(57)【要約】    【課題】  低い駆動電圧と高い発光効率を有す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、金属錯体、フェナントロリン誘導体、及びベンゾイミダゾール誘導体から選ばれる少なくとも１種を含み、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
2007036128.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、金属錯体、フェナントロリン誘導体、及びベンゾイミダゾール誘導体から選ばれる少なくとも１種を含み、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】
前記金属錯体が、一般式（１）で表わされるアルミニウム錯体であ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】
2007036128.tif 000019
（式中、Ｒ１〜Ｒ３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す。）
【請求項６】
前記金属錯体が、一般式（２）で表わされるアルミニウム錯体であ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２】
2007036128.tif 000020
（式中、Ｒ１〜Ｒ３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す。）
【請求項７】
前記フェナントロリン誘導体が、一般式（３）で表わされ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。
【化３】
2007036128.tif 000021
（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、Ａｒ1及びＡｒ2は、水素、ハロゲン、または炭素数１２以下の芳香族置換基を表わす。）
【請求項８】
前記ベンゾイミダゾール誘導体が、一般式（４）で表わされることを特徴とする請求項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。
【化４】
2007036128.tif 000022
（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、Ａｒ1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す。）
【請求項９】
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１〜８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１０】
請求項１〜９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１１】
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、金属錯体、フェナントロリン誘導体、及びベンゾイミダゾール誘導体から選ばれる少なくとも１種を含み、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１０に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１２】
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、金属錯体、フェナントロリン誘導体、及びベンゾイミダゾール誘導体から選ばれる少なくとも１種を含み、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１０に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１３】
請求項１〜９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）。従って、有機ＥＬ素子の駆動電圧を低減するためには、有機ＥＬ素子における電子注入を増加させる必要がある。
【００１０】
また、上述のように、有機ＥＬ素子の消費電力を低減させる他の方法として、発光効率の向上がある。この発光効率の向上も、電子注入を増加させることにより達成することができる。上述のように、従来の有機ＥＬ素子においては、正孔が電子に対して過剰になっており、正孔と電子の数のバランスが悪いため発光効率が低くなっている。従って、電子の注入量を増加させることにより、正孔と電子の数のバランスを改善することができ、発光効率を向上させ、駆動電圧を低減させることが可能になる。
【００１１】
なお、非特許文献３には、後述する本発明の実施例において用いたＴＰＢＩが開示されている。
【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 74号 1999年 865〜867ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、低い駆動電圧と高い発光効率を有する有機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】
【００１３】
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、金属錯体、フェナントロリン誘導体、及びベンゾイミダゾール誘導体から選ばれる少なくとも１種を含み、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。
【００１４】
本発明においては、電子輸送層の膜厚が５ｎｍ以下であり、かつ金属錯体、フェナントロリン誘導体、及びベンゾイミダゾール誘導体から選ばれる少なくとも１種から形成された電子輸送層を用いているため、駆動電圧を低減することができ、かつ高い発光効率を得ることができる。
【００１５】
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。
【００１６】
本発明に従い電子輸送層の膜厚を５ｎｍ以下とし、金属錯体、フェナントロリン誘導体、及びベンゾイミダゾール誘導体から選ばれる少なくとも１種から電子輸送層を形成することにより、発光層への電子注入量を増加させ、正孔と電子の数のバランスを高めることができ、低い駆動電圧と高い発光効率を得ることができる。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
本発明において、電子輸送層に含まれる金属錯体としては、一般式（１）及び一般式（２）で表わされるアルミニウム錯体を挙げることができる。
【００２２】
【化１】
2007036128.tif 000003
【００２３】
（式中、Ｒ１〜Ｒ３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す。）
【００２４】
【化２】
2007036128.tif 000004
【００２５】
（式中、Ｒ１〜Ｒ３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す。）
本発明において、電子輸送層に含まれるフェナントロリン誘導体としては、以下の一般式（３）で表わされるものが挙げられる。
【００２６】
【化３】
2007036128.tif 000005
【００２７】
（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、Ａｒ1及びＡｒ2は、水素、ハロゲン、または炭素数１２以下の芳香族置換基を表わす。）
本発明において、電子輸送層に含まれるベンゾイミダゾール誘導体としては、以下の一般式（４）で表わされるものが挙げられる。
【００２８】
【化４】
2007036128.tif 000006
【００２９】
（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、Ａｒ1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す。）
また、本発明においては、電子輸送層の膜厚が５ｎｍ以下であり、非常に薄いので、後述のＢＣＰのような結晶性の高い有機材料を電子輸送層形成用材料として用いた場合、薄膜形成の際、あるいは薄膜形成後の結晶化を抑制することができる。従って、均質な薄膜を形成することができる。このことは、素子の寿命を高めるためにも効果がある。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、金属錯体、フェナントロリン誘導体、及びベンゾイミダゾール誘導体から選ばれる少なくとも１種を含み、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。
【００３３】
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、金属錯体、フェナントロリン誘導体、及びベンゾイミダゾール誘導体から選ばれる少なくとも１種を含み、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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】
【００３７】
本発明によれば、低い駆動電圧と高い発光効率を有する有機ＥＬ素子とすることができる。従って、本発明によれば、有機ＥＬ素子の消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
本発明においては、電子輸送層４を、金属錯体、フェナントロリン誘導体、及びベンゾイミダゾール誘導体から選ばれる少なくとも１種から形成し、その膜厚を５ｎｍ以下としているため、従来よりも電子注入量を増加させることができる。これにより駆動電圧を低減させることができ、高い発光効率を得ることができる。
【００４１】
〔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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
【表１】
2007036128.tif 000007
【００４６】
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。
【００４７】
〔青色発光素子の作製〕（実施例１〜８及び比較例１〜１３）
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
【化５】
2007036128.tif 000008
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
【化６】
2007036128.tif 000009
【００５４】
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。
【００５５】
【化７】
2007036128.tif 000010
【００５６】
比較例１を除き、実施例１〜８及び比較例２〜１３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。
【００５７】
比較例１においては、青色発光層の上に、実施例１〜８及び比較例２〜１３においては、電子輸送層の上に、陰極（ＬｉＦ／Ａｌ）を形成した。
【００５８】
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。
【００５９】
電子輸送層の形成に用いた各材料は以下の通りである。
【００６０】
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。
【００６１】
【化８】
2007036128.tif 000011
【００６２】
ＢＡｌｑは、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラトアルミニウム（III）であり、以下の構造を有している。
【００６３】
【化９】
2007036128.tif 000012
【００６４】
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。
【００６５】
【化１０】
2007036128.tif 000013
【００６６】
ＴＰＢＩは、Ｎ−アリールベンズイミダゾールのトリマーであり、以下の構造を有している。
【００６７】
【化１１】
2007036128.tif 000014
【００６８】
作製した各有機ＥＬ素子について、色度、駆動電圧、及び発光効率を測定し、測定結果を表２に示した。なお、駆動時における電流は２０ｍＡ／ｃｍ2である。
【００６９】
【表２】
2007036128.tif 000015
【００７０】
電子輸送層を設けずに発光層の上に直接陰極を接触させて設けている比較例１においては、駆動電圧が高く、また発光効率が低くなっている。このことから、電子輸送層は、駆動電圧の低減及び発光効率の向上に重要であることがわかる。
【００７１】
電子輸送層にＡｌｑを用いた比較例２〜４と実施例１及び２を比較すると、電子輸送層を５ｎｍ以下にした実施例１及び２においては、比較例２〜４に比べ、駆動電圧が著しく低減されており、発光効率が向上していることがわかる。
【００７２】
電子輸送層に、他の金属錯体であるＢＡｌｑを用いた比較例５〜７と実施例３及び４の場合においても同様に、電子輸送層を５ｎｍ以下にすることにより、駆動電圧の低減、発光効率の向上が認められている。
【００７３】
また、フェナントロリン誘導体であるＢＣＰを電子輸送層に用いた比較例８〜１０と実施例５及び６の場合においても、電子輸送層を５ｎｍ以下にすることにより、駆動電圧の低減及び発光効率の向上が認められている。特に、ＢＣＰを電子輸送層に用いた場合、膜厚を１０ｎｍとした比較例９に比べ、膜厚を２ｎｍとした実施例６では、駆動電圧が４３％と大きく低減され、発光効率が２５％向上している。このように膜厚を薄くすることにより、本発明の効果が大きく発揮されている理由として、ＢＣＰが結晶性材料であるため、膜厚を薄くすることにより結晶化が抑制され、より顕著な効果が得られているものと思われる。
【００７４】
ベンゾイミダゾール誘導体であるＴＰＢＩを電子輸送層に用いた比較例１１〜１３と実施例７及び８においても、電子輸送層の膜厚が５ｎｍ以下になることにより、駆動電圧の低減及び発光効率の向上が認められている。
【００７５】
図２は、ＢＣＰの膜厚と駆動電圧との関係を示す図である。図２に示すように、膜厚が５ｎｍ以下になることにより、急激に駆動電圧が低減されることがわかる。
【００７６】
本発明に従い、電子輸送層の膜厚を５ｎｍ以下にすることにより駆動電圧が大幅に低下する理由は、以下のように考えられる。一般に有機ＥＬ素子において、特定の有機層を薄くすると、駆動電圧が低下する。その理由は、電荷が移動する距離が減少した分、電気的な抵抗が下がるためである。また、有機ＥＬ素子に印加される電圧の大部分は、最も移動度が低い電子輸送層に印加される。電子輸送層の膜厚を薄くすることにより、電子輸送層に印加される電界強度（＝電圧÷膜厚）が非常に大きくなる。このような電界強度の増加と、抵抗値の低下という２つの相乗効果により、陰極からの電子注入層が非常に多くなり、有機ＥＬ素子の駆動電圧が低下すると考えられる。
【００７７】
〔白色発光素子の作製〕（実施例９〜１１及び比較例１４〜１６）
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。
【００７８】
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。
【００７９】
【化１２】
2007036128.tif 000016
【００８０】
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。
【００８１】
【化１３】
2007036128.tif 000017
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
作製した各有機ＥＬ素子について、色度、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、表３における駆動電圧は、２０ｍＡ／ｃｍ2の電流値における値である。
【００８５】
【表３】
2007036128.tif 000018
【００８６】
表３から明らかなように、発光層として白色発光層を用いた場合にも、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、駆動電圧の低減、及び発光効率の向上の効果が認められることがわかる。
【００８７】
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。
【００８８】
図３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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
基板３１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３に示す実施例とは逆にしている。
【００９５】
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。
【００９６】
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。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。
【００９７】
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。
【００９８】
また、図３及び図４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】
【００９９】
【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】ＢＣＰ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】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】
【０１００】
１…陽極
２…正孔輸送層
３…発光層
４…電子輸送層
５…陰極
【図１】
2007036128.tif 000023
【図２】
2007036128.tif 000024
【図３】
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【図４】
2007036128.tif 000026