(57)【要約】【課題】共振器構造を有する有機ＥＬ素子において、発光スペクトルを十分鋭くすることができる有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】透明基板１上に半透明反射膜２、透明電極層３、正孔注入層４、正孔輸送層５、発光層６、電子輸送層７、電子注入層８、電極層９が積層されている。金属からなる電極層９と半透明反射膜２との間で光共振器を構成している。特に正孔注入層４は、発光層６から放射される光のスペクトル領域に光吸収がない材料で形成されている。これにより、上記光共振器による発光スペクトル幅を狭くする効果が十分に得られる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層と有機層を挟んで金属電極又は反射膜とこれに対向する半透明反射膜とで構成された光共振器構造を有する有機ＥＬ素子において、
前記有機層が、前記発光層の発光スペクトル領域では光吸収の発生が起こらない材料で構成されていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記有機層は、正孔注入層であることを特徴とする請求項１の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記正孔注入層は、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ又はスターバースト型化合物で構成されていることを特徴とする請求項２記載の有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光共振器構造を備えた有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機エレクトロルミネセンス素子（有機ＥＬ素子）の発光は、発光層の発光材料に依存するために、発光スペクトルがブロードなものとなっている。一般的に、発光層としてホスト材料に蛍光色素を有するゲスト材料をドーピングした材料を用いることにより有色の発光が得られる。
【０００３】
発光スペクトルの半値幅が広く、スペクトル分布の裾野部分の広がりが大きいと、用途は表示パネル等に限られ、プリンター用ヘッド等に用いた場合は、混色を生じさせる原因にもなっていた。そこで、共振器構造を用いてスペクトル幅と発光特性を改善した有機ＥＬ素子が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。図５に共振器構造を有する有機ＥＬ素子を示す。
【０００４】
透明基板２１上に、ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜とを積層した半透明反射膜２２が形成されている。この半透明反射膜２２上に、ＩＴＯ膜等の透明電極２３を形成し、その上に正孔注入層２４、正孔輸送層２５、発光層２６、電子輸送層２７、金属からなる陰極２８が順次形成されている。
【０００５】
電子輸送層２７は、電子を円滑に発光層２６に移動させ、発光層２６に入った正孔が電子輸送層２７に移動してくることを阻止するために用いられる。逆に、正孔輸送層２５は、正孔を円滑に発光層２６に移動させ、発光層２６に入った電子が正孔輸送層２５に移動してくることを阻止するために用いられる。
【０００６】
また、正孔注入層２４は、透明電極２３との電位障壁を大きくして正孔を発光層２５側へ注入しやすくするために設けられており、正孔注入層２４に用いる材料としては、ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）が良く知られている。
【０００７】
図５の有機ＥＬ素子では、半透明反射膜２２と陰極２８との間で共振器構造が構成され、この共振器で光を共振させて特定の波長の光を図５の矢印方向に取り出すものである。
【特許文献１】特開平１０−１７７８９６号公報
【特許文献２】特開平９−１８０８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の有機ＥＬ素子では、光共振器構造が構成されていても、光共振器構造内に発光層２６以外の有機層で発光層２６の発光スペクトル領域で光吸収域を持つ層が形成されていると、発光吸収により、スペクトルをシャープにすることができないという問題があった。
【０００９】
例えば、正孔注入層２３の材料として、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を用いた場合、可視光領域において所定の吸収係数を持っていることが知られている。フタロシアニン類は、芳香族性を担うπ電子と呼ばれる電子が可視光を吸収する（Ｑ帯）特性を有するが、このＱ帯（吸収帯）の波長はフタロシアニン（Ｐｃ）と結合する金属を選択することで変化する。
【００１０】
ＣｕＰｃ膜の吸収係数の各波長に対する分布（吸光度分布）を示すのが、図７である。６００ｎｍ〜６５０ｎｍの間に吸収のピークが存在していることがわかる。
【００１１】
吸収係数をα、ＣｕＰｃ膜厚をｔ、ＣｕＰｃ膜への入射光強度をＩ０、ＣｕＰｃ膜からの出射光強度をＩとすると、Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−αｔ）となる。図７のＣｕＰｃ膜による光の吸収帯域は、図６に示す緑色の発光スペクトルの分布帯域と重なりがあるので、緑色の発光は吸収される。
【００１２】
図７のような吸光度分布を有するＣｕＰｃ膜を正孔注入層に用いた場合、発光層から緑色の発光が生じた場合の、共振器構造を備えている場合と備えていない場合との発光スペクトル分布の比較例を示すのが図６である。実線は、図５の構成で半透明反射膜２２を除外して光共振器構造が構成されていない場合の発光スペクトルを示し、破線は、図５の構成通り共振器構造が構成されている場合の発光スペクトル分布を示す。この図からもわかるように、共振器構造を有する有機ＥＬ素子の発光スペクトルの改善は、ほとんどみられない。
【００１３】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、共振器構造を有する有機ＥＬ素子において、発光スペクトルを十分鋭くすることができる有機ＥＬ素子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】
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、発光層と有機層を挟んで金属電極又は反射膜とこれに対向する半透明反射膜とで構成された光共振器構造を有する有機ＥＬ素子において、前記有機層が、前記発光層の発光スペクトル領域では光吸収の発生が起こらない材料で構成されていることを特徴とする有機ＥＬ素子である。
【００１５】
また、請求項２記載の発明は、前記有機層は、正孔注入層であることを特徴とする請求項１の有機ＥＬ素子である。
【００１６】
また、請求項３記載の発明は、前記正孔注入層は、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ又はスターバースト型化合物で構成されていることを特徴とする請求項２記載の有機ＥＬ素子である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、共振器構造内の発光層以外の有機層は、発光層から発生する光の発光スペクトル分布内には、光吸収帯域を有さない材料で構成するようにしているので、発光スペクトルの吸収が防がれることによって、光共振器構造の作用を十分に発揮することができ、発光スペクトルをシャープにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明による有機ＥＬ素子の断面構造を示す。
【００１９】
透明基板１上に半透明反射膜２、透明電極層３、正孔注入層４、正孔輸送層５、発光層６、電子輸送層７、電子注入層８、電極層９が積層されている。発光層６は例えば発光材料（ホスト材料）に蛍光色素をドーピングする等により可視光領域（４００ｎｍ〜７５０ｎｍ）において特定の色を発光するように構成されている。例えば、青色を発光させるためには、発光層６としてDPVBi に、BCzVBi をドープした発光材料等が用いられ、また、緑色を発光させるためには、発光層６としてアルミニウム錯体に、クマリンC545Tまたはキナクリドンをドープした発光材料等が用いられる。また、電極層９は陰極に相当し、透明電極層３は陽極に相当する。
【００２０】
電子輸送層７にはアルミニウム錯体やオキサジアゾール類等が、電子注入層８にはリチウム錯体やリチウム等のアルカリ金属などが用いられ、電極層９は、アルミニウム等の金属で構成される。正孔輸送層５はナフテル・フェニル・ベンチジン（ＮＰＢ）、ＴＰＤ（トリフェルアミン誘導体）やＮＰＤ等により構成される。
【００２１】
また、図の矢印方向に光を取り出すようにしており、透明電極層３はＩＴＯ等で、透明基板１はガラス等で構成される。半透明反射膜２は、屈折率の異なる２種類の酸化物、窒化物の層を交互に積層した誘電体多層膜であり、その組み合わせとして、ＴｉＯ２とＳｉＯ２、ＳｉＮＸとＳｉＯ２等がある。
【００２２】
正孔注入層４は、例えば、高分子系材料のスターバースト化合物や酸により化学ドーピングされた導電性ポリマー（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）等を用いる。
【００２３】
製造方法については、透明基板１上に、真空蒸着装置で、半透明反射膜２、透明電極層３、正孔注入層４、正孔輸送層５、発光層６、電子輸送層７、電子注入層８、電極層９を順に成膜するという既知の工程により製造される。
【００２４】
なお、図１の半透明反射膜２と透明電極層３の順序を入れ替えて、透明基板１、透明電極層３、半透明反射膜２の順に構成するようにしても良い。この場合は、共振器内には、透明電極層３は含まれないことになる。
【００２５】
また、発光層６を挟む有機層として、最大の層構造を示しているが、必要に応じて、各有機層を減らすことも可能であり、例えば、電子注入層８が取り除かれた構成とすることもできる。
【００２６】
図１の構成において、金属からなる電極層９と半透明反射膜２との間で光共振器を構成している。電極層９は金属ミラーとしても機能し、発光層５からの光を反射する。また、発光層５からの光は半透明反射膜２によっても反射されて、発光層６から放射された光のうち、特定波長のものが共振して強められる。この作用により、発光スペクトルの半値幅の狭い、鋭いピークを取り出そうとするものである。なお、電極層９の内側にＡｇ等からなる反射膜を形成し、この反射膜と半透明反射膜２とで共振器構造を構成するようにしても良い。
【００２７】
また、透明電極層３、正孔注入層４、正孔輸送層５、発光層６、電子輸送層７、電子注入層８のそれぞれの膜厚と屈折率との積から得られる光学的距離の和は、発光層６から放射される光のピーク波長と一致させる。これによって共振器が有効に作用する。
【００２８】
ところで、従来のように、正孔注入層４にＣｕＰｃを用いると、図７のような吸光度特性を有するので、図６に示すように、発光スペクトルがほとんどシャープにならず、共振器の機能を十分に発揮することができない。
【００２９】
しかし、本発明では、上述したように正孔注入層４に例えば、酸により化学ドーピングされた導電性ポリマー（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）を用いる。ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳは、図２に示す構造式を有しており、導電性高分子であり、高透明性、耐熱性が高い等の特性がある。また、導電性ポリマー（ＰＥＤＯＴ）だけでも、導電性があるが、さらに導電性を上げるために酸（ＰＳＳ）により化学ドーピングされている。
【００３０】
また、別の材料として正孔注入層４にスターバースト型化合物（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）を用いる。スターバースト型化合物は、図３に示す構造式を有している。スターバースト分子は有機アモルファス材料として合成された分子群で、アモルファス性のため、均一な膜を形成できる。また、素子駆動時に発生する熱による結晶化などの膜構造の変化が発生しにくいなどの特徴を有する。
【００３１】
以上の正孔注入層材料は、可視光領域に光吸収帯を持たないので、発光層６から放射された可視光が正孔注入層４を通過しても、光の吸収が起きない。また、発光層６及び正孔注入層４以外の有機層、すなわち、正孔輸送層５、電子輸送層７、電子注入層８の各層において、可視光領域では、光吸収帯が存在しないとすれば、光共振器構造内では、可視光の吸収が発生しないことになる。
【００３２】
そこで、図７のような吸光度分布を有するＣｕＰｃ膜を正孔注入層４に用い、発光層６に緑色を発光させるような材料を用い、かつ図１の構成から半透明反射膜２を除外して光共振器構造が構成されていない場合の発光スペクトルを破線で描き、図１のような共振器構造を有する有機ＥＬ素子で、共振器構造内の正孔注入層４が、上記実施例のように可視光領域では光吸収が発生しない材料を用いた場合、すなわち改善された共振器構造を備えた場合の発光スペクトルを実線で描いたのが図４である。図４の縦軸は、ＥＬ強度を示し、発光ピークの強度を１として正規化して表したものである。
【００３３】
この図からわかるように、可視光領域に吸収帯がない材料を用いた場合の方が、発光スペクトルの半値幅が狭くなり、発光スペクトル分布の裾野部分もかなり減少してシャープになっていることがわかる。このように、発光層から放射される光の発光スペクトルの分布域に吸収帯が存在しないような材料を共振器構造内の有機層に用いることで、共振器の作用が十分発揮される。
【００３４】
上記実施例では、正孔注入層４について、発光層５が放射する光の発光スペクトル領域で吸収が発生しない材料を用いるようにしているが、共振器構造内の他の有機層、例えば、正孔輸送層５、電子輸送層７、電子注入層８の各層についても、発光層５が放射する光の発光スペクトル領域で吸収帯を持たない材料を使用することで、上記同様、共振器の効果を十分に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の断面構造を示す図である。
【図２】ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳの構造式を示す図である。
【図３】スターバースト型化合物の構造式を示す図である。
【図４】共振器構造を備えていない場合と本発明にかかる共振器構造を備えている場合の各発光スペクトルを示す図である。
【図５】従来の共振器構造を有する有機ＥＬ素子の断面構造を示す図である。
【図６】共振器構造を備えていない場合と従来の共振器構造を備えた場合の発光スペクトルを示す図である。
【図７】銅フタロシアニンの吸光度特性を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    透明基板
２    半透明反射膜
３    透明電極層
４    正孔注入層
５    正孔輸送層
６    発光層
７    電子輸送層
８    電子注入層
９    電極層
【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】
2007188965.tif 000007
【図６】
2007188965.tif 000008
【図７】
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