JP2006073642A - 有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 長寿命な有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置を提供することである。
【解決手段】 有機ＥＬ素子１００は、ホール注入電極２、ホール注入層３、橙色発光層４、青色発光層５、電子輸送層６および電子注入電極７を備える。橙色発光層４はホール注入層３上に設ける。有機ＥＬ素子１００の下方に青色カラーフィルタ層ＣＦＢが配設される。橙色発光層４は、ホール輸送性を有するホスト材料、発光ドーパントおよび補助ドーパントからなる。橙色発光層４の膜厚は、青色発光層５の膜厚に比べて十分に大きく設定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置に関する。

近年、情報技術（ＩＴ）の興隆に伴い、厚さ数ｍｍ程度の薄型でフルカラー表示が可能な薄型表示素子への要望が高まっている。このような薄型表示素子として、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と称する）の開発が進められている。

フルカラー表示を実現するための手段としては、赤色発光素子、緑色発光素子および青色発光素子を用いる方法と、白色発光素子と、光の３原色の単色光を透過させるカラーフィルタとを組み合わせて用いる方法が挙げられる。

特許文献１には、ルブレンを正孔輸送層にドープすることによって輝度収率の高い白色発光性有機発光ダイオードデバイスが得られることが報告されている。
特開２００２−９３５８３号公報

しかしながら、白色発光素子の実用化に向けては、発光効率の向上とともに発光寿命のさらなる向上が重要な課題となっている。

本発明の目的は、長寿命な有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置を提供することである。

第１の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、ホール注入電極と、ホール注入層と、５３０ｎｍよりも大きい波長領域に少なくとも一つの発光ピークを有する光を発生する第１の発光層と、５３０ｎｍよりも小さい波長領域に少なくとも一つの発光ピークを有する光を発生する第２の発光層と、電子注入電極とを順に備え、第１の発光層は、ホール輸送性のホスト材料とエネルギーの移動を促進する第１のドーパントおよび発光性の第２のドーパントとを含み、第１の発光層の膜厚は第２の発光層の膜厚よりも大きく、第１の発光層はホール注入層に接するように設けられたものである。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、ホール注入層に接するように第１の発光層が設けられ、第１の発光層の膜厚は第２の発光層の膜厚に比べて大きく、第１の発光層のホスト材料としてホール輸送性材料が用いられかつエネルギーの移動を促進する第１のドーパントおよび発光性の第２のドーパントがドープされている。

ホール注入電極から注入されたホールはホール注入層を通して第１の発光層および第２の発光層に輸送され、電子注入電極から注入された電子は第１および第２の発光層に輸送され、第１および第２の発光層においてホールと電子とが再結合し、第１および第２の発光層が発光する。

この場合、第１の発光層に進入した電子の一部は第１および第２のドーパントによってトラップされる。それにより、電子によるホスト材料の劣化が防止される。また、第１の発光層の膜厚が大きくかつ第１のドーパントにより第２のドーパントへの励起エネルギーの移動が促進されるので、第１の発光層において電子とホールとの再結合が効率よく行われる。したがって、再結合しない電子によるホスト材料の劣化が防止される。これらの結果、有機エレクトロルミネッセンス素子の長寿命化が可能となる。

ホスト材料は、式（１）で示される分子構造を有するトリアリールアミンであり、式（１）中のＡｒ１〜Ａｒ３は同一または異なり、芳香族置換基であってもよい。

この場合、ホールが効率よく輸送されるので、電子とホールとの再結合が効率よく行われ、発光効率が向上するとともに再結合しない電子によるホスト材料の劣化をより防止することができる。

ホスト材料は、式（２）で示される分子構造を有するベンジジン誘導体であり、式（２）中のＡｒ４〜Ａｒ７は同一または異なり、芳香族置換基であってもよい。

この場合、ホールが効率よく輸送されるので、電子とホールとの再結合が効率よく行われ、発光効率が向上するとともに再結合しない電子によるホスト材料の劣化をより防止することができる。

ホスト材料は、式（３）で示される分子構造を有するN,N'-ジ(1-ナフチル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジン（N,N'-Di(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-benzidine）であってもよい。

この場合、ホールが効率よく輸送されるので、電子とホールとの再結合が効率よく行われ、発光効率が向上するとともに再結合しない電子によるホスト材料の劣化をより防止することができる。

第１のドーパントは、式（４）で示される分子構造を有する5,12-ビス（4-ターシャリー-ブチルフェニル）-ナフタセン（5,12-Bis(4-tert-butylphenyl)-naphthacene）であってもよい。

この場合、第１のドーパントにより第２のドーパントへの励起エネルギーの移動が促進されるので、第１の発光層において電子とホールとの再結合が効率よく行われる。それにより、再結合しない電子による第１の発光層のホスト材料の劣化が防止される。

第２の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置は、第１の発明に係る１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子により発生された光を透過する１または複数の色変換部材とを備えたものである。

第２の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置においては、１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子により発生された光が、１または複数の色変換部材を通過して外部に出射される。また、第１の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子が用いられているので、電子によるホスト材料の劣化が防止される。したがって、有機エレクトロルミネッセンス装置の長寿命化が実現される。

第３の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置は、透光性基板と、透光性基板上に設けられた第１の発明に係る１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、透光性基板と１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子との間に設けられる１または複数の色変換部材とを備えたものである。

第３の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置においては、１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子により発生された光が、１または複数の色変換部材および透光性基板を通過して外部に出射される。また、第１の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子が用いられているので、電子によるホスト材料の劣化が防止される。したがって、長寿命のバックエミッション構造の有機エレクトロルミネッセンス装置が実現される。

第４の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置は、基板と、基板上に設けられた第１の発明に係る１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子上に設けられる１または複数の色変換部材とを備えたものである。

第４の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置においては、１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子により発生された光が、１または複数の色変換部材を通過して外部に出射される。また、第１の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子が用いられているので、電子によるホスト材料の劣化が防止される。したがって、長寿命のトップエミッション構造の有機エレクトロルミネッセンス装置が実現される。

本発明によれば、第１の発光層に進入した電子の一部は第１および第２のドーパントによってトラップされる。それにより、電子によるホスト材料の劣化が防止される。また、第１の発光層の膜厚が大きくかつ第１のドーパントにより第２のドーパントへの励起エネルギーの移動が促進されるので、第１の発光層において電子とホールとの再結合が効率よく行われる。したがって、再結合しない電子によるホスト材料の劣化が防止される。これらの結果、有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置の長寿命化が可能となる。

以下、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと称する）素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る有機ＥＬ装置の一例を示す模式的な断面図であり、図２は図１の有機ＥＬ装置の構造を詳細に示した断面図である。

図１の有機ＥＬ装置は、有機ＥＬ素子１００、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧ、青色カラーフィルタ層ＣＦＢおよび基板１から構成される。

赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢは、有機ＥＬ素子１００および基板１の間に形成される。また、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢにより有機ＥＬ装置の各画素が形成されるように配置される。

これら各カラーフィルタ層は、例えばガラスまたはプラスチック等の透明な材料からなる。また、各カラーフィルタ層として、ＣＣＭ（色彩転換媒体）を用いてもよく、ガラスまたはプラスチック等の透明な材料およびＣＣＭの両方を用いてもよい。

次に、図２を用いて図１の有機ＥＬ装置の構造の詳細を説明する。

図２に示すように、ガラスまたはプラスチック等からなる透明の基板１上に、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）からなる層と窒化シリコン（ＳｉＮ_x ）からなる層との積層膜１１が形成される。

積層膜１１上の一部にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）２０が形成される。ＴＦＴ２０はチャネル領域１２、ドレイン電極１３ｄ、ソース電極１３ｓ、ゲート酸化膜１４およびゲート電極１５からなる。

例えば、積層膜１１上の一部にポリシリコン層等からなるチャネル領域１２が形成される。チャネル領域１２上には、ドレイン電極１３ｄおよびソース電極１３ｓが形成される。チャネル領域１２上にゲート酸化膜１４が形成される。ゲート酸化膜１４上にゲート電極１５が形成される。

ＴＦＴ２０のドレイン電極１３ｄは後述のホール注入電極２に接続され、ＴＦＴ２０のソース電極１３ｓは電源線（図示せず）に接続される。

ゲート電極１５を覆うようにゲート酸化膜１４上に第１の層間絶縁膜１６が形成される。ドレイン電極１３ｄおよびソース電極１３ｓを覆うように第１の層間絶縁膜１６上に第２の層間絶縁膜１７が形成される。ゲート電極１５は電極（図示せず）に接続される。

なお、ゲート酸化膜１４は、例えば窒化シリコンからなる層と酸化シリコンからなる層との積層構造を有する。また、第１の層間絶縁膜１６は、例えば酸化シリコンからなる層と窒化シリコンからなる層との積層構造を有し、第２の層間絶縁膜１７は、例えば窒化シリコンからなる。

第２の層間絶縁膜１７上に、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢがそれぞれ形成される。赤色カラーフィルタ層ＣＦＲは、赤色の波長領域の光を透過させ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧは、緑色の波長領域の光を透過させ、青色カラーフィルタ層ＣＦＢは、青色の波長領域の光を透過させる。なお、図２においては、青色カラーフィルタ層ＣＦＢを例示する。青色カラーフィルタ層ＣＦＢは、４００ｎｍ〜５３０ｎｍの波長領域の光を７０％以上透過させることが好ましく、８０％以上透過させることがより好ましい。

赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢを覆うように第２の層間絶縁膜１７上に、例えばアクリル樹脂等からなる第１の平坦化層１８が形成される。

第１の平坦化層１８上に有機ＥＬ素子１００が形成される。有機ＥＬ素子１００は、ホール注入電極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、橙色発光層５、青色発光層６、電子輸送層７および電子注入電極８を順に含む。第１の平坦化層１８上にホール注入電極２が各画素ごとに形成され、画素間の領域においてホール注入電極２を覆うように絶縁性の第２の平坦化層１９が形成される。なお、ホール注入電極２は、例えばインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電膜からなる。

ホール注入電極２および第２の平坦化層１９を覆うようにホール注入層３が形成される。ホール注入層３は、例えば、プラズマＣＶＤ法（プラズマ化学的気相成長法）により形成されたＣＦ_X （フッ化炭素）からなる。

このホール注入層３上に、橙色発光層４、青色発光層５および電子輸送層６が順に形成される。さらに、この電子輸送層６上に、例えば、アルミニウム等からなる電子注入電極７が形成される。

橙色発光層４は、ホスト材料、発光ドーパントおよび補助ドーパントからなり、４３０ｎｍ〜５３０ｎｍの波長領域に少なくとも一つの発光ピークを有する光を発生する。橙色発光層４の発光メカニズムについては後述する。

橙色発光層４のホスト材料としては、ホール輸送能の高い材料を用いることが好ましい。それにより、発光効率を向上させることができる。例えば、下記式（１）に示されるトリアリールアミンである。

式（１）において、Ａｒ１〜Ａｒ３は芳香族置換基を示し、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよい。

式（１）中のＡｒ１〜Ａｒ３の芳香族置換基は、炭素数が１６以下であることが好ましい。この場合、トリアリールアミンの分子量が小さくなるので、橙色発光層４の作製時における真空蒸着が容易になる。

本実施の形態において橙色発光層４のホスト材料として用いられるトリアリールアミンは、例えば、下記式（２）に示されるベンジジン誘導体である。

式（２）において、Ａｒ４〜Ａｒ７は芳香族置換基を示し、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよい。式（２）中のＡｒ８〜Ａｒ１１の芳香族置換基としては、フェニル基、3-メチルフェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、1,1'-ビフェニル-4-イル基、9-アンスリル基、2-チエニル基、2-ピリジル基、3-ピリジル基等が挙げられる。

式（２）中のＡｒ４〜Ａｒ７の芳香族置換基は、炭素数が１６以下であることが好ましい。この場合、ベンジジン誘導体の分子量が小さくなるので、ホール輸送層４の作製時における真空蒸着が容易になる。

橙色発光層４のホスト材料として用いられるベンジジン誘導体としては、下記式（３）に示されるN,N'-ジ(1-ナフチル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジン（N,N'-Di(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-benzidine）（以下、ＮＰＢと略記する）等が挙げられる。

また、本実施の形態において橙色発光層４のホスト材料として用いられるトリアリールアミンは、下記式（５）に示されるトリフェニルアミン誘導体でもよい。

式（５）において、Ａｒ８〜Ａｒ１０は芳香族置換基を示し、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよい。式（５）中のＡｒ８〜Ａｒ１０の芳香族置換基としては、フェニル基、3-メチルフェニル基、4-tert-ブチルフェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、1,1'-ビフェニル-4-イル基、9-アンスリル基、2-チエニル基、2-ピリジル基、3-ピリジル基等が挙げられる。

式（５）中のＡｒ８〜Ａｒ１０の芳香族置換基は、炭素数が１６以下であることが好ましい。この場合、トリフェニルアミン誘導体の分子量が小さくなるので、橙色発光層４の作製時における真空蒸着が容易になる。

橙色発光層４の補助ドーパントとしては、例えば、下記式（４）に示す5,12-ビス（4-ターシャリー-ブチルフェニル）-ナフタセン（5,12-Bis(4-tert-butylphenyl)-naphthacene）（以下、ｔＢｕＤＰＮと略記する）を用いることができる。

橙色発光層４の発光ドーパントとしては、例えば、下記式（６）に示す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（5,12-Bis(4-(6-methylbenzothiazol-2-yl)phenyl)-6,11-diphenylnaphthacene）（以下、ＤＢｚＲと略記する）等を用いることができる。

青色発光層５は、ホスト材料、発光ドーパントおよび補助ドーパントからなり、５３０ｎｍ〜６３０ｎｍの波長領域に少なくとも一つの発光ピークを有する光を発生する。なお、補助ドーパントはホスト材料から発光ドーパントへのエネルギーの移動を促進することにより発光ドーパントの発光を補助する役割を担う。

青色発光層５のホスト材料としては、例えば、下記式（７）に示されるターシャリー-ブチル置換ジナフチルアントラセン（tert-butyl substituted dinaphthylanthracene）（以下、ＴＢＡＤＮと略記する）を用いることができる。

青色発光層５の第１のドーパントとしては、例えば、ＮＰＢを用いることができる。

青色発光層５の第２のドーパントとしては、例えば、下記式（８）に示す1,4,7,10-テトラ-ターシャリー-ブチルペリレン（1,4,7,10-Tetra-tert-butylPerylene）（以下、ＴＢＰと略記する）を用いることができる。

なお、本実施の形態においては、橙色発光層４の膜厚は青色発光層５に比べて十分に大きく設定する。例えば、橙色発光層４の膜厚を青色発光層５の膜厚の３倍以上に設定することが好ましく、橙色発光層４の膜厚を青色発光層５の膜厚の４倍以上に設定することがより好ましい。橙色発光層４はホール輸送層としての役割も果たすので、橙色発光層４の膜厚を大きくすることによって効率よくホールを輸送することができる。

電子輸送層６としては、例えば、下記式（９）に示される2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン（2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline）（以下、ＢＣＰと略記する）を用いることができる。この場合、ＢＣＰは高い電子移動度を有するので、電子を効率よく青色発光層５および橙色発光層４に注入することができる。それにより、駆動電圧が低くなり有機ＥＬ素子１００の消費電力が低減される。

また、電子輸送層６としては、下記式（１０）に示されるトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム（Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminｕｍ）（以下、Ａｌｑ３と略記する）等の他の有機材料を用いてもよい。

上記の有機ＥＬ素子１００においては、ホール注入電極２と電子注入電極７との間に電圧を印加することにより、ホール注入電極２からホールが注入され、電子注入電極７から電子が注入される。ホールは橙色発光層４を通して青色発光層５に輸送され、電子は電子輸送層６を通して青色発光層５および橙色発光層４に輸送され、橙色発光層４および青色発光層５においてホールと電子とが再結合し、橙色発光層４および青色発光層５が発光する。その結果、白色光が得られる。

以上のように、基板１上に積層膜１１、ＴＦＴ２０、第１の層間絶縁膜１６、第２の層間絶縁膜１７、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢ、第１の平坦化層１８、第２の平坦化層１９ならびに有機ＥＬ素子１００が形成されることにより、バックエミッション構造の有機ＥＬ装置が完成する。

有機ＥＬ素子１００により発生された光は、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、
緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢと透明の基板１とを通じて外部に取り出される。

以下、橙色発光層４の発光のメカニズムについて図３に基づき説明する。

図３は本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００の橙色発光層４の最低空分子軌道（Lowest Unoccupied Molecular Orbital；以下、ＬＵＭＯと呼ぶ。）および最高被占有分子軌道（Highest Occupied Molecular Orbital；以下、ＨＯＭＯと呼ぶ。）のエネルギー準位ならびに電子およびホールの移動過程の一例を示す模式図である。

本実施の形態において、橙色発光層４を構成するホスト材料４Ｈ、発光ドーパントＤ１および補助ドーパントＤ２のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯにおけるエネルギー準位の関係は以下の通りである。

発光ドーパントＤ１のＨＯＭＯ（エネルギー準位Ｈ１）は補助ドーパントＤ２のＨＯＭＯ（エネルギー準位Ｈ２）より高く、補助ドーパントＤ２のＨＯＭＯ（エネルギー準位Ｈ２）はホスト材料４ＨのＨＯＭＯ（エネルギー準位Ｈ３）より高い。

また、補助ドーパントＤ２のＬＵＭＯ（エネルギー準位Ｌ２）は発光ドーパントＤ１のＬＵＭＯ（エネルギー準位Ｌ１）より高く、ホスト材料４ＨのＬＵＭＯ（エネルギー準位Ｌ３）は補助ドーパントＤ２のＬＵＭＯ（エネルギー準位Ｌ２）より高い。

すなわち、ホスト材料４Ｈ、発光ドーパントＤ１および補助ドーパントＤ２のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯにおけるエネルギー準位の関係は次式（１１）および（１２）で表される。

Ｈ１＞Ｈ２＞Ｈ３ ・・・（１１）
Ｌ３＞Ｌ２＞Ｌ１ ・・・（１２）
すなわち、注入されるホールの安定性はホスト材料４Ｈ＜補助ドーパントＤ２＜発光ドーパントＤ１の関係を有し、注入される電子の安定性もホスト材料４Ｈ＜補助ドーパントＤ２＜発光ドーパントＤ１の関係を有する。

ホスト材料４Ｈ、発光ドーパントＤ１および補助ドーパントＤ２の各々のエネルギーギャップを順に”Ｅ３”，”Ｅ１”，”Ｅ２”とした場合、エネルギーギャップの関係は次式（１３）で表される。

Ｅ３＞Ｅ２＞Ｅ１ ・・・（１３）
図２の有機ＥＬ素子１００のホール注入電極２と電子注入電極７との間に駆動電圧が印加されると、ホール注入電極２より供給されたホールがホール注入層３に注入され、電子注入電極７より供給された電子が電子輸送層６に注入される。

ホール注入層３に注入されたホールは橙色発光層４に輸送され、電子輸送層６に注入された電子は青色発光層５を介して橙色発光層４に輸送される。

ホール注入層３から橙色発光層４へ輸送されるホールは、ホスト材料４Ｈ、発光ドーパントＤ１および補助ドーパントＤ２のＬＵＭＯに移動する。

補助ドーパントＤ２のキャリア輸送能が高い場合、ホール注入層３および青色発光層５と橙色発光層４との間のキャリア輸送性が向上する。

橙色発光層４において、エネルギー準位Ｈ３にあるホールは、矢印ｅ１，ｅ２で示されるように、エネルギー準位Ｈ１またはＨ２に移動する。また、エネルギー準位Ｈ２にあるホールは、矢印ｅ３で示されるように、エネルギー準位Ｈ１に移動する。

青色発光層５から橙色発光層４へ輸送される電子は、ホスト材料４Ｈ、発光ドーパントＤ１および補助ドーパントＤ２のＨＯＭＯに移動する。

橙色発光層４において、エネルギー準位Ｌ３にある電子は、矢印ｅ４，ｅ５で示されるように、エネルギー準位Ｌ１またはＬ２に移動する。また、エネルギー準位Ｌ２にある電子は、矢印ｅ６で示されるように、エネルギー準位Ｌ１に移動する。

エネルギー準位Ｈ３のホールとエネルギー準位Ｌ３の電子とが再結合し、形成された励起エネルギーが発光ドーパントＤ１または補助ドーパントＤ２へ移動し、橙色発光層４が発光する。

また、エネルギー準位Ｈ２のホールとエネルギー準位Ｌ２の電子とが再結合し、形成された励起エネルギーが発光ドーパントＤ１へ移動し、橙色発光層４が発光する。

さらに、エネルギー準位Ｈ２のホールとエネルギー準位Ｌ２の電子とが再結合し、橙色発光層４が発光する。

このように、ホスト材料４Ｈ、発光ドーパントＤ１および補助ドーパントＤ２の各々のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯのエネルギー準位およびエネルギーギャップが式（１１）〜（１３）の関係を満たす場合、補助ドーパントＤ２により発光ドーパントＤ１への励起エネルギーの移動が補助されるため、発光ドーパントＤ１への励起エネルギーの移動が円滑に行われる。それにより、発光効率が向上する。

また、補助ドーパントＤ２はホスト材料４Ｈに比べてエネルギー的に安定であるため、橙色発光層４中に補助ドーパントＤ２がドープされることにより橙色発光層４へのキャリアの輸送が促進される。それにより、駆動電圧（発光開始電圧）が低下しかつ発光寿命が向上する。

なお、ホスト材料４Ｈ、発光ドーパントＤ１および補助ドーパントＤ２の各々のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯのエネルギー準位およびエネルギーギャップが式（１１）〜（１３）の関係を満たすことが好ましいが、ホスト材料４Ｈ、発光ドーパントＤ１および補助ドーパントＤ２の各々のエネルギーギャップが式（１３）の関係を満たしていれば、ホスト材料４Ｈ、発光ドーパントＤ１および補助ドーパントＤ２の各々のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯのエネルギー準位が式（１１），（１２）の関係を満たさなくてもよい。この場合にも、発光ドーパントＤ１への励起エネルギーの移動が円滑に行われる。

本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００においては、橙色発光層４のホスト材料として、ホール輸送性の材料が用いられている。ホール輸送性材料として一般的に用いられるトリアリールアミンは電子を受け入れると劣化するが、本実施の形態においては、橙色発光層４は発光ドーパントおよび補助ドーパントを含むので、橙色発光層４に進入した電子の一部は発光ドーパントおよび補助ドーパントによってトラップされる。それにより、電子によるホスト材料の劣化を防止することができる。

特に、ホール輸送能の高い材料を橙色発光層４のホスト材料として用いた場合には、ホールと電子との再結合が効率よく行われ、再結合しない電子によるホスト材料の劣化を防止できるとともに発光効率を向上させることができる。

また、橙色発光層４の膜厚は青色発光層５の膜厚に比べて十分に大きくかつ補助ドーパントにより発光ドーパントへの励起エネルギーの移動が促進されるので、橙色発光層４において電子とホールとの再結合が効率よく行われる。したがって、再結合しない電子によるホスト材料の劣化を防止することができる。これらの結果、有機ＥＬ素子１００およびそれを備える有機ＥＬ装置の長寿命化が可能となる。

本実施の形態においては、第１の発光層が橙色発光層４に相当し、第２の発光層が青色発光層５に相当し、第１のドーパントが補助ドーパントに相当し、第２のドーパントが発光ドーパントに相当する。

また、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧ、青色カラーフィルタ層ＣＦＢが１または複数の色変換媒体に相当する。

本実施の形態に係る有機ＥＬ装置は、以下の構成を有してよい。

図４は、他の実施の形態に係る有機ＥＬ装置を示す詳細断面図である。図４の有機ＥＬ装置は以下の点で図２の有機ＥＬ装置と構造が異なる。

図４の有機ＥＬ装置においては、図２の有機ＥＬ装置と同様に、基板１上に積層膜１１、ＴＦＴ２０、第１の層間絶縁膜１６、第２の層間絶縁膜１７、青色カラーフィルタ層ＣＦＢ、第１の平坦化層１８、第２の平坦化層１９および有機ＥＬ素子１００が形成される。なお、図４においても、青色カラーフィルタ層ＣＦＢを例示する。

その後、有機ＥＬ素子１００上に、透明の接着剤層２３を介してオーバーコート層２２、青色カラーフィルタ層ＣＦＢおよび透明の封止基板２１が順に積層された積層体が接着される。これによりトップエミッション構造の有機ＥＬ装置が完成する。

有機ＥＬ素子１００により発生された光は、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢと透明の封止基板２１とを通じて外部に取り出される。

図４の有機ＥＬ装置において、基板１は不透明な材料により形成されてもよい。また、有機ＥＬ素子１００のホール注入電極２は、例えば、膜厚約５０ｎｍのインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）と膜厚約１００ｎｍのアルミニウム、クロムまたは銀とを積層することにより形成される。この場合、ホール注入電極２は、有機ＥＬ素子１００により発生された光を封止基板２１側へ反射する。

電子注入電極８は、透明な材料からなる。電子注入電極８は、例えば膜厚約１００ｎｍのインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）と膜厚約２０ｎｍの銀とを積層することにより形成される。

オーバーコート層２２は、例えば厚み約１μｍのアクリル樹脂等により形成される。赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢはそれぞれ約１μｍの厚みを有する。

封止基板２１としては、例えばガラス、酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）からなる層または窒化シリコン（ＳｉＮ_x ）からなる層を用いることができる。

図４の有機ＥＬ装置においては、トップエミッション構造であることによりＴＦＴ２０上の領域も画素領域として用いることができる。すなわち、図４の有機ＥＬ装置では、図２の青色カラーフィルタ層ＣＦＢよりも大きい青色カラーフィルタ層ＣＦＢを用いることができる。それにより、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、有機ＥＬ装置の発光効率が向上する。

（実施例）
実施例においては、図２の構造を有する有機ＥＬ素子を以下の条件で作製した。

ホール注入電極２は、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）からなる。ホール注入層３はＣＦ_X （フッ化炭素）からなる。

橙色発光層４は、膜厚１９０ｎｍを有し、ＮＰＢからなるホスト材料にｔＢｕＤＰＮからなる補助ドーパントを１０体積％添加し、発光ドーパントを３体積％添加することにより形成される。

青色発光層５は、膜厚５０ｎｍを有し、ホスト材料にＮＰＢからなる補助ドーパントを２０体積％添加し、発光ドーパントを２．５体積％添加することにより形成される。

電子輸送層７は、膜厚１０ｎｍを有する。電子注入電極８は、１ｎｍのフッ化リチウム（ＬｉＦ）膜および２００ｎｍのアルミニウム膜の積層構造からなる。

以上の条件で、実施例の有機ＥＬ素子を作製した。

（比較例１）
比較例１においては、橙色発光層４にｔＢｕＤＰＮからなる補助ドーパントをドープしなかった点を除いて実施例と同じ有機ＥＬ素子を作製した。

（比較例２）
比較例２においては、ホール注入層３と橙色発光層４との間に膜厚１６０ｎｍのＮＰＢからなるホール輸送層を設け、橙色発光層４の膜厚を３０ｎｍとした点を除いて実施例と同じ有機ＥＬ素子を作製した。

（評価）
以上のようにして作製した実施例、比較例１および比較例２の有機ＥＬ素子の８０ｍＡ／ｃｍ² での輝度を測定した。なお、測定温度は６０℃である。

表１に、実施例、比較例１および比較例２の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。

図５は、実施例、比較例１および比較例２の有機ＥＬ素子の輝度の経時変化の測定結果を示した図である。図５において、横軸は時間を示し、縦軸は規格化輝度を示す。なお、図５においては、実施例、比較例１および比較例２の各有機ＥＬ素子の測定開始時の輝度を１として以後の輝度を規格化した。

図５に示すように、実施例の有機ＥＬ素子の輝度の経時劣化は、比較例１および比較例２の有機ＥＬ素子に比べて十分に小さい。

実施例の有機ＥＬ素子においては、橙色発光層４は発光ドーパントおよび補助ドーパントを含んでいる。この場合、青色発光層５から橙色発光層４へと進入してくる電子の一部が発光ドーパントおよび補助ドーパントによってトラップされる。それにより、ＮＰＢからなる橙色発光層４のホスト材料が受け入れる電子を低減することができ、ホスト材料の劣化を防止することができる。また、橙色発光層４の膜厚は青色発光層５の膜厚に比べて十分に大きくかつ補助ドーパントにより発光ドーパントへの励起エネルギーの移動が促進されるので、橙色発光層４において電子とホールとの再結合が効率よく行われる。したがって、再結合しない電子によるホスト材料の劣化を防止することができる。これらの結果、実施例の有機ＥＬ素子の輝度の経時劣化を小さくすることができたと考えられる。

これに対して、比較例１の有機ＥＬ素子においては、橙色発光層４はｔＢｕＤＰＮからなる補助ドーパントを含んでいない。この場合、発光ドーパントが青色発光層５から橙色発光層４へと進入してくる電子の一部をトラップするが、ＮＰＢからなる橙色発光層４のホスト材料が電子を受け入れる割合も高くなり、ホスト材料が劣化する。それにより、比較例１の有機ＥＬ素子の輝度の経時劣化が大きくなったと考えられる。

また、比較例２の有機ＥＬ素子においては、ホール注入層３と橙色発光層４との間にＮＰＢからなるホール輸送層が設けられている。また、橙色発光層４の膜厚は３０ｎｍであり、実施例に比べて小さい。このような構成においては、橙色発光層４においてホールと再結合しなかった電子はホール輸送層に進入する。この場合、比較例２のホール輸送層には、発光ドーパントおよび補助ドーパントのいずれのドーパントもドープされていないので、ＮＰＢが電子を受け入れて劣化する。また、橙色発光層４の膜厚が小さいので、橙色発光層４においてホールと再結合できない電子が多くなる。それにより、ＮＰＢからなる橙色発光層４のホスト材料およびＮＰＢからなるホール輸送層が劣化する。これらの結果、比較例２の有機ＥＬ素子の輝度の経時劣化が大きくなったと考えられる。

以上のように、ホール輸送層を設けずに橙色発光層４の膜厚を青色発光層５の膜厚に比べて十分に大きくするとともに、橙色発光層４のホスト材料としてホール輸送性材料を用いかつ発光ドーパントおよび補助ドーパントをドープすることにより、長寿命な有機ＥＬ素子が得られる。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置は、各種光源または各種表示装置等に有効に利用できる。

本発明の一実施の形態に係る有機ＥＬ装置を示す模式的な断面図である。 図１の有機ＥＬ装置の構造を詳細に示した断面図である。 本発明の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の橙色発光層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）および最高被占有分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギー準位ならびに電子およびホールの移動過程の一例を示す模式図である。 本発明の他の実施の形態に係る有機ＥＬ装置を示す詳細断面図である。 実施例および比較例の有機ＥＬ素子の駆動時間と輝度との関係を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ ホール注入電極
３ ホール輸送層
４ 橙色発光層
５ 青色発光層
６ 電子輸送層
７ 電子注入電極
４Ｈ ホスト材料
Ｄ１ 発光ドーパント
Ｄ２ 補助ドーパント

Claims (8)

1. ホール注入電極と、
   ホール注入層と、
   ５３０ｎｍよりも大きい波長領域に少なくとも一つの発光ピークを有する光を発生する第１の発光層と、
   ５３０ｎｍよりも小さい波長領域に少なくとも一つの発光ピークを有する光を発生する第２の発光層と、
   電子注入電極とを順に備え、
   前記第１の発光層は、ホール輸送性のホスト材料とエネルギーの移動を促進する第１のドーパントおよび発光性の第２のドーパントとを含み、
   前記第１の発光層の膜厚は前記第２の発光層の膜厚よりも大きく、前記第１の発光層は前記ホール注入層に接するように設けられたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
2. 前記ホスト材料は、式（１）で示される分子構造を有するトリアリールアミンであり、式（１）中のＡｒ１〜Ａｒ３は同一または異なり、芳香族置換基であることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   
3. 前記ホスト材料は、式（２）で示される分子構造を有するベンジジン誘導体であり、式（２）中のＡｒ４〜Ａｒ７は同一または異なり、芳香族置換基であることを特徴とする請求項１または２記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   
4. 前記ホスト材料は、式（３）で示される分子構造を有するN,N'-ジ(1-ナフチル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   
5. 前記第１のドーパントは、式（４）で示される分子構造を有する5,12,-ビス(4-タート-ブチルフェニル)-ナフタセンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、
   前記１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子により発生された光を透過する１または複数の色変換部材とを備えることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置。
7. 透光性基板と、
   前記透光性基板上に設けられた請求項１〜５のいずれかに記載の１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、
   前記透光性基板と前記１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子との間に設けられる１または複数の色変換部材とを備えることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置。
8. 基板と、
   前記基板上に設けられた請求項１〜５のいずれかに記載の１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、
   前記１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子上に設けられる１または複数の色変換部材とを備えることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置。

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