(57)【要約】【課題】少なくとも２つの発光ユニットを備えた有機エレクトロルミネッセント素子において、駆動電圧を低くし、発光効率を高める。【解決手段】陰極と、陽極と、陰極及び陽極の間に配置される中間ユニット７と、陰極及び中間ユニット７の間に配置される第１の発光ユニット５と、陽極及び中間ユニット７の間に配置される第２の発光ユニット６とを備え、中間ユニット７は、陰極側に隣接する隣接層から電子を引き抜くための電子引き抜き層１と、電子引き抜き層１の陽極側に隣接して設けられる複数の電子注入・輸送ユニット２とを有し、電子注入・輸送ユニット２は、陰極側に設けられる電子注入層３と、陽極側に設けられる電子輸送層４とから構成されていることを特徴としている。【選択図】図１
2007179933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極と、陽極と、前記陰極及び前記陽極の間に配置される中間ユニットと、前記陰極及び前記中間ユニットの間に配置される第１の発光ユニットと、前記陽極及び前記中間ユニットの間に配置される第２の発光ユニットとを備え、
前記中間ユニットは、陰極側に隣接する隣接層から電子を引き抜くための電子引き抜き層と、前記電子引き抜き層の陽極側に隣接して設けられる複数の電子注入・輸送ユニットとを有し、
前記各電子注入・輸送ユニットは、陰極側に設けられる電子注入層と、陽極側に設けられる電子輸送層とから構成されており、
前記電子引き抜き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、前記隣接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）│が、│ＨＯＭＯ（Ｂ）│−│ＬＵＭＯ（Ａ）│≦１．５ｅＶの関係にあり、
前記電子注入層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｃ）│または仕事関数（ＷＦ）の絶対値│ＷＦ（Ｃ）│は、│ＬＵＭＯ（Ａ）│より小さく、
前記電子輸送層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｄ）│は、│ＬＵＭＯ（Ｃ）│または│ＷＦ（Ｃ）│より小さい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】
前記電子輸送層が、フェナントロリ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】
前記電子注入層が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、並びにそれらの酸化物、ハロゲン化物、及び窒化物からなるグループより選ばれる少なくとも１種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】
前記隣接層が、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１〜３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。
【請求項５】
前記電子引き抜き層が、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１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【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、前記陰極と、前記陽極と、前記陰極及び前記陽極の間に配置される中間ユニットと、前記陰極及び前記中間ユニットの間に配置される第１の発光ユニットと、前記陽極及び前記中間ユニットの間に配置される第２の発光ユニットとを備え、
前記中間ユニットは、陰極側に隣接する隣接層から電子を引き抜くための電子引き抜き層と、前記電子引き抜き層の陽極側に隣接して設けられる複数の電子注入・輸送ユニットとを有し、
前記各電子注入・輸送ユニットは、陰極側に設けられる電子注入層と、陽極側に設けられる電子輸送層とから構成されており、
前記電子引き抜き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、前記隣接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）│が、│ＨＯＭＯ（Ｂ）│−│ＬＵＭＯ（Ａ）│≦１．５ｅＶの関係にあり、
前記電子注入層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｃ）│または仕事関数（ＷＦ）の絶対値│ＷＦ（Ｃ）│は、│ＬＵＭＯ（Ａ）│より小さく、
前記電子輸送層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｄ）│は、│ＬＵＭＯ（Ｃ）│または│ＷＦ（Ｃ）│より小さい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】
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、前記陰極と、前記陽極と、前記陰極及び前記陽極の間に配置される中間ユニットと、前記陰極及び前記中間ユニットの間に配置される第１の発光ユニットと、前記陽極及び前記中間ユニットの間に配置される第２の発光ユニットとを備え、
前記中間ユニットは、陰極側に隣接する隣接層から電子を引き抜くための電子引き抜き層と、前記電子引き抜き層の陽極側に隣接して設けられる複数の電子注入・輸送ユニットとを有し、
前記各電子注入・輸送ユニットは、陰極側に設けられる電子注入層と、陽極側に設けられる電子輸送層とから構成されており、
前記電子引き抜き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、前記隣接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）│が、│ＨＯＭＯ（Ｂ）│−│ＬＵＭＯ（Ａ）│≦１．５ｅＶの関係にあり、
前記電子注入層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｃ）│または仕事関数（ＷＦ）の絶対値│ＷＦ（Ｃ）│は、│ＬＵＭＯ（Ａ）│より小さく、
前記電子輸送層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｄ）│は、│ＬＵＭＯ（Ｃ）│または│ＷＦ（Ｃ）│より小さい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。
【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。しかしながら、有機ＥＬ素子内のキャリアの移動は、電極と有機薄膜間のエネルギー障壁や、有機薄膜内のキャリア移動度の低さにより制限を受けるため、発光効率の向上にも限界がある。
【０００３】
一方、発光効率を向上させる他の方法として、複数の発光層を積層する方法が挙げられる。例えば、補色関係にあるオレンジ色発光層と青色発光層とを直接接するように積層することにより、１層の場合より高い発光効率を得ることができる場合がある。例えば、青色発光層の発光効率が１０ｃｄ／Ａであり、オレンジ色発光層の発光効率が８ｃｄ／Ａである場合に、これらを積層して白色発光素子とした場合に、１５ｃｄ／Ａの発光効率が得られている。
【０００４】
しかしながら、発光層を３層以上それぞれ直接接するように積層した場合には、発光効率の向上が得られない。これは、電子とホールの再結合領域の拡がりに限度があり、再結合領域が３層以上にまたがらないからである。
【０００５】
非特許文献１においては、Ｖ２Ｏ５、ＩＴＯなどの無機半導体層を介して２つの発光ユニットを積層し、無機半導体層の内部でキャリアを発生させて、２つの発光層にキャリアを供給する方法が報告されている。この方法は、無機半導体層中に含まれるキャリアを利用する方法であり、キャリアを発生させるためには高い電圧を印加しなければならない。このため、駆動電圧が高くなり、携帯機器などの低電圧駆動には適用することができないものであった。
【０００６】
特許文献１〜４においても、電荷発生層などを介して複数の発光ユニットを積層した有機ＥＬ素子が提案されているが、高い電圧で駆動することが必要であり、高い発光効率が得られるものではなかった。
【特許文献１】特開２００３−２７２８６０号公報
【特許文献２】特開２００３−２６４０８５号公報
【特許文献３】特開平１１−３２９７４８号公報
【特許文献４】特開２００４−３９６１７号公報
【非特許文献１】２００４年春季第５１回応用物理学関係連合講演会  講演予稿集Ｎｏ．３  １４６４頁  講演番号２８ｐ−ＺＱ−１４「二重絶縁層をもつキャリア再結合型有機ＥＬ素子」
【非特許文献２】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】
【０００７】
本発明の目的は、少なくとも２つの発光ユニットを備えた有機ＥＬ素子において、駆動電圧を低くすることができ、かつ発光効率を高くすることができる有機ＥＬ素子及びそれを用いた有機ＥＬ表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の有機ＥＬ素子は、陰極と、陽極と、陰極及び陽極の間に配置される中間ユニットと、陰極及び中間ユニットの間に配置される第１の発光ユニットと、陽極及び中間ユニットの間に配置される第２の発光ユニットとを備え、
中間ユニットは、陰極側に隣接する隣接層から電子を引き抜くための電子引き抜き層と、電子引き抜き層の陽極側に隣接して設けられる複数の電子注入・輸送ユニットとを有し、
各電子注入・輸送ユニットは、陰極側に設けられる電子注入層と、陽極側に設けられる電子輸送層とから構成されており、
電子引き抜き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、隣接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）│が、│ＨＯＭＯ（Ｂ）│−│ＬＵＭＯ（Ａ）│≦１．５ｅＶの関係にあり、
電子注入層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｃ）│または仕事関数（ＷＦ）の絶対値│ＷＦ（Ｃ）│は、│ＬＵＭＯ（Ａ）│より小さく、
電子輸送層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｄ）│は、│ＬＵＭＯ（Ｃ）│または│ＷＦ（Ｃ）│より小さいことを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、第１の発光ユニットと第２の発光ユニットの間に、中間ユニットが設けられ、中間ユニットに、電子引き抜き層が設けられている。電子引き抜き層の陰極側には、隣接層が設けられている。また、電子引き抜き層の陽極側には電子注入層が設けられている。隣接層のＨＯＭＯのエネルギーレベルの絶対値│ＨＯＭＯ（Ｂ）│と、電子引き抜き層のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ａ）│とは、│ＨＯＭＯ（Ｂ）│−│ＬＵＭＯ（Ａ）│≦１．５ｅＶの関係にある。すなわち、電子引き抜き層のＬＵＭＯのエネルギーレベルは、隣接層のＨＯＭＯのエネルギーレベルに近い値となっている。このため、電子引き抜き層は隣接層から電子を引き抜くことができる。この隣接層からの電子の引き抜きにより、隣接層にはホールが発生する。隣接層が第１の発光ユニット内に設けられている場合には、第１の発光ユニットにホールが発生する。また、隣接層が電子引き抜き層と第１の発光ユニットの間に設けられている場合、すなわち中間ユニット内に設けられている場合には、隣接層に発生したホールが、第１の発光ユニットに供給される。第１の発光ユニットに供給されたホールは、陰極からの電子と再結合し、これによって第１の発光ユニットが発光する。
【００１０】
一方、電子引き抜き層に引き抜かれた電子は、隣接する複数の電子注入・輸送ユニットに移動し、複数の電子注入・輸送ユニットから第２の発光ユニットに供給され、陽極から供給されたホールと再結合し、これによって第２の発光ユニットが発光する。
【００１１】
従って、本発明によれば、第１の発光ユニット及び第２の発光ユニットのそれぞれにおいて再結合領域を形成することができ、これによって第１の発光ユニット及び第２の発光ユニットをそれぞれ別個に発光させることができる。
【００１２】
本発明において、中間ユニットは、電子引き抜き層と、電子引き抜き層の陽極側に隣接して設けられる複数の電子注入・輸送ユニットとを有しており、この電子注入・輸送ユニットは、陰極側に設けられる電子注入層と、陽極側に設けられる電子輸送層とから構成されている。電子注入層のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｃ）│またはＷＦの絶対値│ＷＦ（Ｃ）│は、電子引き抜き層のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ａ）│より小さく、また電子輸送層のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｄ）│は、│ＬＵＭＯ（Ｃ）│または│ＷＦ（Ｃ）│より小さくなるように設定されている。従って、電子引き抜き層より引き抜かれた電子は、電子注入・輸送ユニットの電子注入層に移動し、さらに電子輸送層に移動する。
【００１３】
本発明においては、電子引き抜き層の陽極側に複数の電子注入・輸送ユニットを設けている。後述するように、電子引き抜き層の陽極側に電子注入・輸送ユニットを１つのみ設ける場合に比べ、複数の電子注入・輸送ユニットを設けることにより、電圧が印加されたときのエネルギーバンドを大きく変化させることができ、電子注入・輸送ユニット全体にかかる電圧を低下させることができる。従って、電子引き抜き層に隣接する電子注入・輸送ユニットに移動した電子は、その電子輸送層からさらに次の電子注入・輸送ユニットに送られ、その電子注入・輸送ユニットの電子注入層及び電子輸送層を通り、第２の発光ユニットに供給される。
【００１４】
従って、本発明においては、電子注入・輸送ユニットが１つだけ設けられている場合に比べ、駆動電圧を大幅に低減することができ、発光効率を高めることができる。
【００１５】
本発明における第１の発光ユニット及び第２の発光ユニットは、それぞれ単一の発光層から形成されていてもよいし、複数の発光層を直接接するように積層して構成されていてもよい。複数の発光層を積層したものとしては、例えば、オレンジ色発光層と青色発光層を積層し、白色発光とした発光ユニットが挙げられる。
【００１６】
本発明においては、第１の発光ユニットと第２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、第１の発光ユニット及び第２の発光ユニットのそれぞれにおいて再結合をさせており、このため高い発光効率を得ることができる。
【００１７】
本発明の中間ユニットにおける電子輸送層は、電子輸送性材料から形成されていることが好ましく、特にフェナントロリン誘導体から形成されていることが好ましい。
【００１８】
本発明の中間ユニットにおける電子注入層は、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、並びにそれらの酸化物、ハロゲン化物、及び窒化物からなるグループより選ばれる少なくとも１種から形成されることができる。
【００１９】
電子注入層が、金属の酸化物、ハロゲン化物及び窒化物などから形成される場合、その金属の仕事関数の絶対値│ＷＦ（Ｃ）│が上記の範囲内にあればよい。
【００２０】
本発明において、隣接層は、ホール輸送性材料から形成されていることが好ましく、特に、３級アリールアミン系材料から形成されていることが好ましい。
【００２１】
本発明において、隣接層は第１の発光ユニット内に設けられていてもよい。特に、第１の発光ユニット内において中間ユニット側に位置する発光層のホスト材料が隣接層として適するホール輸送性材料である場合には、第１の発光ユニット内の中間ユニット側の発光層を隣接層とすることができる。
【００２２】
また、本発明において、隣接層は中間ユニット内に設けられていてもよい。第１の発光ユニット内の中間ユニット側の発光層のホスト材料が隣接層として適するホール輸送性材料でない場合には、隣接層として機能させることができない場合があるので、このような場合には、中間ユニット内または発光ユニット内に隣接層を設けることができる。このような場合、隣接層は、電子引き抜き層と発光層の間に配置される。
【００２３】
本発明において、電子引き抜き層は、ＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値が、隣接層のＨＯＭＯのエネルギーレベルの絶対値より１．５ｅＶ小さいものであれば特に制限なく用いることができる。具体例としては、例えば、以下に示す構造式で表わされるピラジン誘導体から形成することができる。
【００２４】
【化１】
2007179933.tif 000003
【００２５】
（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。）
本発明において、さらに好ましくは、以下に示す構造式で表わされるヘキサアザトリフェニレン誘導体から電子引き抜き層を形成することができる。
【００２６】
【化２】
2007179933.tif 000004
【００２７】
（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。）
本発明における第１の発光ユニット及び第２の発光ユニットを構成する発光層は、ホスト材料とドーパント材料から形成されていることが好ましい。必要に応じてキャリア輸送性の第２のドーパント材料が含有されていてもよい。ドーパント材料としては、１重項発光材料であってもよいし、３重項発光材料（燐光発光材料）であってもよい。
【００２８】
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、陰極と、陽極と、陰極及び陽極の間に配置される中間ユニットと、陰極及び中間ユニットの間に配置される第１の発光ユニットと、陽極及び中間ユニットの間に配置される第２の発光ユニットとを備え、中間ユニットは、陰極側に隣接する隣接層から電子を引き抜くための電子引き抜き層と、電子引き抜き層の陽極側に隣接して設けられる複数の電子注入・輸送ユニットとを有し、各電子注入・輸送ユニットは、陰極側に設けられる電子注入層と、陽極側に設けられる電子輸送層とから構成されており、電子引き抜き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、隣接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）│が、│ＨＯＭＯ（Ｂ）│−│ＬＵＭＯ（Ａ）│≦１．５ｅＶの関係にあり、電子注入層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｃ）│または仕事関数（ＷＦ）の絶対値│ＷＦ（Ｃ）│は、│ＬＵＭＯ（Ａ）│より小さく、電子輸送層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｄ）│は、│ＬＵＭＯ（Ｃ）│または│ＷＦ（Ｃ）│より小さいことを特徴としている。
【００２９】
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カラー表示装置とすることができる。
【００３０】
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、陰極と、陽極と、陰極及び陽極の間に配置される中間ユニットと、陰極及び中間ユニットの間に配置される第１の発光ユニットと、陽極及び中間ユニットの間に配置される第２の発光ユニットとを備え、中間ユニットは、陰極側に隣接する隣接層から電子を引き抜くための電子引き抜き層と、電子引き抜き層の陽極側に隣接して設けられる複数の電子注入・輸送ユニットとを有し、各電子注入・輸送ユニットは、陰極側に設けられる電子注入層と、陽極側に設けられる電子輸送層とから構成されており、電子引き抜き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、隣接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）│が、│ＨＯＭＯ（Ｂ）│−│ＬＵＭＯ（Ａ）│≦１．５ｅＶの関係にあり、電子注入層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｃ）│または仕事関数（ＷＦ）の絶対値│ＷＦ（Ｃ）│は、│ＬＵＭＯ（Ａ）│より小さく記電子輸送層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｄ）│は、│ＬＵＭＯ（Ｃ）│または│ＷＦ（Ｃ）│より小さいことを特徴としている。
【００３１】
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を配置し、カラー表示装置とすることができる。
【００３２】
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、駆動電圧を低減させ、発光効率を高めて、消費電力を低減化させることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、少なくとも２つの発光ユニットを備えた有機ＥＬ素子において、駆動電圧を低減させることができ、かつ発光効率を高くすることができ、消費電力を低減化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
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。
【００３５】
図１は、本発明に従う実施例の有機ＥＬ素子における中間ユニット及びこれに隣接する層のＨＯＭＯ及びＬＵＭＯのエネルギーレベルを模式的に示す図である。本実施例において、中間ユニット７は、電子引き抜き層１と、これに隣接して設けられる２つの電子注入・輸送ユニット２から構成されており、各電子注入・輸送ユニット２は、陰極側に設けられる電子注入層３と、陽極側に設けられる電子輸送層４から構成されている。
【００３６】
図１において、電子引き抜き層１の陰極側には、第１の発光ユニット５における隣接層が設けられている。また、陽極側の電子注入・輸送ユニット２の陽極側には、第２の発光ユニット６が設けられている。
【００３７】
図１において、電子引き抜き層１のＬＵＭＯをＬＡとして示しており、第１の発光ユニット５の隣接層のＨＯＭＯをＨＢとして示している。また、電子注入・輸送ユニット２の電子注入層３のＬＵＭＯをＬＣ、電子輸送層４のＬＵＭＯをＬＤとして示している。
【００３８】
図４は、上記実施例の有機ＥＬ素子の素子構造を示す模式的断面図である。図４に示すように、陽極１８の上に、ホール輸送層１０が設けられ、ホール輸送層１０の上に第２の発光ユニット６が設けられている。第２の発光ユニット６の上には、中間ユニット７が設けられている。中間ユニット７の上には、第１の発光ユニット５が設けられている。第１の発光ユニット５の上には、電子輸送層１２及び陰極１３が設けられている。
【００３９】
中間ユニット７は、電子引き抜き層１と、電子引き抜き層１の陽極側に設けられる２つの電子注入・輸送ユニット２から構成されている。電子注入・輸送ユニット２は、陰極側に設けられる電子注入層３と、陽極側に設けられる電子輸送層４から構成されている。
【００４０】
図１を参照して、本発明に従う有機ＥＬ素子においては、電子引き抜き層１のＬＡと隣接層５のＨＢのそれぞれの絶対値の差は１．５ｅＶ以下である。従って、電子引き抜き層１は、隣接層５から電子を容易に引き抜くことができる。電子引き抜き層１の陽極側に隣接する電子注入・輸送ユニット２の電子注入層３のＬＣの絶対値は、電子引き抜き層１のＬＡの絶対値より小さく、電子輸送層４のＬＤの絶対値は、電子注入層３のＬＣの絶対値より小さくなっている。従って、電子引き抜き層１によって引き抜かれた電子は、電子注入層３及び電子輸送層４を通り、次の電子注入・輸送ユニット２の電子注入層３に供給され、上記と同様にして電子輸送層４を通り、陽極側に隣接する第２の発光ユニット６に供給される。
【００４１】
一方、電子が引き抜かれた隣接層５では、ホールが発生し、このホールは陰極側に供給される。
【００４２】
本発明においては、以上のように中間ユニット７から電子を陽極側に供給するとともに、ホールを陰極側に供給することができる。従って、陽極側に位置する発光ユニットと陰極側に位置する発光ユニットをそれぞれ効率良く発光させることができる。
【００４３】
図２は、本発明における有機ＥＬ素子に電圧が印加された場合の電子注入・輸送ユニットのエネルギーバンドの変化を説明するための図である。図２（ａ）においては、本発明に従い２つの電子注入・輸送ユニットが設けられている。図２（ｂ）は、比較のためのものであり、電子注入・輸送ユニットが１つである場合の状態を示している。
【００４４】
図２に示すように、２つの電子注入・輸送ユニットを設けることにより、電子注入・輸送ユニットが１つである場合に比べ、エネルギーバンドを大きく変化させることができ、電子注入・輸送ユニットにおける電圧を低下させることができる。
【００４５】
また、電子輸送層４をフェナントロリン誘導体から形成し、電子注入層３をアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはそれらの酸化物等から形成する場合、フェナントロリン誘導体と、アルカリ金属イオンまたはアルカリ土類金属イオンとが錯体を形成することが考えられる。このような錯体は、１種の電荷移動型の錯体であると考えられ、このような錯体が形成されると、ＬＵＭＯの値が、電子注入層３と電子輸送層４の界面において低下することが推察される。このようなＬＵＭＯの低下は、注入エネルギー障壁の低下をもたらすので、駆動電圧を低下させることができる。
【００４６】
本発明に従う図２（ａ）の場合、１層目の電子注入層３と１層目の電子輸送層４との界面、１層目の電子輸送層４と２層目の電子注入層３との界面、２層目の電子注入層３と２層目の電子輸送層４との界面があり、合計３つの界面を有している。これに対し、図２（ｂ）の比較の構造では、界面が１つしか形成されない。このようなことからも、複数の電子注入・輸送ユニットを設けることにより、駆動電圧を低下させることができるものと考えられる。
【００４７】
図３は、３つの電子注入・輸送ユニットが設けられている場合を示しており、図３（ａ）に示すように、電子注入・輸送ユニットをさらに増やし３つ積層することにより、さらに駆動電圧を低下させることができる。
【００４８】
（実施例１及び比較例１〜２）
表１に示す陽極、ホール輸送層、第２の白色発光層、中間ユニット、第１の白色発光層、電子輸送層、及び陰極を有する実施例１及び比較例１〜２の有機ＥＬ素子を作製した。中間ユニットの積層構造は表２に示す通りである。以下の各表において、（  ）内の数字は各層の厚み（ｎｍ）を示している。
【００４９】
基板としては、ガラス基板の上に陽極としてのＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜が形成されたガラス基板を用いた。ＩＴＯ膜の上にフルオロカーボン（ＣＦｘ）層を形成し、陽極とした。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、１５秒間の形成時間の厚みとした。
【００５０】
以上のように形成した陽極の上に、表１及び表２に示す各層を蒸着法により順次積層して形成した。なお、各表において％は特にことわらない限り重量％である。
【００５１】
ホール輸送層は、ＮＰＢ層の上にＨＡＴ−ＣＮ６層を積層することにより形成した。
【００５２】
第１の白色発光層及び第２の白色発光層は、隣接層であるＮＰＢ層の上に発光層を積層して形成しており、該発光層は、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をオレンジ色発光ドーパント材料として用い、ＴＢＰを青色発光ドーパント材料として用いている。
【００５３】
上記のように形成したホール輸送層の上に、上記の組成を有する第２の白色発光層を堆積して形成した。
【００５４】
上記のようにして形成した第２の白色発光層の上に、表２に示す中間ユニットを形成した。
【００５５】
実施例１においては、電子輸送層をＢＣＰから形成し、電子注入層をＬｉ２Ｏから形成しており、ＢＣＰ／Ｌｉ２Ｏ／ＢＣＰ／Ｌｉ２Ｏの積層構造とすることにより、電子注入・輸送ユニットを２つ積層させている。
【００５６】
ＢＣＰのＬＵＭＯは、−２．７ｅＶであり、中間ユニットの電子輸送層の膜厚は、一般に１〜１００ｎｍの範囲が好ましい。
【００５７】
電子注入層はＬｉ２Ｏから形成されており、Ｌｉの仕事関数は−２．９ｅＶである。電子注入層の膜厚は、一般に０．１〜１０ｎｍの範囲であることが好ましい。
【００５８】
上記のようにして形成した電子注入・輸送ユニットの上に、電子引き抜き層が形成されている。電子引き抜き層は、ＨＡＴ−ＣＮ６から形成されている。ＨＡＴ−ＣＮ６のＬＵＭＯは−４．４ｅＶであり、ＨＯＭＯは−７．０ｅＶである。電子引き抜き層の膜厚は、一般に１〜１５０ｎｍの範囲が好ましい。
【００５９】
比較例１の中間ユニットにおいては、表２に示すように、ＢＣＰ／Ｌｉ２Ｏ／ＢＣＰの積層構造を形成した上に電子引き抜き層が形成されている。
【００６０】
比較例２の中間ユニットにおいては、表２に示すように、ＢＣＰ／Ｌｉ２Ｏ積層構造を形成した上に電子引き抜き層が形成されている。従って、電子注入・輸送ユニットが１つだけ形成されている。
【００６１】
中間ユニットの上には、第２の白色発光層と同様の組成を有する第１の白色発光層が形成されている。従って、電子引き抜き層の隣接層は第１の白色発光層であり、そのＨＯＭＯはＮＰＢのＨＯＭＯである−５．４ｅＶである。
【００６２】
第１の白色発光層の上には、ＢＣＰからなる電子輸送層が形成され、この電子輸送層の上にＬｉ２ＯとＡｌ層の積層構造からなる陰極が形成されている。
【００６３】
ＮＰＢは、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−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。
【００６４】
【化３】
2007179933.tif 000005
【００６５】
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。
【００６６】
【化４】
2007179933.tif 000006
【００６７】
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。
【００６８】
【化５】
2007179933.tif 000007
【００６９】
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。
【００７０】
【化６】
2007179933.tif 000008
【００７１】
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。
【００７２】
【化７】
2007179933.tif 000009
【００７３】
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。
【００７４】
【化８】
2007179933.tif 000010
【００７５】
〔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、色度、及び発光効率を測定した。測定結果を表２に併せて示す。なお、測定結果は、４０ｍＡ／ｃｍ２の駆動電流における値である。
【００７６】
【表１】
2007179933.tif 000011
【００７７】
【表２】
2007179933.tif 000012
【００７８】
表２に示すように、本発明に従い電子注入・輸送ユニットを複数設けた実施例１においては、比較例１及び比較例２に比べ、駆動電圧が低くなっており、良好な発光効率が得られている。
【００７９】
従って、本発明に従い電子注入・輸送ユニットを複数設けることにより、駆動電圧を低減することができ、高い発光効率を得ることができることがわかる。
【００８０】
（実施例２〜９）
中間ユニットを、表３に示す構造とした以外は、上記実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
【００８１】
実施例２においては、ＢＣＰ／Ｌｉ２Ｏの構造を３回繰り返して積層し、３つの電子注入・輸送ユニットを設けている。
【００８２】
実施例３においては、ＢＣＰ／Ｌｉ２Ｏの構造を２回繰り返して積層し、２つの電子注入・輸送ユニットを設けている。
【００８３】
実施例４においては、実施例３におけるＢＣＰの膜厚を薄くしている。
【００８４】
実施例５においては、電子注入層をＬｉから形成し、実施例６においてはＣｓから形成し、実施例７においては、Ｃａから形成している。
【００８５】
実施例８においては、陽極側の電子輸送層をＢＰｈｅｎから形成しており、実施例９においては、２つの電子輸送層をともにＢＰｈｅｎから形成している。
【００８６】
ＢＰｈｅｎは、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。ＢＰｈｅｎのＬＵＭＯは、−２．７ｅＶである。
【００８７】
【化９】
2007179933.tif 000013
【００８８】
〔有機ＥＬ素子の評価〕
上記実施例１と同様にして、実施例２〜９の各有機ＥＬ素子を評価し、評価結果を表３に示した。
【００８９】
【表３】
2007179933.tif 000014
【００９０】
表３に示す実施例２と、表２に示す実施例１の結果との比較から明らかなように、電子注入・輸送ユニットは、２つ設けるよりも３つ設けた方がより駆動電圧を低減させ、より発光効率を高めることができることがわかる。
【００９１】
また実施例５〜７から明らかなように、アルカリ金属であるＬｉ及びＣｓ並びにアルカリ土類金属であるＣａを用いて電子注入層を形成した場合にも、本発明の効果が得られることがわかる。
【００９２】
また、実施例８及び９から明らかなように、他のフェナントロリン誘導体であるＢＰｈｅｎを用いた場合にも、本発明の効果が得られることがわかる。
【００９３】
（実施例１０〜１１及び比較例３）
表４に示す陽極、ホール輸送層、第２の発光ユニット、中間ユニット、第１の発光ユニット、電子輸送層及び陰極を有する実施例１０〜１１及び比較例３の有機ＥＬ素子を作製した。中間ユニットの構造は、表５に示す通りである。
【００９４】
表４に示すように、ここでは、第１の発光ユニット及び第２の発光ユニットとして、オレンジ色発光層と青色発光層を積層した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。
【００９５】
オレンジ色発光層は、ＮＰＢをホール輸送性ホスト材料として用い、ＴＢＡＤＮを電子輸送性ホスト材料として用い、ＤＢｚＲをオレンジ色発光ドーパントとして用いている。
【００９６】
青色発光層は、ＴＢＡＤＮを電子輸送性のホスト材料として用い、ＮＰＢをホール輸送性のホスト材料として用い、ＴＢＰを青色発光ドーパントとして用いている。
【００９７】
実施例１０の中間ユニットは、表５に示すように、ＢＣＰ／Ｌｉ２Ｏの構造を３回繰り返して積層し、３つの電子注入・輸送ユニットを設けている。
【００９８】
実施例１１の中間ユニットは、表５に示すように、ＢＣＰ／Ｌｉ２Ｏの構造を２回繰り返して積層し、２つの電子注入・輸送ユニットを設けている。
【００９９】
比較例３の中間ユニットは、表５に示すように、ＢＣＰ／Ｌｉ２Ｏを１つだけ形成し、１つの電子注入・輸送ユニットを設けている。
【０１００】
〔有機ＥＬ素子の評価〕
上記実施例と同様に実施例１０〜１１及び比較例３の各有機ＥＬ素子について評価し、評価結果を表５に示した。
【０１０１】
【表４】
2007179933.tif 000015
【０１０２】
【表５】
2007179933.tif 000016
【０１０３】
表５に示す結果から明らかなように、実施例１０及び１１の有機ＥＬ素子は、比較例３の有機ＥＬ素子よりも、駆動電圧が低くなっており、発光効率が向上している。従って、発光ユニットが、複数の発光層を積層した発光ユニットである場合にも、本発明の効果が得られることがわかる。
【０１０４】
また、実施例１０と実施例１１の比較から電子注入・輸送ユニットは、２つ設けるよりも３つあるいはそれ以上設けた方がより効果が得られることがわかる。
【０１０５】
〔有機ＥＬ表示装置〕
図５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。
【０１０６】
図５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１９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３の絶縁層１４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１４は、ＳｉＯ2及びＳｉＮXから形成されている。
【０１０７】
第３の絶縁層１４の上には、第４の絶縁層１５が形成されている。第４の絶縁層１５は、例えば、ＳｉＮXから形成されている。第４の絶縁層１５の上の画素領域の部分には、カラーフィルター層９が設けられている。カラーフィルター層９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９の上には、第１の平坦化膜１６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１６にはスルーホール部が形成され、第１の平坦化膜１６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、ホール輸送層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１９が形成されている。
【０１０８】
ホール輸送層１０の上には、積層発光ユニット１１が設けられている。積層発光ユニット１１は、本発明に従い、第１の発光ユニットと第２の発光ユニットの間に中間ユニットを設けた構造を有している。
【０１０９】
積層発光ユニット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。
【０１１０】
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、積層発光ユニット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。
【０１１１】
本実施例の積層発光ユニット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、積層発光ユニット１１からは白色の発光がなされる。この白色の発光は、基板１７を通り外部に出射するが、発光側にカラーフィルター層９が設けられているので、カラーフィルター層９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９はなくてもよい。
【０１１２】
図６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。
【０１１３】
基板１７から陽極８までの部分は、図５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９は、第４の絶縁層１５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２６の上にカラーフィルター層９を取り付け、この上にオーバーコート層２５をコーティングし、これを透明接着剤層２４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５に示す実施例とは逆にしている。
【０１１４】
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２５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９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。
【０１１５】
積層発光ユニット１１から発光された白色光は、封止基板２６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９が設けられているので、カラーフィルター層９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５に示す実施例よりも広い範囲にカラーフィルター層９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。
【０１１６】
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】
【０１１７】
【図１】本発明に従う一実施例における中間ユニットを構成する各層及びこれに隣接する層のＬＵＭＯ及びＨＯＭＯのエネルギーレベルを示す模式図。
【図２】本発明に従う一実施例における電子注入・輸送ユニットに電圧が印加されたときのエネルギーバンドの状態を説明するための図。
【図３】本発明に従う他の実施例における電子注入・輸送ユニットに電圧が印加されたときのエネルギーバンドの状態を説明するための図。
【図４】本発明に従う一実施例の有機ＥＬ素子の積層構造を示す模式的断面図。
【図５】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６】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】
【０１１８】
１…電子引き抜き層
２…電子注入・輸送ユニット
３…電子注入層
４…電子輸送層
５…第１の発光ユニット
６…第２の発光ユニット
７…中間ユニット
１０…ホール輸送層
１２…電子輸送層
１３…陰極
１８…陽極
【図１】
2007179933.tif 000017
【図２】
2007179933.tif 000018
【図３】
2007179933.tif 000019
【図４】
2007179933.tif 000020
【図５】
2007179933.tif 000021
【図６】
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