JP2006210845A - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 複数の発光ユニットを積層した有機ＥＬ素子の発光効率改善。
【解決手段】 陰極と陽極の間に複数の発光ユニットと、前記発光ユニットの間に中間ユニットを備え、前記中間ユニットが、陽極側の電子輸送層と陰極側の電子引き抜き層とを有し、前記電子引き抜き層の最低空分子軌道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のエネルギーレベルの絶対値｜ＨＯＭＯ（Ｂ）｜が、｜ＨＯＭＯ（Ｂ）｜−｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜≦２．０ｅＶの関係にあり、前記中間ユニットが、電子の引き抜きにより発生したホールを陰極側の発光ユニットに供給するとともに、引き抜いた電子を陽極側の発光ユニットに供給する有機ＥＬ素子であって、最低空分子軌道のエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｃ）｜が、｜ＨＯＭＯ（Ｂ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｃ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜の電子引き抜き促進材料が、前記電子引き抜き層にドープされている。
【選択図】 図１
【解決手段】 陰極と陽極の間に複数の発光ユニットと、前記発光ユニットの間に中間ユニットを備え、前記中間ユニットが、陽極側の電子輸送層と陰極側の電子引き抜き層とを有し、前記電子引き抜き層の最低空分子軌道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のエネルギーレベルの絶対値｜ＨＯＭＯ（Ｂ）｜が、｜ＨＯＭＯ（Ｂ）｜−｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜≦２．０ｅＶの関係にあり、前記中間ユニットが、電子の引き抜きにより発生したホールを陰極側の発光ユニットに供給するとともに、引き抜いた電子を陽極側の発光ユニットに供給する有機ＥＬ素子であって、最低空分子軌道のエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｃ）｜が、｜ＨＯＭＯ（Ｂ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｃ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜の電子引き抜き促進材料が、前記電子引き抜き層にドープされている。
【選択図】 図１
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
非特許文献２には、後述するＨＡＴ−ＣＮ６の製造方法が記載されている。
特開２００３−２７２８６０号公報
特開２００３−２６４０８５号公報
特開平１１−３２９７４８号公報
特開２００４−３９６１７号公報
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」
SYNTHESIS,April,1994,378〜380頁"Improved Synthesis of 1,4,5,8,9,12-Hexaazatriphenylenehexacarboxylic Acid"
本発明の目的は、複数の発光ユニットを積層した有機ＥＬ素子において、発光効率が高い有機ＥＬ素子及びこれを用いた有機ＥＬ表示装置を提供することにある。
本発明の第１の局面に従う有機ＥＬ素子は、陰極と、陽極と、陰極及び陽極の間に配置される複数の発光ユニットと、発光ユニットの間に配置される中間ユニットとを備え、中間ユニットが、陽極側に設けられる電子輸送層と、陰極側に設けられる電子引き抜き層とを有し、電子引き抜き層は、電子引き抜き層の陰極側に隣接する隣接層から電子を引き抜くための層であり、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）｜≦２．０ｅＶの関係にあり、中間ユニットが、電子引き抜き層による隣接層からの電子の引き抜きにより発生したホールを陰極側の発光ユニットに供給するとともに、引き抜いた電子を電子輸送層を介して陽極側の発光ユニットに供給する有機エレクトロルミネッセント素子であって、最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｃ）｜が、｜ＨＯＭＯ（Ｂ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｃ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜の関係にある電子引き抜き促進材料が、電子引き抜き層にドープされていることを特徴としている。
本発明の第２の局面に従う有機ＥＬ素子は、陰極と、陽極と、陰極及び陽極の間に配置される複数の発光ユニットと、発光ユニットの間に配置される中間ユニットとを備え、中間ユニットが、陽極側に設けられる電子輸送層と、陰極側に設けられる電子引き抜き層とを有し、電子引き抜き層は、電子引き抜き層の陰極側に隣接する隣接層から電子を引き抜くための層であり、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）｜≦２．０ｅＶの関係にあり、中間ユニットが、電子引き抜き層による隣接層からの電子の引き抜きにより発生したホールを陰極側の発光ユニットに供給するとともに、引き抜いた電子を電子輸送層を介して陽極側の発光ユニットに供給する有機エレクトロルミネッセント素子であって、最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｃ）｜が、｜ＨＯＭＯ（Ｂ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｃ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜の関係にある電子引き抜き促進材料からなる電子引き抜き促進層が、電子引き抜き層と隣接層の間に設けられていることを特徴としている。
本発明の第３の局面に従う有機ＥＬ素子は、陰極と、陽極と、陰極及び陽極の間に配置される複数の発光ユニットと、発光ユニットの間に配置される中間ユニットとを備え、中間ユニットが、陽極側に設けられる電子輸送層と、陰極側に設けられる電子引き抜き層とを有し、電子引き抜き層は、電子引き抜き層の陰極側に隣接する隣接層から電子を引き抜くための層であり、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）｜≦２．０ｅＶの関係にあり、中間ユニットが、電子引き抜き層による隣接層からの電子の引き抜きにより発生したホールを陰極側の発光ユニットに供給するとともに、引き抜いた電子を電子輸送層を介して陽極側の発光ユニットに供給する有機エレクトロルミネッセント素子であって、最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｄ）｜が、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（Ｅ）｜及び｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜に対し、｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｄ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｅ）｜の関係にある電子注入有機材料が、電子輸送層及び／または電子引き抜き層にドープされていることを特徴としている。
本発明の第４の局面に従う有機ＥＬ素子は、陰極と、陽極と、陰極及び陽極の間に配置される複数の発光ユニットと、発光ユニットの間に配置される中間ユニットとを備え、中間ユニットが、陽極側に設けられる電子輸送層と、陰極側に設けられる電子引き抜き層とを有し、電子引き抜き層は、電子引き抜き層の陰極側に隣接する隣接層から電子を引き抜くための層であり、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）｜≦２．０ｅＶの関係にあり、中間ユニットが、電子引き抜き層による隣接層からの電子の引き抜きにより発生したホールを陰極側の発光ユニットに供給するとともに、引き抜いた電子を電子輸送層を介して陽極側の発光ユニットに供給する有機エレクトロルミネッセント素子であって、最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｄ）｜が、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（Ｅ）｜及び｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜に対し、｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｄ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｅ）｜の関係にある電子注入有機材料からなる電子注入有機材料層が、電子引き抜き層と電子輸送層の間に設けられていることを特徴としている。
本発明の第５の局面に従う有機ＥＬ素子は、陰極と、陽極と、陰極及び陽極の間に配置される複数の発光ユニットと、発光ユニットの間に配置される中間ユニットとを備え、中間ユニットが、陽極側に設けられる電子輸送層と、陰極側に設けられる電子引き抜き層とを有し、電子引き抜き層は、電子引き抜き層の陰極側に隣接する隣接層から電子を引き抜くための層であり、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）｜≦２．０ｅＶの関係にあり、中間ユニットが、電子引き抜き層による隣接層からの電子の引き抜きにより発生したホールを陰極側の発光ユニットに供給するとともに、引き抜いた電子を電子輸送層を介して陽極側の発光ユニットに供給する有機エレクトロルミネッセント素子であって、アルカリ金属、アルカリ土類金属、及びそれらの酸化物から選ばれる少なくとも１種からなる電子注入層が、前記電子引き抜き層と前記電子輸送層の間に設けられており、最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｄ）｜が、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（Ｅ）｜及び｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜に対し、｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｄ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｅ）｜の関係にある電子注入有機材料、または電子引き抜き層の材料が、電子注入層にドープされていることを特徴としている。
以下、本発明の第１の局面〜第５の局面に共通している中間ユニットの機能について説明する。
本発明においては、複数の発光ユニットの間に中間ユニットを配置し、該中間ユニットからキャリアを供給することにより、発光ユニットを発光させている。以下、本発明の中間ユニットの機能について説明する。なお、以下の説明では、発光ユニットを２つとし、陰極側の発光ユニットを第１の発光ユニット、陽極側の発光ユニットを第２の発光ユニットとして説明している。
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。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）│≦２．０ｅＶ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、陰極または隣接する中間ユニット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。
一方、電子引き抜き層に引き抜かれた電子は、第２の発光ユニットに供給され、陽極または隣接する中間ユニット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。
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。
本発明において、電子引き抜き層が隣接層から電子を引き抜くためには、電子引き抜き層のＬＵＭＯのエネルギーレベルが、隣接層のＬＵＭＯのエネルギーレベルよりも、隣接層のＨＯＭＯのエネルギーレベルに近いことが好ましい。すなわち、隣接層のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値│ＬＵＭＯ（Ｂ）│は、以下の関係を満足することが好ましい。
│ＨＯＭＯ（Ｂ）│−│ＬＵＭＯ（Ａ）│＜│ＬＵＭＯ（Ａ）│−│ＬＵＭＯ（Ｂ）│
│ＨＯＭＯ（Ｂ）│−│ＬＵＭＯ（Ａ）│＜│ＬＵＭＯ（Ａ）│−│ＬＵＭＯ（Ｂ）│
また、電子引き抜き層として用いる材料のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値は、一般に隣接層のＨＯＭＯをエネルギーレベルの絶対値よりも小さいので、このような場合、それぞれのエネルギーレベルの絶対値は、以下の関係式で示される。
０ｅＶ＜│ＨＯＭＯ（Ｂ）│−│ＬＵＭＯ（Ａ）│≦２．０ｅＶ
０ｅＶ＜│ＨＯＭＯ（Ｂ）│−│ＬＵＭＯ（Ａ）│≦２．０ｅＶ
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。しかしながら、本発明は、第１の発光ユニット及び第２の発光ユニットのうちの少なくとも一方が、２つの発光層を直接接するように積層した構造を有する場合に、特に有用である。すなわち、このような場合において、第１の発光ユニットと第２の発光ユニットを直接積層させると、３つまたは４つの発光層を直接積層した構造となり、上述のように、電子とホールの再結合領域の拡がりに限度があるため、再結合領域は３つまたは４つの発光層をまたがることがない。このため、３つまたは４つの発光層の厚み方向の１箇所で再結合が生じ、高い発光効率を得ることができない。また、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が別個に発光した場合の再結合領域と異なる領域で再結合するため、第１の発光ユニット及び第２の発光ユニットの組合せの発光色と異なる色が発光する場合がある。
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させることができる。すなわち、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再結合領域を形成することができ、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独自に発光させることができる。このため、高い発光効率を得ることができるとともに、第１の発光ユニット及び第２の発光ユニットの組合せの発光色と同一の色を発光することができる。
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、特にアリールアミン系ホール輸送性材料から形成されていることが好ましい。
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。
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、電子引き抜き層と第１の発光ユニットの間に配置される。
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２．０ｅＶ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。
（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。
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。
（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。
本発明における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。
本発明の第１の局面に従う有機ＥＬ素子は、上記本発明の有機ＥＬ素子において、最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｃ）｜が、｜ＨＯＭＯ（Ｂ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｃ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜の関係にある電子引き抜き促進材料が、電子引き抜き層にドープされていることを特徴としている。電子引き抜き促進材料の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と、電子引き抜き層のＬＵＭＯのエネルギーレベルの間の値を有している。このため、このような電子引き抜き促進材料がドープされた電子引き抜き層においては、隣接層からの電子の引き抜きが容易になる。従って、本発明の第１の局面によれば、電子引き抜き層が隣接層から効率良く電子を引き抜くことができるので、発光効率をさらに高めることができる。
本発明の第２の局面に従う有機ＥＬ素子、上記本発明の有機ＥＬ素子において、最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｃ）｜が、｜ＨＯＭＯ（Ｂ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｃ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜の関係にある電子引き抜き促進材料からなる電子引き抜き促進層が、電子引き抜き層と隣接層の間に設けられていることを特徴としている。本発明の第２の局面では、電子引き抜き促進材料からなる電子引き抜き促進層が、電子引き抜き層と隣接層の間に設けられている。上述のように、電子引き抜き促進材料の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と、電子引き抜き層のＬＵＭＯのエネルギーレベルの間の値を有している。このため、電子引き抜き層が隣接層に直接接している場合に比べ、隣接層からの電子の引き抜きをより容易に行うことができる。従って、本発明の第２の局面によれば、隣接層からの電子を効率良く引き抜くことができるので、発光効率をさらに高めることができる。
本発明の第３の局面に従う有機ＥＬ素子は、上記本発明の有機ＥＬ素子において、最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｄ）｜が、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（Ｅ）｜及び｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜に対し、｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｄ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｅ）｜の関係にある電子注入有機材料が、電子輸送層及び／または電子引き抜き層にドープされていることを特徴としている。電子注入有機材料のＬＵＭＯのエネルギーレベルは、電子引き抜き層のＬＵＭＯのエネルギーレベルと、電子輸送層のＬＵＭＯのエネルギーレベルの間の値である。このような電子注入有機材料が、電子輸送層及び／または電子引き抜き層にドープされているため、電子引き抜き層と電子輸送層の間に中間的なエネルギーレベルを設けることができ、これによって電子引き抜き層から電子輸送層への電子の注入を促進することができる。従って、本発明の第３の局面によれば、効率良く電子引き抜き層から電子輸送層に電子を注入することができるため、発光効率をさらに高めることができる。
本発明の第４の局面に従う有機ＥＬ素子は、上記本発明の有機ＥＬ素子において、最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｄ）｜が、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（Ｅ）｜及び｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜に対し、｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｄ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｅ）｜の関係にある電子注入有機材料からなる電子注入有機材料層が、電子引き抜き層と電子輸送層の間に設けられていることを特徴としている。第４の局面においては、電子注入有機材料からなる電子注入有機材料層が、電子引き抜き層と電子輸送層の間に設けられている。このため、電子引き抜き層のＬＵＭＯのエネルギーレベルと、電子輸送層のＬＵＭＯのエネルギーレベルの間に、これらの間の中間の値を有する電子注入有機材料層のＬＵＭＯのエネルギーレベルが設けられることとなり、電子引き抜き層から電子輸送層への電子の注入が促進される。従って、本発明の第４の局面によれば、電子引き抜き層から電子輸送層へ電子を効率良く注入することができ、発光効率をさらに向上させることができる。
本発明の第１の局面〜第３の局面においては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、及びそれらの酸化物から選ばれる少なくとも１種からなる電子注入層が、電子引き抜き層と電子輸送層の間に設けられていることが好ましい。電子注入層のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｆ）｜または仕事関数の絶対値｜ＷＦ（Ｆ）｜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）｜より小さいことが好ましい。電子引き抜き層より引き抜かれた電子は、電子注入層に移動し、電子注入層から電子輸送層を介して発光ユニットに供給される。
また、電子輸送層のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｅ）｜は、電子注入層のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｆ）｜または仕事関数の絶対値｜ＷＦ（Ｆ）｜より小さいことが好ましい。電子注入層に移動した電子は、電子輸送層を通り発光ユニットに供給される。
本発明の第４の局面においては、上記電子注入層が、電子引き抜き層と電子注入有機材料層の間に設けられていることが好ましい。電子引き抜き層と電子注入有機材料層の間に電子注入層を設けることにより、電子引き抜き層からの電子を、より効率良く電子輸送層に供給することができる。
本発明の第５の局面においては、上記電子注入層が、電子引き抜き層と電子輸送層の間に設けられており、上記電子注入有機材料または電子引き抜き層の材料が、電子注入層にドープされていることを特徴としている。電子注入有機材料または電子引き抜き層の材料が、電子注入層にドープされることにより、電子引き抜き層からの電子を、より効率良く電子輸送層に供給することができる。電子注入有機材料及び電子引き抜き層の材料をドープした電子注入層は、複数の層から構成されていてもよい。例えば、電子引き抜き層の材料をドープした第１の電子注入層を陰極側に配置し、電子注入有機材料をドープした第２の電子注入層を陽極側に配置した積層構造から電子注入層が構成されていてもよい。
電子注入層を形成するアルカリ金属としては、Ｌｉ、Ｃｓなどが挙げられる。アルカリ金属酸化物としては、Ｌｉ2Ｏなどが挙げられる。アルカリ土類金属としては、Ｍｇなどが挙げられる。また、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の炭酸塩（例えばＣｓ2ＣＯ3など）によっても電子注入層を形成することができる。
本発明における中間ユニット内の電子輸送層は、有機ＥＬ素子において一般に電子輸送性材料として用いられている材料から形成することができる。例えば、フェナントロリン誘導体、シロール誘導体、トリアゾール誘導体、キノリノール金属錯体誘導体、オキサジアゾール誘導体などが挙げられる。
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、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、上記本発明の第１の局面〜第５の局面のいずれかに従う有機エレクトロルミネッセント素子であることを特徴としている。
有機エレクトロルミネッセント素子が白色発光の素子である場合、封止基板と有機エレクトロルミネッセント素子の間にカラーフィルターを配置することが好ましい。
本発明の有機エレクトロルミネッセント表示装置は、トップエミッション型の表示装置であるので、有機エレクトロルミネッセント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回路の存在により出射光が減衰するが、本発明の有機エレクトロルミネッセント表示装置はトップエミッション型であるため、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。特に、本発明の有機エレクトロルミネッセント素子は複数の発光ユニットを有するものであるため、トップエミッション型の場合ボトムエミッション型に比べ発光した光が通過する膜数が少なくて済むので、光の干渉による出射光の減衰あるいは出射光の視野角の減衰を制御するための設計の自由度を高めることができる。
本発明の有機ＥＬ素子及び有機ＥＬ表示装置は、複数の発光ユニットを積層して備えるものであり、高い発光効率を示す。
本発明の第１の局面及び第２の局面に従えば、電子引き抜き促進材料が、電子引き抜き層にドープされているか、あるいは電子引き抜き促進材料からなる電子引き抜き促進層が、電子引き抜き層と隣接層の間に設けられている。このため、隣接層からの電子引き抜き層による電子の引き抜きをより効率良く行うことができ、発光効率をさらに高めることができる。本発明の第３の局面〜第５の局面に従えば、電子注入有機材料が、電子輸送層及び／または電子引き抜き層にドープされているか、あるいは電子注入有機材料または電子引き抜き層の材料が電子注入層にドープされているか、あるいは電子注入有機材料からなる電子注入有機材料層が電子引き抜き層と電子輸送層の間に設けられている。これにより、電子引き抜き層から電子輸送層への電子の注入をより効率良く行うことができる。このため、発光効率をさらに高めることができる。
図１は、本発明に従う有機ＥＬ素子を示す模式的断面図である。図１に示すように、陰極５１と陽極５２の間には、第１の発光ユニット４１及び第２の発光ユニット４２が設けられている。第１の発光ユニット４１と第２の発光ユニット４２の間には、中間ユニット３０が設けられている。第１の発光ユニット４１は、中間ユニット３０に対し陰極５１側に設けられており、第２の発光ユニット４２は、中間ユニット３０に対し陽極５２側に設けられている。
中間ユニット３０内には、電子引き抜き層３１及び電子輸送層３３が設けられている。
本発明の第１の局面に従えば、電子引き抜き層３１に、電子引き抜き促進材料がドープされている。電子引き抜き層３１における電子引き抜き促進材料の含有量は、０．１〜５０重量％の範囲内が好ましく、さらに好ましくは１〜４５重量％である。
本発明の第２の局面に従えば、電子引き抜き層３１と、第１の発光ユニット４１の間に、電子引き抜き促進層３４が設けられる。電子引き抜き促進層３４の厚みは、０．１〜１００ｎｍの範囲が好ましく、さらに好ましくは０．５〜５０ｎｍの範囲内である。
本発明の第３の局面に従えば、電子輸送層３３及び／または電子引き抜き層３１に、電子注入有機材料がドープされている。電子注入有機材料の含有量は、０．１〜５０重量％の範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは１〜４５重量％の範囲内である。
本発明の第４の局面に従えば、電子引き抜き層３１と電子輸送層３３の間に、電子注入有機材料からなる電子注入有機材料層３５が設けられる。電子注入有機材料層３５の厚みは、０．１〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは０．５〜５０ｎｍの範囲内である。
本発明において、電子注入層３２が設けられる場合には、電子引き抜き層３１と電子輸送層３３の間に設けられ、電子注入有機材料層３５が存在する場合には、電子引き抜き層３１と電子注入有機材料層３５の間に設けられる。電子注入層３２の厚みは、０．１〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは０．２〜５０ｎｍの範囲内である。電子注入層３２の厚みは非常に薄いので、隣接する電子注入有機材料層３５や電子輸送層３３の表面に拡散してドープされた状態で形成されていてもよい。
図２は、本発明の第１の局面に従う一実施例の中間ユニット周辺のエネルギーダイヤグラムを示す図である。中間ユニット３０は、電子引き抜き層３１、電子注入層３２及び電子輸送層３３から構成されている。電子引き抜き層３１の陰極側には、第１の発光ユニット４１の中間ユニット３０側の発光層である隣接層４０が設けられている。また、中間ユニット３０の陽極側には、第２の発光ユニット４２が設けられている。図２においては、第２の発光ユニット４２の中間ユニット３０側の発光層のみが図示されている。
図２に示す実施例において、電子引き抜き層３１は、ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボニトリル（以下、「ＨＡＴ−ＣＮ６」という）から形成されている。ＨＡＴ−ＣＮ６は、例えば非特許文献２に記載された方法により製造することができる。
電子注入層３２は、Ｌｉ（金属リチウム）から形成されている。
電子輸送層３３は、ＢＣＰ（２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン）から形成されている。
隣接層（発光層）４０は、ＮＢＰ（Ｎ，Ｎ′−ジ（ナフタセン−１−イル）−Ｎ，Ｎ′−ジフェニルベンジジン）をホスト材料として含有している。
第２の発光ユニット４２として示している発光層は、ＴＢＡＤＮ（２−ターシャリー−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン）をホスト材料として含有している。
図２に示す実施例においては、電子引き抜き層３１に、４Ｆ−ＴＣＮＱ（２，３，５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８−テトラシアノ−キノジメタン）がドープされている。すなわち、４Ｆ−ＴＣＮＱが、電子引き抜き促進材料としてドープされている。４Ｆ−ＴＣＮＱは、以下の構造を有している。
後述する実施例において、電子引き抜き促進材料として用いるＯＨＢＢＤＴ（４，５，６，７，４′，５′，６′，７′−オクタヒドロ−〔２，２′〕ビ〔ベンゾ〔１，３〕ジチオリリデン〕）は、以下の構造を有している。
また、後述する実施例において、電子引き抜き促進材料として用いるＴＰＢＴ（２，２，２′，２′−テトラフェニル−ビ−チアピラン−４，４′−ジイリデン）は、以下の構造を有している。
また、後述する実施例において電子注入有機材料として用いるＤＴＮ（２，３−ジフェニル−１，４，６，１１−テトラアザ−ナフタセン）は、以下の構造を有している。
電子引き抜き層３１を形成しているＨＡＴ−ＣＮ６は、以下の構造を有している。
ＢＣＰは、以下の構造を有している。
ＮＰＢは、以下の構造を有している。
ＴＢＡＤＮは、以下の構造を有している。
図２に示すように、電子引き抜き層３１のＬＵＭＯエネルギーレベルの絶対値（４．４ｅＶ）と、隣接層４０のＨＯＭＯエネルギーレベルの絶対値（５．４ｅＶ）との差は、２．０ｅＶ以内であり、図２の場合、１．０ｅＶとなっている。この値が２．０ｅＶの場合、電子引き抜き層３１は、陽極及び陰極に電圧が印加された際、隣接層４０から電子を引き抜くことができる。さらに、この値が小さい方が電子引き抜き効果は大きい。例えば、この値が１．５ｅＶの場合は、この値が２．０ｅＶの場合より、より電子の引き抜き効果が大きく、さらに図２のように１．０ｅＶ以下のものが最も好ましい。電子引き抜き層３１には、４Ｆ−ＴＣＮＱがドープされており、この４Ｆ−ＴＣＮＱのＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値は、４．６ｅＶである。従って、電子引き抜き促進材料をドープすることにより、隣接層４０からの電子の引き抜きが容易になり、効率良く電子を引き抜くことができる。引き抜かれた電子は、電子注入層３２及び電子輸送層３３を通り、第２の発光ユニット４２に供給される。
隣接層４０においては、電子が引き抜かれるのでホールが発生する。このホールは、第１の発光ユニット内において陰極から供給された電子と再結合する。この結果、第１の発光ユニット内で発光する。
第２の発光ユニットに供給された電子は、陽極から供給されたホールと第２の発光ユニット４２内で再結合する。この結果第２の発光ユニット４２内で発光する。
以上のように、第１の発光ユニット及び第２の発光ユニット内でそれぞれ再結合領域を形成することができ、発光させることができる。従って、発光効率を高めることができるとともに、第１の発光ユニット及び第２の発光ユニットの発光色を発光させることができる。
図３は、本発明の第１の局面及び第４の局面に従う中間ユニット周辺のエネルギーダイヤグラムを示す図である。図３に示す実施例においては、電子引き抜き層３１と電子輸送層３３の間に、ＤＴＮからなる電子注入有機材料層３５が設けられている。
電子引き抜き層３１には、図２に示す実施例と同様に、４Ｆ−ＴＣＮＱが、電子引き抜き促進材料としてドープされている。従って、隣接層４０から容易に電子を引き抜くことができる。電子引き抜き層３１により引き抜かれた電子は、電子輸送層３３に供給されるが、電子引き抜き層３１と電子輸送層３３の間に、電子注入有機材料層３５が設けられており、そのＬＵＭＯのエネルギーレベルは、電子引き抜き層３１と電子輸送層３３の間の値であるので、電子輸送層３３に効率良く電子を注入することができる。
図３に示す実施例においては、電子注入有機材料からなる電子有機材料層３５を電子引き抜き層３１と電子輸送層３３の間に設けているが、本発明の第３の局面に従い、ＤＴＮからなる電子注入有機材料を、電子引き抜き層３１及び／または電子輸送層３３にドープしても、同様の効果を得ることができる。
図２及び図３に示すそれぞれの実施例では、電子引き抜き層３１内に、電子引き抜き促進材料である４Ｆ−ＴＣＮＱをドープしているが、４Ｆ−ＴＣＮＱからなる電子引き抜き促進層３４を、隣接層４０と電子引き抜き層３１の間に設けても、同様の効果を得ることができる。
＜実験１＞
（実施例１〜１２及び比較例１〜３）
表１に示す陽極、ホール注入層、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１〜１２及び比較例１〜３の有機ＥＬ素子を作製した。
（実施例１〜１２及び比較例１〜３）
表１に示す陽極、ホール注入層、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１〜１２及び比較例１〜３の有機ＥＬ素子を作製した。
陽極は、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）層を形成することにより作製した。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た。フルオロカーボン層の厚みは１ｎｍとした。
以上のようにして作製した陽極の上に、ホール注入層、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、及び陰極を蒸着法により順次堆積して形成した。
第１の発光ユニット及び第２の発光ユニットは、オレンジ色発光層（ＮＰＢ＋１０％ｔＢｕＤＰＮ＋３．０％ＤＢｚＲ）及び青色発光層（ＴＢＡＤＮ＋２０％ＮＰＢ＋２．５％ＴＢＰ）を積層して形成している。いずれの発光ユニットにおいても、オレンジ色発光層が陽極側に位置し、青色発光層は陰極側に位置している。なお、％は特に断らない限り重量％である。
オレンジ色発光層においては、ＮＰＢ及びｔＢｕＤＰＮをホスト材料として用い、ＤＢｚＲをドーパント材料として用いている。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。
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。
青色発光層は、ＴＢＡＤＮ及びＮＰＢをホスト材料として用いており、ＴＢＰをドーパント材料として用いている。
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。
作製した各有機ＥＬ素子について、発光効率を測定し、測定結果を駆動電圧と共に表１に示した。なお、発光効率は１０ｍＡ／ｃｍ2における値である。
表１に示すように、実施例１においては、４Ｆ−ＴＣＮＱを電子引き抜き促進材料として電子輸送層中にドープしている。実施例２においては、ＯＨＢＢＤＴを電子引き抜き促進材料として電子引き抜き層にドープしている。実施例３においては、ＴＰＢＴを電子引き抜き促進材料として電子引き抜き層にドープしている。
実施例４においては、ＴＰＢＴからなる電子引き抜き促進層を、電子輸送層と、隣接層である第１の発光ユニットのオレンジ色発光層との間に設けている。
実施例５においては、電子注入有機材料であるＤＴＮからなる電子注入有機材料層を、ＢＣＰからなる電子輸送層と、Ｌｉ2Ｏからなる電子注入層の間に設けている。
実施例６においては、ＢＣＰからなる電子輸送層と、Ｌｉ2Ｏからなる電子注入層の間に、５０％ＤＴＮをドープしたＢＣＰの層を設けている。従って、電子輸送層の表面にＤＴＮからなる電子注入有機材料がドープされている。
実施例７においては、ＢＣＰからなる電子輸送層と、Ｌｉ2Ｏからなる電子注入層の間にＤＴＮからなる電子注入有機材料層が設けられている。また、電子引き抜き層においては、４Ｆ−ＴＣＮＱからなる電子引き抜き促進材料がドープされている。
実施例８においては、ＢＣＰからなる電子輸送層と、Ｌｉ2Ｏからなる電子注入層との間に、ＤＴＮからなる電子注入有機材料層が設けられている。また、電子引き抜き層には、４Ｆ−ＴＣＮＱがドープされており、隣接層として、中間ユニット内にＮＰＢからなる層が設けられている。
実施例９においては、電子引き抜き層とＢＣＰからなる電子輸送層との間に、５０％ＤＴＮをドープしたＨＡＴ−ＣＮ６からなる層が設けられている。従って、電子引き抜き層の表面にＤＴＮからなる電子注入有機材料がドープされている。
実施例１０においては、ＢＣＰからなる電子輸送層と、Ｌｉからなる電子注入層の間に、ＤＴＮからなる電子注入有機材料層が設けられている。電子引き抜き層には、４Ｆ−ＴＣＮＱがドープされており、中間ユニット内に、ＮＰＢからなる隣接層が設けられている。
実施例１１においては、ＢＣＰからなる電子輸送層と、Ｃｓからなる電子注入層の間に、ＤＴＮからなる電子注入有機材料層が設けられている。また、電子引き抜き層には、４Ｆ−ＴＣＮＱからなる電子引き抜き促進材料がドープされている。また、中間ユニットには、ＮＰＢからなる隣接層が設けられている。
実施例１２においては、電子引き抜き層に、４Ｆ−ＴＣＮＱからなる電子引き抜き促進材料がドープされている。
実施例１３においては、Ｍｇからなる電子注入層に、電子引き抜き層の材料としてＨＡＴ−ＣＮ６が５０％ドープされている。なお、Ｍｇの仕事関数は、−３．７ｅＶである。
実施例１４においては、Ｍｇからなる電子注入層に、電子注入有機材料としてＤＴＮが５０％ドープされている。
実施例１５においては、Ｍｇに５０％のＨＡＴ−ＣＮ６をドープした第１の電子注入層と、Ｍｇに５０％のＤＴＮをドープした第２の電子注入層が設けられている。第１の電子注入層は陰極側に配置されており、第２の電子注入層は陽極側に配置されている。
比較例１においては、中間ユニット内に、電子引き抜き層と電子輸送層のみが設けられている。
比較例２においては、電子引き抜き層と、電子注入層と、電子輸送層のみが設けられている。
比較例３においては、中間ユニットが設けられていない。
表１に示す結果から明らかなように、本発明の第１の局面に従う実施例１〜３は、比較例１〜３に比べ、良好な発光効率を示している。
本発明の第２の局面に従う実施例４は、比較例１〜３に比べ、良好な発光効率を示している。
本発明の第４の局面に従う実施例５は、比較例１〜３に比べ、良好な発光効率を示している。
本発明の第３の局面に従う実施例６は、比較例１〜３に比べ、良好て発光効率を示している。
本発明の第１の局面及び第４の局面に従う実施例７及び８は、比較例１〜３に比べ、良好な発光効率を示している。
本発明の第３の局面に従う実施例９は、比較例１〜３に比べ、良好な発光効率を示している。
本発明の第１の局面及び第４の局面に従う実施例１０及び１１は、比較例１〜３に比べ、良好な発光効率を示している。
本発明の第１の局面に従う実施例１２は、比較例１〜３に比べ、良好な発光効率を示している。
本発明の第５の局面に従う実施例１３〜１５は、比較例１〜３に比べ、良好な発光効率を示している。
表２は、４Ｆ−ＴＣＮＱ、ＯＨＢＢＤＴ、ＴＰＢＴ、ＤＴＮ、ＨＡＴ−ＣＮ６、ＮＰＢ、及びＢＣＰのＨＯＭＯエネルギーレベルの絶対値及びＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値を示している。
表２に示すように、本発明において、電子引き抜き促進材料として用いている４Ｆ−ＴＣＮＱ、ＯＨＢＢＤＴ、及びＴＰＢＴのＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値は、電子引き抜き層のＨＡＴ−ＣＮ６のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値より高く、隣接層のホスト材料であるＮＰＢのＨＯＭＯのエネルギーレベルの絶対値より低い値となっている。
また、本発明において、電子注入有機材料として用いているＤＴＮのＬＵＭＯのエネルギーレベルは、電子引き抜き層のＨＡＴ−ＣＮ６のＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値より小さく、電子輸送層のＢＣＰのＬＵＭＯのエネルギーレベルの絶対値より大きくなっている。
図４は、本発明に従う実施例の有機ＥＬ素子を備えた有機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素子においては、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１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。
図４を参照して、ガラスなどの透明基板からなる基板１の上には、第１の絶縁層２が設けられている。第１の絶縁層２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２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３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４が設けられている。第２の絶縁層３は、例えばＳｉＮX及びＳｉＯ2から形成されており、第３の絶縁層４は、ＳｉＯ2及びＳｉＮXから形成されている。
第３の絶縁層４の上には、第４の絶縁層５が形成されている。第４の絶縁層５は、例えば、ＳｉＮXから形成されている。第４の絶縁層５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。
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。
ホール注入層１０の上には、本発明に従い積層した白色発光の発光素子層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。
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。
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１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。
図５は本発明に従う実施例の有機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、矢印で図示してるように基板１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。
基板１から陽極８までの部分は、図４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５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４に示す実施例とは逆にしている。
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。
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４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。
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。
上記各実施例においては、陽極及び陰極の間に２つ発光ユニット（第１の発光ユニット及び第２の発光ユニット）を配置した有機ＥＬ素子を例示しているが、本発明における発光ユニットの数は２つに限定されるものではなく、３つ以上発光ユニットを設け、各発光ユニットの間に中間ユニットを設けてもよい。
１…基板
２…第１の絶縁層
３…第２の絶縁層
４…第３の絶縁層
５…第４の絶縁層
６…第１の平坦化膜
７…カラーフィルター層
８…ホール注入電極
９…第２の平坦化膜
１０…ホール注入層
１１…発光素子層
１２…電子輸送層
１３…電子注入電極
１４…透明接着剤層
１５…オーバーコート層
１６…封止基板
２０…チャネル領域
２１…ドレイン電極
２２…ゲート電極
２３…ソース電極
３０…中間ユニット
３１…電子引き抜き層
３２…電子注入層
３３…電子輸送層
３４…電子引き抜き促進層
３５…電子注入有機材料層
４０…隣接層
４１…第１の発光ユニット
４２…第２の発光ユニット
５１…陰極
５２…陽極
２…第１の絶縁層
３…第２の絶縁層
４…第３の絶縁層
５…第４の絶縁層
６…第１の平坦化膜
７…カラーフィルター層
８…ホール注入電極
９…第２の平坦化膜
１０…ホール注入層
１１…発光素子層
１２…電子輸送層
１３…電子注入電極
１４…透明接着剤層
１５…オーバーコート層
１６…封止基板
２０…チャネル領域
２１…ドレイン電極
２２…ゲート電極
２３…ソース電極
３０…中間ユニット
３１…電子引き抜き層
３２…電子注入層
３３…電子輸送層
３４…電子引き抜き促進層
３５…電子注入有機材料層
４０…隣接層
４１…第１の発光ユニット
４２…第２の発光ユニット
５１…陰極
５２…陽極
Claims (16)
- 陰極と、陽極と、前記陰極及び前記陽極の間に配置される複数の発光ユニットと、前記発光ユニットの間に配置される中間ユニットとを備え、
前記中間ユニットが、陽極側に設けられる電子輸送層と、陰極側に設けられる電子引き抜き層とを有し、前記電子引き抜き層は、前記電子引き抜き層の陰極側に隣接する隣接層から電子を引き抜くための層であり、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）｜≦２．０ｅＶの関係にあり、前記中間ユニットが、前記電子引き抜き層による前記隣接層からの電子の引き抜きにより発生したホールを陰極側の発光ユニットに供給するとともに、引き抜いた電子を前記電子輸送層を介して陽極側の発光ユニットに供給する有機エレクトロルミネッセント素子であって、
最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｃ）｜が、｜ＨＯＭＯ（Ｂ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｃ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜の関係にある電子引き抜き促進材料が、前記電子引き抜き層にドープされていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。 - 陰極と、陽極と、前記陰極及び前記陽極の間に配置される複数の発光ユニットと、前記発光ユニットの間に配置される中間ユニットとを備え、
前記中間ユニットが、陽極側に設けられる電子輸送層と、陰極側に設けられる電子引き抜き層とを有し、前記電子引き抜き層は、前記電子引き抜き層の陰極側に隣接する隣接層から電子を引き抜くための層であり、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）｜≦２．０ｅＶの関係にあり、前記中間ユニットが、前記電子引き抜き層による前記隣接層からの電子の引き抜きにより発生したホールを陰極側の発光ユニットに供給するとともに、引き抜いた電子を前記電子輸送層を介して陽極側の発光ユニットに供給する有機エレクトロルミネッセント素子であって、
最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｃ）｜が、｜ＨＯＭＯ（Ｂ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｃ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜の関係にある電子引き抜き促進材料からなる電子引き抜き促進層が、前記電子引き抜き層と前記隣接層の間に設けられていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。 - 陰極と、陽極と、前記陰極及び前記陽極の間に配置される複数の発光ユニットと、前記発光ユニットの間に配置される中間ユニットとを備え、
前記中間ユニットが、陽極側に設けられる電子輸送層と、陰極側に設けられる電子引き抜き層とを有し、前記電子引き抜き層は、前記電子引き抜き層の陰極側に隣接する隣接層から電子を引き抜くための層であり、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）｜≦２．０ｅＶの関係にあり、前記中間ユニットが、前記電子引き抜き層による前記隣接層からの電子の引き抜きにより発生したホールを陰極側の発光ユニットに供給するとともに、引き抜いた電子を前記電子輸送層を介して陽極側の発光ユニットに供給する有機エレクトロルミネッセント素子であって、
最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｄ）｜が、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（Ｅ）｜及び｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜に対し、｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｄ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｅ）｜の関係にある電子注入有機材料が、前記電子輸送層及び／または前記電子引き抜き層にドープされていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。 - 陰極と、陽極と、前記陰極及び前記陽極の間に配置される複数の発光ユニットと、前記発光ユニットの間に配置される中間ユニットとを備え、
前記中間ユニットが、陽極側に設けられる電子輸送層と、陰極側に設けられる電子引き抜き層とを有し、前記電子引き抜き層は、前記電子引き抜き層の陰極側に隣接する隣接層から電子を引き抜くための層であり、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）｜≦２．０ｅＶの関係にあり、前記中間ユニットが、前記電子引き抜き層による前記隣接層からの電子の引き抜きにより発生したホールを陰極側の発光ユニットに供給するとともに、引き抜いた電子を前記電子輸送層を介して陽極側の発光ユニットに供給する有機エレクトロルミネッセント素子であって、
最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｄ）｜が、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（Ｅ）｜及び｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜に対し、｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｄ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｅ）｜の関係にある電子注入有機材料からなる電子注入有機材料層が、前記電子引き抜き層と前記電子輸送層の間に設けられていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。 - アルカリ金属、アルカリ土類金属、及びそれらの酸化物から選ばれる少なくとも１種からなる電子注入層が、前記電子引き抜き層と前記電子輸送層の間に設けら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。
- アルカリ金属、アルカリ土類金属、及びそれらの酸化物から選ばれる少なくとも１種からなる電子注入層が、前記電子引き抜き層と前記電子注入有機材料層の間に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
- 陰極と、陽極と、前記陰極及び前記陽極の間に配置される複数の発光ユニットと、前記発光ユニットの間に配置される中間ユニットとを備え、
前記中間ユニットが、陽極側に設けられる電子輸送層と、陰極側に設けられる電子引き抜き層とを有し、前記電子引き抜き層は、前記電子引き抜き層の陰極側に隣接する隣接層から電子を引き抜くための層であり、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）｜≦２．０ｅＶの関係にあり、前記中間ユニットが、前記電子引き抜き層による前記隣接層からの電子の引き抜きにより発生したホールを陰極側の発光ユニットに供給するとともに、引き抜いた電子を前記電子輸送層を介して陽極側の発光ユニットに供給する有機エレクトロルミネッセント素子であって、
アルカリ金属、アルカリ土類金属、及びそれらの酸化物から選ばれる少なくとも１種からなる電子注入層が、前記電子引き抜き層と前記電子輸送層の間に設けられており、
最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの絶対値｜ＬＵＭＯ（Ｄ）｜が、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（Ｅ）｜及び｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜に対し、｜ＬＵＭＯ（Ａ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｄ）｜＞｜ＬＵＭＯ（Ｅ）｜の関係にある電子注入有機材料、または前記電子引き抜き層の材料が、前記電子注入層にドープされていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。 - 前記発光ユニットのうちの少なくとも１つが、２つの発光層を直接接するように積層した構造を有す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ト素子。
- 前記隣接層が、前記発光ユニット内に設けられてい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ト素子。
- 前記隣接層が、前記中間ユニット内に設けられてい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ト素子。
- 前記隣接層が、ホール輸送性材料から形成されていることを特徴とする請求項１〜１０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。
- 前記隣接層が、アリールアミン系ホール輸送性材料から形成されていることを特徴とする請求項１〜１０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。
- 前記電子引き抜き層が、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されていることを特徴とする請求項１〜１２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。
- 前記電子引き抜き層が、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形成されていることを特徴とする請求項１〜１２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。
- 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、請求項１〜１４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である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。 - 前記有機エレクトロルミネッセント素子が白色発光素子であり、前記有機エレクトロルミネッセント素子と前記封止基板との間に、カラーフィルターが配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の有機エレクトロルミネッセント表示装置。
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