(57)【要約】    【課題】  低い駆動電圧と長い輝度半減寿命を得ることができ、かつ発光色の制御を行うことができる有機エレクトロルミネッセンス素子を得る。    【解決手段】  陽極１と陰極５の間に発光層３を含む複数の有機層が配置され、発光層３と陰極５の間に有機層として電子輸送層４が配置された有機エレクトロルミネッセンス素子において、電子輸送層４が、アントラセン誘導体及び／またはシロール誘導体を含み、電子輸送層４の膜厚が５ｎｍ以下であることを特徴としている。【選択図】      図１
2007036127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極の間に発光層を含む複数の有機層が配置され、前記発光層と前記陰極の間に前記有機層として電子輸送層が配置された有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記電子輸送層が、アントラセン誘導体及び／またはシロール誘導体を含み、前記電子輸送層の膜厚が５ｎｍ以下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】
前記複数の有機層が、単一の発光層を含む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】
前記複数の有機層が、積層された複数の発光層を含む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】
前記複数の発光層が、青色発光層とオレンジ色発光層を積層した構造を有し、白色発光することを特徴とする請求項３に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記アントラセン誘導体が、一般式（１）で表わされることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化１】
2007036127.tif 000016
（式中、Ｒは、炭素数５以下の脂肪族置換基を表わし、アントラセン環上のいずれの置換位置であってもよく、Ａｒ1及びＡｒ2は、水素、ハロゲン、または炭素数３０以下の芳香族置換基を表わし、互いに同一または異なっていてもよい。）
【請求項６】
前記シロール誘導体が、一般式（２）で表わされることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化２】
2007036127.tif 000017
（式中、Ｒ１及びＲ２は、水素、ハロゲン、または炭素数６以下の芳香族もしくは脂肪族置換基を表わし、互いに同一または異なっていてもよく、Ａｒ1〜Ａｒ4は、水素、ハロゲン、または炭素数３０以下の芳香族置換基を表わし、互いに同一または異なっていてもよい。）
【請求項７】
前記電子輸送層が、前記複数の有機層のうち前記陰極に最も近い有機層であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を用いたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
【請求項９】
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ス素子と、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ス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ス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ス表示装置であって、
前記有機エレクトロルミネッセンス素子が、前記陽極と前記陰極の間に発光層を含む複数の有機層が配置され、前記発光層と前記陰極の間に前記有機層として電子輸送層が配置された有機エレクトロルミネッセンス素子であり、
前記電子輸送層が、アントラセン誘導体及び／またはシロール誘導体を含み、前記電子輸送層の膜厚が５ｎｍ以下であ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ス表示装置。
【請求項１０】
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ス素子と、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ス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ス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ス表示装置であって、
前記有機エレクトロルミネッセンス素子が、前記陽極と前記陰極の間に発光層を含む複数の有機層が配置され、前記発光層と前記陰極の間に前記有機層として電子輸送層が配置された有機エレクトロルミネッセンス素子であり、
前記電子輸送層が、アントラセン誘導体及び／またはシロール誘導体を含み、前記電子輸送層の膜厚が５ｎｍ以下であ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ス表示装置。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を用いたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス発光装置。
【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ス素子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ス素子（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。
【０００３】
有機ＥＬ素子の駆動原理は、以下のように説明される。
【０００４】
１．陰極側に負、陽極側に正となるように両電極間に電圧を印加することによって、陰極から電子、陽極から正孔が有機層に注入される。
【０００５】
２．注入された電子及び正孔は、有機層内を輸送され、有機層内で再結合する。
【０００６】
３．再結合の際、有機化合物がエネルギー的な励起状態になる。
【０００７】
４．励起された有機化合物が基底状態に戻る際に発光し、これが素子の発光として外部に取り出される。
【０００８】
有機ＥＬ素子の実用化においては、消費電力の低減が重要となる。特に、携帯電話のディスプレイなどのモバイル用途に有機ＥＬ素子を用いる場合、消費電力の低減が重要となる。
【０００９】
有機ＥＬ素子の消費電力を低減させる方法としては、素子の駆動電圧を下げる方法と、素子の発光効率を向上させる方法がある。駆動電圧を下げるためには、正孔あるいは電子の注入を増加させる必要がある。従来より、有機ＥＬ素子に用いる電子材料としては、後述するＡｌｑが広く用いられている。また、正孔輸送材料としては、後述するＮＰＢなどのトリアリールアミン誘導体が広く用いられている。Ａｌｑを電子輸送層に用い、ＮＰＢなどのトリアリールアミン誘導体を正孔輸送層に用いた場合、駆動電圧はＡｌｑによって制限される。これは、ＮＰＢなどのトリアリールアミン誘導体の正孔移動度が１０-3〜１０-4ｃｍ2／Ｖｓであるのに対して、Ａｌｑの電子移動度が１０-6ｃｍ2／Ｖｓ程度と大幅に低いためである（非特許文献１及び２を参照）。
【００１０】
最近、電子輸送材料として、フェナントロリン誘導体やシロール誘導体が、高い電子移動度を示すことが報告されている（非特許文献２及び３など）。
【００１１】
しかしながら、これらの電子輸送性に優れる材料を用いて有機ＥＬ素子の駆動電圧を低下させた場合、素子の半減寿命が低下してしまうという問題がある。これは、次のような原因に基づくと考えられる。
【００１２】
すなわち、陰極からの電子の注入量が多すぎると、発光層において正孔と電子とが再結合せずに正孔輸送層へと抜け出てしまう。正孔輸送材料として一般にトリアリールアミン誘導体が用いられているが、これらの材料が電子を受け入れた場合、電気化学的に不安定となり、劣化してしまうことがこれまでに知られている。従って、過剰に電子注入がなされる素子においては、正孔輸送層に進入してきた電子によって正孔輸送層が劣化してしまうため、素子の半減寿命が短くなる。
【００１３】
また、上述の電子輸送性に優れる材料を用いた場合、白色発光ＥＬ素子において、発光色の制御が困難になるという問題がある。これは、次のような原因に基づくと考えられる。
【００１４】
すなわち、白色発光ＥＬ素子は、青色発光とオレンジ色発光などの複数の発光を混ぜ合わせることによって実現されており、照明や液晶ディスプレイなどのバックライトとして工業的に重要である。これらの複数の発光は、一般に複数の発光層から取り出されており、例えば、陽極側からオレンジ色発光層、青色発光層をこの順で積層させることにより、白色発光層としている。この場合の素子の発光色は、オレンジ色発光層の発光と青色発光層の発光の足し合わせによって決まる。電子注入が過剰なＥＬ素子においては、素子内の電子の分布は陰極側よりも陽極側に偏る。陽極側からオレンジ色発光層、青色発光層をこの順で積層させた素子において、電子注入が過剰となった場合、青色発光層はほとんど発光せず、オレンジ色発光層からの発光が強くなり、素子の発光色が実質的にオレンジ色になり、白色発光を実現することができなくなる。このように、電子注入が過剰な素子においては、複数の発光層をバランス良く発光させた白色発光が取り出せないという問題を生じる。
【００１５】
以上の従来のＥＬ素子における問題点をまとめると、以下のようになる。
【００１６】
・Ａｌｑなどの電子輸送材料を用いると、駆動電圧が高くなり、消費電力が大きくなる。
【００１７】
・電子輸送特性に優れた電子輸送材料を用いると、駆動電圧は下がるが、輝度半減寿命が短くなる。また、複数の発光層を有する白色素子では、発光色の制御が困難になる。
【００１８】
なお、特許文献１には、後述する本発明の実施例において用いたＤＢｚＡが開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１０８７２６号公報
【非特許文献１】Applied Physics Letters 66号 1995年 3618〜3620ページ
【非特許文献２】Applied Physics Letters 76号 2000年 197〜199ページ
【非特許文献３】Applied Physics Letters 80号 2002年 189〜191ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の目的は、低い駆動電圧と長い輝度半減寿命を得ることができ、かつ発光色の制御を行うことができる有機ＥＬ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の有機ＥＬ素子は、陽極と陰極の間に発光層を含む複数の有機層が配置され、発光層と陰極の間に有機層として電子輸送層が配置された有機ＥＬ素子であり、電子輸送層が、アントラセン誘導体及び／またはシロール誘導体を含み、電子輸送層の膜厚が５ｎｍ以下であることを特徴としている。
【００２１】
本発明においては、電子輸送特性に優れたアントラセン誘導体及びシロール誘導体を、電子輸送層形成用材料として用いているので、駆動電圧を低減することができる。また、電子輸送層の膜厚を５ｎｍ以下としているので、電子輸送特性に優れた電子輸送材料を用いていても、電子注入が過剰になるのを防止することができ、輝度半減寿命を長くすることができる。
【００２２】
また、電子の過剰な注入を抑制することができるので、複数の発光層を積層した場合の発光バランスを改善することができ、発光色を制御することができる。従って、白色発光においては、所望の白色光を得ることができる。
【００２３】
本発明において、電子輸送層は、島状に分布した不連続な薄膜であってもよい。電子輸送層の膜厚は、１ｎｍ未満になると一般に成膜が困難になるため、１ｎｍ以上であることが好ましい。従って、本発明における電子輸送層の膜厚は、１〜５ｎｍの範囲内であることが好ましい。本発明における電子輸送層のさらに好ましい膜厚の範囲は、１〜４ｎｍの範囲内である。
【００２４】
本発明においては、陽極と陰極の間に、発光層を含む複数の有機層が配置されており、発光層と陰極の間に有機層として電子輸送層が配置されている。従って、複数の有機層には、少なくとも発光層及び電子輸送層が含まれている。発光層は、単一の発光層であってもよいし、積層された複数の発光層であってもよい。複数の発光層は、中間層などを介して積層された発光層であってもよい。
【００２５】
発光層が白色発光層である場合には、青色発光層とオレンジ色発光層を積層した構造のものであってもよい。青色発光層の発光ピーク波長は、例えば、４３０〜４９０ｎｍの範囲内とすることができる。また、オレンジ色発光層の発光ピーク波長は、例えば、５５０〜５８０ｎｍの範囲内とすることができる。
【００２６】
本発明における複数の有機層に含まれる有機層の他の例としては、正孔輸送層などのキャリア輸送層や、正孔注入層及び電子注入層などのキャリア注入層が挙げられる。
【００２７】
本発明における電子輸送層は、複数の有機層のうち陰極に最も近い有機層であってもよい。
【００２８】
本発明において、電子輸送層に含まれるアントラセン誘導体としては、以下の一般式（１）で表わされるものが挙げられる。
【００２９】
【化１】
2007036127.tif 000003
【００３０】
（式中、Ｒは、炭素数５以下の脂肪族置換基を表わし、アントラセン環上のいずれの置換位置であってもよく、Ａｒ1及びＡｒ2は、水素、ハロゲン、または炭素数３０以下の芳香族置換基を表わし、互いに同一または異なっていてもよい。）
本発明において、電子輸送層に含まれるシロール誘導体としては、以下の一般式（２）で表わされるものが挙げられる。
【００３１】
【化２】
2007036127.tif 000004
【００３２】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、水素、ハロゲン、または炭素数６以下の芳香族もしくは脂肪族置換基を表わし、互いに同一または異なっていてもよく、Ａｒ1〜Ａｒ4は、水素、ハロゲン、または炭素数３０以下の芳香族置換基を表わし、互いに同一または異なっていてもよい。）
本発明における発光層は、ホスト材料と発光ドーパント材料から形成されていることが好ましい。また、必要に応じてキャリア輸送性の補助ドーパント材料が含有されていてもよい。発光ドーパント材料としては、一重項発光材料であってもよいし、三重項発光材料（燐光発光材料）であってもよい。
【００３３】
本発明の有機ＥＬ表示装置は、上記本発明の有機ＥＬ素子を用いたことを特徴としており、例えば、以下の有機ＥＬ表示装置が挙げられる。
【００３４】
本発明に従うボトムエミッション型の有機ＥＬ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ＥＬ素子と、表示画素毎に対応した表示信号を有機ＥＬ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ＥＬ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ＥＬ表示装置であって、有機ＥＬ素子が、陽極と陰極の間に発光層を含む複数の有機層が配置され、発光層と陰極の間に有機層として電子輸送層が配置された有機ＥＬ素子であり、電子輸送層が、アントラセン誘導体及び／またはシロール誘導体を含み、電子輸送層の膜厚が５ｎｍ以下であることを特徴としている。
【００３５】
本発明に従うトップエミッション型の有機ＥＬ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ＥＬ素子と、表示画素毎に対応した表示信号を有機ＥＬ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ＥＬ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ＥＬ表示装置であって、有機ＥＬ素子が、陽極と陰極の間に発光層を含む複数の有機層が配置され、発光層と陰極の間に有機層として電子輸送層が配置された有機ＥＬ素子であり、電子輸送層が、アントラセン誘導体及び／またはシロール誘導体を含み、電子輸送層の膜厚が５ｎｍ以下であることを特徴としている。
【００３６】
有機ＥＬ素子が白色発光の素子である場合、カラーフィルターが配置されていることが好ましい。ボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置の場合、アクティブマトリックス駆動基板と有機ＥＬ素子の間にカラーフィルターが配置されていることが好ましい。また、トップエミッション型の有機ＥＬ表示装置の場合、封止基板と有機ＥＬ素子の間にカラーフィルターが配置されていることが好ましい。
【００３７】
トップエミッション型の表示装置の場合、有機ＥＬ素子で発光した光は、アクティブマトリックスが設けられている側と反対側の封止基板から出射される。一般にアクティブマトリックス回路は多数の層を積層して形成するものであり、ボトムエミッション型の場合はこのようなアクティブマトリックス駆動基板の存在により出射光が減衰するが、トップエミッション型の場合、このようなアクティブマトリックス回路による影響を受けることなく光を出射することができる。
【００３８】
本発明の発光装置は、上記本発明の有機ＥＬ素子を用いたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、低い駆動電圧と長い輝度半減寿命を得ることができ、寿命特性を低下させることなく、消費電力を低減することができる。また、本発明によれば、複数の発光層を有する白色発光素子などにおいて、発光色を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４１】
図１は、本発明に従う有機ＥＬ素子の一実施例の素子構造を示す断面図である。陽極１の上には正孔輸送層２が設けられており、正孔輸送層２の上に発光層３が設けられている。発光層３の上には、電子輸送層４が設けられており、電子輸送層４の上には陰極５が設けられている。陰極５が負に、陽極１が正になるように陽極１と陰極５の間に電圧を印加することにより、陰極５から電子が、陽極１から正孔が複数の有機層（正孔輸送層２、発光層３及び電子輸送層４）内に注入され、発光層３内で電子と正孔が再結合することにより有機化合物が励起され、励起された有機化合物が基底状態に戻る際に発光する。
【００４２】
本発明においては、電子輸送層４を、アントラセン誘導体及び／またはシロール誘導体から形成しているので、有機ＥＬ素子における電子輸送特性を改善することができ、駆動電圧を低減することができる。また、電子輸送層の膜厚を５ｎｍ以下としているので、過剰な電子注入を抑制し、長い輝度半減寿命が得られる。
【００４３】
また、発光層３が複数の発光層を積層して構成される場合には、発光色を制御することができる。従って、オレンジ色発光層と青色発光層を積層することにより構成される白色発光層などにおいて、所望の白色発光を得ることができる。
【００４４】
〔有機層の膜厚の測定法〕
以下の各実施例及び各比較例において、有機層の膜厚は、以下のような水晶振動子モニターを用いた方法により測定した。
【００４５】
すなわち、蒸着装置に備え付けられた水晶振動子によってモニターしながら、例えば１００ｎｍの厚みの有機膜を作製する。この有機膜の実際の膜厚を、エリプソメータにより測定する。エリプソメータに代えてＡＦＭまたは触針法により測定してもよい。
【００４６】
測定により得られた実際の膜厚が、１００ｎｍから大きくずれていた場合には、水晶振動子を制御する膜厚計のツーリングファクターを較正することによって調整し、実際の膜厚に近い値が測定できるようになる。このような操作を、蒸着装置により形成する全ての種類の有機層に対して行う。このような較正を行った後、有機層の膜厚を水晶振動子でモニターしながら薄膜を形成することにより、一般に５％以内の誤差で膜厚をモニターすることができる。例えば、較正された水晶振動子でモニターしながら１０ｎｍの厚みの有機膜を成膜した場合、１０±０．５ｎｍ程度の範囲内で形成することができる。
【００４７】
一例として、ＮＰＢからなる正孔輸送層の場合の、較正前及び較正後の水晶振動子による膜厚のモニター値及びエリプソメータによる測定値を表１に示す。
【００４８】
【表１】
2007036127.tif 000005
【００４９】
表１に示すように、較正前においては、水晶振動子でモニターした膜厚が１００ｎｍの場合、エリプソメータで測定すると、その膜厚は１２３ｎｍであった。この場合の水晶振動子のツーリングファクターは３５％であった。そこで、ツーリングファクターを４３％に較正し、較正後水晶振動子モニターで１００ｎｍとなるようにＮＰＢ膜を形成し、形成後エリプソメータで膜厚を測定したところ１０１ｎｍとなった。このようにして、水晶振動子のツーリングファクターを較正することによって、有機層の膜厚を水晶振動子で測定することが可能になる。
【００５０】
〔青色発光素子の作製〕（実施例１〜４及び比較例１〜７）
発光層３として青色発光層を用いた、図１に示す構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
【００５１】
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）層を形成し、ＩＴＯ／ＣＦｘからなる陽極の上に、ＮＰＢからなる正孔輸送層（膜厚１５０ｎｍ）を形成した。
【００５２】
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。
【００５３】
【化３】
2007036127.tif 000006
【００５４】
ＮＰＢからなる正孔輸送層の上に、青色発光層を形成した。青色発光層は、ホスト材料としてＴＢＡＤＮを用い、青色発光ドーパントとして１重量％のＴＢＰを用いて形成した。青色発光層の厚みは表２に示す通りである。
【００５５】
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。
【００５６】
【化４】
2007036127.tif 000007
【００５７】
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。
【００５８】
【化５】
2007036127.tif 000008
【００５９】
各実施例及び各比較例においては、青色発光層の上に、表２に示す材料からなる電子輸送層を、表２に示す厚みで形成した。次に、電子輸送層の上に、陰極（ＬｉＦ／Ａｌ）を形成した。従って、各有機ＥＬ素子は、以下に示す積層構造を有している。
【００６０】
ＩＴＯ／ＣＦｘ／ＮＰＢ（膜厚１５０ｎｍ）／ＴＢＡＤＮ＋１％ＴＢＰ（表２に示す膜厚）／電子輸送層（表２に示す膜厚）／ＬｉＦ／Ａｌ
なお、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以外の各層は蒸着法により形成した。
【００６１】
電子輸送層の形成に用いた各材料は以下の通りである。
【００６２】
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。
【００６３】
【化６】
2007036127.tif 000009
【００６４】
ＤＢｚＡは、９，１０−ビス（４−（６−メチルベンゾチアゾール−２−イル）フェニル）アントラセンであり、特許文献１に開示された公知の有機化合物である。ＤＢｚＡは以下の構造を有している。
【００６５】
【化７】
2007036127.tif 000010
【００６６】
ＰｙＰｙＳＰｙＰｙは、２，５−ビス（２′，２″−ビピリジン−６−イル）−１，１−ジメチル−３，４−ジフェニルシラシクロペンタジエンであり、非特許文献３に開示された公知の有機化合物である。ＰｙＰｙＳＰｙＰｙは、以下の構造を有している。
【００６７】
【化８】
2007036127.tif 000011
【００６８】
作製した各有機ＥＬ素子について、色度、駆動電圧、発光効率、及び輝度半減寿命を測定し、測定結果を表２に示した。なお、色度、駆動電圧、及び発光効率は、２０ｍＡ／ｃｍ2で駆動させた時の値である。また、輝度半減寿命は、８０ｍＡ／ｃｍ2で駆動させて測定した。
【００６９】
【表２】
2007036127.tif 000012
【００７０】
表２に示すように、比較例１に比べて、比較例２の駆動電圧は低くなっており、発光効率が向上している。これは、電子輸送層の材料をＡｌｑからＤＢｚＡに代えたことによって、電子注入が大幅に向上したためである。電子注入が増加したことにより、発光効率が向上するメカニズムは、以下のように説明される。
【００７１】
すなわち、Ａｌｑを用いた比較例１の素子は、電子注入に比べ、正孔注入が過剰であり、正孔と電子のバランスが悪いので、発光効率が低くなっている。これに対し、ＤＢｚＡを電子輸送層に用いた比較例２の素子においては、正孔と電子のバランスが改善され、発光効率が向上したものと考えられる。
【００７２】
比較例２〜４においては、電子輸送層の材料としてＤＢｚＡを用い、従来用いられてきた膜厚の範囲で電子輸送層の膜厚を変化させている。このような膜厚の範囲では、駆動電圧や輝度半減寿命に大きな変化は認められない。
【００７３】
これに対し、本発明に従い、電子輸送層の膜厚を５ｎｍにした実施例１及び２においては、駆動電圧は比較例２〜４に比べて高くなっているが、輝度半減寿命が大幅に向上している。これは、電子注入が抑制されたため、正孔輸送層に到達する電子の量が減少したためであると考えられる。実施例１及び２においては、比較例２〜４に比べ、駆動電圧が上昇してしまうが、従来電子輸送層の材料として一般的に用いられているＡｌｑを用いた比較例１と比べると、駆動電圧が低減されており、発光効率も高くなっている。
【００７４】
比較例５〜７並びに実施例３及び４においては、電子輸送層の材料としてシロール誘導体であるＰｙＰｙＳＰｙＰｙを用いている。電子輸送層にＰｙＰｙＳＰｙＰｙを用いた場合にも、上記と同様に電子輸送層の膜厚を５ｎｍとすることにより、輝度半減寿命が大幅に向上している。また、電子輸送層にＡｌｑを用いた比較例１に比べ、駆動電圧が低減されており、発光効率が向上している。なお、ＤＢｚＡを用いた場合に比べ、ＰｙＰｙＳＰｙＰｙを用いた場合に輝度半減寿命が短くなっているのは、ＰｙＰｙＳＰｙＰｙ自体の安定性に由来しているものと考えられる。
【００７５】
図２は、ＤＢｚＡを用いた電子輸送層の膜厚と、駆動電圧の関係を示している。また、図３は、ＤＢｚＡを用いた電子輸送層の膜厚と輝度半減寿命との関係を示している。図２及び図３からも明らかなように、本発明に従い電子輸送層の膜厚を５ｎｍ以下とすることにより、駆動電圧の若干の上昇を伴うが、輝度半減寿命が大幅に向上する。
【００７６】
一般に、有機ＥＬ素子においては、有機層の膜厚を薄くすると、駆動電圧が低下するが、本発明においては、逆に駆動電圧が高くなっている。これは以下のような理由であると考えられる。
【００７７】
すなわち、一般の有機ＥＬ素子において、有機層を薄くすると、電荷が移動する距離が減るため、一般的に電気的な抵抗が下がり、電圧が低下する。これに対し、本発明において電子輸送層に用いているアントラセン誘導体及びシロール誘導体は移動度が十分に高いため、膜厚を減少しても、電気的な抵抗値の減少はそれほど大きくならない。その一方で、膜厚を薄くすることにより、陰極や隣り合う有機層との界面における接触状態が荒れるため、電子注入量が減少し、これによって電圧が高くなるものと思われる。
【００７８】
〔白色発光素子の作製〕（実施例５及び比較例８〜９）
発光層として、オレンジ色発光層の上に青色発光層を積層した構造を有する白色発光層を形成した。青色発光素子作製の実施例と同様に、陽極（ＩＴＯ／ＣＦｘ）の上に、ＮＰＢからなる正孔輸送層（膜厚１００ｎｍ）を形成し、この上に膜厚５０ｎｍのオレンジ色発光層を形成し、その上に膜厚４５ｎｍの青色発光層を形成した。オレンジ色発光層は、ＮＰＢをホスト材料として用い、２０重量％のｔＢｕＤＰＮからなるキャリア輸送性の補助ドーパントと、３重量％のオレンジ色発光ドーパントＤＢｚＲから形成した。
【００７９】
ｔＢｕＤＰＮは、５，１２−ビス（４−ターシャリー−ブチルフェニル）ナフタセンであり、以下の構造を有している。
【００８０】
【化９】
2007036127.tif 000013
【００８１】
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。
【００８２】
【化１０】
2007036127.tif 000014
【００８３】
青色発光層は、ＴＢＡＤＮをホスト材料として用い、１０重量％のＮＰＢをキャリア輸送性の補助ドーパントとして含有させ、１重量％の青色発光ドーパントＴＢＰを含有させて形成した。
【００８４】
青色発光層の上に、表３に示す材料からなる電子輸送層を、表３に示す厚みとなるように形成し、その上にＬｉＦ／Ａｌからなる陰極を形成した。従って、作製した有機ＥＬ素子は、以下の積層構造を有している。
【００８５】
ＩＴＯ／ＣＦｘ／ＮＰＢ（膜厚１００ｎｍ）／ＮＰＢ＋２０％ｔＢｕＤＰＮ＋３％ＤＢｚＲ（膜厚５０ｎｍ）／ＴＢＡＤＮ＋１０％ＮＰＢ＋１％ＴＢＰ（膜厚４５ｎｍ）／電子輸送層（表３に示す膜厚）／ＬｉＦ／Ａｌ
作製した各有機ＥＬ素子について、上記と同様にして、色度、青色発光とオレンジ色発光の発光ピーク強度比（青／オレンジピーク比）、駆動電圧、及び発光効率を測定し、測定結果を表３に示した。なお、駆動電圧は、２０ｍＡ／ｃｍ2における値である。
【００８６】
図４は、比較例５及び６の発光スペクトルであり、図６は実施例３の発光スペクトルである。
【００８７】
【表３】
2007036127.tif 000015
【００８８】
表３に示す青／オレンジピーク比及び図４から明らかなように、従来の電子輸送材料Ａｌｑを用いた比較例８においては、発光色は白色となっているが、駆動電圧が高くなっている。また、ＤＢｚＡを電子輸送材料として用い、電子輸送層の膜厚を１０ｎｍとした比較例９においては、駆動電圧が低くなり、発光効率が高くなっているが、発光色がオレンジ色となっている。これに対し、本発明に従い、ＤＢｚＡを電子輸送層の材料として用い、かつ電子輸送層の膜厚を５ｎｍ以下とした実施例５においては、従来の比較例８よりも駆動電圧が低くなり、発光効率が高くなっており、かつ発光色が白色となっている。これは、膜厚を薄くすることにより、ＤＢｚＡの強すぎる電子注入特性を抑制し、正孔と電子の再結合領域を調整することによって、発光色を制御できているからであると考えられる。
【００８９】
図６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３１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。
【００９０】
図６を参照して、ガラスなどの透明基板からなる基板３１の上には、第１の絶縁層３２が設けられている。第１の絶縁層３２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３２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３３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３４が設けられている。第２の絶縁層３３は、例えばＳｉＮX及びＳｉＯ2から形成されており、第３の絶縁層３４は、ＳｉＯ2及びＳｉＮXから形成されている。
【００９１】
第３の絶縁層３４の上には、第４の絶縁層３５が形成されている。第４の絶縁層３５は、例えば、ＳｉＮXから形成されている。第４の絶縁層３５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、ホール注入層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。
【００９２】
ホール注入層１０の上には、本発明に従い積層した発光素子層１１が設けられている。発光素子層１１は、第２の発光ユニットの上に中間ユニットを介して第１の発光ユニットを積層した本発明に従う構造を有している。発光素子層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。
【００９３】
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、ホール注入層１０と、本発明に従う構造を有する発光素子層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。
【００９４】
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、発光素子層１１からは白色の発光がなされる。この白色の発光は、基板３１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。
【００９５】
図７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３１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。
【００９６】
基板３１から陽極８までの部分は、図６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３５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１０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６に示す実施例とは逆にしている。
【００９７】
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。
【００９８】
発光素子層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６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。発光素子層１１は本発明に従う有機ＥＬ素子から形成されており、発光効率の高い発光素子層であるが、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るので、発光効率の高い発光素子層の利点を十分に活用することができる。また、複数の発光ユニットを有する発光素子層の形成も、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。
【００９９】
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。
【０１００】
また、図６及び図７に示す有機ＥＬ表示装置では、画素領域を設け、表示装置としているが、発光層を全体に設けることにより、本発明の発光装置であるバックライト光源などの有機ＥＬ発光装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明に従う一実施例の有機ＥＬ素子の構造を示す断面図。
【図２】ＤＢｚＡからなる電子輸送層の膜厚と駆動電圧との関係を示す図。
【図３】ＤＢｚＡからなる電子輸送層の膜厚と輝度半減寿命との関係を示す図。
【図４】比較例８及び比較例９における発光スペクトルを示す図。
【図５】実施例５における発光スペクトルを示す図。
【図６】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７】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】
【０１０２】
１…陽極
２…正孔輸送層
３…発光層
４…電子輸送層
５…陰極
【図１】
2007036127.tif 000018
【図２】
2007036127.tif 000019
【図３】
2007036127.tif 000020
【図４】
2007036127.tif 000021
【図５】
2007036127.tif 000022
【図６】
2007036127.tif 000023
【図７】
2007036127.tif 000024