(57)【要約】      （修正有）【課題】高い発光効率を有し、駆動電圧を低減させることができる有機ＥＬ素子及びそれを用いた有機ＥＬ表示装置を得る。【解決手段】陽極と、陰極と、陽極及び陰極の間に配置される発光層と、発光層及び陽極の間に配置される少なくとも３つの有機層とを備え、有機層のうち陽極側に設けられる第１の有機層１の最低空分子軌道のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ａ）│と、第１の有機層１の陰極側に隣接して設けられる第２の有機層２の最低空分子軌道のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｂ）│とが、│ＬＵＭＯ（Ａ）│＜│ＬＵＭＯ（Ｂ）│の関係にあり、第２の有機層２の陰極側に隣接して設けられる第３の有機層３の最高被占分子軌道のエネルギーレベルＨＯＭＯ（Ｃ）と、第２の有機層２のＬＵＭＯ（Ｂ）との差の絶対値が、│ＨＯＭＯ（Ｃ）−ＬＵＭＯ（Ｂ）│≦１．５ｅＶの関係にあることを特徴とする。【選択図】図１
2007123611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、陰極と、前記陽極及び前記陰極の間に配置される発光層と、前記発光層及び前記陽極の間に配置される少なくとも３つの有機層とを備える有機エレクトロルミネッセント素子であって、
前記有機層のうち前記陽極側に設けられる第１の有機層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ａ）│と、前記第１の有機層の前記陰極側に隣接して設けられる第２の有機層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｂ）│とが、
│ＬＵＭＯ（Ａ）│＜│ＬＵＭＯ（Ｂ）│の関係にあり、
前記第２の有機層の前記陰極側に隣接して設けられる第３の有機層の最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルＨＯＭＯ（Ｃ）と、前記第２の有機層のＬＵＭＯ（Ｂ）との差の絶対値│ＨＯＭＯ（Ｃ）−ＬＵＭＯ（Ｂ）│が、
│ＨＯＭＯ（Ｃ）−ＬＵＭＯ（Ｂ）│≦１．５ｅＶの関係にあることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項２】
前記第１の有機層の最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＨＯＭＯ（Ａ）│と、前記第２の有機層の最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＨＯＭＯ（Ｂ）│とが、
│ＨＯＭＯ（Ａ）│＜│ＨＯＭＯ（Ｂ）│の関係に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ト素子。
【請求項３】
前記第１の有機層及び前記第３の有機層の少なくともいずれか一方が、３級アリールアミン系材料から形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項４】
前記第２の有機層が、以下に示す構造式で表されるピラジン誘導体から形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【化１】
2007123611.tif 000019
（ここで、Ａｒはアリール基を示し、Ｒは水素、炭素数１〜１０のアルキル基、アルキルオキシ基、ジアルキルアミン基、またはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩもしくはＣＮを示す。）
【請求項５】
前記第２の有機層が、以下に示す構造式で表されるヘキサアザトリフェニレン誘導体から形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【化２】
2007123611.tif 000020
（ここで、Ｒは水素、炭素数１〜１０のアルキル基、アルキルオキシ基、ジアルキルアミン基、またはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩもしくはＣＮを示す。）
【請求項６】
陽極と陰極に挟まれた素子構造を有する有機エレクトロルミネッセント素子と、表示画素毎に対応した表示信号を前記有機エレクトロルミネッセント素子に供給するための能動素子が設けられたアクティブマトリックス駆動基板とを備え、前記有機エレクトロルミネッセント素子を前記アクティブマトリックス駆動基板の上に配置し、前記陰極及び前記陽極のうち前記基板側に設けられる電極を透明電極としたボトムエミッション型の有機エレクトロルミネッセント表示装置であって、
前記有機エレクトロルミネッセント素子が、前記陽極と、前記陰極と、前記陽極及び前記陰極の間に配置される発光層と、前記発光層及び前記陽極の間に配置される少なくとも３つの有機層とを備え、
前記有機層のうち前記陽極側に設けられる第１の有機層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ａ）│と、前記第１の有機層の前記陰極側に隣接して設けられる第２の有機層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｂ）│とが、
│ＬＵＭＯ（Ａ）│＜│ＬＵＭＯ（Ｂ）│の関係にあり、
前記第２の有機層の前記陰極側に隣接して設けられる第３の有機層の最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルＨＯＭＯ（Ｃ）と、前記第２の有機層のＬＵＭＯ（Ｂ）との差の絶対値│ＨＯＭＯ（Ｃ）−ＬＵＭＯ（Ｂ）│が、
│ＨＯＭＯ（Ｃ）−ＬＵＭＯ（Ｂ）│≦１．５ｅＶの関係にあることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント表示装置。
【請求項７】
前記有機エレクトロルミネッセント素子が白色発光素子であり、前記有機エレクトロルミネッセント素子と前記基板との間に、カラーフィルターが配置されていることを特徴とする請求項６に記載の有機エレクトロルミネッセント表示装置。
【請求項８】
陽極と陰極に挟まれた素子構造を有する有機エレクトロルミネッセント素子と、表示画素毎に対応した表示信号を前記有機エレクトロルミネッセント素子に供給するための能動素子が設けられたアクティブマトリックス駆動基板と、該アクティブマトリックス駆動基板と対向して設けられる透明な封止基板とを備え、前記有機エレクトロルミネッセント素子を前記アクティブマトリックス駆動基板と前記封止基板の間に配置し、前記陰極及び前記陽極のうち前記封止基板側に設けられる電極を透明電極としたトップエミッション型の有機エレクトロルミネッセント表示装置であって、
前記有機エレクトロルミネッセント素子が、前記陽極と、前記陰極と、前記陽極及び前記陰極の間に配置される発光層と、前記発光層及び前記陽極の間に配置される少なくとも３つの有機層とを備え、
前記有機層のうち前記陽極側に設けられる第１の有機層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ａ）│と、前記第１の有機層の前記陰極側に隣接して設けられる第２の有機層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｂ）│とが、
│ＬＵＭＯ（Ａ）│＜│ＬＵＭＯ（Ｂ）│の関係にあり、
前記第２の有機層の前記陰極側に隣接して設けられる第３の有機層の最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルＨＯＭＯ（Ｃ）と、前記第２の有機層のＬＵＭＯ（Ｂ）との差の絶対値│ＨＯＭＯ（Ｃ）−ＬＵＭＯ（Ｂ）│が、
│ＨＯＭＯ（Ｃ）−ＬＵＭＯ（Ｂ）│≦１．５ｅＶの関係にあることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント表示装置。
【請求項９】
前記有機エレクトロルミネッセント素子が白色発光素子であり、前記有機エレクトロルミネッセント素子と前記封止基板との間に、カラーフィルターが配置されていることを特徴とする請求項８に記載の有機エレクトロルミネッセント表示装置。
【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ト素子及び有機エレクトロルミネッセント表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセント素子（有機ＥＬ素子）は、ディスプレイや照明への応用の観点から活発に開発が行われている。有機ＥＬ素子の駆動原理は、以下のようなものである。すなわち、陽極及び陰極からそれぞれホールと電子が注入され、これらが有機薄膜中を輸送され、発光層において再結合し励起状態が生じ、この励起状態から発光が得られる。発光効率を高めるためには、効率良くホール及び電子を注入させ、有機薄膜中を輸送させることが必要である。
【０００３】
有機ＥＬ素子においては、電極と発光層の間にホールまたは電子を移送させるための電荷輸送層や電荷注入層等が一般に設けられている。
【０００４】
特許文献１では、陽極側から陰極側にかけてホール注入層、ホール輸送層、電子捕獲層、発光層、及び電子輸送層が積層された構造において、電子捕獲層の母材の伝導帯最低準位が、ホール輸送層の母材の伝導帯最低準位及び発光層の母材の伝導帯最低準位よりも低くすることが提案されている。これにより、陽極側のホール輸送層の母材の劣化を防止している。
【０００５】
特許文献２においては、隣り合う２層のホール輸送層の界面に、隣り合うホール輸送層の構成材料が混合されてなる混合層を介在させることが提案されており、これにより隣り合う２層の電荷輸送層間の密着性を向上させ、発光効率や輝度寿命を向上できる旨説明されている。
【０００６】
特許文献３においては、陰極と発光層の間において、陰極バッファ層と電子輸送層とを交互に少なくとも２回以上積層することにより、電子輸送効率を制御することが提案されている。
【０００７】
従来より、ホール輸送層としては、ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ′−ジ（ナフタセン−１−イル）−Ｎ，Ｎ′−ジフェニルベンジジン）などの３級アリールアミン系材料が用いられているが、キャビティを調整するため、このＮＰＢ等からなるホール輸送層の膜厚を厚くすると、ＮＰＢ等のホール輸送性材料のキャリア移動度が低いため、駆動電圧が高くなるという問題があった。従って、従来より、ＮＰＢ等の膜厚を厚くしても、駆動電圧を低減することができる有機ＥＬ素子の素子構造が求められている。
【特許文献１】特開２００３−１５１７７６号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７０００号公報
【特許文献３】特開２００３−２２９２６９号公報
【非特許文献１】SYNTHESIS,April,1994,378〜380頁“Improved Synthesis of 1,4,5,8,9,12-Hexaazatriphenylenehexacarboxylic Acid”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、高い発光効率を有し、駆動電圧を低減させることができる有機ＥＬ素子及び有機ＥＬ表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の有機ＥＬ素子は、陽極と、陰極と、陽極及び陰極の間に配置される発光層と、発光層及び陽極の間に配置される少なくとも３つの有機層とを備え、有機層のうち陽極側に設けられる第１の有機層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ａ）│と、第１の有機層の陰極側に隣接して設けられる第２の有機層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｂ）│とが、│ＬＵＭＯ（Ａ）│＜│ＬＵＭＯ（Ｂ）│の関係にあり、第２の有機層の陰極側に隣接して設けられる第３の有機層の最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルＨＯＭＯ（Ｃ）と、第２の有機層のＬＵＭＯ（Ｂ）との差の絶対値│ＨＯＭＯ（Ｃ）−ＬＵＭＯ（Ｂ）│が、│ＨＯＭＯ（Ｃ）−ＬＵＭＯ（Ｂ）│≦１．５ｅＶの関係にあることを特徴としている。
【００１０】
本発明においては、発光層及び陽極層の間に第１の有機層、第２の有機層、及び第３の有機層が配置されており、第１の有機層のＬＵＭＯ（Ａ）と、第２の有機層のＬＵＭＯ（Ｂ）とが、
│ＬＵＭＯ（Ａ）│＜│ＬＵＭＯ（Ｂ）│    ………（１）
の関係にある。
【００１１】
また、第２の有機層のＬＵＭＯ（Ｂ）と、第３の有機層のＨＯＭＯ（Ｃ）とが、
│ＨＯＭＯ（Ｃ）−ＬＵＭＯ（Ｂ）│≦１．５ｅＶ    ………（２）
の関係にある。
【００１２】
本発明においては、上記（２）式を満たしているので、第３の有機層のＨＯＭＯ（Ｃ）と、第２の有機層のＬＵＭＯ（Ｂ）との差が１．５ｅＶ以下となっている。このため、第２の有機層は、第３の有機層から容易に電子を引き抜くことができる。
【００１３】
また、上記（１）式を満たしているので、第２の有機層が第３の有機層から引き抜いた電子は、第１の有機層によってブロックされ、第２の有機層中に電子が蓄積する。このため、局所的に高い電界がかかる。本発明に従えば、このように高い電界がかかるため、エネルギーバンドが変化し、駆動電圧の低下が生じるものと考えられる。
【００１４】
本発明においては、第１の有機層の最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＨＯＭＯ（Ａ）│と、第２の有機層の最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＨＯＭＯ（Ｂ）│とが、
│ＨＯＭＯ（Ａ）│＜│ＨＯＭＯ（Ｂ）│    ………（３）
の関係にあることが好ましい。
【００１５】
上記（３）式を満たすことにより、第１の有機層から第２の有機層に流れようとするホールが、第２の有機層のエネルギー障壁によりブロックされるため、第１の有機層と第２の有機層の界面にホールが蓄積される。これにより、さらに局所的に高い電界をかけることができ、駆動電圧をより低下させることができると考えられる。
【００１６】
本発明において、第１の有機層及び第３の有機層は、ホール輸送性材料から形成されていることが好ましい。このようなホール輸送性材料としては、例えば３級アリールアミン系材料を挙げることができる。
【００１７】
本発明において、第２の有機層は、上記（１）及び（２）式を満たすような材料が用いられる。本発明における第２の有機層は、第３の有機層から電子を引き抜く電子引き抜き層として作用する。また、第２の有機層は、上記（３）式を満たすようなものであることが好ましい。このような第２の有機層を形成する材料として、以下に示す構造式で表されるピラジン誘導体が挙げられる。
【００１８】
【化１】
2007123611.tif 000003
【００１９】
（ここで、Ａｒはアリール基を示し、Ｒは水素、炭素数１〜１０のアルキル基、アルキルオキシ基、ジアルキルアミン基、またはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩもしくはＣＮを示す。）
また、本発明における第２の有機層を形成する材料は、以下に示す構造式で表されるヘキサアザトリフェニレン誘導体であることがさらに好ましい。
【００２０】
【化２】
2007123611.tif 000004
【００２１】
（ここで、Ｒは水素、炭素数１〜１０のアルキル基、アルキルオキシ基、ジアルキルアミン基、またはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩもしくはＣＮを示す。）
本発明の有機エレクトロルミネッセント表示装置は、陽極と陰極に挟まれた素子構造を有する有機エレクトロルミネッセント素子と、表示画素毎に対応した表示信号を有機エレクトロルミネッセント素子に供給するための能動素子が設けられたアクティブマトリックス駆動基板とを備え、有機エレクトロルミネッセント素子をアクティブマトリックス駆動基板の上に配置し、陰極及び陽極のうち上記基板側に設けられる電極を透明電極としたボトムエミッション型の有機エレクトロルミネッセント表示装置であって、有機エレクトロルミネッセント素子が、陽極と、陰極と、陽極及び陰極の間に配置される発光層と、発光層及び陽極の間に配置される少なくとも３つの有機層とを備え、有機層のうち陽極側に設けられる第１の有機層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ａ）│と、第１の有機層の陰極側に隣接して設けられる第２の有機層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｂ）│とが、│ＬＵＭＯ（Ａ）│＜│ＬＵＭＯ（Ｂ）│の関係にあり、第２の有機層の陰極側に隣接して設けられる第３の有機層の最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルＨＯＭＯ（Ｃ）と、第２の有機層のＬＵＭＯ（Ｂ）との差の絶対値│ＨＯＭＯ（Ｃ）−ＬＵＭＯ（Ｂ）│が、│ＨＯＭＯ（Ｃ）−ＬＵＭＯ（Ｂ）│≦１．５ｅＶの関係にあることを特徴としている。
【００２２】
上記本発明の有機エレクトロルミネッセント表示装置において、有機ＥＬ素子が白色発光素子である場合、有機ＥＬ素子と基板との間にカラーフィルターを配置してから表示装置とすることができる。
【００２３】
本発明の他の局面に従う有機エレクトロルミネッセント表示装置は、陽極と陰極に挟まれた素子構造を有する有機エレクトロルミネッセント素子と、表示画素毎に対応した表示信号を有機エレクトロルミネッセント素子に供給するための能動素子が設けられたアクティブマトリックス駆動基板と、該アクティブマトリックス駆動基板と対向して設けられる透明な封止基板とを備え、有機エレクトロルミネッセント素子をアクティブマトリックス駆動基板と封止基板の間に配置し、陰極及び陽極のうち封止基板側に設けられる電極を透明電極としたトップエミッション型の有機エレクトロルミネッセント表示装置であって、有機エレクトロルミネッセント素子が、陽極と、陰極と、陽極及び陰極の間に配置される発光層と、発光層及び陽極の間に配置される少なくとも３つの有機層とを備え、有機層のうち陽極側に設けられる第１の有機層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ａ）│と、第１の有機層の前記陰極側に隣接して設けられる第２の有機層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｂ）│とが、│ＬＵＭＯ（Ａ）│＜│ＬＵＭＯ（Ｂ）│の関係にあり、第２の有機層の陰極側に隣接して設けられる第３の有機層の最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルＨＯＭＯ（Ｃ）と、第２の有機層のＬＵＭＯ（Ｂ）との差の絶対値│ＨＯＭＯ（Ｃ）−ＬＵＭＯ（Ｂ）│が、│ＨＯＭＯ（Ｃ）−ＬＵＭＯ（Ｂ）│≦１．５ｅＶの関係にあることを特徴としている。
【００２４】
上記有機エレクトロルミネッセント表示装置において、有機ＥＬ素子が白色発光素子である場合、有機ＥＬ素子と封止基板との間にカラーフィルター装置を配置し、カラーフィルター表示装置とすることができる。
【００２５】
本発明の有機ＥＬ表示装置は、上記本発明の有機ＥＬ素子を備えるものであるので、高い発光効率を示し、駆動電圧を低減させることができ、消費電力の低減化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、高い発光効率を有し、駆動電圧を低減することができる有機ＥＬ素子とすることができる。特に、有機ＥＬ素子のキャビティを調整するため、発光層と陽極の間に配置されるホール輸送性材料の層の厚みを厚くする必要が生じる場合があるが、そのような場合でも膜厚が厚くなることによる駆動電圧の上昇を抑制することができる。
【００２７】
本発明の有機ＥＬ表示装置は、上記本発明の有機ＥＬ素子を備えるものであるので、高い発光効率を有し、駆動電圧を低減化し、消費電力を低減させることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２９】
図１（ａ）は、本発明の有機ＥＬ素子における第１の有機層１、第２の有機層２、及び第３の有機層３のＨＯＭＯ及びＬＵＭＯのエネルギーレベルを模式的に示す図である。第１の有機層１のＬＵＭＯをＬＡ、ＨＯＭＯをＨＡとして示している。第２の有機層２のＬＵＭＯをＬＢ、ＨＯＭＯをＨＢとして示している。第３の有機層３のＬＵＭＯをＬＣ、ＨＯＭＯをＨＣとして示している。
【００３０】
図１（ａ）に示すように、本発明に従う有機ＥＬ素子においては、第２の有機層２のＬＵＭＯエネルギーレベルＬＢの絶対値は、第１の有機層１のＬＵＭＯのエネルギーレベルＬＡよりも大きくなっている。また、第３の有機層３のＨＯＭＯのエネルギーレベルＨＣと、第２の有機層２のＬＵＭＯのエネルギーレベルＬＣとの差の絶対値は、１．５ｅＶ以下になっている。
【００３１】
また、図１（ａ）に示す例においては、第２の有機層２のＨＢの絶対値は、第１の有機層１のＨＡの絶対値よりも大きくなっている。
【００３２】
図１（ｂ）は、第１の有機層１と第３の有機層３の間に、電子引き抜き層としての第２の有機層２を配置しない比較例のエネルギーレベルを示す図である。この例では、第１の有機層１と、第３の有機層３は同じ材料から形成されているので、第１の有機層１のＬＡと第３の有機層３のＬＣと同じレベルとなっており、同様にＨＡとＨＣも同じレベルとなっている。
【００３３】
図２は、図１（ａ）及び（ｂ）の積層構造に電圧を印加したときのエネルギーレベルを示す模式図である。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、本発明に従う有機ＥＬ素子においては、第３の有機層３のＨＣと、第２の有機層２のＬＢとの差が１．５ｅＶ以下であるので、第２の有機層２は、第３の有機層３から電子を容易に引き抜くことができる。
【００３５】
また、第２の有機層２のＬＢの絶対値が、第１の有機層１のＬＡの絶対値よりも大きいので、第１の有機層１と第２の有機層２の界面がエネルギー障壁となり、引き抜いた電子は第２の有機層２に蓄積され、これによって局所的に高い電界がかかる。
【００３６】
また、第２の有機層２のＨＢの絶対値が、第１の有機層１のＨＡの絶対値よりも大きいので、第２の有機層２と第１の有機層１の界面がエネルギー障壁となり、この界面にホールが蓄積される。このように蓄積されるホールによっても局所的に高い電界がかかる。
【００３７】
本発明においては、上記のように有機ＥＬ素子に電圧を印加した際に、第１の有機層１と、第２の有機層２の界面において高い電界がかかるため、エネルギーバンドが変化し、図２（ｂ）に示す比較例の場合に比べ、電圧がΔＶ低くなり、駆動電圧の低下が生じるものと考えられる。
（実施例１〜１１及び比較例１〜３）
表１に示す陽極、ホール注入ユニット、ホール輸送ユニット、オレンジ色発光層、青色発光層、電子輸送層、及び陰極を有する実施例１〜１１及び比較例１〜３の有機ＥＬ素子を作製した。以下の表において、（  ）内の数字は、各層の厚み（ｎｍ）を示している。
【００３８】
陽極は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜が形成されたガラス基板の上に、フルオロカーボン（ＣＦｘ）層を形成することにより作製した。フルオロカーボン層は、ＣＨＦ３ガスのプラズマ重合により形成した。フルオロカーボン層の厚みは、１ｎｍとした。
【００３９】
以上のようにして作製した陽極の上に、ホール注入ユニット、ホール輸送ユニット、オレンジ色発光層、青色発光層、電子輸送層、及び陰極を順次堆積して形成した。以下の表１及び表２においてホール注入ユニット及びホール輸送ユニットは、便宜上それらを区別しているが、ホール注入ユニットとホール輸送ユニットは、特に区別されるものではなく、全体としてホール注入及びホール輸送の機能を示すものである。
【００４０】
実施例１〜６及び比較例１〜３においては、ＮＰＢ及びＨＡＴ−ＣＮ６を、表１に示す順序で積層することにより、ホール注入ユニット及びホール輸送ユニットが形成されている。
【００４１】
ＨＡＴ−ＣＮ６は、ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボンニトリルであり、以下の構造を有している。
【００４２】
【化３】
2007123611.tif 000005
【００４３】
ＨＡＴ−ＣＮ６は、例えば、非特許文献１に記載された方法により製造することができる。
【００４４】
ＮＰＢは、Ｎ，Ｎ′−ジ（ナフタセン−１−イル）−Ｎ，Ｎ′−ジフェニルベンジジンであり、以下の構造を有している。
【００４５】
【化４】
2007123611.tif 000006
【００４６】
ＮＰＢは、３級アリールアミン系の材料であり、ホール輸送性材料である。実施例７〜１０においては、３級アリールアミン系材料として、ＴＰＤ、ＰｈＴＰＤ、及びＰＰＤを用いた。
【００４７】
ＴＰＤは、Ｎ，Ｎ′−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−ベンジジンであり、以下の構造を有している。
【００４８】
【化５】
2007123611.tif 000007
【００４９】
ＰｈＴＰＤは、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラキス（４−フェニルフェニル）ベンジジンであり、以下の構造を有している。
【００５０】
【化６】
2007123611.tif 000008
【００５１】
ＰＰＤは、Ｎ，Ｎ′−ビス（フェナントレン−９−イル）−Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−ベンジジンであり、以下の構造を有している。
【００５２】
【化７】
2007123611.tif 000009
【００５３】
実施例１１においては、電子引き抜き層となる第２の有機層を形成する材料として、ＤＴＮを用いている。ＤＴＮは、２，３−ジフェニル−１，４，６，１１−テトラアザ−ナフタセンであり、以下の構造を有している。
【００５４】
【化８】
2007123611.tif 000010
【００５５】
各実施例における第１の有機層、第２の有機層、及び第３の有機層は、ホール注入ユニット及びホール輸送ユニットにおける以下のような積層構造に相当している。
【００５６】
実施例１〜４においては、ＮＰＢ／ＨＡＴ−ＣＮ６／ＮＰＢの積層構造が、第１の有機層／第２の有機層／第３の有機層の積層構造に対応している。
【００５７】
実施例５及び６においては、ＮＰＢ／ＨＡＴ−ＣＮ６／ＮＰＢ／ＨＡＴ−ＣＮ６／ＮＰＢが、第１の有機層／第２の有機層／第３の有機層（第１の有機層でもある）／第２の有機層／第３の有機層の積層構造に対応している。中央に位置するＮＰＢ層は、陽極側の積層構造に対しては、第３の有機層となり、陰極側の積層構造に対しては、第１の有機層となっている。
【００５８】
実施例７においては、ＴＰＤ／ＨＡＴ−ＣＮ６／ＮＰＢの積層構造が、第１の有機層／第２の有機層／第３の有機層の積層構造に対応している。
【００５９】
実施例８においては、ＴＰＤ／ＨＡＴ−ＣＮ６／ＴＰＤの積層構造が、第１の有機層／第２の有機層／第３の有機層の積層構造に対応している。
【００６０】
実施例９においては、ＰｈＴＰＤ／ＨＡＴ−ＣＮ６／ＰｈＴＰＤの積層構造が、第１の有機層／第２の有機層／第３の有機層の積層構造に対応している。
【００６１】
実施例１０においては、ＰＰＤ／ＨＡＴ−ＣＮ６／ＰＰＤの積層構造が、第１の有機層／第２の有機層／第３の有機層の積層構造に対応している。
【００６２】
実施例１１においては、ＮＰＢ／ＤＴＮ／ＮＰＢの積層構造が、第１の有機層／第２の有機層／第３の有機層の積層構造に対応している。
【００６３】
上記のように形成したホール輸送ユニットの上に、オレンジ色発光層及び青色発光層からなる白色発光の発光ユニットを形成している。オレンジ色発光層を陽極側に配置し、青色発光層を陰極側に配置している。なお、表において％は特に断らない限り、重量％である。
【００６４】
オレンジ色発光層においては、ＮＰＢをホール輸送性のホスト材料として用い、ＴＢＡＤＮを電子輸送性のホスト材料として用い、ＤＢｚＲをドーパント材料として用いている。
【００６５】
ＴＢＡＤＮは、２−ターシャリー−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセンであり、以下の構造を有している。
【００６６】
【化９】
2007123611.tif 000011
【００６７】
ＤＢｚＲは、５，１２−ビス｛４−（６−メチルベンゾチアゾール−２−イル）フェニル｝−６，１１−ジフェニルナフタセンであり、以下の構造を有している。
【００６８】
【化１０】
2007123611.tif 000012
【００６９】
青色発光層は、ＴＢＡＤＮを電子輸送性ホスト材料として用い、ＮＰＢをホール輸送性ホスト材料として用い、ＴＢＰをドーパント材料として用いている。
【００７０】
ＴＢＰは、２，５，８，１１−テトラ−ターシャリー−ブチルペリレンであり、以下の構造を有している。
【００７１】
【化１１】
2007123611.tif 000013
【００７２】
青色発光層の上には、Ａｌｑ層とＢＣＰ層の積層構造からなる電子輸送層が形成されている。
【００７３】
Ａｌｑは、トリス−（８−キノリラト）アルミニウム（III）であり、以下の構造を有している。
【００７４】
【化１２】
2007123611.tif 000014
【００７５】
ＢＣＰは、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリンであり、以下の構造を有している。
【００７６】
【化１３】
2007123611.tif 000015
【００７７】
電子輸送層の上には、ＬｉＦ層とＡｌ層の積層構造からなる陰極が形成されている。
【００７８】
【表１】
2007123611.tif 000016
【００７９】
（実施例１２）
表２に示す陽極、ホール注入ユニット、ホール輸送ユニット、オレンジ色発光層、青色発光層、中間ユニット、オレンジ色発光層、青色発光層、電子輸送層、及び陰極を有する実施例１２の有機ＥＬ素子を作製した。
【００８０】
【表２】
2007123611.tif 000017
【００８１】
表２に示す積層構造とする以外は、上記各実施例と同様にして、実施例１２の有機ＥＬ素子を作製した。
【００８２】
実施例１２に示す有機ＥＬ素子においては、中間ユニットを用いて、２つの白色発光ユニット（オレンジ色発光層＋青色発光層）を積層している。中間ユニットは、陽極側から、ＢＣＰ／Ｌｉ２Ｏ／ＨＡＴ−ＣＮ６を積層することにより形成されている。中間ユニットにおいて、ＨＡＴ−ＣＮ６は、電子引き抜き層であり、Ｌｉ２Ｏは電子注入層であり、ＢＣＰは電子輸送層である。中間ユニット内の電子引き抜き層は、隣接するオレンジ色発光層から電子を引き抜き、この電子を電子注入層及び電子輸送層を介して陽極側の青色発光ユニットに供給し、陽極から供給されたホールと再結合させて発光する。また、中間ユニットの電子引き抜き層により電子を引き抜かれたオレンジ色発光層においては、ホールが発生し、このホールが、陰極から供給された電子と再結合し発光する。このように、上記２つの発光ユニットの間に中間ユニットを設けることにより、それぞれの発光ユニット内でそれぞれ再結合領域を形成することができ、効率良く発光させることができる。
【００８３】
実施例１２のホール注入ユニット及びホール輸送ユニットにおけるＮＰＢ／ＨＡＴ−ＣＮ６／ＮＰＢの積層構造が、本発明における第１の有機層／第２の有機層／第３の有機層の積層構造に相当する。
【００８４】
〔有機ＥＬ素子の評価〕
以上のようにして作製した各有機ＥＬ素子について、駆動電圧及び発光効率を測定した。測定結果を表３に示す。なお、測定結果は、２０ｍＡ／ｃｍ２の駆動電流における値である。
【００８５】
【表３】
2007123611.tif 000018
【００８６】
実施例１〜６と、各実施例に対応する比較例１〜３との比較から明らかなように、本発明に従い、第１の有機層／第２の有機層／第３の有機層の構造を、陽極と発光層との間に設けることにより、駆動電圧を低減することができ、発光効率を向上できることがわかる。
【００８７】
また、実施例７〜１０から明らかなように、ＮＰＢ以外の３級アリールアミン系材料をホール輸送性材料として用いた場合にも、同様の効果が認められる。
【００８８】
また、実施例１１から明らかなように、第２の有機層（電子引き抜き層）を形成する材料として、ＨＡＴ−ＣＮ６に代えて、ＤＴＮを用いた場合にも同様の効果が認められる。
【００８９】
実施例１２は、上述のように、２つの発光ユニットを中間ユニットを介して積層した構造を有する有機ＥＬ素子であるが、２つの発光ユニット積層しているので、駆動電圧は約２倍になっているが、発光効率が２倍に向上していることがわかる。
【００９０】
また、実施例５及び６のように、第１の有機層／第２の有機層／第３の有機層（第１の有機層でもある）／第２の有機層／第３の有機層のように、複数の第２の有機層を介在させる場合には、駆動電圧をより低減できることがわかる。また、実施例５と実施例６の比較から明らかなように、複数の第２の有機層を介在させる場合には、陰極側に近づくにつれて、第２の有機層の膜厚を徐々に厚くすることにより、発光効率をより向上できることがわかる。
【００９１】
以上の結果から明らかなように、本発明に従う有機ＥＬ素子は、陽極と発光層との間に、第１の有機層／第２の有機層／第３の有機層の積層構造を備えることにより、発光効率を高め、駆動電圧を低減できることがわかる。
【００９２】
従って、陽極と発光層の間の距離を、キャビティの調整等により長くする場合においても、駆動電圧の低減を図ることができる。
【００９３】
〔有機ＥＬ表示装置〕
図３は、本発明に従う実施例のボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置を示す断面図である。この有機ＥＬ表示装置においては、能動素子としてＴＦＴを用いて各画素における発光を駆動している。なお、能動素子としてダイオードなども用いることができる。また、この有機ＥＬ表示装置においては、カラーフィルターが設けられている。この有機ＥＬ表示装置は、矢印で示しているように基板１７の下方に光を出射して表示するボトムエミッション型の表示装置である。
【００９４】
図３を参照して、ガラスなどの透明基板からなる基板１７の上には、第１の絶縁層１８が設けられている。第１の絶縁層１８は、例えばＳｉＯ2及びＳｉＮXなどから形成されている。第１の絶縁層１８の上には、ポリシリコン層からなるチャネル領域２０が形成されている。チャネル領域２０の上には、ドレイン電極２１及びソース電極２３が形成されており、またドレイン電極２１とソース電極２３の間には、第２の絶縁層３を介してゲート電極２２が設けられている。ゲート電極２２の上には、第４の絶縁層４が設けられている。第２の絶縁層１９は、例えばＳｉＮX及びＳｉＯ2から形成されており、第３の絶縁層４は、ＳｉＯ2及びＳｉＮXから形成されている。
【００９５】
第３の絶縁層４の上には、第４の絶縁層５が形成されている。第４の絶縁層５は、例えば、ＳｉＮXから形成されている。第４の絶縁層５の上の画素領域の部分には、カラーフィルター層７が設けられている。カラーフィルター層７としては、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、またＢ（青）などのカラーフィルターが設けられる。カラーフィルター層７の上には、第１の平坦化膜６が設けられている。ドレイン電極２１の上方の第１の平坦化膜６にはスルーホール部が形成され、第１の平坦化膜６の上に形成されているＩＴＯ（インジウムースズ酸化物）からなるホール注入電極８がスルーホール部内に導入されている。画素領域におけるホール注入電極（陽極）８の上には、ホール注入・輸送ユニット１０が形成されている。画素領域以外の部分においては、第２の平坦化膜９が形成されている。
【００９６】
ホール注入・輸送ユニット１０は、本発明に従う第１の有機層／第２の有機層／第３の有機層の積層構造を有している。
【００９７】
ホール注入・輸送ユニット１０の上には、発光層１１が設けられている。発光層１１の上には、電子輸送層１２が設けられ、電子輸送層１２の上には、電子注入電極（陰極）１３が設けられている。
【００９８】
以上のように、本実施例の有機ＥＬ素子においては、画素領域の上に、ホール注入電極（陽極）８と、ホール注入・輸送ユニット１０と、発光層１１と、電子輸送層１２と、電子注入電極（陰極）１３とが積層されて有機ＥＬ素子が構成されている。
【００９９】
本実施例の発光素子層１１においては、オレンジ色発光層と青色発光層とを積層した発光ユニットを用いているので、発光層１１からは白色の発光がなされる。この白色の発光は、基板１を通り外部に出射するが、発光側にカラーフィルター層７が設けられているので、カラーフィルター層７の色に応じて、Ｒ、ＧまたはＢの色が出射される。単色で発光する素子の場合、カラーフィルター層７はなくてもよい。
【０１００】
図４は本発明に従う実施例のトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置を示す断面図である。本実施例の有機ＥＬ表示装置は、矢印で図示しているように基板１７の上方に光を出射して表示するトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置である。
【０１０１】
基板１７から陽極８までの部分は、図３に示す実施例とほぼ同様にして作製されている。但し、カラーフィルター層７は、第４の絶縁層５の上に設けられておらず、有機ＥＬ素子の上方に配置されている。具体的には、ガラスなどからなる透明な封止基板１６の上にカラーフィルター層７を取り付け、この上にオーバーコート層１５をコーティングし、これを透明接着剤層１４を介して陽極８の上に貼り付けることにより取り付けられている。また、本実施例では、陽極と陰極の位置を図３に示す実施例とは逆にしている。
【０１０２】
陽極８として、透明な電極が形成されており、例えば、膜厚１００ｎｍ程度のＩＴＯと膜厚２０ｎｍ程度の銀とを積層することにより形成されている。陰極１３としては、反射電極が形成されており、例えば、膜厚１００ｎｍ程度のアルミニウム、クロム、または銀の薄膜が形成されている。オーバーコート層１５は、アクリル樹脂などにより厚み１μｍ程度に形成されている。カラーフィルター層７は、顔料タイプのものであってもよいし染料タイプのものであってもよい。その厚みは１μｍ程度である。
【０１０３】
発光層１１から発光された白色光は、封止基板１６を通り外部に出射されるが、発光側にカラーフィルター層７が設けられているので、カラーフィルター層７の色に応じてＲ、ＧまたはＢの色が出射される。本実施例の有機ＥＬ表示装置はトップエミッション型であるので、薄膜トランジスタが設けられている領域も画素領域として用いることができ、図３に示す実施例よりも広い範囲にカラーフィルター層７が設けられている。本実施例によれば、より広い領域を画素領域として用いることができ、開口率を高めることができる。また、複数の発光ユニットを有する発光層の形成も、アクティブマトリックスによる影響を考慮せずに行うことができるので、設計の自由度を高めることができる。
【０１０４】
上記実施例では、封止基板としてガラス板を用いているが、本発明において封止基板はガラス板に限定されるものではなく、例えば、ＳｉＯ2などの酸化膜やＳｉＮxなどの窒化膜などの膜状のものも封止基板として用いることができる。この場合、素子上に膜状の封止基板を直接形成できるので、透明接着剤層を設ける必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明における第１の有機層、第２の有機層及び第３の有機層におけるＬＵＭＯ及びＨＯＭＯのエネルギーレベルを示す模式図。
【図２】図１に示す第１の有機層、第２の有機層及び第３の有機層のＬＵＭＯ及びＨＯＭＯの電圧印加時におけるエネルギーレベルの状態を示す模式図。
【図３】本発明に従う実施例のボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【図４】本発明に従う実施例のトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【符号の説明】
【０１０６】
１…第１の有機層
２…第２の有機層
３…第３の有機層
【図１】
2007123611.tif 000021
【図２】
2007123611.tif 000022
【図３】
2007123611.tif 000023
【図４】
2007123611.tif 000024