JP4587852B2 - 有機電界発光素子及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、有機電界発光素子及びその製造方法に関し、より詳しくは、最適の共振構造を有する有機電界発光素子及びその製造方法に関する。
一般に、薄膜トランジスタを具備している有機電界発光素子は、能動発光型表示素子として視野角が広くてコントラストが優秀であるだけでなく応答速度が速い長所を有しているので、次世代表示素子として注目されている。
一方、有機電界発光素子は、発光層(ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ)形成用物質によって無機ＥＬ素子と有機ＥＬ素子に区分される。ここで、有機ＥＬ素子は無機ＥＬ素子に比べて輝度、駆動電圧及び応答速度特性が優秀で多色化が可能である長所を有している。
また、有機電界発光素子は、多数のスキャンラインと、それと垂直方向に形成される多数のデータラインにより定義される画素領域が、各々赤色、緑色、青色を具現することによりフルカラー平板表示素子を構成することができる。
図３は、一般的なフルカラー有機電界発光素子を示す断面図である。
図３に示したように、一般的な有機ＥＬ素子は、赤色(Ｒ)、緑色(Ｇ)、青色(Ｂ)を具現するように、各々赤色画素領域、緑色画素領域及び青色画素領域を備えている基板１０の上部に各々所定パターンの第 1 電極層１２が形成されている。前面発光構造の場合には反射電極である金属電極に形成するか反射膜を含む透明電極に形成する。
そして、各画素領域を絶縁して画素を定義するために絶縁物質を積層した後パターンして開口部を含む画素定義膜１４を形成する。
そして、第１の電極層の上には正孔注入層１６、正孔輸送層１８が共通層として基板全面にかけて形成される。
次に、正孔輸送層１８の上に各々の画素領域に該当する発光物質を積層してＲ、Ｇ、Ｂ発光層を形成する。
必要によって、正孔抑制層２１、電子輸送層２２及び電子注入層２３が順次に基板全面にかけて形成され、電子注入層２３の上面には所定パターンの第２の電極層２４が形成されている。ここで、正孔注入層１６、正孔輸送層１８、発光層、正孔抑制層２１、電子輸送層２２、電子注入層２３は、有機化合物よりなった有機薄膜である。
しかし、フルカラー有機電界発光素子の場合、各画素ごとに、即ち、各色別にその発光効率の差が発生する。即ち、緑色発光物質の場合、赤色及び青色発光物質より発光効率が優秀であり、また、赤色発光物質は青色発光物質より発光効率が優秀である。
したがって、従来には有機薄膜の厚さを制御することにより最大の効率と輝度を得ようとしている。従来の方法としては、両極、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、陰極が順次に形成された構成において、電子輸送層の膜厚さを３０乃至６０ｎｍに設定することにより発光の効率を向上させるための技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来の他の方法としては、電子輸送層の膜厚さを調節することにより、発光層から発生した光と陰極から反射されて来る光が干渉する場合に光の輝度が実質的に増加されるようにした技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
さらに、従来の方法としては、光学的膜厚さを制御することにより、輝度を向上させて、特に、青色発光の色純度を高めた有機電界発光素子について開示されている（例えば、特許文献３参照）。
このような有機電界発光素子は、輝度の向上のためにはカラー別に光学的厚さが相異なく形成されるように設定されている。しかし、量産工程においてカラー別に工程を全面的に異にして光学的厚さがカラー別に異なるように形成することは困難であった。
特開平第４−１３７４８５号公報 特開平第４−３２８２９５号公報 特開平第７−２４０２７７号公報
したがって、本発明は上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、ＲＧＢ画素ごとに最適の共振構造を有する有機電界発光素子及びそれを製造する方法を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の第１の特徴は、有機電界発光素子であって、第１の画素領域、第２の画素領域及び第３の画素領域を備えている絶縁基板と、前記基板の上に、前記第１、第２及び第３の画素領域ごとに各々形成されている第１の電極層と、基板全面にかけて前記第１の電極層の上に形成されている正孔注入層と、前記第１の電極層の上に形成されており、前記第１、第２及び第３の画素領域上に形成されている第１の正孔輸送層と、前記第２の画素領域及び第３の画素領域の前記第１の正孔輸送層の上に形成されている第２の正孔輸送層と、前記第３の画素領域の前記第２の正孔輸送層の上に形成されている第３の正孔輸送層と、前記第１、第２及び第３の正孔輸送層の上に形成されている第１の有機発光層、第２の有機発光層及び第３の有機発光層と、前記第１の有機発光層、第２の有機発光層及び第３の有機発光層の上に形成されている第２の電極層と、を含み、前記第２の正孔輸送層の厚さは、前記第１の画素領域と前記第２の画素領域の光波長差の１/３乃至２/３であり、前記第３の正孔輸送層の厚さは、前記第２の画素領域と前記第３の画素領域の光波長差の１/３乃至２/３であること要旨とする。
本発明の第２の特徴は、有機電界発光表示であって、下部電極、有機発光層及び上部電極を各々備えている第１の画素領域と、第２の画素領域と、第３の画素領域と、を含み、前記画素領域の中でお互いに隣接する二つの画素領域の前記下部電極及び前記有機発光層の間の距離の差は、前記お互いに隣接する二つの画素領域の光波長差の１/３乃至２/３であることを要旨とする。
本発明の第３の特徴は、基板上に第１の電極層をパターンして形成する工程と、前記第１の電極上に画素定義膜を基板全面にかけて形成し、発光領域が開口されるように前記画素定義膜をパターンして第１の画素領域、第２の画素領域及び第３の画素領域の発光領域を定義する工程と、前記基板全面にかけて正孔注入層を形成する工程と、前記正孔注入層の上に第１の正孔輸送層を形成する工程と、前記第２の画素領域及び第３の画素領域の上にだけ第２の正孔輸送層を形成する工程と、前記第３の画素領域の上にだけ第３の正孔輸送層を形成する工程と、前記各々の画素領域に第１、第２及び第３の発光物質をパターンして第１の発光層、第２の発光層及び第３の発光層を形成する工程と、前記第１、第２及び第３の発光層の上に第２の電極を形成する工程と、を含み、前記第２の正孔輸送層の厚さは、前記第１の画素領域と前記第２の画素領域の光波長差の１/３乃至２/３であり、前記第３の正孔輸送層の厚さは、前記第２の画素領域と前記第３の画素領域の光波長差の１/３乃至２/３であることを要旨とする。
本発明の第４の特徴は、基板上に第１の電極層をパターンして形成する工程と、前記第１の電極上に画素定義膜を基板全面にかけて形成し、発光領域が開口されるように前記画素定義膜をパターンして第１の画素領域、第２の画素領域及び第３の画素領域の発光領域を定義する工程と、前記基板全面にかけて正孔注入層を形成する工程と、前記第１の画素領域の正孔輸送層をパターンして形成し、連続して前記第１の発光物質を形成する工程と、前記第２の画素領域の正孔輸送層をパターンして形成し、連続して前記第２の発光物質を形成する工程と、前記第３の画素領域の正孔輸送層をパターンして形成し、連続して前記第３の発光物質を形成する工程と、前記各々の画素領域に第１、第２及び第３の発光物質をパターンして第１の発光層、第２の発光層及び第３の発光層を形成する工程と、第２の電極を形成する工程と、を含み、前記第２の画素領域の正孔輸送層の厚さと前記第１の画素領域の正孔輸送層の厚さの差は、前記第１の画素領域と前記第２の画素領域の光波長差の１/３乃至２/３であり、前記第３の画素領域の正孔輸送層の厚さと前記第２の画素領域の正孔輸送層の厚さは、前記第２の画素領域と前記第３の画素領域の光波長差の１/３乃至２/３であることを要旨を要旨とする。
本発明によれば、各画素ごとにＲＧＢ別に正孔輸送層の厚さを相異なくして最適の光学的共振構造を満足する有機電界発光素子を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態に係る有機電界発光素子およびその製造方法の詳細を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る有機電界発光素子の構造を概略的に示す断面図である。
図１に示したように、本発明の第１の実施の形態に係る有機電界発光素子は、第１の画素領域１００、第２の画素領域２００及び第３の画素領域３００を備えている基板１０上に、第１、第２及び第３の画素領域１００、２００、３００毎に各々第１の電極層１２が形成されている。
これら第１の画素領域１００、第２の画素領域２００及び第３の画素領域３００は、各々異なる色を具現し、または、各々の画素領域は、赤色、緑色及び青色の中でいずれの一つの色を具現する。例えば、第１の画素領域が赤色であり、第２の画素領域は緑色である場合、第３の画素領域は青色になり、第１の画素領域が緑色であり、第２の画素領域が青色である場合には、第３の画素領域は赤色を具現する。その以外にもこのような組合により各画素領域が定義できる。
好ましくは、第１の画素領域１００は青色、第２の画素領域２００は緑色、第３の画素領域３００は赤色を具現する。
一方、基板としては、ガラス基板、プラスチック基板などのように透明絶縁基板を使用する。
そして、第１の電極層１２は反射電極に形成できる。反射電極としては、Ａｌ、Ａｌの合金、Ａｇ上にＩＴＯ、ＩＺＯなどの二重反射膜アノ−ド、又はＡｇとＩＴＯなどの３重膜よりなる群から選択される１種の物質を使用することが好ましい。
そして、第１の電極層１２の上に画素定義膜１４を形成し、発光領域に開口部が形成されるように前記画素定義膜１４をパターニングする。画素定義膜１４としては、ＢＣＢ、アクリル樹脂などの有機絶縁膜を使用することができる。
続いて、第１の電極層１２の上に正孔注入層１６が形成されている。正孔注入層１６は、基板全面にかけて各画素領域に共通層として形成されている。正孔注入層１６としては、銅フタロシアニン(ＣｕＰｃ：ｃｏｐｐｅｒ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ)又は４、４'、４”−トリス(Ｎ−(３−メチルフェニル)−Ｎ−フェニルアミノ)トリフェニルアミン(４、４'、４”−ｔｒｉｓ(Ｎ−(３−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ)−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｏ)ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ)(ＭＴＤＡＴＡ)などの物質を使用することができる。
正孔注入層１６の上には、基板全面に亘って第１の正孔輸送層１８−１を形成する。第１の正孔輸送層１８−１は共通層として形成することができる。第１の正孔輸送層１８−１の厚さは、３００Å乃至５００Åになるか、正孔注入層１６と第１の正孔輸送層１８−１の合が１３００Å乃至１５００Åであることが好ましい。
続いて、第１の画素領域１００を除外して第２の画素領域２００及び第３の画素領域３００の第１の正孔輸送層１８−１の上に第２の正孔輸送層１８−２を高精細マスクを使用して形成する。
その後、第１及び第２の画素領域１００、２００を除外して第３の画素領域３００にだけ高精細マスクを使用して第３の正孔輸送層１８−３を形成する。したがって、第１、第２及び第３の画素領域１００、２００、３００の各々に異なる厚さの正孔輸送層１８が形成される。
このとき、各赤色、緑色、青色が最大強度(ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ)である際の波長帯は異なる。例えば、青色が最大強度である際の波長帯は４６０ｎｍ、緑色の場合は５２０ｎｍ、赤色の場合は６３０ｎｍであり、このとき、第１の電極層１２と発光層との間の光パス(例えば、第１の画素領域１００の場合、ａ)と、発光層と第１の電極層１２のと間の距離、即ち、光学的厚さ(例えば、第１の画素領域１００の場合、ａ/２)が各色相別に同一であれば、波長による光の移動距離に差が発生して最適の光学的特性を得ることができない。
したがって、このような各色相が最大強度である際の波長帯の差を考慮して、第１の電極層１２と発光層との間の光パス(ａ)、即ち、光学的厚さ(ａ／２)を各色相別に差を置くことにより最適の光学的共振構造を得ることができる。
本発明では、最適の光学的共振構造を持たせるために、隣接する二つの画素領域の第１の電極層１２と発光層２０−１、２０−２との間の光パスの差、即ち、光学的厚さの差は、二つの画素領域の色相の最大強度を有する際の波長差の１／３乃至２／３になるようにし、好ましくは、１／２になるようにする。
例えば、図１に示したように、第１の画素領域１００の色相が最大強度を有する際の波長と第２の画素領域２００の色相が最大強度を有する際の波長との差を２xと仮定すれば、第１の画素領域１００の第１の電極層１２と発光層２０−１との間の光パスと、第２の画素領域２００の第１の電極層１２と発光層２０−１との間の光パスとの差が２xになる。即ち、第１の画素領域１００の光パスがａである場合、第２の画素領域２００の光パスはａ＋２ｘになる。したがって、第１の画素領域１００と第２の画素領域２００の光学的厚さ、即ち、発光層２０−１、２０−２と第１の電極層１２との間の厚さの差はｘになる。
したがって、第２の正孔輸送層１８−２の厚さをｘになるように形成する場合に最適の光学的共振構造を得ることができる。このｘは３００Å乃至５００Åになるか、正孔注入層１６と第１及び第２の正孔輸送層１８−１、１８−２の膜厚の和が１３００Å乃至１５００Åであることが好ましい。
それと同様に、隣接する第２の画素領域２００と第３の画素領域３００の各色相が最大強度を有する際の波長差を２ｙと仮定すれば、二つの画素領域の第１の電極１２と発光層２０−２、２０−３との間の光パスの差は２ｙになり、光学的厚さの差は２ｙになる。したがって、第３の正孔輸送層１８−３の厚さをｙに形成する場合に最適の光学的共振構造を得ることができる。このｙは３００Å乃至５００Åであるか、正孔注入層１６と第１、第２及び第３の正孔輸送層１８−１、１８−２、１８−３の合が２１００Å乃至２３００Åであることが好ましい。
以上の例では、一番好ましい実施の形態として光学的厚さの差は二つの画素領域の色相が最大強度を有する際の波長差の１／２になることを例示したが、１／３乃至２／３になっても最適の光学的共振構造を有する有機電界発光素子を製造することができる。
そして、第２の正孔輸送層１８−２と第３の正孔輸送層１８−３は、各々個別的に各画素領域ごとに形成することができるが、工程の単純化のために第２の正孔輸送層１８−２は、第２の画素領域２００及び第３の画素領域３００に共通層として形成する。
このとき、第１、第２及び第３の正孔輸送層に使用できる物質には、各々独立的にＮ、Ｎ'−ジ−(１−ナプチル)−Ｎ、Ｎ'−ジフェニルベンジディン(ＮＰＤ)又はＰＥＤＯＴ(ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ)などがある。
即ち、第１の正孔輸送層１８−１、第２の正孔輸送層１８−２及び第３の正孔輸送層１８−３は、各々異なる物質に形成することができ、第１の正孔輸送層１８−１、第２の正孔輸送層１８−２及び第３の正孔輸送層１８−３のうちで２つの層は同一な物質で形成することもできる。また、第１の正孔輸送層１８−１、第２の正孔輸送層１８−２及び第３の正孔輸送層１８−３は、同一な物質で形成することもできる。
第１の正孔輸送層１８−１の厚さは、各画素領域の素子特性に合わせて正孔注入層１６が１０００Åである場合は、第１の正孔輸送層１８−１の厚さはおおよそ３００Å乃至５００Åであり、青色の最適効率、色座標の波長帯が４６０ｎｍ、即ち、４６００Åであるので、光パスを考慮してその半分であるおおよそ正孔注入層(ＨＩＬ)と正孔輸送層(ＨＴＬ)の厚さの合が１３００Å辺りで最適の補強干渉として最適効率及び色座標を有する。
続いて、正孔輸送層１８の上に各々第１の発光物質、第２の発光物質、第３の発光物質をパターンして第１、第２及び第３の発光層２０−１、２０−２、２０−３を形成する。本発明では、フルカラー有機電界発光素子を具現するため、第１、第２、第３の画素領域が各々赤色、緑色、青色を具現する。素子特性、特に、発光効率を考慮すれば、赤色が一番長い波長であり、その次が緑色、青色の順序なので、正孔輸送層１８の全体厚さが薄い領域が青色を具現する領域になり、その次が緑色を具現する領域、赤色を具現する領域の順にになる必要がある。
したがって、第１の画素領域１００に青色発光層２０−１が形成され、第２の画素領域２００に緑色発光層２０−２が形成され、最後に第３の画素領域３００に赤色発光層２０−３が形成されることが好ましい。
赤色発光層は、ホスト物質としてＣＢＰ(ｃａｒｂａｚｏｌｅ ｂｉｐｈｅｎｙｌ)又はｍＣＰを含み、ドーパント物質としてＰＩＱＩｒ(ａｃａｃ)(ｂｉｓ(１−ｐｈｅｎｙｌｉｓｏｑｕｉｎｏｌｉｎｅ)ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ ｉｒｉｄｉｕｍ)、ＰＱＩｒ(ａｃａｃ)(ｂｉｓ(１−ｐｈｅｎｙｌｑｕｉｎｏｌｉｎｅ)ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ ｉｒｉｄｉｕｍ) ＰＱＩｒ(ｔｒｉｓ(１−ｐｈｅｎｙｌｑｕｉｎｏｌｉｎｅ) ｉｒｉｄｉｕｍ)及びＰｔＯＥＰ(ｏｃｔａｅｔｈｙｌｐｏｒｐｈｙｒｉｎ ｐｌａｔｉｎｕｍ)の群から選択される一つ以上の物質を含む燐光物質を使用して形成される。また、赤色発光層は、ＰＢＤ:Ｅｕ(ＤＢＭ)３(Ｐｈｅｎ)又はペリレン(Ｐｅｒｙｌｅｎｅ)のような蛍光物質を使用して形成することもできる。
緑色発光層は、ホスト物質としてＣＢＰ又はｍＣＰを含み、ドーパント物質としてＩｒ(ｐｐｙ)３ (ｆａｃｔｒｉｓ(２−ｐｈｅｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ)ｉｒｉｄｉｕｍ)を含む燐光物質を使用して形成される。また、緑色発光層は、Ａｌｑ３(ｔｒｉｓ(８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｏ)ａｌｕｍｉｎｕｍ)のような蛍光物質を使用して形成することもできる。
青色発光層は、ＤＰＶＢｉ、スピロＤＰＶＢｉ、スピロ−６Ｐ、ジスチルベンゼン(ＤＳＢ)、 ジスチルアリレン(ＤＳＡ)、ＰＦＯ系高分子及びＰＰＶ系高分子の群から選択される一つの物質を含む蛍光物質を使用して形成される。青色発光層を燐鉱物質に形成する場合、光特性が不安定なので蛍光材料を使用して形成する 。
かかる発光層は、ＬＩＴＩ(Ｌａｓｅｒ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ)法、インクジェット法、真空蒸着法などの通常の方法により形成できる。
第２の電極層２４は透過性金属電極に形成され、透過性金属電極としては、Ｃａ、Ｃａ/Ａｇ又はＭｇ/Ａｇの中でいずれの一つの物質により形成することができる。
一方、本発明の有機電界発光素子は、発光層の上に共通層として正孔抑制層２１、電子輸送層２２及び電子注入層２３の中で一つ以上の層をさらに含むことができる。
正孔抑制層２１、電子輸送層２２及び電子注入層２３としては、一般的に使用される物質を使用し、正孔抑制層２１としては、Ｂａｌｑ、電子輸送層２２としては、ポリサイクリックハイドロカーボン系列誘導体、ヘテロサイクリック化合物、トリス(８−キノリノライト)アルミニウム(Ａｌｑ３)、電子注入層２３としては、ＬｉＦ、Ｌｉｑ、ＮａＦ、Ｎａｑなどの物質を使用することができる。
また、本発明の実施の形態では、第２の電極層２４の上に保護膜層(図示せず)をさらに含むことができる。保護膜層としては、ＳｉＮｘ又はＳｉＯ２などを使用することができる。
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る有機電界発光素子の構造を概略的に示す断面図である。
本発明の第２の実施の形態では、正孔輸送層の以外は第１の実施の形態と全部同一な構成要素を有する。
図２に示したように、本発明の第２の実施の形態に係る有機電界発光素子は、第１の画素領域１００、第２の画素領域２００及び第３の画素領域３００を具備している基板１０上に、第１、第２及び第３の画素領域１００、２００、３００ごとに各々形成されている第１の電極層１２が形成されている。
第１の画素領域１００、第２の画素領域２００及び第３の画素領域３００は各々異なる色を具現し、また、各々の画素領域は赤色、緑色及び青色の中でいずれの一つの色を具現する。例えば、第１の画素領域が赤色であり、第２の画素領域は緑色である場合、第３の画素領域は青色になり、第１の画素領域が緑色であり、第２の画素領域が青色である場合には、第３の画素領域は赤色を具現する。その以外にもこのような組合により各画素領域が定義できる。
好ましくは、第１の画素領域１００は青色、第２の画素領域２００は緑色、第３の画素領域３００は赤色を具現する。
一方、基板としては、ガラス基板、プラスチック基板などのように透明絶縁基板を使用する。
そして、第１の電極層１２は、反射電極に形成できる。反射電極としては、Ａｌ、Ａｌの合金、Ａｇの上にＩＴＯ、ＩＺＯなどの二重反射膜アノ−ド又はＡｇとＩＴＯなどの３重膜よりなる群から選択される１種の物質を使用することが好ましい。
そして、第１の電極層１２の上に画素定義膜１４を形成し、発光領域に開口部が形成されるように画素定義膜１４をパターンする。画素定義膜１４としては、ＢＣＢ、アクリル樹脂などの有機絶縁膜を使用することができる。
続いて、第１の電極層１２の上に正孔注入層１６が形成される。正孔注入層１６は、基板全面にかけて各画素領域に共通層として形成することができる。正孔注入層１６としては、銅フタロシアニン(ＣｕＰｃ：ｃｏｐｐｅｒ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ)又は４、４'、４”−トリス(Ｎ−(３−メチルフェニル)−Ｎ−フェニルアミノ)トリフェニルアミン(４、４'、４”−ｔｒｉｓ(Ｎ−(３−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ)−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｏ)ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ)(ＭＴＤＡＴＡ)などの通常的な物質を使用することができる。
一方、本発明の第２の実施の形態では、正孔注入層１６の上に第１の画素領域１００にだけ第１の正孔輸送層１８−１を形成する。
継いて、第１の正孔輸送層１８−１を形成した後、第２の画素領域２００にだけ第２の正孔輸送層１８−２を形成し、その後、第３の画素領域３００に第３の正孔輸送層１８−３を形成する。
本発明の第１の実施の形態では正孔輸送層を複数の層にで構成したが、第２の実施の形態では各該当画素領域にだけ一つの層に正孔輸送層を形成した。
このとき、第１、第２及び第３の正孔輸送層１８−１、１８−２、１８−３は、上述のように最適の光学的共振構造を有する有機電界発光素子を製造するために、隣接する二つの画素領域の第１の電極１２と発光層２０−１、２０−２との間の光パスの差、即ち、光学的厚さの差は、二つの画素領域の色相が最大強度を有する際の波長差の１／３乃至２／３になるようにし、好ましくは、１／２になるようにする。
即ち、図２に示したように、第１の画素領域１００の色相が最大強度を有する際の波長と第２の画素領域２００の色相が最大強度を有する際の波長との差を2xと仮定すれば、第１の画素領域１００の第１の電極１２と発光層２０−１との間の光パスと第２の画素領域２００の第１の電極層１２と発光層２０−１との間の光パスの差が２ｘになる。即ち、第１の画素領域１００の光パスがａである場合、第２の画素領域２００の光パスはａ＋２ｘになる。したがって、第１の画素領域１００と第２の画素領域２００の光学的厚さ、即ち、発光層２０−１、２０−２と第１の電極１２との間の厚さの差はｘになる。
したがって、第２の正孔輸送層１８−２と第１の正孔輸送層の厚さの差がｘになるように形成する場合に最適の光学的共振構造を得ることができる。このｘは、３００Å乃至５００Åになる。
それと同様に、隣接する第２の画素領域２００と第３の画素領域３００の各色相が最大強度を有する際の波長差を２ｙと仮定すれば、二つの画素領域の第１の電極層１２と発光層２０−２、２０−３との間の光パスの差は２ｙになり、光学的厚さの差は２ｙになる。したがって、第３の正孔輸送層１８−３の厚さと第２の正孔輸送層１８−２の厚さとの差をｙに形成する場合に最適の光学的共振構造を得ることができる。このｙは、３００Å乃至５００Åになる。
一方、最適の光学的共振構造を考慮すれば、正孔注入層１６と第１の正孔輸送層１８−１の合が１３００Å乃至１５００Åであり、正孔注入層１６と第２の正孔輸送層１８−２の合が１７００Å乃至１９００Åであり、正孔注入層１６と第３の正孔輸送層１８−３の合が２１００Å乃至２３００Åであることが好ましい。
以上の例では、一番好ましい実施の形態として光学的厚さの差は二つの画素領域が色相の最大強度を有する際の波長差の１／２になることを例示したが、１／３乃至２／３になっても最適の光学的共振構造を有する有機電界発光素子を製造することができる。
このとき、第１、第２及び第３の正孔輸送層に使用できる物質としては、各々独立的にＮ、Ｎ'−ジ−(１−ナプチル)−Ｎ、Ｎ'−ジフェニルベンジディン(ＮＰＤ)又はＰＥＤＯＴ(ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ)などがある。
即ち、第１の正孔輸送層１８−１、第２の正孔輸送層１８−２及び第３の正孔輸送層１８−３は、各々異なる物質に形成することができ、第１の正孔輸送層１８−１、第２の正孔輸送層１８−２及び第３の正孔輸送層１８−３の中で２個の層は同一な物質に形成することもできる。また、第１の正孔輸送層１８−１、第２の正孔輸送層１８−２及び第３の正孔輸送層１８−３は、同一な物質に形成することもできる。
また、第１の正孔輸送層１８−１、第２の正孔輸送層１８−２、第３の正孔輸送層１８−３を蒸着した後、高精細マスクを使用してＲＧＢ物質を各々蒸着しても良く、第１の正孔輸送層１８−１を蒸着した後にすぐ青色発光層を一つの 高精細マスクにより蒸着し、第２の正孔輸送層１８−２を蒸着した後にすぐ緑色発光層を、第３の正孔輸送層１８−３を蒸着した後に続いてすぐ赤色発光層を蒸着しても関係ない。
続いて、正孔輸送層１８の上に各々第１の発光物質、第２の発光物質、第３の発光物質をパターンして第１、第２及び第３の発光層２０−１、２０−２、２０−３を形成する。本発明では、フルカラー有機電界発光素子を具現するため、第１、第２、第３の画素領域が各々青色、緑色、赤色を具現する。素子特性、特に、発光効率を考慮すれば、赤色が一番長波長であり、その次が緑色、青色の順序なので、正孔輸送層の全体厚さの薄い領域が青色を具現する領域になり、その次が緑色を具現する領域、そして、赤色を具現する領域の順になる必要がある。
したがって、第１の画素領域１００に青色発光層２０−１が形成され、第２の画素領域２００に緑色発光層２０−２が形成され、最後に第３の画素領域３００に赤色発光層２０−３が形成されることが好ましい。
赤色発光層は、ホスト物質としてＣＢＰ(ｃａｒｂａｚｏｌｅ ｂｉｐｈｅｎｙｌ)又はｍＣＰを含み、ドーパント物質としてＰＩＱＩｒ(ａｃａｃ)(ｂｉｓ(１−ｐｈｅｎｙｌｉｓｏｑｕｉｎｏｌｉｎｅ)ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ ｉｒｉｄｉｕｍ)、ＰＱＩｒ(ａｃａｃ)(ｂｉｓ(１−ｐｈｅｎｙｌｑｕｉｎｏｌｉｎｅ)ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ ｉｒｉｄｉｕｍ) ＰＱＩｒ(ｔｒｉｓ(１−ｐｈｅｎｙｌｑｕｉｎｏｌｉｎｅ) ｉｒｉｄｉｕｍ)及びＰｔＯＥＰ(ｏｃｔａｅｔｈｙｌｐｏｒｐｈｙｒｉｎ ｐｌａｔｉｎｕｍ)の群から選択される一つ以上の物質を含む燐光物質を使用して形成される。また、赤色発光層は、ＰＢＤ:Ｅｕ(ＤＢＭ)３(Ｐｈｅｎ)又はペリレン(Ｐｅｒｙｌｅｎｅ)のような蛍光物質を使用して形成することもできる。
緑色発光層は、ホスト物質としてＣＢＰ又はｍＣＰを含み、ドーパント物質としてIr(ｐｐｙ)３ (ｆａｃ ｔｒｉｓ(２−ｐｈｅｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ) ｉｒｉｄｉｕｍ)を含む燐光物質を使用して形成される。また、緑色発光層は、Ａｌｑ３(ｔｒｉｓ(８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｏ)ａｌｕｍｉｎｕｍ)のような蛍光物質を使用して形成することもできる。
青色発光層は、ＤＰＶＢｉ、スピロＤＰＶＢｉ、スピロ−６Ｐ、ジスチルベンゼン(ＤＳＢ)、ジスチルアリレン(ＤＳＡ)、ＰＦＯ系高分子及びＰＰＶ系高分子よりなった群から選択される一つの物質を含む蛍光物質を使用して形成される。青色発光層を燐鉱物質に形成する場合、光特性が不安定なので蛍光材料を使用して形成する 。
かかる発光層は、ＬＩＴＩ(Ｌａｓｅｒ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ)法、インクジェット法、真空蒸着法などの通常の方法により形成できる。
第２の電極層２４は透過性金属電極に形成され、透過性金属電極としては、Ｃａ、Ｃａ/Ａｇ又はＭｇ/Ａｇの中でいずれの一つの物質により形成することができる。
一方、本発明の有機電界発光素子は、発光層の上に共通層として正孔抑制層２１、電子輸送層２２及び電子注入層２３の中で一つ以上の層をさらに含むことができる。
正孔抑制層２１、電子輸送層２２及び電子注入層２３としては、一般的に使用される物質を使用し、正孔抑制層２１としては、Ｂａｌｑ、電子輸送層２２としては、ポリサイクリックハイドロカーボン系列誘導体、ヘテロサイクリック化合物、トリス(８−キノリノライト)アルミニウム(Ａｌｑ３)、電子注入層２３としては、ＬｉＦ、Ｌｉｑ、ＮａＦ、Ｎａｑなどの物質を使用することができる。
また、本発明の実施の形態では、第２の電極層２４の上に保護膜層(図示せず)をさらに含むことができる。保護膜層としては、ＳｉＮｘ又はＳｉＯ２などを使用することができる。
一方、本発明の有機電界発光素子は、図示しなかったが薄膜トランジスターをさらに含むことができる。
上述した実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
本発明の第１の実施の形態に係る有機電界発光素子の構造を概略的に示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る有機電界発光素子の構造を概略的に示す断面図である。 従来の有機電界発光素子を示す断面図である。
符号の説明
１０ 基板
１２ 第１の電極層
１４ 画素定義膜
１６ 正孔注入層
１８ 正孔輸送層
１８−１ 第１の正孔輸送層
１８−２ 第２の正孔輸送層
１８−３ 第３の正孔輸送層
２０−１、２０−２、２０−３ 発光層
２１ 正孔抑制層
２２ 電子輸送層
２３ 電子注入層
２４ 第２の電極層
１００、２００、３００ 画素領域

Claims (32)

  1. 青色を具現する第１の画素領域、緑色を具現する第２の画素領域及び赤色を具現する第３の画素領域を備えている基板と、
    前記基板の上に、前記第１、第２及び第３の画素領域ごとに各々形成され、反射電極である第１の電極層と、
    前記基板全面に亘って前記第１の電極層の上部に形成されている正孔注入層と、
    前記第１、第２及び第３の画素領域上の前記正孔注入層の上に形成されている第１の正孔輸送層と、
    前記第２の画素領域及び第３の画素領域の前記第１の正孔輸送層の上部に形成されている第２の正孔輸送層と、
    前記第３の画素領域の前記第２の正孔輸送層の上に形成されている第３の正孔輸送層と、
    前記第１、第２及び第３の正孔輸送層の上に、順次形成されている第１の有機発光層、第２の有機発光層及び第３の有機発光層と、
    前記第１の有機発光層、第２の有機発光層及び第３の有機発光層の上に形成され、透過性金属電極である第２の電極層と、を含み、
    前記第１の正孔輸送層の厚さは３００Å乃至５００Åであるか、又は前記正孔注入層と前記第１の正孔輸送層の厚さの和が１３００Å乃至１５００Åであり、
    前記第２の正孔輸送層の厚さは３００Å乃至５００Åであるか、又は前記正孔注入層と前記第１及び第２の正孔輸送層の厚さの和が１７００Å乃至１９００Åであり、
    前記第３の正孔輸送層の厚さは３００Å乃至５００Åであるか、又は前記正孔注入層と前記第１、第２及び第３の正孔輸送層の厚さの和が２１００Å乃至２３００Åであり、
    前記第２の正孔輸送層の厚さは、前記第１の画素領域で発光される青色の発光ピーク波長と前記第２の画素領域で発光される緑色の発光ピーク波長との差の１/３乃至２/３であり、前記第３の正孔輸送層の厚さは、前記第２の画素領域で発光される緑色の発光ピーク波長と前記第３の画素領域で発光される赤色の発光ピーク波長との差の１/３乃至２/３であること
    を特徴とする有機電界発光素子。
  2. 前記第２の正孔輸送層の厚さは、前記第１の画素領域で発光される青色の発光ピーク波長と前記第２の画素領域で発光される緑色の発光ピーク波長との差の１/２であり、前記第３の正孔輸送層の厚さは、前記第２の画素領域で発光される緑色の発光ピーク波長と前記第３の画素領域で発光される赤色の発光ピーク波長との差の１/２であること
    を特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
  3. 前記第１の画素領域と前記第２の画素領域は互いに隣接しており、前記第２の画素領域と前記第３の画素領域が隣接していることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
  4. 前記第１の正孔輸送層、第２の正孔輸送層及び第３の正孔輸送層は、各々異なる物質で形成されることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
  5. 前記第１の正孔輸送層、第２の正孔輸送層及び第３の正孔輸送層のうちの２つの層は、同一の物質で形成されることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
  6. 前記第１の正孔輸送層、第２の正孔輸送層及び第３の正孔輸送層は、同一の物質に形成されることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
  7. 前記第１の正孔輸送層は、共通層として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
  8. 前記透過性金属電極は、Ｃａ、Ｃａ／Ａｇ、Ｍｇ／Ａｇのうちの一つであることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
  9. 前記発光層の上部に共通層として正孔抑制層、電子輸送層及び電子注入層のうちから選ばれる一つ以上の層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
  10. 前記第２の電極層の上に保護膜層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
  11. 前記第１の正孔輸送層、第２の正孔輸送層及び第３の正孔輸送層は、Ｎ、Ｎ'−ジ−(１−ナプチル)−Ｎ、Ｎ'−ジフェニルベンジディン(ＮＰＤ)又はＰＥＤＯＴ(ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ)で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
  12. 反射電極である下部電極、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層及び透過性金属電極である上部電極を各々備えている、第１の画素領域と、第２の画素領域と、第３の画素領域と、を含み、
    前記第１の画素領域における前記下部電極と前記有機発光層との間の距離と、前記第２の画素領域における前記下部電極と前記有機発光層との間の距離との差は３００Å乃至５００Åであり、前記第２の画素領域における前記下部電極と前記有機発光層との間の距離と、前記第３の画素領域における前記下部電極と前記有機発光層との間の距離との差は３００Å乃至５００Åであり、
    前記画素領域の中で互いに隣接する二つの画素領域の前記下部電極と前記有機発光層との間の距離の差は、前記互いに隣接する二つの画素領域で発光される光の発光ピーク波長の差の１/３乃至２/３であることを特徴とする有機電界発光素子。
  13. 前記画素領域の中で互いに隣接する二つの画素領域の前記下部電極と前記有機発光層との間の距離の差は、前記互いに隣接する二つの画素領域で発光される光の発光ピーク波長の差の１/２であることを特徴とする請求項１２に記載の有機電界発光素子。
  14. 前記第１の画素領域、第２の画素領域及び第３の画素領域は各々異なる色を具現し、各々赤色、緑色及び青色のうちのいずれか一つの色を具現することを特徴とする請求項１２に記載の有機電界発光素子。
  15. 前記第１の画素領域は青色、第２の画素領域は緑色、第３の画素領域は赤色を具現することを特徴とする請求項１４に記載の有機電界発光素子。
  16. 前記第１の画素領域と前記第２の画素領域は互いに隣接しており、前記第２の画素領域と前記第３の画素領域が隣接していることを特徴とする請求項１５に記載の有機電界発光素子。
  17. 前記正孔注入層は、前記第１の画素領域、第２の画素領域及び第３の画素領域に共通層として形成されることを特徴とする請求項１２に記載の有機電界発光素子。
  18. 前記第１の画素領域、前記第２の画素領域及び前記第３の画素領域の正孔輸送層の厚さが異なることを特徴とする請求項１２に記載の有機電界発光素子。
  19. 前記正孔輸送層の厚さは、第３の画素領域、第２の画素領域、第１の画素領域の順序に厚いことを特徴とする請求項１８に記載の有機電界発光素子。
  20. 前記第１の画素領域と前記第２の画素領域との間の正孔輸送層の厚さの差は、３００Å乃至５００Åであることを特徴とする請求項１８に記載の有機電界発光素子。
  21. 前記第２の画素領域と前記第３の画素領域との間の正孔輸送層の厚さの差は、３００Å乃至５００Åであることを特徴とする請求項１８に記載の有機電界発光素子。
  22. 前記第２の画素領域の正孔輸送層は２層に形成され、前記第３の画素領域の正孔輸送層は２層又は３層に形成されることを特徴とする請求項１９に記載の有機電界発光素子。
  23. 基板上に反射電極である第１の電極層をパターニングして形成する工程と、
    前記第１の電極上に画素定義膜を前記基板全面にかけて形成し、発光領域が開口されるように前記画素定義膜をパターニングして青色を具現する第１の画素領域、緑色を具現する第２の画素領域及び赤色を具現する第３の画素領域の発光領域を形成する工程と、
    前記基板全面にかけて正孔注入層を形成する工程と、
    前記正孔注入層の上に第１の正孔輸送層を形成する工程と、
    前記第２の画素領域及び第３の画素領域の上にだけ第２の正孔輸送層を形成する工程と、
    前記第３の画素領域の上にだけ第３の正孔輸送層を形成する工程と、
    前記各々の画素領域に第１、第２及び第３の発光物質をパターニングして第１の発光層、第２の発光層及び第３の発光層を形成する工程と、
    前記第１、第２及び第３の発光層の上に透過性金属電極である第２の電極を形成する工程と、
    を備え、
    前記第１の正孔輸送層の厚さは３００Å乃至５００Åであるか、又は前記正孔注入層と前記第１の正孔輸送層の厚さの和が１３００Å乃至１５００Åであり、
    前記第２の正孔輸送層の厚さは３００Å乃至５００Åであるか、又は前記正孔注入層と前記第１及び第２の正孔輸送層の厚さの和が１７００Å乃至１９００Åであり、
    前記第３の正孔輸送層の厚さは３００Å乃至５００Åであるか、又は前記正孔注入層と前記第１、第２及び第３の正孔輸送層の厚さの和が２１００Å乃至２３００Åであり、
    前記第２の正孔輸送層の厚さは、前記第１の画素領域で発光される青色の発光ピーク波長と前記第２の画素領域で発光される緑色の発光ピーク波長との差の１/３乃至２/３であり、前記第３の正孔輸送層の厚さは、前記第２の画素領域で発光される緑色の発光ピーク波長と前記第３の画素領域で発光される赤色の発光ピーク波長との差の１/３乃至２/３となるように設定することを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。
  24. 前記第２の正孔輸送層の厚さは、前記第１の画素領域で発光される青色の発光ピーク波長と前記第２の画素領域で発光される緑色の発光ピーク波長との差の１/２であり、前記第３の正孔輸送層の厚さは、前記第２の画素領域で発光される緑色の発光ピーク波長と前記第３の画素領域で発光される赤色の発光ピーク波長との差の１/２であることを特徴とする請求項２３に記載の有機電界発光素子の製造方法。
  25. 前記第２及び第３の正孔輸送層は、高精細マスクを用いてパターニングすることを特徴とする請求項２３に記載の有機電界発光素子の製造方法。
  26. 前記第１の正孔輸送層は、共通層として形成されることを特徴とする請求項２５に記載の有機電界発光素子の製造方法。
  27. 前記第１の正孔輸送層、第２の正孔輸送層及び第３の正孔輸送層は、各々異なる物質で形成されることを特徴とする請求項２３に記載の有機電界発光素子の製造方法。
  28. 前記第１の正孔輸送層、第２の正孔輸送層及び第３の正孔輸送層の中で２個の層は、同一な物質で形成されることを特徴とする請求項２３に記載の有機電界発光素子の製造方法。
  29. 前記第１の正孔輸送層、第２の正孔輸送層及び第３の正孔輸送層は、同一な物質で形成されることを特徴とする請求項２３に記載の有機電界発光素子の製造方法。
  30. 基板上に反射電極である第１の電極層をパターニングして形成する工程と、
    前記第１の電極上に画素定義膜を基板全面にかけて形成し、発光領域が開口されるように前記画素定義膜をパターニングして第１の画素領域、第２の画素領域及び第３の画素領域の発光領域を形成する工程と、
    前記基板全面にかけて正孔注入層を形成する工程と、
    前記第１の画素領域の正孔輸送層をパターニングして形成する工程と、
    前記第２の画素領域の正孔輸送層をパターニングして形成する工程と、
    前記第３の画素領域の正孔輸送層をパターニングして形成する工程と、
    前記各々の画素領域に第１、第２及び第３の発光物質をパターニングして第１の発光層、第２の発光層及び第３の発光層を形成する工程と、
    透過性金属電極である第２の電極を形成する工程と、
    を備え、
    前記第１の画素領域と前記第２の画素領域との間の正孔輸送層の厚さの差は３００Å乃至５００Åであり、
    前記第２の画素領域と前記第３の画素領域との間の正孔輸送層の厚さの差は３００Å乃至５００Åであり、
    前記第２の画素領域の正孔輸送層の厚さと前記第１の画素領域の正孔輸送層の厚さの差は、前記第１の画素領域で発光される光の発光ピーク波長と前記第２の画素領域で発光される光の発光ピーク波長との差の１/３乃至２/３であり、前記第３の画素領域の正孔輸送層の厚さと前記第２の画素領域の正孔輸送層の厚さの差は、前記第２の画素領域で発光される光の発光ピーク波長と前記第３の画素領域で発光される光の発光ピーク波長との差の１/３乃至２/３であることを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。
  31. 前記第２の画素領域の正孔輸送層の厚さと前記第１の画素領域の正孔輸送層の厚さの差は、前記第１の画素領域で発光される光の発光ピーク波長と前記第２の画素領域で発光される光の発光ピーク波長との差の１/２であり、前記第３の画素領域の正孔輸送層の厚さと前記第２の画素領域の正孔輸送層の厚さの差は、前記第２の画素領域で発光される光の発光ピーク波長と前記第３の画素領域で発光される光の発光ピーク波長との差の１/２であることを特徴とする請求項３０に記載の有機電界発光素子の製造方法。
  32. 前記第１の画素領域は青色、第２の画素領域は緑色、第３の画素領域は赤色を具現することを特徴とする請求項３０に記載の有機電界発光素子の製造方法。
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