JP2014140048A - 有機ｅｌ表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色再現性の優れた発光効率の高い有機ＥＬ素子を有する有機ＥＬ表示装置を提供する。
【解決手段】緑色有機ＥＬ素子が遅延蛍光材料を有し、共振器構造を有し、正孔輸送層が青色有機ＥＬ素子とおなじ厚みである有機ＥＬ表示装置を提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、有機ＥＬ表示装置に関するものである。

近年、有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置の研究・開発が盛んである。

有機ＥＬ表示装置は、赤色有機ＥＬ素子、緑色有機ＥＬ素子、青色有機ＥＬ素子をそれぞれ複数有し、それらが画素として独立して発光と非発光を行うことでフルカラー画像を表示することが出来る。

有機ＥＬ素子は、一対の電極とその間に有機化合物で構成される発光層を有する。発光層は、蛍光発光材料や燐光発光材料をそれ自体として、あるいは例えば重量比的に少ないゲスト材料として有する。

各色の有機ＥＬ素子は、それぞれが低電圧で駆動できるように開発が行われている。その際、各色の有機ＥＬ素子の間で駆動電圧の差が大きくならないように、そして何れの発光色においても低電圧駆動が出来るように素子内の層構成が設計される。

蛍光発光材料や燐光発光材料の開発が行われる中、一方で遅延蛍光材料を有機ＥＬ素子に用いることが特許文献１に示されている。

特開２００４−２４１３７４号公報

蛍光発光材料では理論上内部量子収率を１００％とすることは困難である。一方で、燐光発光材料では内部量子収率を理論上１００％とすることができる。

しかしながら、燐光発光材料をゲスト材料としてホスト材料に含めた発光層を有する有機ＥＬ素子の場合、ホスト材料のバンドギャップは、同じ色を発光させる蛍光発光材料を有する場合と比べて広げざるを得ない。

ある色を発光させる場合、燐光発光材料の最低励起三重項状態Ｔ₁はその色に対応するエネルギー順位であることが必要である。燐光発光材料の最低励起一重項状態Ｓ₁はそのＴ₁よりも高く、また燐光発光材料を有するホスト材料のＴ₁は燐光発光材料のＴ₁よりも大きく、そしてホスト材料のＳ₁はホスト材料のＴ₁よりも大きい。

同じ色を発光する蛍光発光材料の場合、その色に対応する励起状態はＴ₁ではなくＳ₁である。すなわち、同じ色を発光する場合、蛍光発光材料のＳ₁と燐光発光材料のＳ₁を比べると蛍光発光材料の場合Ｓ₁が低い。そのため、燐光発光材料をゲスト材料として有する場合、ホスト材料のＳ₁は蛍光発光材料を有する場合と比べて高くせざるを得なくなり、その結果ホスト材料のバンドギャップは広くせざるをえない。

発光層は、発光層に隣接する層との間でエネルギー障壁を広くしないことが、隣接層から発光層へキャリア（電子あるいはホール）を移動させるために重要である。ホスト材料のバンドギャップが広くなると、ホスト材料のＨＯＭＯあるいはＬＵＭＯが隣接層のＨＯＭＯあるいはＬＵＭＯから離れてしまい障壁が高くなる。

その場合、隣接層の材料として最適なものを選び出したりあるいは新規な化合物を創出しなければならない。また、その場合、電極からのキャリアの注入の良し悪しを考慮しなければならなくなり、その結果、有機ＥＬ素子の層構成を一から設計しなおさなければならなくなる。

ところで、特許文献１には遅延蛍光材料が示されている。この遅延蛍光材料は、５２０ｎｍから７５０ｎｍの範囲で強い遅延蛍光スペクトル及び燐光スペクトルが観察されたものであり、実際に図に示される発光波長は最大発光波長が５５０ｎｍを超えるピークと６００ｎｍを超えるピークとから構成されている。すなわち、この遅延蛍光材料は色純度的にいって緑や青といった原色を発光する発光材料ではない。

よって本発明は、
赤色有機ＥＬ素子、緑色有機ＥＬ素子、青色有機ＥＬ素子をそれぞれ画素として有し、何れの前記有機ＥＬ素子も一対の電極と正孔輸送層と発光層とを、前記一対の電極のうちの反射電極、正孔輸送層、発光層の順で有する有機ＥＬ表示装置であって、
前記緑色有機ＥＬ素子の発光層は遅延蛍光材料を有し、前記緑色有機ＥＬ素子は前記一対の電極間で共振器構造を有しており、前記緑色有機ＥＬ素子の一対の電極の間に設けられる層のうち最も厚い層が前記発光層であり、前記緑色有機ＥＬ素子と前記青色有機ＥＬ素子の正孔輸送層は同じ膜厚かつ前記青色有機ＥＬ素子の発光位置と前記反射電極の反射面との間の光学干渉が最適な条件となる膜厚で共通して設けられることを特徴とする有機ＥＬ表示装置を提供する。

本発明によれば、緑色有機ＥＬ素子が、遅延蛍光材料を用いた駆動電圧が低い有機ＥＬ素子となるので、消費電力が低い有機ＥＬ表示装置を提供できる。緑色有機ＥＬ素子において、共振器構造の効果により遅延蛍光材料からの発光の発光スペクトル幅は狭小化し、高色純度の発光ができる。さらに本発明では、赤色有機ＥＬ素子、緑色有機ＥＬ素子、青色有機ＥＬ素子のうち、とりわけ緑色有機ＥＬ素子と青色有機ＥＬ素子において正孔輸送層を同じ厚さに設けることが出来る。

各発光過程を示す概念図 本発明の有機ＥＬ素子の断面の模式図 本発明の有機ＥＬ表示装置の断面の模式図

本発明に係る有機ＥＬ表示装置は、赤色有機ＥＬ素子、緑色有機ＥＬ素子、青色有機ＥＬ素子をそれぞれ画素として有し、何れの前記有機ＥＬ素子も一対の電極と正孔輸送層と発光層とを有する有機ＥＬ表示装置であって、前記緑色有機ＥＬ素子の発光層は遅延蛍光材料を有し、前記緑色有機ＥＬ素子は前記一対の電極間で共振器構造を有しており、前記緑色有機ＥＬ素子と前記青色有機ＥＬ素子の正孔輸送層は同じ膜厚で共通して設けられることを特徴とする有機ＥＬ表示装置である。

本発明では、発光のエネルギーが高い緑色有機ＥＬ素子において遅延蛍光材料を用いた。その結果、正孔輸送層の化合物とのＨＯＭＯ同士の障壁を、燐光発光材料を用いた場合と比べて狭くすることが出来た。その結果、駆動電圧を下げることが出来るので発光層の厚みを厚くしても駆動電圧が大幅に上昇しなくて済み、発光層の厚みを一対の電極の間に配置される有機化合物層の中で最も厚くすることで緑色有機ＥＬ素子の共振器構造を達成することが出来、緑色有機ＥＬ素子の光の取り出しが向上した。更に、緑色有機ＥＬ素子の正孔輸送層を青色有機ＥＬ素子と同じ膜厚に同じタイミングで成膜することが出来る。その結果、製造プロセスが簡便になる。また、その結果、緑色よりも波長が短い青色を発光する青色有機ＥＬ素子にとって最適な薄い厚みとなるように正孔輸送層を設けることが出来る。

本発明における遅延蛍光材料は、熱励起型の遅延蛍光材料である。熱励起型の遅延蛍光について図１を用いて説明する。はじめに図中の符号を説明する。１０１は最低励起一重項状態（Ｓ₁）、１０２は基底状態（Ｓ₀）、１０３は最低励起三重項状態、１０４はＳ₁状態のエネルギー（Ｅｇ^S1）、１０５はＴ₁状態のエネルギー（Ｅｇ^T1）、１０６は項間交差、１０７は遅延蛍光、そして１０８は燐光を示す。

図１は遅延蛍光の発光を模式的に示した図である。キャリア再結合で生成する励起子には励起一重項状態Ｓ₁（１０１）と励起三重項状態Ｔ₁（１０３）のものがある。Ｓ₁（１０１）からはそのまま発光することができる。一方、一般の有機化合物においては、Ｔ₁からは熱失活してしまうので、Ｔ₁は発光に寄与しない。しかし、例示化合物１，２のような遅延蛍光材料では、Ｔ₁（１０３）から項間交差（１０６）してＳ₁（１０１）となり、Ｓ₁（１０１）から基底状態Ｓ₀（１０２）に遷移する遅延蛍光（１０７）の発光経路を有する。したがって、遅延蛍光材料はこれまで発光に寄与しなかったＴ₁（１０３）を発光させることができるので、遅延蛍光材料を用いることで、燐光材料と同様の非常に高い内部量子効率の有機ＥＬ素子が期待できる。

遅延蛍光材料としては、銅錯体、白金錯体、パラジウム錯体などが挙げられる。遅延蛍光材料の例として例示化合物１、例示化合物２を示す。

ここでＳ₁（１０１）とＳ₀（１０２）とのエネルギー差Ｅｇ^S1（１０４）、Ｔ₁（１０３）とＳ₀（１０２）とのエネルギー差Ｅｇ^T1（１０５）とする。Ｅｇ^T1（１０５）はＥｇ^S1（１０４）よりも交換積分の分だけエネルギーの低い状態である。

ここで同じエネルギーの発光について遅延蛍光材料と燐光材料についてＳ₁（１０１）を考える。遅延蛍光（１０７）はそのまま発光準位がＳ₁（１０１）であるのに対して、燐光発光（１０８）は発光準位がＴ₁（１０３）である。ゆえに、燐光材料のＳ₁（１０１）はそれよりも高いエネルギー準位に位置することになる。同じ発光色でも、遅延蛍光材料は燐光材料に比べてＳ₁（１０１），Ｔ₁（１０３）共に低いエネルギー準位であることが大きく異なる点である。

有機ＥＬ素子において、発光材料のＥｇ^S1（１０４）が小さいと、陽極・陰極に用いる電極の仕事関数や正孔輸送層のＨＯＭＯ、電子輸送層のＬＵＭＯとのエネルギー差が小さくなり、ホールの注入障壁、電子の注入障壁が小さくなる。その結果、有機ＥＬ素子の駆動電圧は低くなる。従って、同じ発光波長においては、燐光材料よりも遅延蛍光材料の方が、Ｅｇ^S1（１０４）及びＥｇ^T1（１０５）が小さいことから、ホールの注入障壁、電子の注入障壁が小さくなるため、有機ＥＬ素子の駆動電圧は低くなる。したがって、遅延蛍光材料を用いることで、厚膜化が駆動電圧を大幅に高くしない範囲で可能である。これにより、発光層の膜厚設計が広い範囲で可能である。

本発明に用いられる遅延蛍光材料は、その発光特性から発光過程が遅延蛍光（１０７）であることを特定できる。本発明に用いられる遅延蛍光発光の化合物の発光に関して、以下のような特徴がある。
（１）室温（２９８Ｋ）の発光寿命が、マイクロ秒程度である
（２）室温（２９８Ｋ）の発光波長が、低温（７７Ｋ）の発光波長よりも短い
（３）室温（２９８Ｋ）の発光寿命が、低温（７７Ｋ）の発光寿命より大幅に短い
（４）温度の上昇により、発光強度が向上する

通常の蛍光発光及び燐光発光（１０８）は、室温の発光波長と低温の発光波長を比較すると、同じ波長若しくは低温の発光波長が短波長化するのに対して、遅延蛍光発光（１０７）は、低温の発光波長が長波長化する。これは、室温では一重項からの発光が観測されるが、低温ではＳ₁（１０１）よりもエネルギーの低い状態であるＴ₁（１０３）から発光する為である。ここでいう発光波長とは、最大発光波長、もしくは、発光開始波長を示す。

また、通常の蛍光発光は、Ｓ₁（１０１）からの発光なのでナノ秒程度の発光寿命であるのに対して、Ｔ₁（１０３）が発光に関与する燐光発光（１０８）は、一般に発光寿命がマイクロ秒からミリ秒である。同様に、遅延蛍光発光（１０７）も、Ｔ₁（１０３）が発光に関与するので、発光寿命はマイクロ秒程度になる。本発明に用いられる発光材料の発光寿命は、固体状態または溶液状態で、０．１マイクロ秒以上、１ミリ秒未満であることが好ましい。

発光寿命に関しては、遅延蛍光発光（１０７）と燐光発光（１０８）の発光寿命はマイクロ秒程度であるが、遅延蛍光（１０７）の特徴として、室温の発光寿命に対し、低温の発光寿命が大幅に長くなる。例えば、低温で無輻射失活が抑制されると考えた場合、室温での量子収率が０．１の燐光発光化合物を考える場合、低温の発光寿命は、室温の発光寿命の最大でも１０倍である。遅延蛍光発光の場合は、低温と室温で異なる励起状態から発光するため、発光寿命が温度に強く依存する。室温ではＳ₁（１０１）から発光するが、低温ではＴ₁（１０３）から発光するため、低温の発光寿命は、室温の発光寿命の１０倍以上になり、化合物によっては２桁以上長くなることも観察される。本発明に用いられる発光材料の発光寿命は、固体状態または溶液状態で、低温の発光寿命が室温の発光寿命の１０倍以上が好ましく、より好ましくは５０倍以上、さらに好ましくは１００倍以上であるである。

さらに、燐光発光（１０８）は、温度の上昇と共に無輻射失活速度が大きくなるので、発光強度は低下するのに対して、遅延蛍光発光（１０７）の場合は、温度の上昇と共に発光強度が向上する。これは、外部の温度エネルギーによって、Ｔ₁（１０３）からＳ₁（１０１）への項間交差（１０６）する確率が高まり、Ｔ₁（１０３）からＳ₁（１０１）に項間交差（１０６）して発光し易くなる為である。

したがって、Ｅｇ^S1（１０４）が小さいことが、高効率の遅延蛍光材料となりやすい。しかしながら、この小さなＥｇ^S1（１０４）は、Ｓ₁（１０１）およびＴ₁（１０３）が電荷移動性の状態であることで、交換積分が極めて小さくなるために達成されている。ゆえに、ここで述べている遅延蛍光（１０７）は主として電荷移動性の性質を持つ励起状態からの発光のものが多い。一般的に電荷移動状態からの発光スペクトルは幅の広いスペクトルになりやすい特徴を有している。このため、ディスプレイ用途に遅延蛍光材料を含む有機ＥＬ素子発光を用いた場合、併せて発光スペクトル幅、発光ピーク等を調整できる手段を設けることが好ましい。

本発明に係る有機ＥＬ素子は陽極と陰極の一対の電極と、その間に配置される発光層と発光層に接して陽極側に設けられる正孔輸送層とを有している。一対の電極の間にはその他に正孔注入層や電子ブロッキング層やホールブロッキング層や電子輸送層や電子注入層を有してもよく、それらは適宜設けられればよい。

図２に本実施形態での有機ＥＬ素子の構成例を、発光層に遅延蛍光材料を有し、一対の電極間で共振器構造を有している場合を例にとって示す。本図において有機ＥＬ素子は上部電極と下部電極と有機機能層から構成されている。図２において２０１は基板、２０２は陽極（反射電極）、２０３は有機機能層、２０４は陰極（半透明電極）、２０５は反射層、２０６は透明導電膜、２０７は正孔輸送層、２０８は発光層、２０９は電子輸送層、２１０は保護層、そして２１１は封止ガラスである。

図２では、下部電極が陽極である反射電極２０２と、上部電極が陰極である半透明電極２０４である構成を一例として示した。

共振器の形成において、上部電極および下部電極の有機層側の界面は共に反射面となる。発光素子としては、そのうち一方から光を取り出すため、その組み合わせは反射電極と半透明電極であるが、その上下の電極配置については、光取り出し面、素子構成によって任意に決めてよい。例えば、本実施形態では、発光を基板２０１と反対側の半透明電極から取り出すトップエミッションの素子を示しているが、本発明はボトムエミッション型素子へも適用できる。

ここで反射電極２０２は反射層２０５と透明導電膜２０６とからなる。

反射層２０５として透明導電膜２０６との界面における反射率が少なくとも５０％以上、好ましくは８０％以上であることが好ましく、特に限定されるものではないが、例えば、銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）やクロム（Ｃｒ）等の金属や、それらの合金等が用いられる。また仕事関数の高い金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、などは高いホール注入性および反射率を兼ね備えた電極として有効である。

透明導電膜２０６として、酸化物導電膜、具体的には酸化インジウムと酸化錫の化合物膜（ＩＴＯ）や酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物膜（ＩＺＯ）などを用いることができる。透明導電膜は必要に応じて導入することが可能である。透明導電膜を導入する場合としては、反射層から有機機能層へのキャリア注入障壁を低減させる、素子内部での光路長調節、反射層が誘電多層膜等の絶縁性部材で形成された場合などがある。

ここでいう「透明」とは透過率が８０％以上１００％以下の透過率を有していることであり、より具体的には、多重反射による減衰を抑える観点より消光係数κが０．０５以下、好ましくは０．０１以下であることが望ましい。

半透明電極２０４は、金属材料の単体または合金からなる。金属材料の消衰係数κが大きいで、電極を光が透過する際に光吸収により透過光量が減少してしまう。半透明電極から効率よく光を取り出すためには、光吸収を抑える必要がある。このため実部屈折率の小さいものを選ぶことが好ましい。そのための金属材料としては、銀、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、金などが挙げられる。

図２において有機機能層２０３は、例えば、正孔輸送層２０７、発光層２０８、電子輸送層２０９の３層から構成されているが、発光層のみでもよい。あるいは２層、４層など複数の層から形成されていてもよい。

発光層２０７はたとえば遅延蛍光発光材料のみからなってもよいが、素子の発光効率、駆動寿命の観点から、遅延蛍光材料は発光ドーパントとして用いることが好ましい。発光ドーパントとしてのドープ濃度を特に規定するものではないが、好ましくは５〜５０重量％であり、より好ましくは１０〜３０重量％である。この場合の発光層は発光ドーパントを含む層を指す。

正孔輸送層２０７や電子輸送層２０９は輸送機能だけでなくそれぞれ電極からの電荷注入層としての機能も具備しているが、別途注入層や輸送層を新たに設けてもよい。また、発光層に隣接する層として、電荷ブロック機能や励起子の拡散防止機能などを有する層を新たに設けてもよい。

このような素子では、基板２０１上の反射電極２０２と正孔輸送層２０７との界面もしくは反射層２０５と透明導電膜２０６の界面と、半透明電極２０４と電子注入層２０９との界面を反射面として、両反射面の間で共振部が構成される。上下の電極と光学距離をＬ、共振波長をλ、素子からの発光を視認する角度をθ（素子に正対し視認する場合を０°），干渉の次数をｍとする。また各々の電極にて発光が反射する際の位相シフトの和をφ（ｒａｄ）とした場合、各パラメータ間に＜数１＞を満足する関係があると、共振効果による強めあいを利用できる。

ここで光学距離Ｌは、上下の電極との間にある有機機能層の光学膜厚（＝屈折率（ｎ）×膜厚（ｄ））の総和（＝ｎ１ｄ１＋ｎ２ｄ２＋・・・）である。なお、実際に各々の電極にて発光が反射する際、反射界面を構成する電極材料および有機材料の組み合わせにより、位相シフトの和φは変化する。

各発光色のピーク波長は、例えば赤色が６００〜６８０ｎｍ、緑色が５００ｎｍ〜５６０ｎｍ、青色が４３０〜４９０ｎｍである。従って同じ次数の干渉の共振器であれば、Ｒ，Ｇ，Ｂの順に発光波長が短くなるため、素子の積層膜厚によって決まる光学距離もＲ，Ｇ，Ｂの順に短くなる。

反射面間の距離については、ｍをいくつに設定するかによるが、距離が長すぎると共振による強め合いが起こらない。よって反射面間の距離は、可干渉距離である必要がある。具体的には両反射面間の距離は、５μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、両反射面間の距離を１μｍ以下である。

本構成を実施するにあたって、数式１においてｍ＝１以上７未満であることが好ましい。より好ましくはｍ＝１または２である。またｍ＝７以上では有機膜は１ミクロン程度になり、駆動素子の高電圧化の影響が発生してくるためである。

共振器構造を備えた素子は、共振器の共振波長に相当する光を強めて外部へ取り出す構成である。一般にはピーク強度が高く、幅が狭いスペクトルを得るために内部発光スペクトルのピーク波長と共振波長（共振によって最も強められる波長）とを一致させることが好ましい。

遅延蛍光材料の発光スペクトルは半値幅が広いものが多いため、素子の内部発光ピーク波長と共振波長がずれることも想定される。この場合は色度向上のためには内部発光ピーク波長に対してより色度が良くなるように共振波長を設定する。たとえば内部発光ピーク波長よりも長波長側に共振波長を設定してもよい。

これによって、高効率でかつ優れた色度を示す素子が実現可能となる。

前述のように、遅延蛍光材料は同じ発光波長で比べると、燐光材料よりもバンドギャップが小さい。ゆえに、発光層２０８を構成するホスト材料やその他の補助ドーパント材料などのバンドギャップについても、同じ発光波長の燐光材料を用いた構成の場合よりも小さくてすむ。したがって、遅延蛍光材料を用いた発光層へのホール・電子の注入はスムーズに行われる。よって、遅延蛍光材料を発光層に用いることで駆動電圧の低電圧化に寄与する。遅延蛍光材料を用いた発光層からなる有機ＥＬ素子は、発光層の膜厚を厚くしても電圧上昇が少ない。

共振条件である数式１の条件を満たす手段のひとつとして発光層の膜厚を厚くしてもよい。低電圧化のためには、あるいは発光層膜厚を厚くするためには、発光ドーパントとして遅延蛍光材料を多く含むことが好ましい。発光層における発光ドーパントのドープ濃度は５〜５０重量％であり、より好ましくは１０〜３０重量％である。

次に本発明の表示装置について図３に沿って説明する。

本表示装置の素子構成は反射層３０１，透明導電層３０２，有機機能層３０３，陰極である半透明電極３０４，正孔輸送層３０５，３０６，青色発光層３０７，緑色発光層３０８，赤色発光層３０９，電子輸送層３１０，３１１である。本実施の形態では、遅延蛍光材料は緑色発光層の発光ドーパントである。遅延蛍光材料を用いる発光層は、特に緑色に限定されるものではない。他発光色の発光層の発光ドーパントは、遅延蛍光材料を用いてもよいが、赤色発光層の発光ドーパントには燐光発光材料を、青色発光料の発光ドーパントには、蛍光材料または燐光発光材料を用いることが好ましい。この場合のドープ濃度は、前述のとおりである。

各色の素子において透明導電層３０２膜厚、正孔輸送層３０５，３０６膜厚、電子輸送層３１０，３１１膜厚等をＲＧＢの共振条件を満たすように膜厚を調節する。本実施の形態では、全色の有機ＥＬ素子が共振器構造を有するが、本発明では、少なくとも緑色有機ＥＬ素子が、好ましくは緑色有機ＥＬ素子と青色有機ＥＬ素子が、共振器構造を有すればよい。

一般にＲＧＢの有機ＥＬ素子を搭載した表示パネルにおいて、ＲＧＢ各色において透明導電層３０２、正孔輸送層３０５，３０６、電子輸送層３１０，３１１等で光学膜厚を変化させることは、各色の画素に応じてそれぞれマスク蒸着することになるため、表示装置の製造プロセスに猥雑化をもたらす。

しかし、本発明においては遅延蛍光材料を含む素子の発光層膜厚を他の有機層に比べて厚くすることで共振器条件を満たすように膜厚を厚くすることが可能である。正孔輸送層膜厚、或いは電子輸送層膜厚で調節する分の光学膜厚を、遅延蛍光材料を含む発光層３０８の膜厚を厚くして相殺することで、少なくともＢ画素とＧ画素において正孔輸送層３０５を共通膜厚化することができる。本実施形態ではＧ画素の発光層をもっとも厚くした構成において、正孔輸送層３０５の膜厚がＢ画素と共通化されている。これはＧ画素とＲ画素においても同様に正孔輸送層を共通化できることを意味する。

光取り出し効率の低下を避けたい青色画素に対しては、共振器条件のみならず、反射電極までの光学干渉も考慮する必要がある。よって、青色および緑色画素の素子構造において、正孔輸送層３０５を共通化する際、青色画素の発光位置と反射電極との光学干渉が最適な条件にあわせたものにすることが好ましい。これによって正孔輸送層の共通層化によって青色画素の性能を下げずに、緑色画素は発光層膜厚の調整で、共振器条件を満たすことが可能になる。

本発明に係る有機ＥＬ表示装置において赤色有機ＥＬ素子、緑色有機ＥＬ素子、青色有機ＥＬ素子は基体の面内にそれぞれ複数設けられそれぞれが画素を構成すればよい。

各色の有機ＥＬ素子は行ごとに信号配線によって、列ごとに情報配線によって接続されていてもよい。

各色の有機ＥＬ素子はそれぞれ輝度を制御するためにＴＦＴと接続していてもよい。

本発明に係る有機ＥＬ表示装置において赤色有機ＥＬ素子、緑色有機ＥＬ素子、青色有機ＥＬ素子は基体を介して光が外部に取り出されるいわゆるボトムエミッション型でもよく、あるいは基体を介さないで光が外部に取り出されるいわゆるトップエミッション型でもよい。

本発明に係る有機ＥＬ表示装置は、例えば、テレビやＰＣ用の表示装置、あるいは画像を表示する部分を有する機器であれば如何なる実施形態も問わない。例えば、本発明の表示装置が搭載される携帯型表示装置であってもよい。あるいはデジタルカメラ等の電子撮像装置や携帯電話の表示部に本発明の表示装置を使用することができる。

＜緑色有機ＥＬ素子例１＞
本例においては、図２に示す構成の緑色有機ＥＬ素子を下記のような構成で作製した。

支持体としてのガラス基板上に反射性電極として銀合金（ＡｇＣｕＮｄ）をスパッタリング法にて１００ｎｍの膜厚に形成してパターニングし、さらに透明電極としてのＩＺＯをスパッタリング法で１０ｎｍの膜厚に成膜してパターニングし、陽極を形成した。

次に下記手順で有機機能層を設けた。

正孔輸送層としてＰＦ０１を真空蒸着により１５ｎｍの膜厚で成膜した。蒸着中の真空度は５×１０^-5Ｐａであった。

次に発光層としてホスト材料にＣＢＰを用い、発光ドーパント材料に例示化合物１を使用し、共蒸着（重量比９：１）で真空蒸着により４２ｎｍの膜厚に成膜した。蒸着中の真空度は５×１０^-5Ｐａであった。

電子輸送層としてはＢｐｈｅｎを真空蒸着により１０ｎｍの膜厚に成膜した。蒸着中の真空度は５×１０^-5Ｐａであった。

さらに、電子輸送層として、ＢｐｈｅｎとＣｓ₂ＣＯ₃を共蒸着（重量比９：１）として真空蒸着により１４ｎｍの膜厚に成膜した。蒸着中の真空度は５×１０^-5Ｐａであった。

陰極として銀（Ａｇ）を真空蒸着により１５ｎｍの膜厚に成膜した。蒸着中の真空度は８ｘ１０^-5Ｐａであった。

陰極まで成膜した基板をスパッタ装置へ移動して保護層として窒化酸化シリコンを１５００ｎｍの膜厚に成膜して、有機ＥＬ素子を得た。

有機ＥＬ素子は、以下の方法で評価を行った。駆動電源としては、直流定電流電源（エーディーシー社製、商品名：Ｒ６２４３）を用いた。輝度は輝度計（トプコン社製、商品名：ＢＭ−７ＦＡＳＴ）を用いた。ＣＩＥ色度の測定には、瞬間マルチ測光システム（大塚電子社製、ＭＣＰＤ−７０００）を用いた。本例で作製した有機ＥＬ素子の評価としては、１００ｃｄ／ｍ²輝度時における、ＣＩＥ色度、駆動電圧、発光効率の値から、評価を行った。

本例で作製した有機ＥＬ素子を１００ｃｄ／ｍ²の輝度で発光させると、緑色に発光し、ＣＩＥ表色系における色度（ｘ，ｙ）は（０．２２，０．７０）であった。その際の駆動電圧は４Ｖ、発光効率は２２ｃｄ／Ａであった。本実施例では、比較素子１に比べて低電圧で、色度の優れた有機ＥＬ素子を得ることができた。

＜緑色有機ＥＬ素子例１−１（比較素子１）＞
緑色有機ＥＬ素子例１と同様の素子を作成した。ただし発光層成膜の際に、発光ドーパント材料として、下記に示した燐光材料Ｉｒ（ｐｐｙ）３を用い、陰極に透明導電膜のＩＺＯ電極をスパッタリング法にて成膜して用いた。

本例で作製した有機ＥＬ素子を１００ｃｄ／ｍ²の輝度で発光させると、緑色に発光し、ＣＩＥ表色系における色度（ｘ，ｙ）は（０．３３，０．６７）であった。その際の駆動電圧は８Ｖであり、発光効率は１６ｃｄ／Ａであった。

＜緑色有機ＥＬ素子例２＞
支持体としてのガラス基板上に反射性電極として銀合金（ＡｇＣｕＮｄ）をスパッタリング法にて１００ｎｍの膜厚に形成してパターニングし、さらに透明電極としてのＩＴＯをスパッタリング法で７７ｎｍの膜厚に成膜してパターニングし、陽極を形成した。
次に下記手順で有機機能層を設けた。

正孔輸送層としてＰＦ０１を真空蒸着により３５ｎｍの膜厚で成膜した。蒸着中の真空度は５×１０^-5Ｐａであった。

次に発光層としてホスト材料にＣＢＰを用い、発光ドーパント材料に例示化合物１を使用し、共蒸着（重量比４：１）で真空蒸着により１０５ｎｍの膜厚に成膜した。蒸着中の真空度は５×１０^-5Ｐａであった。

電子輸送層としては以下に示す化合物を真空蒸着により２０ｎｍの膜厚に成膜した。蒸着中の真空度は５×１０^-5Ｐａであった。

さらに、電子輸送層として、化７に示す化合物とＣｓ₂ＣＯ₃を共蒸着（重量比９：１）として６０ｎｍの膜厚に真空蒸着により成膜した。蒸着中の真空度は５×１０^-5Ｐａであった。

陰極として銀（Ａｇ）を真空蒸着により１５ｎｍの膜厚に成膜した。蒸着中の真空度は１×１０^-4Ｐａであった。

陰極まで成膜した基板をスパッタ装置へ移動して保護層として窒化酸化シリコンを１５００ｎｍの膜厚に成膜して、有機ＥＬ素子を得た。

本例で作製した有機ＥＬ素子を１００ｃｄ／ｍ²の輝度で発光させると、緑色に発光し、ＣＩＥ表色系における色度（ｘ，ｙ）は（０．２２，０．７０）であった。この素子の陽極透明電極と全有機層の総膜厚は２９７ｎｍである。数１より中心波長５３５ｎｍ、屈折率１．８、ｍ＝２、Φ＝０ラジアンにおいて共振条件は全膜厚で２９７ｎｍであり、本素子は共振条件を満たしている。その際の駆動電圧は４．５Ｖ、発光効率は２０ｃｄ／Ａであった。であった。本実施例では、比較素子２に比べて低電圧な有機ＥＬ素子を得ることができた。

＜緑色有機ＥＬ素子例２−１（比較素子２）＞
緑色有機ＥＬ素子例２と同様の素子を作成した。ただし発光ドーパント材料として、燐光材料Ｉｒ（ｐｐｙ）３を用い、銀（Ａｇ）電極に替わって、透明なＩＺＯ電極をスパッタリング法にて成膜して陰極として用いた。

本例で作製した有機ＥＬ素子を１００ｃｄ／ｍ²の輝度で発光させると、緑色に発光し、ＣＩＥ表色系における色度（ｘ，ｙ）は（０．３３，０．６３）であった。その際の駆動電圧は１０Ｖであり、発光効率は１０ｃｄ／Ａであった。

〈実施例１〉
赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色からなる有機ＥＬ表示装置を以下に示す方法で作製した。有機ＥＬ素子が画素として配置されるパネル部分のパネルサイズは対角で３インチ、画素数は縦２４０、横３２０のＱＶＧＡ、各色毎の画素の開口率、すなわちパネル部分の面積に対する各色有機ＥＬ素子の総面積はそれぞれ３０％となるように作製した。

まず、支持体としてのガラス基板上に、低温ポリシリコンからなるＴＦＴ駆動回路を形成し、その上にアクリル樹脂からなる平坦化膜を形成した。この上に反射性電極として銀合金（ＡｇＣｕＮｄ）をスパッタリング法にて１００ｎｍの膜厚に形成してパターニングし、さらに透明電極としてのＩＴＯをスパッタリング法で７７ｎｍの膜厚に成膜してパターニングし、陽極を形成した。さらにアクリル樹脂により素子分離膜を形成し陽極側透明電極基板を作成した。これをイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、次いで、煮沸洗浄後乾燥した。その後、ＵＶ／オゾン洗浄してから有機化合物および陰極材料を真空蒸着により成膜した。

次に、ＲＧＢ各画素の共振器条件を満たす一例として次のように各層の膜厚を設定した。ここで、数１においてｍ＝２、Φ＝０ラジアンとした。

次に表１にしたがって下記手順で有機機能層を設けた。

共通層として正孔輸送層としてＰＦ０１をＢとＧの画素部には３５ｎｍの膜厚で、赤色の画素には１７０ｎｍの厚さに真空蒸着により成膜した。蒸着中の真空度は５×１０^-5Ｐａであった。この際プロセスを簡便にするためにＢとＧの画素部には正孔輸送層を同時に成膜した。なおＢとＧの画素部が互いに並ぶところは画素間を跨いで、具体的には素子分離膜上にも正孔輸送層を形成した。

本実施例ではＲ画素部における正孔輸送層は他の画素部と比べて厚く設けられているが、例えば正孔輸送層を構成する材料をパネル全域に３５ｎｍの厚みで作成し、すなわち画素間を跨いで作成し、その後Ｒの画素部のみに正孔輸送層を構成する材料を１３５ｎｍの厚みで設け、結果としてＲの画素部には１７０ｎｍの正孔輸送層が設けられるように作成してもよい。

青色発光層のホスト発光材料にはＣＢＰ、発光ドーパント材料として下記に示した青色の蛍光材料を用い、共蒸着（重量比９：１）により４５ｎｍの膜厚に成膜した。蒸着中の真空度は５×１０^-5Ｐａであった。

緑色発光層のホスト材料にはＣＢＰ、発光ドーパント材料として例示化合物１を共蒸着（重量比４：１）により１０５ｎｍの膜厚に成膜した。蒸着中の真空度は５×１０^-5Ｐａであった。

赤色発光層のホスト材料にはＣＢＰ、発光ドーパント材料には下記の赤色の燐光材料を用い、共蒸着（重量比９：１）により３０ｎｍの膜厚に成膜した。蒸着中の真空度は５×１０^-5Ｐａであった。

成膜の際は、発光パターンに対応したマスクを用いて同一基板上に対する蒸着の塗り分けを施し、ＲＧＢ画素がマトリクス状に配列された有機ＥＬ素子とした。

これらの発光層上に共通電子輸送層として化７に示す化合物を真空蒸着により２０ｎｍの膜厚に画素部が配置されるパネル領域の全てに成膜して、さらに化７に示す化合物とＣｓ₂ＣＯ₃を共蒸着（重量比９：１）にて６０ｎｍの膜厚に成膜した。蒸着中の真空度は５×１０^-5Ｐａであった。

陰極として銀（Ａｇ）を１５ｎｍの膜厚に成膜した。

さらに保護膜として、窒化酸化シリコンを７００ｎｍの膜厚に成膜して、有機ＥＬ表示装置を得た。

この有機ＥＬ表示装置で、白色２００ｃｄ／ｍ²での消費電力は４００ｍＷであった。ＲＧＢ各発光画素のＣＩＥ表色系における色度（ｘ，ｙ）は、Ｂ（０．１５，０．０８）、Ｇ（０．２２，０．６７）、Ｒ（０．６７，０．３１）であり、そのＮＴＳＣ比は９３％であり、優れた色再現範囲の表示装置を得た。

本実施例において、マスク蒸着が必要なのは正孔輸送層と発光層であり、其の他の層は共通層としている。ゆえに有機機能層の成膜に必要なマスク蒸着は５回であった。本実施例では、比較例１よりも色再現範囲の広くて低消費電力であり、比較例２よりもマスク蒸着回数を減らした有機ＥＬ表示装置を得ることができた。

〈比較例１〉
上記の有機ＥＬ表示装置の作成例と同様に有機ＥＬ表示装置を作成した。ただし緑色発光層の発光ドーパント材料としてＩｒ（ｐｐｙ）３を用い、銀（Ａｇ）電極に替わって、透明なＩＺＯ電極をスパッタリング法にて成膜して陰極として用いた。

この有機ＥＬ表示装置で、白色２００ｃｄ／ｍ²での消費電力は６００ｍＷであった。ＲＧＢ各発光画素のＣＩＥ表色系における色度（ｘ，ｙ）は、Ｂ（０．１５，０．１１）、Ｇ（０．２７，０．６５）、Ｒ（０．６７，０．３１）であり、そのＮＴＳＣ比は８０．７％であった。

本実施例において、マスク蒸着が必要なのは正孔輸送層と発光層であり、其の他の層は共通層としている。ゆえに有機機能層の成膜に必要なマスク蒸着は５回であった。

〈比較例２〉
上記の有機ＥＬ表示装置の作成例における有機機能層を次のように変更した表示装置を作製した。

正孔輸送層としてＰＦ０１を真空蒸着によりＢ画素上に３５ｎｍ、Ｇ画素上に９５ｎｍ、Ｒ画素上に１７０ｎｍの膜厚でそれぞれマスクを用いて成膜した。蒸着中の真空度は５×１０^-5Ｐａであった。

青色発光層のホスト発光材料にはＣＢＰ、発光ドーパント材料として実施例１と同じ青色の蛍光材料を用い、共蒸着（重量比９：１）により３５ｎｍの膜厚に成膜した。蒸着中の真空度は５×１０^-5Ｐａであった。緑色発光層のホスト材料にはＣＢＰ、発光ドーパント材料として例示化合物１を共蒸着（重量比９：１）により４５ｎｍの膜厚に成膜した。蒸着中の真空度は５×１０^-5Ｐａであった。赤色発光層のホスト材料にはＣＢＰ、発光ドーパント材料には実施例１と同じ赤色の燐光材料を用い、共蒸着（重量比９：１）により３０ｎｍの膜厚に成膜した。蒸着中の真空度は５×１０^-5Ｐａであった。

この有機ＥＬ表示装置で、白色２００ｃｄ／ｍ²での消費電力は４００ｍＷであった。ＲＧＢ各発光画素のＣＩＥ表色系における色度（ｘ，ｙ）は、Ｂ（０．１５，０．０８）、Ｇ（０．２２，０．６７）、Ｒ（０．６７，０．３１）であり、そのＮＴＳＣ比は９３％であり、優れた色再現範囲の表示装置を得た。

本比較例において、マスク蒸着が必要なのは正孔輸送層と発光層であり、其の他の層は共通層としている。しかしながら、実施例１と比べて正孔輸送層のマスク蒸着が一回多く必要であった。ゆえに有機機能層の成膜に必要なマスク蒸着は６回であった。

１０１：最低励起一重項状態（Ｓ₁）、１０２：基底状態（Ｓ₀）、１０３：最低励起三重項状態、１０４：Ｓ₁状態のエネルギー（Ｅｇ^S1）、１０５：Ｔ₁状態のエネルギー（Ｅｇ^T1）、１０６：項間交差、１０７：遅延蛍光、１０８：燐光

よって本発明は、
赤色有機ＥＬ素子、緑色有機ＥＬ素子、青色有機ＥＬ素子をそれぞれ画素として有し、何れの前記有機ＥＬ素子も一対の電極と正孔輸送層と発光層とを有する有機ＥＬ表示装置であって、
前記緑色有機ＥＬ素子の発光層は熱励起型の遅延蛍光材料を有し、前記緑色有機ＥＬ素子は前記一対の電極間で共振器構造を有しており、前記緑色有機ＥＬ素子と前記青色有機ＥＬ素子の正孔輸送層は同じ膜厚で共通して設けられることを特徴とする有機ＥＬ表示装置を提供する。

Claims (4)

1. 赤色有機ＥＬ素子、緑色有機ＥＬ素子、青色有機ＥＬ素子をそれぞれ画素として有し、何れの前記有機ＥＬ素子も一対の電極と正孔輸送層と発光層とを、前記一対の電極のうちの反射電極、正孔輸送層、発光層の順で有する有機ＥＬ表示装置であって、
   前記緑色有機ＥＬ素子の発光層は遅延蛍光材料を有し、前記緑色有機ＥＬ素子は前記一対の電極間で共振器構造を有しており、前記緑色有機ＥＬ素子の一対の電極の間に設けられる層のうち最も厚い層が前記発光層であり、前記緑色有機ＥＬ素子と前記青色有機ＥＬ素子の正孔輸送層は同じ膜厚かつ前記青色有機ＥＬ素子の発光位置と前記反射電極の反射面との間の光学干渉が最適な条件となる膜厚で共通して設けられることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
2. 前記青色有機ＥＬ素子は、前記一対の電極間で共振器構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
3. 前記共振器構造を有する有機ＥＬ素子は、内部発光スペクトルのピーク波長と共振によって最も強められる波長とが一致し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ＥＬ表示装置。
4. 前記共振器構造の干渉の次数が２次であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ表示装置。

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