(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の上に形成された陽極と、前記陽極の上に形成されたホール輸送層と、前記ホール輸送層の表面上に互いに隣接して形成されたバンドギャップの異なる複数種類の発光層と、前記発光層の上に形成された陰極とを有し、隣接している前記複数種類の発光層は縁部において互いに重なっており、当該縁部においては前記複数種類の発光層のバンドギャップの大きい方が、バンドギャップの小さい方と前記ホール輸送層の間に入り込んでいることにより、当該縁部では再結合エネルギーがバンドギャップの小さい発光すべき発光層の側に移動してこれを発光させ、ホール輸送層側に回り込んでいる隣接の発光層の縁部が発光しないように構成したことを特徴とするマルチカラー有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
基板と、前記基板の上に所定間隔で形成された複数本の帯状の陽極と、前記各陽極を覆って前記基板上に形成されたホール輸送層と、前記各陽極に対応した帯状となるように前記ホール輸送層の表面上に所定の順序で互いに隣接して形成されたバンドギャップの異なる複数種類の発光層と、前記陽極と交差するように前記発光層の上に所定間隔で形成された複数本の帯状の陰極とを有するマルチカラー有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記複数種類の発光層は縁部において互いに重なっており、当該縁部においては隣接している前記複数種類の発光層のバンドギャップの大きい方が、バンドギャップの小さい方と前記ホール輸送層の間に入り込んでいることにより、当該縁部では再結合エネルギーがバンドギャップの小さい発光すべき発光層の側に移動してこれを発光させ、ホール輸送層側に回り込んでいる隣接の発光層の縁部が発光しないように構成したことを特徴とするマルチカラー有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
バンドギャップの異なる複数種類の前記発光層が、青色に発光する発光層と、緑色に発光する発光層と、赤色に発光する発光層からなる群から選択された２以上の発光層である請求項１又は２又記載のマルチカラー有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
基板と、前記基板の上に形成された陽極と、前記陽極の上に形成されたホール輸送層と、前記ホール輸送層の表面上に互いに隣接して形成されたバンドギャップの異なる複数種類の発光層と、前記発光層の上に形成された陰極とを有するマルチカラー有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、
隣接している前記複数種類の発光層が縁部において互いに重なり、かつ当該縁部においては前記複数種類の発光層のバンドギャップの大きい方が、バンドギャップの小さい方と前記ホール輸送層の間に入り込むことにより、当該縁部では再結合エネルギーがバンドギャップの小さい発光すべき発光層の側に移動してこれを発光させ、ホール輸送層側に回り込んでいる隣接の発光層の縁部が発光しないようにするために、
前記ホール輸送層の表面上に、バンドギャップの大きい発光層から順に発光層の縁部が互いに重なるようにマスク蒸着することを特徴とするマルチカラー有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項５】
基板と、前記基板の上に所定間隔で形成された複数本の帯状の陽極と、前記各陽極を覆って前記基板上に形成されたホール輸送層と、前記各陽極に対応した帯状となるように前記ホール輸送層の表面上に所定の順序で互いに隣接して形成されたバンドギャップの異なる複数種類の発光層と、前記陽極と交差するように前記発光層の上に所定間隔で形成された複数本の帯状の陰極とを有するマルチカラー有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、
隣接している前記複数種類の発光層が縁部において互いに重なり、かつ当該縁部においては前記複数種類の発光層のバンドギャップの大きい方が、バンドギャップの小さい方と前記ホール輸送層の間に入り込むことにより、当該縁部では再結合エネルギーがバンドギャップの小さい発光すべき発光層の側に移動してこれを発光させ、ホール輸送層側に回り込んでいる隣接の発光層の縁部が発光しないようにするために、
帯状の開口部を有するマスクを用い、バンドギャップの大きい発光層から順に発光層の縁部が互いに重なるように前記ホール輸送層の表面上にマスク蒸着することを特徴とするマルチカラー有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項６】
バンドギャップの異なる複数種類の前記発光層が、青色に発光する発光層と、緑色に発光する発光層と、赤色に発光する発光層からなる群から選択された２以上の発光層である請求項４又は５又記載のマルチカラー有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチカラー表示が可能な有機エレクトロルミネッセンスと、その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機エレクトロルミネッセンス（以下有機ＥＬ素子と呼ぶ）は、蛍光性有機化合物を含む薄膜を陰極と陽極の間に挟んだ構造を有し、前記薄膜に電子及びホールを注入して再結合させることにより励起子（エキシントン）を発生させ、この励起子が失活する際の光の放出（蛍光・燐光）を利用して表示を行う表示素子である。
【０００３】
上述した基本構造を有するＥＬ素子をマルチカラー化するために、例えば図３に示すような構造が提案されている。このＥＬ素子においては、透光性を有するガラス製の基板１００の内面側に、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)からなる透光性の陽極１０１が所定のパターンで形成されている。各陽極１０１の上には、赤、緑、青の各色に発光する発光層Ｒ，Ｇ，Ｂが形成され、さらに各発光層Ｒ，Ｇ，Ｂの上にはＭｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ等の金属からなる陰極１０２が形成されている。図示しないが、このような電極構造は全体として基板１００上において外界雰囲気に対して封止されている。
【０００４】
前記有機ＥＬ素子では、発光層Ｒ，Ｇ，Ｂに対して、陰極１０２から電子を注入し、陽極１０１からホールを注入する。そして、上述したように、電子とホールを再結合させることにより励起子を発生させる。この励起子が失活する際の光の放出によって、各発光層Ｒ，Ｇ，Ｂごとに異なるバンドギャップによって規定される所定の色彩の表示が成される。この発光表示は基板１００の外側から観察される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記有機ＥＬ素子での製造工程においては、発光層を形成する有機膜が水によって容易に分解してしまうため、水現像の工程を含むフォトリソグラフィー法を使用して表示パターンを形成することができない。このため、発光層のパターンの形成には、同パターンに対応した開口を有するマスクを用いたマスク蒸着法を用いることになる。マスク蒸着法は、真空容器内にマスクと基板を設け、このマスクを介して基板側に所定の開口パターンで物質を蒸着する方法である。
【０００６】
ところが、真空容器内には、マスクと基板の正確な位置決めを行うための装置がなく、微細なピッチで発光層の表示パターンを形成することが困難となっている。
【０００７】
真空容器内に自動位置決め機能を有する何らかの位置決め手段を持ち込むことにより上記の問題を解決しえたとしても、マスク蒸着法にはさらに次のような問題もある。即ち、マスクの開口を介して蒸着を行うと、開口を通過した発光層の物質が開口よりも大きく広がって隣接する発光層の縁部まで回り込むため、発光層の縁部においては異種類の発光層が重なって形成されてしまい、発光時には混色が発生してしまう。
【０００８】
上述したマスク蒸着法における回り込みの問題は、マスクと基板を密着させない限り回避することはできない。しかしながら、マスクと基板とを密着させる方法は、基板側に形成した薄膜（例えば図３には不図示であるが陽極上に形成するホール輸送層）を傷つけたり、マスクに付着している蒸着物質が再付着して汚染したりする、いわゆるクロスコンタミネーションのおそれがあり、採用できない。このため、マスク蒸着法における蒸着物質の回り込みはさけられないと考えられる。
【０００９】
本発明は、マスク蒸着法によって発光層を形成しても、漏れ発光による混色を生じないような構造のマルチカラー有機エレクトロルミネッセンス素子と、係るＥＬ素子を製造する方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載されたマルチカラー有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板１と、前記基板１の上に形成された陽極２と、前記陽極２の上に形成されたホール輸送層３と、前記ホール輸送層３の表面上に互いに隣接して形成されたバンドギャップの異なる複数種類の発光層Ｒ，Ｇ，Ｂと、前記発光層Ｒ，Ｇ，Ｂの上に形成された陰極４とを有している。そして、この発明は、隣接している前記複数種類の発光層が縁部において互いに重なっており、当該縁部の前記複数種類の発光層Ｒ，Ｇ，Ｂにおいて、バンドギャップの大きい方が、バンドギャップの小さい方と前記ホール輸送層３の間に入り込んでいることにより、当該縁部では再結合エネルギーがバンドギャップの小さい発光すべき発光層の側に移動してこれを発光させ、ホール輸送層側に回り込んでいる隣接の発光層の縁部が発光しないように構成したことを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載されたマルチカラー有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板１と、前記基板１の上に所定間隔で形成された複数本の帯状の陽極２と、前記各陽極２を覆って前記基板１上に形成されたホール輸送層３と、前記各陽極２に対応した帯状となるように前記ホール輸送層３の表面上に所定の順序で互いに隣接して形成されたバンドギャップの異なる複数種類の発光層Ｒ，Ｇ，Ｂと、前記陽極２と交差するように前記発光層Ｒ，Ｇ，Ｂの上に所定間隔で形成された複数本の帯状の陰極４とを有している。そして本発明は、前記複数種類の発光層が縁部において互いに重なっており、当該縁部の隣接している前記複数種類の発光層Ｒ，Ｇ，Ｂにおいて、バンドギャップの大きい方が、バンドギャップの小さい方と前記ホール輸送層３の間に入り込んでいることにより、当該縁部では再結合エネルギーがバンドギャップの小さい発光すべき発光層の側に移動してこれを発光させ、ホール輸送層側に回り込んでいる隣接の発光層の縁部が発光しないように構成したことを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載されたマルチカラー有機エレクトロルミネッセンス素子は、請求項１又は２又記載のマルチカラー有機エレクトロルミネッセンス素子において、バンドギャップの異なる複数種類の前記発光層Ｒ，Ｇ，Ｂが、青色に発光する発光層Ｂと、緑色に発光する発光層Ｇと、赤色に発光する発光層Ｒからなる群から選択された２以上の発光層であることを特徴としている。
【００１３】
請求項４に記載されたマルチカラー有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、基板１と、前記基板１の上に形成された陽極２と、前記陽極２の上に形成されたホール輸送層３と、前記ホール輸送層３の表面上に互いに隣接して形成されたバンドギャップの異なる複数種類の発光層Ｒ，Ｇ，Ｂと、前記発光層Ｒ，Ｇ，Ｂの上に形成された陰極４とを有するマルチカラー有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、隣接している前記複数種類の発光層が縁部において互いに重なり、かつ当該縁部においては前記複数種類の発光層のバンドギャップの大きい方が、バンドギャップの小さい方と前記ホール輸送層の間に入り込むことにより、当該縁部では再結合エネルギーがバンドギャップの小さい発光すべき発光層の側に移動してこれを発光させ、ホール輸送層側に回り込んでいる隣接の発光層の縁部が発光しないようにするために、前記ホール輸送層３の表面上に、バンドギャップの大きい発光層から順に発光層の縁部が互いに重なるようにマスク蒸着することを特徴としている。
【００１４】
請求項５に記載されたマルチカラー有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、基板１と、前記基板１の上に所定間隔で形成された複数本の帯状の陽極２と、前記各陽極２を覆って前記基板１上に形成されたホール輸送層３と、前記各陽極２に対応した帯状となるように前記ホール輸送層３の表面上に所定の順序で互いに隣接して形成されたバンドギャップの異なる複数種類の発光層Ｒ，Ｇ，Ｂと、前記陽極２と交差するように前記発光層Ｒ，Ｇ，Ｂの上に所定間隔で形成された複数本の帯状の陰極４とを有するマルチカラー有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、隣接している前記複数種類の発光層が縁部において互いに重なり、かつ当該縁部においては前記複数種類の発光層のバンドギャップの大きい方が、バンドギャップの小さい方と前記ホール輸送層の間に入り込むことにより、当該縁部では再結合エネルギーがバンドギャップの小さい発光すべき発光層の側に移動してこれを発光させ、ホール輸送層側に回り込んでいる隣接の発光層の縁部が発光しないようにするために、帯状の開口部を有するマスクを用い、バンドギャップの大きい発光層から順に発光層の縁部が互いに重なるように前記ホール輸送層３の表面上にマスク蒸着することを特徴としている。
【００１５】
請求項６に記載されたマルチカラー有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、請求項４又は５又記載のマルチカラー有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、バンドギャップの異なる複数種類の前記発光層Ｒ，Ｇ，Ｂが、青色に発光する発光層Ｂと、緑色に発光する発光層Ｇと、赤色に発光する発光層Ｒからなる群から選択された２以上の発光層であることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本例のＥＬ素子の構造を図１を参照して説明する。
透光性を有するガラス製の基板１の内面側に、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)からなる複数本の透光性の陽極２が帯状のパターンで形成されている。各陽極２は互いに平行となるように所定間隔をおいて配置されている。各陽極２を覆って、前記基板１上にはホール輸送層３が形成されている。ホール輸送層３の表面は略平滑に仕上げられており、この表面上には青、緑、赤の各色に発光する発光層Ｂ，Ｇ，Ｒが形成されている。各発光層は、帯状のパターンに形成され、各陽極２に対応する位置に前記各陽極２と略平行となるように配置されている。さらに各発光層Ｂ，Ｇ，Ｒの上には、Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ等の金属からなる複数本の陰極４が、前記陽極２と直交する方向に沿って帯状のパターンで形成されている。そして図示はしないが、以上説明した有機膜及び電極等の積層構造は、全体として基板１上に封止されている。
【００１７】
本例の有機ＥＬ素子においては、発光層としてドープ型発光層を使用できる。ドープ型発光層は、発光層に他の有機物蛍光材料を極微量（０．１〜１０ｍｏｌ％）ドーピング（混合）したものであり、これを発光層に使用すると有機ＥＬ素子の発光性能が向上する。ドープ型発光層では、発光層材料（ホスト材料）での再結合状態（励起状態）をドーピング材料にエネルギー移動させてドーピング材料からの発光を得る。これによる効果は以下の通りである。
【００１８】
（１）発光層材料が固定されていてもドーピング材料を各種変化させることでドーピング材料固有の発光色を得ることができる。但し、エネルギー移動があるので、発光層材料（ホスト材料）より短波長側への変換はできない。
【００１９】
（２）発光層の機能を分離することで発光効率、安定性が向上する。ドーピングをしていない素子では、発光層が電荷の注入、移動、発光、そしてそれらの安定性という全ての性能を有する必要があるが、エネルギー移動の効率が高いドーピング材料が選択できれば、効率、安定性の向上が可能となる。
【００２０】
なお、本例においては、前記ＲＧＢ各色の発光層の内、後述するようにＲ（赤）についてドープ型発光層を使用している。
【００２１】
青、緑、赤の各色に発光する発光層Ｂ，Ｇ，Ｒにおいては、相対的に見て、最もバンドギャップが大きいのは青（Ｂ）に発光する発光層であり、次にバンドギャップが大きいのは緑（Ｇ）に発光する発光層であり、最もバンドギャップが小さいのは赤（Ｒ）に発光する発光層である。そして本例においては、隣接している前記複数種類の発光層は縁部において重なっており、バンドギャップの大きい方が、バンドギャップの小さい方と前記ホール輸送層３の間に入り込んだ状態に形成されている。即ち、青（Ｂ）に発光する発光層の縁部は緑（Ｇ）に発光する発光層の縁部の下に回り込んでいる。また、緑（Ｇ）に発光する発光層の縁部は赤（Ｒ）に発光する発光層の縁部の下に回り込んでいる。
【００２２】
前記有機ＥＬ素子では、発光層Ｒ，Ｇ，Ｂに対して、陰極４から電子を注入し、陽極２からホールを注入する。そして、電子とホールを再結合させることにより励起子を発生させる。この励起子が失活する際の光の放出により、各発光層ごとに異なるバンドギャップによって規定される所定の色彩の表示が成される。この発光表示は基板１の外側から観察される。
【００２３】
本例の有機ＥＬ素子においては、各発光層の縁部とホール輸送層３との間に回り込んでいる隣接の発光層は、発光すべき発光層よりもバンドギャップＥg が大きい。このため、再結合エネルギーはバンドギャップＥg の小さい発光すべき発光層の側に移動し、ホール輸送層３側（図にて下側）に回り込んでいる隣接の発光層の縁部は発光しない。
【００２４】
なお、ドープ型有機ＥＬの発光領域は有機層界面の発光層側（５ｎｍ以下）の部分であるとされており、陰極４側に回り込んでもそこの発光層が発光することはない。
【００２５】
従って、本例の有機ＥＬ素子によれば、ＩＴＯからなる帯状の陽極２の間隔は０．１５ｍｍまでは全く問題なく、０．０５ｍｍまで狭くしても実用上十分な表示品位を確保することができた。
【００２６】
前記構造の発光層を備えた本例の有機ＥＬ素子を製造するには、所定幅の帯状の開口部を有するマスクを用いる。このマスクは各色の発光層の製造に個々に使用してもよいし、共通に使用してもよい。陽極２及びホール輸送層３を形成した基板１と前記マスクを真空容器内において所定間隔をおいて位置決めし、バンドギャップの大きい発光層から順に前記ホール輸送層３の上にマスク蒸着する。本例においては青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の順に蒸着する。マスクとホール輸送層３の間には所定の間隔があるので、蒸着物質はマスクの開口の大きさよりも拡散して基板１側に飛ぶ。即ち、蒸着物質はマスクの開口の陰に回り込み、隣接する発光層の縁部の位置にも到達する。このようにマスク蒸着法を採用しているので蒸着物質の回り込みは避けられない。しかしながら本例ではバンドギャップＥg の大きい順に成膜しているので、発光層の縁部においてホール輸送層３の側に回り込んでいるのはバンドギャップＥg の大きい発光層となる。このため、前述したように漏れ発光のおそれがない。その後、各発光層の上に陰極４を蒸着する。そして、積層構造の電極等を陰極側基板や樹脂等を用いて封止する。陽極２と陰極４からの配線を封止部分を気密に貫通して外部に導出する。
【００２７】
発光層に使用する物質としては、例えば次の化学式（化１）〜（化４）に示す物質を使用することができる。（化１）は、Ａｌ2 Ｏ（ＯＸＺ）4 、μ−オキソ−ジ［ビス（２−（２−ベンゾオキサゾイル）−フェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）であり、青色に発光する。バンドギャップＥg は３．１３ｅＶである。
【００２８】
【化１】
0003994482.tif 000002
【００２９】
（化２）は、Ａｌｑ3 、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）であり、緑色に発光する。バンドギャップＥg は２．９ｅＶである。
【００３０】
【化２】
0003994482.tif 000003
【００３１】
（化３）は、Ａｌｑ3 ＋ＤＣＭドープ（１ｍｏｌ％）、４−（ジシアノメチレン）−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−２−メチル−４Ｈ−ピランであり、赤色に発光する。バンドギャップＥg は２．０８ｅＶである。
【００３２】
【化３】
0003994482.tif 000004
【００３３】
本例ではＲＧＢの各色に発光する発光層を用いたが、表示の必要に応じて黄色に発光する発光層を使用してもよい。（化４）は、Ａｌｑ3 ＋Ｒｕｂｒｅｎｅドープ（３ｍｏｌ％）、ルブレンであり、黄色に発光する。バンドギャップＥg は２．２ｅＶである。
【００３４】
【化４】
0003994482.tif 000005
【００３５】
本発明者等は、赤、緑、青の各発光色の蛍光体を有する発光層Ｒ，Ｇ，Ｂを、共通のマスクをずらしながら１色づつ帯状に成膜・形成する場合、得られる有機ＥＬ素子の漏れ発光の状態が各発光層の成膜の順序によって大きな違いが生じることを見いだし、その結果に基づいて前記実施の形態を一例とするような本発明を成すに至った。
【００３６】
図２に示すように、本発明と異なり、発光層の成膜順序をバンドギャップＥg の大きい順とせず、逆にバンドギャップＥg の小さい順とすると、特に青（Ｂ）の発光層で大きな漏れ発光が生じてしまう。
【００３７】
この場合、本例とは逆に、ホール輸送層３との界面に漏れている隣接の発光層は、全て発光すべき発光層よりもバンドギャップＥg の小さいものとなる。このため、再結合エネルギーはバンドギャップＥg の小さい漏れている隣接の発光層に移動し、発光すべき発光層とともに発光してしまうため、混色を起こすのである。よって、陽極２のパターンの間隔を小さくすることができず、実験によればこの漏れ発光は陽極２の配設間隔を０．５ｍｍと広くしても解消できず、表示の微細化の障害となっていた。本発明はこのような不都合を解消しており、高精細なフルカラー表示が可能である。
【００３８】
以上説明した例においては、発光層の発光色として青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の３色を説明したが、本発明はこの他の色彩の発光層の塗り分けにも使用できる。また、前記例では、帯状の複数本の陽極２と、これに直交する帯状の複数本の陰極４により、マルチカラーのグラフィック表示を行う例を示したが、本発明は隣接するセグメントの間隔が狭い固定パターン表示にも適用できる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、陽極とホール輸送層とホール輸送層の表面上で互いに隣接する複数種類の発光層と陰極とを積層してなる有機ＥＬ素子において、前記複数種類の発光層が縁部において互いに重なっており、当該縁部の隣接している種類の異なる発光層のバンドギャップの大きい方が、バンドギャップの小さい方とホール輸送層の間に入り込む構造になっている。このため、本発明によれば、次のような効果が得られる。
【００４０】
１）マルチカラー有機ＥＬ素子において、マスク蒸着法によって発光層を形成する場合、ホール輸送層にマスクを接触させるとホール輸送層を傷つけたり、クロスコンタミネーションの原因となるため、蒸着物質の回り込みを避けることができない。しかし本発明によれば、隣接する発光層が当該発光層の縁部に回り込んできても、その回り込んだ発光層が漏れ発光することがない。このため、マスク蒸着法による微細な発光層の塗り分けが可能となり、グラフィック表示に適用した場合には高精細なフルカラー表示が可能となる。
【００４１】
２）各色に発光する蛍光体を用いたフルカラー化が可能となるので、白色蛍光体にＲＧＢフィルターを用いた方式等と比較して光の利用効率が高いため、消費電力が低く抑えられる。また、製造コストも低く抑えられる。
【００４２】
３）例示したＢ（青）、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）の３色以外の色彩の発光層の塗り分けにも使用できる。
【００４３】
４）グラフィック表示以外に、本発明は隣接するセグメントの間隔が狭い固定パターン表示にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】比較例の構造とその問題点を示す断面図である。
【図３】従来の有機ＥＬ素子の構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  基板
２  陽極
３  ホール輸送層
４  陰極
Ｂ，Ｇ，Ｒ  発光層
【図１】
0003994482.tif 000006
【図２】
0003994482.tif 000007
【図３】
0003994482.tif 000008