(57)【要約】【課題】長寿命の有機ＥＬ素子及び表示装置を提供する。【解決手段】発光層２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂにドーピングする発光材料のドープ量を発光層２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂの厚さ方向に変化させた有機ＥＬ素子１０において、発光層２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂの厚さ方向における正孔と電子の密度が最大となる最大発光位置において、前記発光材料のドープ量が最大になるように設定されていることを特徴とする。【選択図】図１
2007201198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、前記陽極に対向する陰極と、前記陽極と前記陰極との間に介在しかつホスト材料中に発光材料をドーピングした発光層を含んだ有機物層とを備え、前記発光層にドーピングする発光材料のドープ量を前記発光層の厚さ方向に変化させた有機ＥＬ素子において、
前記発光層は、厚さ方向における正孔と電子の密度が最大となる最大発光位置において、前記発光材料のドープ量が最大になるように設定されていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記発光層の厚さ方向において、最大発光位置に向かって前記発光材料のドープ量を段階的に変化させたことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記発光層の厚さ方向において、最大発光位置に向かって前記発光材料のドープ量を線形に変化させたことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を複数支持した基板を備えたことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ表示素子および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、自発光、薄型軽量、低消費電力、フルカラー化が可能といった特徴を有しており、液晶ディスプレイに代わる次世代のディスプレイの候補と見なされている。しかし、次世代のディスプレイに取って代わるためには、長寿命の有機ＥＬ素子を実現することが必須である。そこで、有機ＥＬ素子の寿命を改善する方法として、発光層にドーピングする発光材料（ドーパント材料）のドープ量を該発光層の厚さ方向に変化させる手法が従来より提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、本発明者の検討によれば、発光層を構成するホスト材料やドーパント材料が相違すると、有機ＥＬ素子の長寿命化に好適な発光層の厚さ方向に対するドープ量分布が相違することが判明した。そのため、異なるホスト材料やドーパント材料を用いる場合には、ドープ量分布の条件を振った複数種類の有機ＥＬ素子を製作して都度好適なドープ量分布を調査する必要があり、このような調査には膨大な時間とコストがかかり問題である。
【特許文献１】特開２００３−２２９２７２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、長寿命化に好適なドープ量分布の調査が不要である有機ＥＬ素子及び該有機ＥＬ素子を用いた表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、発光層の厚さ方向において、正孔と電子の密度が最大となる最大発光位置でドープ量を最大にすることで、長寿命化に好適なドープ量分布を決定することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、前記陽極に対向する陰極と、前記陽極と前記陰極との間に介在しかつホスト材料中に発光材料をドーピングした発光層を含んだ有機物層とを備え、前記発光層にドーピングする発光材料のドープ量を前記発光層の厚さ方向に変化させた有機ＥＬ素子において、前記発光層は、厚さ方向における正孔と電子の密度が最大となる最大発光位置において、前記発光材料のドープ量が最大になるように設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の有機ＥＬ素子によれば、発光層の厚さ方向において正孔と電子の密度が最大となる最大発光位置でドープ量を最大にすることにより、長寿命化に好適なドープ量分布を決定することができ、膨大な時間とコストを要するドープ量分布の条件を振った複数種類の有機ＥＬ素子を製作する必要がなくなる。よって、長寿命の有機ＥＬ素子及び該有機ＥＬ素子を用いた表示装置をコスト安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子１０を示す断面図であり、図２は有機ＥＬ素子１０を用いた有機ＥＬ表示装置１００を示す断面図、図３は発光層２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂにおける厚さ方向に対する発光材料のドープ量を説明する図である。
【００１０】
図２に示すように、この有機ＥＬ表示装置１００は、有機ＥＬ表示装置１００の表示領域に対応する位置に表示部１０１が配設されたアレイ基板１０２と、このアレイ基板１０２に対向配置された封止基板１０３とを備え、周縁部に沿ってシール部材１０６を介在させることで、両基板１０２、１０３との間に形成された密閉空間内に表示部１０１を配設している。この密閉空間には、Ｎ２ガスやＡｒガスなどの不活性ガスが充填されている。
【００１１】
アレイ基板１０２は、石英ガラスや無アルカリガラスなどからなる絶縁性の基板１１０と、その上面に形成された表示部１０１とを備えている。表示部１０１は、走査線と信号線との交点付近に配置されたスイッチング素子である画素ＴＦＴと、該画素ＴＦＴを介して信号線に接続された駆動トランジスター（以下、ＴＦＴという）１１２と、その上に積層される有機ＥＬ素子１０からなる画素をマトリクス状に複数個配してなる。
【００１２】
より詳細には、基板１１０上に配設されたＴＦＴ１１２は、基板１１０上に非晶質シリコン膜をＣＶＤ法などによって成膜し、その非晶質シリコン膜にレーザ光を照射して多結晶化した多結晶シリコンよりなる半導体層１１８の上にゲート絶縁膜１２０およびゲート電極１２２を順に積層して形成されており、半導体層１１８には、チャネルとこのチャネルの両側にソースおよびドレインが設けられている。そして、ゲート電極１２２、ゲート絶縁膜１２０および半導体層１１８の上面全体を覆うように第１絶縁膜１２４を積層し、半導体層１１８のドレインに対応して設けたコンタクトホールにアルミニウムなどの金属を充填してドレイン電極１２５とし、ドレインと接続している。同様に半導体層１１８のソースに対応して設けたソース電極１２７を形成する。
【００１３】
そして、第１絶縁膜１２４およびドレイン・ソース電極１２５、１２７の上面には、第２絶縁膜１２６が積層され、さらにその上面には、一対の電極１２、１４の間に発光層２６を含む有機物層２０を介在してなる有機ＥＬ素子１０が設けられている。
【００１４】
この有機ＥＬ素子１０は、第２絶縁膜１２６の上層に形成された下部電極（本実施形態では陽極とする）１２が、第２絶縁膜１２６に設けられているコンタクトホール１２９を介してソース電極１２７と接続されている。下部電極１２は、光透過性導電材料であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）で形成されている。下部電極１２の上層には、アクリル樹脂などの絶縁性材料からなる隔壁１６が紫外線でマスク露光することで形成され、これにより、それぞれの下部電極１２に対応してバンク１７が設けられ、隣接する有機ＥＬ素子１０を分離して区画している。
【００１５】
バンク１７内で露出する下部電極１２の上には、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に発光する発光層２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂを有する有機物層２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂが設けられており、隔壁１６および有機物層２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの上には、下部電極１２に対向する上部電極（陰極）１４が、表示部１０１を構成する各有機ＥＬ素子１０の共通電極として形成されている。この上部電極１４は、アルミニウムなどの導電性金属によって形成されている。
【００１６】
各有機物層２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂは、発光層の構成材料が相違する点を除き同様の構造を有し、図１に示すように、陽極１２と発光層２６との間に正孔注入層２２と正孔輸送層２４が積層され、陽極１２から発光層２６への正孔の注入を媒介するようになっており、また、発光層２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂと陰極１４との間に電子輸送層２８と電子注入層３０が積層され、陰極１４から発光層２６への電子の注入を媒介するようになっている。
【００１７】
詳細には、本実施形態では、陽極１２の上には、ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）からなる正孔注入層２２と、α−ＮＰＤ（N,N'-ビス（α-ナフチル）-N,N'-ジフェニルベンジジン）からなる正孔輸送層２４とが、真空蒸着法により、両層２２，２４を合わせて厚さ２００ｎｍになるように形成されている
赤（Ｒ）に発光する発光層２６Ｒは、ホスト材料としてＡｌｑ３（トリス（８-キノリノラト）アルミニウム）と、ドーパント材料（発光材料）として赤色発光が得られるＤＣＭ（４-ジシアノメチレン-２-メチル-６-ジメチルアミノスチリル-４-ピラン）とから形成され、真空蒸着法（共蒸着）によって厚さ３０ｎｍに成るように形成されている。
【００１８】
緑（Ｇ）に発光する発光層２６Ｇは、ホスト材料としてＡｌｑ３と、ドーパント材料（発光材料）として緑色発光が得られるキナクリドンとから形成され、真空蒸着法（共蒸着）によって厚さ４０ｎｍに成るように形成されている。
【００１９】
青（Ｂ）に発光する発光層２６Ｂは、ホスト材料としてＢＨ−１２０（出光興産製）と、ドーパント材料（発光材料）として青色発光が得られるＢＤ−１０２（出光興産製）とから形成され、真空蒸着法（共蒸着）によって厚さ４０ｎｍに成るように形成されている。
【００２０】
各色に発光する発光層２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂは、有機ＥＬ素子１０の寿命を延ばすため、厚さ方向における正孔と電子の密度が最大となる最大発光位置において、各発光材料のドープ量が最大になるように設定されている。この最大発光位置は、例えばＰＮ接合半導体の電荷輸送シミュレーションなどを活用して決定されるものである。
【００２１】
具体的には、図１に示すように、各発光層２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂは、正孔輸送層２４と発光層２６との界面から０ｎｍ〜１０ｎｍの第１領域３２、１０ｎｍ〜２０ｎｍの第２領域３４、２０ｎｍ〜３０ｎｍの第３領域３６、３０ｎｍ〜４０ｎｍの第４領域３８、の４つの領域に区分されており、図３に示すように、ホスト材料としてＡｌｑ３、発光材料としてＤＣＭで形成した赤（Ｒ）に発光する発光層２６Ｒの場合、第１領域３２で発光材料のドープ量を２．５ｗｔ％、第２領域３４で発光材料のドープ量を５．０ｗｔ％、第３領域３６で発光材料のドープ量を１０．０ｗｔ％、第４領域３８で発光材料のドープ量を２．５ｗｔ％となるようにし、発光層２６Ｒ内でのドープ濃度分布が異なるように設定する。この場合のドープ濃度が最大となる領域は第３領域３６となる。この第３領域３６が発光層２６Ｒの場合に最大発光位置となるように設定される。即ち、最大ドープ濃度の領域が発光層２６Ｒ内の上部に存在するように選定されるとともに、この最大ドープ濃度領域が最大発光位置となるように設定されている。
【００２２】
また、ホスト材料としてＡｌｑ３、発光材料としてキナクリドンで形成した緑（Ｇ）に発光する発光層２６Ｇの場合には、第１領域３２、第２領域３４、第３領域３６、第４領域３８における発光材料のドープ量を夫々２．５ｗｔ％、５．０ｗｔ％、７．５ｗｔ％、１０．０ｗｔ％となるように設定している。この場合のドープ濃度が最大となる領域は第４領域３８となる。そして、この第４領域３８が発光層２６Ｇの場合に最大発光位置となるように設定されている。即ち、最大ドープ濃度の領域が発光層２６Ｇと電子輸送層（ブロック層）２８の界面Ｘｃｈに存在するように選定されるとともに、この最大ドープ濃度領域で最大発光位置となるように設定されている。
【００２３】
また、ホスト材料としてＢＨ−１２０、発光材料としてＢＤ−１０２で形成した青（Ｂ）に発光する発光層２６Ｂの場合には、第１領域３２、第２領域３４、第３領域３６、第４領域３８における発光材料のドープ量を夫々２．０ｗｔ％、４．０ｗｔ％、６．０ｗｔ％、８．０ｗｔ％となるように設定する。この場合のドープ濃度が最大となる領域は第４領域３８となる。即ち、最大ドープ濃度の領域が発光層２６Ｂと電子輸送層（ブロック層）２８の界面Ｘｃｈに存在するように選定されるとともに、この最大ドープ濃度領域が最大発光位置となるように設定されている。
【００２４】
換言すれば、各発光層２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂ毎に発光材料のドープ量を変化させ、各色に対応する最大発光位置がちょうど最大ドープ濃度領域と一致させることにより、当該有機ＥＬ素子の寿命を延ばすことが可能となり、長寿命化を図ることができる。
【００２５】
なお、上記のような発光材料のドープ量の制御は、例えば、ホスト材料と発光材料の蒸着温度を各領域３２、３４、３６、３８ごとに変化させることで行うことができる。
【００２６】
上記した各発光層２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂの上には、Ａｌｑ３からなる電子輸送層２８が真空蒸着法によって厚さ３０ｎｍの層になるように形成されており、その上にはＬｉＦ（フッ化リチウム）からなる電子注入層３０が真空蒸着法により形成され、さらにその上にはＡｌからなる陰極１４が真空蒸着法によって厚さ１００ｎｍの層になるように形成されている。
【００２７】
上記のように形成された有機ＥＬ素子１０について、初期輝度１００ｃｄ／ｍ２として該初期輝度が半分になるまでの時間（初期輝度半減寿命）を測定したところ、２５００時間であったのに対し、各発光層２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂの発光材料のドープ量が厚さ方向に１０．０ｗｔ％均一にドーピングされている以外は上記の有機ＥＬ素子１０と同一条件で形成した有機ＥＬ素子について測定した初期輝度半減寿命は、２０００時間であった。
【００２８】
このことから、発光材料のドープ量が厚さ方向における最大発光位置において最大になるように夫々の発光層を形成した有機ＥＬ素子１０が、発光材料のドープ量が厚さ方向に１０．０ｗｔ％均一にドーピングした有機ＥＬ素子より長寿命であることがわかる。
【００２９】
また、発光層２６の各第１〜第４領域３２，３４，３６，３８における発光材料のドープ量を調整し、最大発光位置において最大ドープ濃度となるように設定することで、使用発光材料を発光層２６内に均一にドープさせた場合に比して同等以上の発光輝度を確保しているのにも関わらず使用発光材料の総量の低減化が可能であり、このためコスト削減に寄与するとともに、蒸着時間が短縮されるのでタクト短縮の向上を図ることができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、発光材料のドープ量を、発光層を厚さ方向に区分した各領域で変化させることで発光層の厚さ方向に段階的に変化させたが、発光層の厚さ方向に連続的に変化させてもよく、かかる場合であっても段階的に変化させた場合と同様に、長寿命化が期待できる。また、ホスト材料及び発光材料等の使用材料は、上記した実施形態の材料に限定されず、本発明の目的に適合する範囲で種々の材料及びその組合せを使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【図３】発光層における厚さ方向に対する発光材料のドープ量を説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０…有機ＥＬ素子
１２…下部電極（陽極）
１４…上部電極（陰極）
２０…有機物層
２２…正孔注入層
２４…正孔輸送層
２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂ…発光層
２８…電子輸送層
３０…電子注入層
【図１】
2007201198.tif 000003
【図２】
2007201198.tif 000004
【図３】
2007201198.tif 000005