬと前記第２のキャリア輸送層のエネルギーギャップＥｇＰ２との関係が、ＥｇＥＭＬ＜ＥｇＰ２であることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、
前記発光層の陰極側に形成された第１のキャリア輸送層と、
前記第１のキャリア輸送層の陰極側に接するように形成された第２のキャリア輸送層と、
前記第１のキャリア輸送層と前記第２のキャリア輸送層が交互に積層されて形成された少なくとも一つの積層構造と
を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記第１のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ１と、前記第２のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ２との関係が、ＥａＰ１＜ＥａＰ２であ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５】
前記第１のキャリア輸送層には、ＴＹＥ７０４を用い、前記第２のキャリア輸送層には、ＴＹＧ−２０１を用いることを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記発光層のエネルギーギャップＥｇＥＭＬと前記第１のキャリア輸送層のエネルギーギャップＥｇＰ１との関係が、ＥｇＥＭＬ＜ＥｇＰ１であることを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、前記発光層の陽極側に形成された第１のキャリア輸送層と、
前記第１のキャリア輸送層の陰極側に前記第１のキャリア輸送層と接するように形成された第２のキャリア輸送層と、
前記第１のキャリア輸送層と前記第２のキャリア輸送層が交互に積層されて形成された少なくとも一つの積層構造と、  前記発光層の陰極側に形成された第３のキャリア輸送層と、
前記第３のキャリア輸送層の陰極側に前記第３のキャリア輸送層と接するように形成された第４のキャリア輸送層と、
前記第３のキャリア輸送層と前記第４のキャリア輸送層が交互に積層されて形成された少なくとも一つの積層構造と
を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１と、前記第２のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ２との関係が、ＩｐＰ１＜ＩｐＰ２であり、かつ前記第３のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ３と、前記第４のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ４との関係が、ＥａＰ３＜ＥａＰ４であ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８】
前記発光層のエネルギーギャップＥｇＥＭＬと、前記第２のキャリア輸送層のエネルギーギャップＥｇＰ２と、前記第３のキャリア輸送層のエネルギーギャップＥｇＰ３との関係が、ＥｇＥＭＬ＜ＥｇＰ２，ＥｇＥＭＬ＜ＥｇＰ３であることを特徴とする請求項７に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項９】
互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、
前記発光層の陽極側に形成された第１のキャリア輸送層と、
前記第１のキャリア輸送層の陰極側に前記第１のキャリア輸送層と接するように形成された第２のキャリア輸送層と、
前記第１のキャリア輸送層と前記第２のキャリア輸送層が交互に積層されて形成された少なくとも一つの積層構造と
を有する有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた有機エレクトロルミネッセンスディスプレイであって、
前記第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１と、前記第２のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ２との関係が、ＩｐＰ１＜ＩｐＰ２であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ。
【請求項１０】
互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、
前記発光層の陰極側に形成された第１のキャリア輸送層と、
前記第１のキャリア輸送層の陰極側に接するように形成された第２のキャリア輸送層と、
前記第１のキャリア輸送層と前記第２のキャリア輸送層が交互に積層されて形成された少なくとも一つの積層構造と
を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子を有する有機エレクトロルミネッセンスディスプレイであって、
前記第１のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ１と、前記第２のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ２との関係が、ＥａＰ１＜ＥａＰ２であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ。
【請求項１１】
互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、前記発光層の陽極側に形成された第１のキャリア輸送層と、
前記第１のキャリア輸送層の陰極側に前記第１のキャリア輸送層と接するように形成された第２のキャリア輸送層と、
前記第１のキャリア輸送層と前記第２のキャリア輸送層が交互に積層されて形成された少なくとも一つの積層構造と  前記発光層の陰極側に形成された第３のキャリア輸送層と、
前記第３のキャリア輸送層の陰極側に前記第３のキャリア輸送層と接するように形成された第４のキャリア輸送層と、
前記第３のキャリア輸送層と前記第４のキャリア輸送層が交互に積層されて形成された少なくとも一つの積層構造と
を有する有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた有機エレクトロルミネッセンスディスプレイであって、
前記第１のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ１と、前記第２のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐＰ２との関係が、ＩｐＰ１＜ＩｐＰ２であり、かつ前記第３のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ３と、前記第４のキャリア輸送層の電子親和力ＥａＰ４との関係が、ＥａＰ３＜ＥａＰ４であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス
【国際調査報告】
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