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技術 有機発光素子および発光装置

出願人 株式会社半導体エネルギー研究所
発明者 山崎寛子
出願日 2003年3月17日 (17年9ヶ月経過) 出願番号 2003-072275
公開日 2004年10月7日 (16年2ヶ月経過) 公開番号 2004-281274
状態 特許登録済
技術分野 電場発光光源(EL) エレクトロルミネッセンス光源
主要キーワード 電流密度依存性 エキシマー発光 出射構造 露呈面 応力緩和膜 FRP 直流低電圧 励起分子
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (14)

課題

赤色、緑色、青色の各波長領域ピークを有する高効率な白色有機発光素子を提供する。また特に、その発光スペクトル電流密度に依存しない白色有機発光素子を提供する。

解決手段

青色発光を呈する第一発光層312と、燐光発光エキシマー発光の両方を同時に発することができる燐光材料を用いた第二発光層313とを組み合わせる。この時、燐光材料のエキシマー発光を導出するためには、白金錯体のような平面性の高い構造を持つ燐光材料323を10wt%以上の高濃度ホスト材料322に分散させることが有効である。また、第一発光層312は第二発光層313の陽極側に接して設けられ、かつ、第二発光層313のイオン化ポテンシャルは、第一発光層312のイオン化ポテンシャルに比べて0.4eV以上大きい構成が好ましい。

概要

背景

有機発光素子電界を加えることにより発光する素子であり、その発光機構キャリア注入型である。すなわち、電極間電界発光層を挟んで電圧印加することにより、陰極から注入された電子および陽極から注入されたホールが電界発光層中で再結合して励起状態分子(以下、「励起分子」と記す)を形成し、その励起分子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光する。

概要

赤色、緑色、青色の各波長領域ピークを有する高効率な白色有機発光素子を提供する。また特に、その発光スペクトル電流密度に依存しない白色有機発光素子を提供する。青色発光を呈する第一発光層312と、燐光発光エキシマー発光の両方を同時に発することができる燐光材料を用いた第二発光層313とを組み合わせる。この時、燐光材料のエキシマー発光を導出するためには、白金錯体のような平面性の高い構造を持つ燐光材料323を10wt%以上の高濃度ホスト材料322に分散させることが有効である。また、第一発光層312は第二発光層313の陽極側に接して設けられ、かつ、第二発光層313のイオン化ポテンシャルは、第一発光層312のイオン化ポテンシャルに比べて0.4eV以上大きい構成が好ましい。

目的

そこで本発明では、赤色、緑色、青色の各波長領域にピークを有する高効率な白色有機発光素子を提供することを課題とする。また特に、その発光スペクトルが電流密度に依存しない白色有機発光素子を提供することを課題とする。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
3件

この技術が所属する分野

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請求項1

陽極陰極との間に、青色発光を呈する第一発光層と、燐光材料を含み、かつ前記燐光材料からの燐光発光と前記燐光材料のエキシマー状態からの発光とを共に発する第二発光層と、を有することを特徴とする有機発光素子

請求項2

陽極と陰極との間に、ホスト材料に青色発光を呈するゲスト材料が分散された第一発光層と、燐光材料を含み、かつ前記燐光材料からの燐光発光と前記燐光材料のエキシマー状態からの発光とを共に発する第二発光層と、を有することを特徴とする有機発光素子。

請求項3

陽極と陰極との間に、青色発光を呈する第一発光層と、ホスト材料に燐光材料が10wt%以上の濃度で分散され、かつ前記燐光材料からの燐光発光と前記燐光材料のエキシマー状態からの発光とを共に発する第二発光層と、を有することを特徴とする有機発光素子。

請求項4

陽極と陰極との間に、第一ホスト材料に青色発光を呈する第一ゲスト材料が分散された第一発光層と、第二ホスト材料に燐光材料が10wt%以上の濃度で分散され、かつ前記燐光材料からの燐光発光と前記燐光材料のエキシマー状態からの発光とを共に発する第二発光層と、を有することを特徴とする有機発光素子。

請求項5

請求項1乃至請求項4に記載の有機発光素子において、前記第一発光層は前記第二発光層の陽極側に接して設けられ、かつ、前記第二発光層のイオン化ポテンシャルは、前記第一発光層のイオン化ポテンシャルに比べて0.4eV以上大きいことを特徴とする有機発光素子。

請求項6

請求項2に記載の有機発光素子において、前記第一発光層は前記第二発光層の陽極側に接して設けられ、かつ、前記第二発光層のイオン化ポテンシャルは、前記ホスト材料の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルに比べて0.4eV以上大きいことを特徴とする有機発光素子。

請求項7

請求項3に記載の有機発光素子において、前記第一発光層は前記第二発光層の陽極側に接して設けられ、かつ、前記ホスト材料の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルは、前記第一発光層のイオン化ポテンシャルに比べて0.4eV以上大きいことを特徴とする有機発光素子。

請求項8

請求項4に記載の有機発光素子において、前記第一発光層は前記第二発光層の陽極側に接して設けられ、かつ、前記第二ホスト材料の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルは、前記第一ホスト材料の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルに比べて0.4eV以上大きいことを特徴とする有機発光素子。

請求項9

請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の有機発光素子において、前記第一発光層からの発光スペクトル最大ピークは、400nm以上500nm以下の領域に位置することを特徴とする有機発光素子。

請求項10

請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の有機発光素子において、前記燐光材料は500nm以上700nm以下の領域に2つ以上のピークを有する発光を示し、かつ、前記2つ以上のピークのいずれかがエキシマー発光であることを特徴とする有機発光素子。

請求項11

請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の有機発光素子において、前記第一発光層からの発光スペクトルの最大ピークは400nm以上500nm以下の領域に位置し、かつ、前記燐光材料は500nm以上700nm以下の領域に2つ以上のピークを有する発光を示し、かつ、前記2つ以上のピークのいずれかがエキシマー発光であることを特徴とする有機発光素子。

請求項12

請求項1乃至請求項11のいずれか一項に記載の有機発光素子において、前記燐光材料は、白金中心金属とする有機金属錯体であることを特徴とする有機発光素子。

請求項13

請求項1乃至請求項12のいずれか一項に記載の有機発光素子を用いたことを特徴とする発光装置

請求項14

カラーフィルターを有することを特徴とする請求項13に記載の発光装置。

--

0001

【発明の属する分野】
本発明は、陽極と、陰極と、電界を加えることで発光が得られる有機化合物を含む層(以下、「電界発光層」と記す)と、を有する有機発光素子、およびそれを用いた発光装置に関する。また特に、白色発光を呈する有機発光素子、およびそれを用いたフルカラーの発光装置に関する。

0002

有機発光素子は電界を加えることにより発光する素子であり、その発光機構キャリア注入型である。すなわち、電極間に電界発光層を挟んで電圧印加することにより、陰極から注入された電子および陽極から注入されたホールが電界発光層中で再結合して励起状態分子(以下、「励起分子」と記す)を形成し、その励起分子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光する。

0003

なお、有機化合物が形成する励起状態の種類としては、一重項励起状態三重項励起状態が可能であり、一重項励起状態からの発光が蛍光、三重項励起状態からの発光が燐光と呼ばれている。

0004

このような有機発光素子において、通常、電界発光層は1μmを下回るほどの薄膜で形成される。また、有機発光素子は、電界発光層そのものが光を放出する自発光型の素子であるため、従来の液晶ディスプレイに用いられているようなバックライトも必要ない。したがって、有機発光素子は極めて薄型軽量に作製できることが大きな利点である。

0005

また、例えば100〜200nm程度の電界発光層において、キャリアを注入してから再結合に至るまでの時間は、電界発光層のキャリア移動度を考えると数十ナノ秒程度であり、キャリアの再結合から発光までの過程を含めてもマイクロ秒以内のオーダーで発光に至る。したがって、非常に応答速度が速いことも特長の一つである。

0006

さらに、有機発光素子はキャリア注入型の発光素子であるため、直流電圧での駆動が可能であり、ノイズが生じにくい。駆動電圧に関しては、まず電界発光層の厚みを100nm程度の均一な超薄膜とし、また、電界発光層に対するキャリア注入障壁を小さくするような電極材料を選択し、さらにはヘテロ構造二層構造)を導入することによって、5.5Vで100cd/m2の十分な輝度が達成された(非特許文献1参照)。

0007

【非特許文献1】
C.W.タン、外1名、アプライフィジクレターズ、Vol.51,No.12,913−915(1987)

0008

こういった薄型軽量・高速応答性直流低電圧駆動などの特性から、有機発光素子は次世代のフラットパネルディスプレイ素子として注目されている。また、自発光型であり視野角が広いことから、視認性も比較的良好であり、特に携帯機器表示画面に用いる素子として有効と考えられている。

0009

さらに、このような有機発光素子は、発光色のバリエーションに富んでいることも特色の一つである。このような色彩の豊かさの要因は、有機化合物自体の多様性にある。すなわち、分子設計(例えば置換基の導入)等により様々な発光色の材料を開発できるという柔軟性が、色彩の豊かさを生んでいるのである。

0010

これらの観点から、有機発光素子の最も大きな応用分野は、フルカラーのフラットパネルディスプレイであると言っても過言ではない。有機発光素子の特徴を考慮し、様々なフルカラー化の手法が考案されているが、現在、有機発光素子を用いてフルカラーの発光装置を作製する構成として、三つの主流が挙げられる。

0011

一つ目は、光の三原色である赤色(R)、緑色(G)、青色(B)のそれぞれの発光色を呈する有機発光素子を、シャドウマスク技術を用いて塗り分け、それぞれを画素とする手法である(以下、「RGB方式」と記す)。二つ目は、青色の有機発光素子を発光源として用い、その青色の光を蛍光材料からなる色変換材料(CCM)によって緑色あるいは赤色に変換することで、光の三原色を得る手法である(以下、「CCM方式」と記す)。三つ目は、白色の有機発光素子を発光源として用い、液晶表示装置などで用いられているカラーフィルター(CF)を設けることで、光の三原色を得る手法である(以下、「CF方式」と記す)。

0012

この中で、CCM方式やCF方式は、用いる有機発光素子が青色(CCF方式)ないしは白色(CF方式)の単色であるため、RGB方式のようなシャドウマスクによる精緻な塗り分けは必要ない。また、色変換材料やカラーフィルターは従来のフォトリソグラフィ技術により作製できるものであり、複雑な工程も入らない。さらに、これらのプロセス上のメリットの他、一種類の素子しか用いないために、輝度の経時変化がどの色でも均一であるという利点もある。

0013

ただし、CCM方式を用いた場合、原理的に青色から赤色への色変換効率が悪いため、赤色の表示に問題が生じる。また、色変換材料自体が蛍光体であるため、太陽光などの外光によって画素が発光してしまい、コントラストが悪化するという問題点もある。CF方式は従来の液晶ディスプレイと同様、カラーフィルターを用いているため、そのような問題点はない。

0014

以上のことから、CF方式は比較的欠点の少ない手法ではあるが、CF方式の問題点は、多くの光がカラーフィルターに吸収されてしまうため、発光効率の高い白色の有機発光素子が必要なことである。白色有機発光素子としては、R、G、Bの各波長領域ピークを有する白色発光ではなく、補色の関係(例えば青色と黄色)を組み合わせた素子(以下、「2波長白色発光素子」と記す)が主流である(例えば、非特許文献2参照)。

0015

【非特許文献2】
戸ら、「第46回応用物理学関係連合講演会」、p1281、28a−ZD−25(1999)

0016

しかしながら、カラーフィルターと組み合わせた発光装置を考慮した場合、非特許文献2で報告されているような2波長型白色発光素子ではなく、R、G、Bの各波長領域にそれぞれピークを有する発光スペクトルを持つ白色有機発光素子(以下、「3波長型白色発光素子」と記す)が望ましい。

0017

このような3波長型白色発光素子に関しても、いくつかの報告はなされている(例えば、非特許文献3参照)。しかしながら、このような3波長型白色発光素子は、発光効率の点で2波長型白色発光素子に及ばず、より大きな改善が必要である。また、3箇所に発光層が設けられていることもあり、経時的な色変化が生じたり、あるいは流れる電流密度に依存してスペクトルが変化するなど、安定して白色光が得られない場合が多い。

背景技術

0018

【非特許文献3】
J.キド(J.Kido)ら、サイエンス、vol.267,1332−1334(1995)

0019

そこで本発明では、赤色、緑色、青色の各波長領域にピークを有する高効率な白色有機発光素子を提供することを課題とする。また特に、その発光スペクトルが電流密度に依存しない白色有機発光素子を提供することを課題とする。

発明が解決しようとする課題

0020

さらに、前記有機発光素子を用いて発光装置を作製することにより、従来よりも消費電力が低く、色ずれが生じにくい発光装置を提供することを課題とする。

0021

本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、青色発光を呈する第一発光層と、燐光発光エキシマー発光の両方を同時に発することができる燐光材料を用いた第二発光層とを組み合わせることで、課題を解決できることを見出した。

0022

燐光材料とは、三重項励起状態を発光に変換できる材料、すなわち燐光を放出できる材料のことである。有機発光素子においては、一重項励起状態と三重項励起状態が1:3の割合で生成すると考えられているため、燐光材料を用いることにより高い発光効率を達成できることが知られている。

0023

さらに本発明では、燐光発光とエキシマー発光の両方を同時に発することができる燐光材料を用いて第二発光層を形成するため、第二発光層からは二つ以上のピークを有する発光が得られる。この時、エキシマー発光は、燐光発光よりも長波長側(具体的には数十nm以上長波長側)に出現する。したがって、その二つのピークが緑色〜赤色の領域に来るように設計することにより、赤色、緑色、青色の各波長領域にピークを有する高効率な白色有機発光素子を得ることができる。

0024

したがって本発明の構成は、陽極と陰極との間に、青色発光を呈する第一発光層と、燐光材料を含み、かつ前記燐光材料からの燐光発光と前記燐光材料のエキシマー状態からの発光とを共に発する第二発光層と、を有する有機発光素子である。

0025

また、前記第一発光層は、青色発光を呈するゲスト材料ホスト材料に分散させた構成でもよい。すなわち本発明の構成は、陽極と陰極との間に、ホスト材料に青色発光を呈するゲスト材料が分散された第一発光層と、燐光材料を含み、かつ前記燐光材料からの燐光発光と前記燐光材料のエキシマー状態からの発光とを共に発する第二発光層と、を有する有機発光素子である。

0026

ところで、燐光材料のエキシマー発光を導出するためには、燐光材料を10wt%以上の高濃度で分散させることが有効であることを本発明者は見出した。したがって本発明の構成は、陽極と陰極との間に、青色発光を呈する第一発光層と、ホスト材料に燐光材料が10wt%以上の濃度で分散され、かつ前記燐光材料からの燐光発光と前記燐光材料のエキシマー状態からの発光とを共に発する第二発光層と、を有する有機発光素子である。

0027

またこの時、前記第一発光層は、青色発光を呈するゲスト材料をホスト材料に分散させた構成でもよい。したがって本発明の構成は、陽極と陰極との間に、第一ホスト材料に青色発光を呈する第一ゲスト材料が分散された第一発光層と、第二ホスト材料に燐光材料が10wt%以上の濃度で分散され、かつ前記燐光材料からの燐光発光と前記燐光材料のエキシマー状態からの発光とを共に発する第二発光層と、を有する有機発光素子である。

0028

上述した構成において、前記第一発光層は前記第二発光層の陽極側に接して設けられ、かつ、前記第二発光層のイオン化ポテンシャルが、前記第一発光層のイオン化ポテンシャルに比べて0.4eV以上大きいことが好ましい。

0029

また、前記第一発光層として、ホスト材料に青色発光を呈するゲスト材料が分散された構成を適用する場合は、前記第一発光層が前記第二発光層の陽極側に接して設けられ、かつ、前記第二発光層のイオン化ポテンシャルが、前記第一発光層のホスト材料の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルに比べて0.4eV以上大きい状態が、さらに好ましい。

0030

また、前記第二発光層として、ホスト材料に燐光材料が分散された構成を適用する場合は、前記第一発光層が前記第二発光層の陽極側に接して設けられ、かつ、前記第二発光層のホスト材料の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルが、前記第一発光層のイオン化ポテンシャルに比べて0.4eV以上大きいことが、さらに好ましい。

0031

また特に、前記第一発光層として第一ホスト材料に青色発光を呈する第一ゲスト材料が分散された構成を適用し、かつ、前記第二発光層として第二ホスト材料に燐光材料が分散された構成を適用する場合は、前記第一発光層が前記第二発光層の陽極側に接して設けられ、かつ、前記第二ホスト材料の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルが、前記第一ホスト材料の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルに比べて0.4eV以上大きい状態が、さらに好ましい。

0032

なお、以上で述べた本発明の構成において、前記第一発光層からの発光スペクトルの最大ピークは、400nm以上500nm以下の領域に位置することが好ましい。また、前記燐光材料は、500nm以上700nm以下の領域に2つ以上のピークを有する発光を示し、かつ、前記2つ以上のピークのいずれかがエキシマー発光であることが好ましい。さらに、それらを組み合わせると、色彩のよい白色光が達成できるため有効である。

0033

また、本発明において、燐光発光とエキシマー発光の両方を同時に発することができる燐光材料としては、白金中心金属とする有機金属錯体が好ましい。

0034

そして、以上で述べたような本発明の有機発光素子を用いて発光装置を作製することで、従来よりも消費電力が低く、しかも色ずれが生じにくい発光装置を提供することができる。したがって本発明では、本発明の有機発光素子を用いた発光装置も含むものとする。

0035

また特に、本発明の有機発光素子は、赤色、緑色、青色の各波長領域にピークを有する高効率な白色発光を達成できるため、カラーフィルターを用いたフルカラーの発光装置に適用することが有効である。したがって本発明においては、カラーフィルターを有する発光装置についても含むものとする。

課題を解決するための手段

0036

なお、本明細書中における発光装置とは、有機発光素子を用いた発光デバイス画像表示デバイスを指す。また、有機発光素子にコネクター、例えば異方導電性フィルムFPC:Flexible PrintedCircuit)もしくはTAB(Tape Automated Bonding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュールTABテープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または有機発光素子にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。

0037

以下では、本発明の実施形態について、動作原理および具体的な構成例を挙げて詳細に説明する。なお、有機発光素子は、発光を取り出すために少なくともどちらか一方の電極が透明であれば良い。したがって、基板上に透明な電極を形成し、基板側から光を取り出す従来の素子構造だけではなく、実際は、基板とは逆側から光を取りだす構造や、電極の両側から光を取り出す構造も適用可能である。

0038

まず、本発明の基本的概念は、青色発光を呈する第一発光層と、燐光発光とエキシマー発光の両方を同時に発する燐光材料を用いた第二発光層と、を適用することである。

0039

エキシマー発光は、通常の発光(燐光材料であれば燐光発光)よりも必ず長波長側(具体的には数十nm以上長波長側)に現れるため、例えば、緑色領域の燐光発光を呈する燐光材料のエキシマー発光は赤色領域に現れることになる。したがって、本発明の基本的概念を用いれば、赤色、緑色、青色の各波長領域にピークを有し、なおかつ高効率な白色有機発光素子が達成できる。

0040

なお、この時の青色発光を呈する第一発光層としては、単一物質(青色の発光体)からなる層を形成してもよいし、ホスト材料に青色の発光体であるゲスト材料を分散した層を形成してもよい。

0041

ところで、本発明を完成するには、燐光材料から燐光発光とエキシマー発光の両方を取り出す必要がある。その具体的な方法としては、例えば、白金錯体のように平面性の高い構造を持つ燐光材料をゲスト材料として用い、なおかつ、そのドープ濃度を高くする(より具体的には10wt%以上にする)手法がある。10wt%以上の高濃度にドープすることにより、燐光材料同士の相互作用が大きくなり、その結果エキシマー発光が導出される。あるいはまた、燐光材料をゲスト材料として用いるのではなく、薄膜状の発光層あるいはドット状の発光領域として用いる手法も考えられる。ただし、エキシマー発光を導出する手法はこれらに限定されるものではない。

0042

デバイス構造の観点からは、第一発光層と第二発光層の両方を発光させるためのデバイス設計が必要となる。その方法の一つとしては、ホール輸送性を示す第一発光層を第二発光層の陽極側に接して設け、かつ、第二発光層のイオン化ポテンシャルを第一発光層のイオン化ポテンシャルに比べて十分に大きくする手法が挙げられる。

0043

この原理を説明するためのバンドダイアグラム図1(a)に示す。図中では、第一発光層101のHOMO準位(イオン化ポテンシャル)110およびLUMO準位111、第二発光層102のHOMO準位(イオン化ポテンシャル)112およびLUMO準位113を、それぞれ示してある。

0044

この場合、もし第一発光層101のイオン化ポテンシャル110と第二発光層102のイオン化ポテンシャル112とのエネルギーギャップ120が小さいと、第一発光層101から第二発光層102にホールが侵入する。そして、第一発光層101はホール輸送性であるため、最終的にキャリアのほとんどは第二発光層102で再結合することになる。そうすると、第二発光層102が緑色〜赤色領域の発光を呈するため、より短波長の青色発光を呈する第一発光層101にエネルギー移動することができず、第二発光層102のみが発光してしまう。

0045

この現象を防ぐためには、エネルギーギャップ120を十分に大きくすればよい。こうすることで、キャリアの大多数は、第一発光層101の第二発光層102との界面近傍において再結合する。そして、少数のキャリアが第二発光層102で再結合するか、あるいは第一発光層101で再結合して生成したエネルギーが部分的に第二発光層102に移動することにより、第一発光層101および第二発光層102の両方が発光することができる。なお、エネルギーギャップ120の値としては、具体的には0.4eV以上であればよい。実験的に、エネルギーギャップ120が0.4eV程度であれば、第一発光層と第二発光層の両方が発光する場合が多いためである。

0046

また、第一発光層101として、ホスト材料に青色発光を呈するゲスト材料が分散された構成を適用する場合も同様である。すなわち、第二発光層102のイオン化ポテンシャルが、第一発光層101全体(すなわち、第一発光層のホスト材料に青色発光を呈するゲスト材料が分散された状態)のイオン化ポテンシャルよりも0.4eV以上大きければよい。

0047

ただし、さらに好ましくは、第二発光層のイオン化ポテンシャルが、第一発光層のホスト材料の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルに比べて0.4eV以上大きい状態である。その原理を、バンドダイアグラム図1(b)を用いて説明する。図中では、第一発光層のホスト材料の薄膜状態におけるHOMO準位(イオン化ポテンシャル)114およびLUMO準位115、青色発光を呈するゲスト材料のHOMO準位(イオン化ポテンシャル)116およびLUMO準位117を、それぞれ示してある。他は図1(a)と同じ符号を用いている。

0048

図中において、ホールが輸送されるのは第一発光層のホスト材料の薄膜状態におけるHOMO準位(イオン化ポテンシャル)114である。したがって、第二発光層102のイオン化ポテンシャル112と、第一発光層のホスト材料の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャル114とのエネルギーギャップ121が、0.4eV以上である状態が好ましい。

0049

次に、燐光材料をゲスト材料として用いる場合について、その原理を説明する。バンドダイアグラムを図2(a)に示す。図中では、第一発光層201のHOMO準位(イオン化ポテンシャル)210およびLUMO準位211、第二発光層202のホスト材料の薄膜状態におけるHOMO準位(イオン化ポテンシャル)212およびLUMO準位213、第二発光層202のゲスト材料(燐光材料)のHOMO準位(イオン化ポテンシャル)214およびLUMO準位215を、それぞれ示してある。

0050

この場合、先に図1で説明したのと同様、第二発光層202全体(すなわち、第二発光層のホスト材料に燐光材料が分散された状態)のイオン化ポテンシャルが、第一発光層201のイオン化ポテンシャルよりも0.4eV以上大きければよい。

0051

ただし、さらに好ましくは、第二発光層のホスト材料の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャル212が、第一発光層201のイオン化ポテンシャル210に比べて0.4eV以上大きい状態である。

0052

このような状態であれば、エネルギーギャップ220が大きいため、ホールの多くは第一発光層201の第二発光層202との界面近傍に蓄積するが、部分的には燐光材料のHOMO準位214にトラップされる。したがって、第一発光層201と第二発光層202の両方が発光することができる。

0053

また、第一発光層201としてホスト材料に青色発光を呈するゲスト材料が分散された構成を適用する場合も、図1で説明したのと同様、第二発光層202全体(すなわち、第二発光層のホスト材料に燐光材料が分散された状態)のイオン化ポテンシャルが、第一発光層201全体(すなわち、第一発光層のホスト材料に青色発光を呈するゲスト材料が分散された状態)のイオン化ポテンシャルよりも0.4eV以上大きければよい。

0054

ただし、さらに好ましくは、第二発光層のホスト材料の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルが、第一発光層のホスト材料の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルに比べて0.4eV以上大きい状態である。その原理を、バンドダイアグラム図2(b)を用いて説明する。図中では、第一発光層のホスト材料の薄膜状態におけるHOMO準位(イオン化ポテンシャル)216およびLUMO準位217、青色発光を呈するゲスト材料のHOMO準位(イオン化ポテンシャル)218およびLUMO準位219を、それぞれ示してある。他は図2(a)と同じ符号を用いている。

0055

図中において、ホールが輸送されるのは第一発光層のホスト材料の薄膜状態におけるHOMO準位216である。したがって、第二発光層202のホスト材料の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャル212と、第一発光層201のホスト材料の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャル216とのエネルギーギャップ221が、0.4eV以上である状態であれば、先に図2(a)で述べたのと同じ現象が起こり、第一発光層と第二発光層の両方が発光に至る。

0056

次に、以下では、本発明の有機発光素子の構成について説明する。本発明の有機発光素子の電界発光層は、少なくとも上述した第一発光層と第二発光層とを含めばよい。また、従来の有機発光素子で知られているような、発光以外の機能を示す層(ホール注入層ホール輸送層電子輸送層電子注入層)を適宜組み合わせてもよい。

0057

まず、それら各層に用いることのできる材料を具体的に例示する。ただし、本発明に適用できる材料は、これらに限定されるものではない。

0058

ホール注入層に用いることができるホール注入材料としては、有機化合物であればポルフィリン系の化合物が有効であり、フタロシアニン略称:H2−Pc)、銅フタロシアニン(略称:Cu−Pc)等を用いることができる。また、導電性高分子化合物化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン酸(略称:PSS)をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン(略称:PEDOT)や、ポリアニリン(略称:PAni)、ポリビニルカルバゾール(略称:PVK)などを用いることもできる。また、五酸化バナジウムのような無機半導体の薄膜や、酸化アルミニウムなどの無機絶縁体の超薄膜も有効である。

0059

ホール輸送層に用いることができるホール輸送材料としては、芳香族アミン系(すなわち、ベンゼン環窒素の結合を有するもの)の化合物が好適である。広く用いられている材料として、例えば、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(略称:TPD)や、その誘導体である4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]−ビフェニル(略称:α−NPD)などがある。また、4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニル−アミノ)−トリフェニルアミン(略称:TDATA)や、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(略称:MTDATA)などのスターバースト芳香族アミン化合物が挙げられる。

0060

電子輸送層に用いることができる電子輸送材料としては、トリス(8−キノリノラトアルミニウム(略称:Alq3)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq3)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]−キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq2)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)−(4−ヒドロキシ−ビフェニリル)−アルミニウム(略称:BAlq)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)−ベンゾオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX)2)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)−ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ)2)などの金属錯体が挙げられる。さらに、金属錯体以外にも、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イルベンゼン(略称:OXD−7)などのオキサジアゾール誘導体、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−フェニル−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−(4−エチルフェニル)−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:p−EtTAZ)などのトリアゾール誘導体、2,2’,2”−(1,3,5−ベンゼントリイル)トリス[1−フェニル−1H−ベンズイミダゾール](略称:TPBI)のようなイミダゾール誘導体バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)などのフェナントロリン誘導体を用いることができる。

0061

電子注入層に用いることができる電子注入材料としては、上述した電子輸送材料を用いることができる。その他に、LiF、CsFなどのアルカリ金属ハロゲン化物や、CaF2のようなアルカリ土類ハロゲン化物、Li2Oなどのアルカリ金属酸化物のような絶縁体の超薄膜がよく用いられる。また、リチウムアセチルアセトネート(略称:Li(acac)や8−キノリノラト−リチウム(略称:Liq)などのアルカリ金属錯体も有効である。

0062

また、第一発光層における発光体としては、上述したTPD、α−NPDなどのホール輸送性を持つ青色の蛍光材料や、BAlq、Zn(BOX)2などの電子輸送性を持つ青色の蛍光材料を用いればよい。また、青色の各種蛍光色素をゲスト材料として用いてもよく、ペリレン、9,10−ジフェニルアントラセンクマリン系色素クマリン30等)、などが挙げられる。さらに、燐光材料を用いてもよく、ビス(4,6−ジフルオロフェニルピリジナト−N,C2’)(アセチルアセトナトイリジウム(略称:Ir(Fppy)2(acac))等がある。これらは全て、400nm以上500nm以下に発光の最大ピークを示すため、本発明の第一発光層における発光体として好適である。

0063

一方、第二発光層における発光体としては、白金を中心金属とする有機金属錯体が有効である。具体的には、下記構造式(1)〜(4)で示される物質を高濃度にホスト材料に分散すれば、燐光発光とそのエキシマー発光の両方を導出することができる。ただし、本発明においてはこれらに限定されることはなく、燐光発光とエキシマー発光の両方を同時に発する燐光材料であれば何を用いてもよい。

0064

【化1】

【化2】

【化3】

【化4】

0065

なお、本発明の第一発光層や第二発光層にゲスト材料を用いる場合、そのホスト材料としては、上述した例に代表されるホール輸送材料や電子輸送材料を用いることができる。また、4,4’−N,N’−ジカルバゾリル−ビフェニル(略称:CBP)などのバイポーラ性の材料も用いることができる。

0066

一方、本発明の有機発光素子における陽極材料としては、仕事関数の大きい導電性材料を用いることが好ましい。陽極側を光の取り出し方向とするのであれば、インジウムスズ酸化物(ITO)、インジウム−亜鉛酸化物(IZO)等の透明導電性材料を用いればよい。また、陽極側を遮光性とするのであれば、TiN、ZrN、Ti、W、Ni、Pt、Cr等の単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との三層構造等を用いることができる。あるいは、Ti、Al等の反射性電極の上に上述した透明導電性材料を積層する方法でもよい。

0067

また、陰極材料としては、仕事関数の小さい導電性材料を用いることが好ましく、具体的には、LiやCs等のアルカリ金属、およびMg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金(Mg:Ag、Al:Liなど)の他、YbやEr等の希土類金属を用いて形成することもできる。また、LiF、CsF、CaF2、Li2O等の電子注入層を用いる場合は、アルミニウム等の通常の導電性薄膜を用いることができる。また、陰極側を光の取り出し方向とする場合は、LiやCs等のアルカリ金属、およびMg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属を含む超薄膜と、透明導電膜(ITO、IZO、ZnO等)との積層構造を用いればよい。あるいは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属と電子輸送材料を共蒸着した電子注入層を形成し、その上に透明導電膜(ITO、IZO、ZnO等)を積層してもよい。

0068

次に、図3および図4に、本発明の有機発光素子の構造を例示する。ただし、本発明はこれらの構造に限定されることはない。

0069

図3は、陽極301と陰極303との間に電界発光層302を挟んだ構造であり、陽極301側から順次、ホール注入層311、第一発光層312、第二発光層313、電子輸送層314、ホール注入層315が積層されている。ここでは、第一発光層312をα−NPD等のホール輸送性の発光体で構成している。また、第二発光層313では、ホスト材料322に上述した白金錯体(上記構造式(1)〜(4))のような燐光材料323を高濃度(具体的には10wt%以上)に分散しており、燐光発光とエキシマー発光の両方を導出している。

0070

本発明を適用すれば、このように単純な素子構造で赤色、緑色、青色の各波長領域にピークを持つ白色発光素子が達成できる。さらに、図3ではドープする材料を一種類(燐光材料323)しか用いていないため、電流密度を変化させたときや、あるいは連続駆動した場合においても、発光スペクトルの形状が変化したりせず、安定な白色光を供給できる。

0071

図4は、陽極401と陰極403との間に電界発光層402を挟んだ構造であり、陽極401側から順次、ホール注入層411、ホール輸送層412、第一発光層413、第二発光層414、電子輸送層415、ホール注入層416が積層されている。ここでは、第一発光層413においては、ホール輸送層412で用いたホール輸送材料421をホストとし、ペリレン等の青色発光体422をゲストとして用いている。また、第二発光層414は、ホスト材料423に上述した白金錯体(上記構造式(1)〜(4))のような燐光材料424を高濃度(具体的には10wt%以上)に分散して構成されており、燐光発光とエキシマー発光の両方を導出している。

0072

なお、以上で述べた本発明の有機発光素子を作製するに当たっては、有機発光素子中の各層の積層法を限定されるものではない。積層が可能ならば、真空蒸着法スピンコート法インクジェット法ディップコート法など、どの様な手法を選んでも良いものとする。

0073

【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。

0074

[実施例1]
本実施例では、本発明の有機発光素子の素子構造および作製方法について、図5を用いて説明する。

0075

まず、絶縁表面を有するガラス基板500上に有機発光素子の陽極501が形成される。材料として透明導電膜であるITOを用い、スパッタリング法により110nmの膜厚で形成した。陽極501の形状は、2mm×2mmの大きさとした。

0076

次に、陽極501上に電界発光層502が形成される。なお、本実施例では、電界発光層502がホール注入層511、正孔輸送性の第一発光層512、第二発光層513、電子輸送層514、電子注入層515からなる積層構造とした。第一発光層512には、その発光が青色である材料、具体的には、発光スペクトルの最大ピークが400〜500nmである材料を用いる。また、第二発光層513には、ホスト材料および燐光発光を呈するゲスト材料を用いる。

0077

はじめに、陽極501が形成された基板を真空蒸着装置基板ホルダーに陽極501が形成された面を下方にして固定し、真空蒸着装置の内部に備えられた蒸発源にCu−Pcを入れ、抵抗加熱法を用いた真空蒸着法により20nmの膜厚でホール注入層511を形成した。

0078

次に、正孔輸送性および発光性に優れた材料により第一発光層512を形成する。ここでは、α−NPDを同様の方法により、30nmの膜厚で形成した。

0079

さらに、第二発光層513を形成する。なお、本実施例では、ホスト材料としてCBPを用い、ゲスト材料として上記構造式(1)で表されるPt(ppy)acacを用い、その濃度が15wt%となるように調整し、共蒸着法により20nmの膜厚で形成した。

0080

また、第二発光層513の上には電子輸送層514が形成される。なお、電子輸送層514は、BCP(バソキュプロイン)を用いて、蒸着法により20nmの膜厚で形成した。その上に、電子注入層515としてCaF2を2nm形成し、積層構造を有する電界発光層502を形成した。

0081

最後に、陰極503を形成する。なお、本実施例では、アルミニウム(Al)を抵抗加熱による真空蒸着法により100nm形成し陰極503を形成した。

0082

以上により、本発明の有機発光素子が形成される。なお、本実施例1に示す構造では、第一発光層512および第二発光層513においてそれぞれ発光が得られるため、全体として白色発光を呈する素子を形成することができる。

0083

なお、本実施例では、基板上に陽極を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、基板上に陰極を形成することもできる。ただし、この場合(すなわち陽極と陰極とを入れ替えた場合)には、電界発光層の積層順が本実施例で示した場合と逆になる。

0084

さらに、本実施例では、陽極501は透明電極であり、陽極501側から電界発光層502で生じた光を出射させる構成としているが、本発明はこれに限定されることはなく、透過率を確保するために適した材料を選択することにより陰極503側から光を出射させる構成とすることもできる。

0085

[実施例2]
本実施例では、実施例1で示した素子構造を有する有機発光素子(ITO/Cu−Pc(20nm)/α−NPD(30nm)/CBP+Pt(ppy)acac:15wt%(20nm)/BCP(30nm)/CaF(2nm)/Al(100nm))の素子特性について説明する。なお、上記構造を有する有機発光素子の発光スペクトルを図8のスペクトル1、および図9に示す。また、電気的特性について図10図13プロット1に示す。

0086

図8のスペクトル1は、上記構造を有する有機発光素子に1mAの電流を流した際(約960cd/m2時)の発光スペクトルである。スペクトル1に示す結果から、第一発光層を形成するα−NPDの青色(〜450nm)、第二発光層に含まれるPt(ppy)acacの燐光発光による緑色(〜490nmおよび〜530nm)、第二発光層に含まれるPt(ppy)acacのエキシマー発光による橙色(〜570nm)の3成分を持つ白色発光が得られることがわかる。CIE色度座標は、(x、y)=(0.346、0.397)であり、見た目にもほぼ白色であった。

0087

ここで、第一発光層に用いたα−NPDおよび第二発光層のホスト材料に用いたCBPのイオン化ポテンシャルを測定したところ、α−NPDは約5.3eV、CBPは約5.9eVであり、その差は約0.6eVであった。すなわち、0.4eV以上という本発明の好ましい条件を満たしており、このことが良好な白色発光につながっていると考えられる。なお、イオン化ポテンシャルの測定は、光電子分光装置AC−2(理研計器社製)を用いて行った。

0088

また、図9は、上記構造を有する有機発光素子に流す電流量を変化させた場合の各スペクトルを測定した結果である。ここでは、スペクトルa(0.1mA)、スペクトルb(1mA)、スペクトルc(5mA)と電流値を変化させた場合の測定結果を示す。この結果から明らかなように、電流値を増加させても(輝度を上げても)、スペクトル形状はほとんど変化せず、本発明の有機発光素子が電流値の変化に影響を受けない安定した白色発光を示すことがわかった。

0089

上記構造を有する有機発光素子の電気的特性として、図10における輝度−電流特性においては、プロット1に示すように、電流密度が10mA/cm2の場合において460cd/m2程度の輝度が得られた。

0090

また、図11に示す輝度−電圧特性においては、プロット1に示すように、9Vの電圧を印加したところ120cd/m2程度の輝度が得られた。

0091

また、図12に示す電流効率輝度特性においては、プロット1に示すように、100cd/m2の輝度が得られた場合における電流効率は4.6cd/A程度であった。

0092

さらに、図13に示す電流−電圧特性においては、プロット1に示すように、9Vの電圧を印加したところ0.12mA程度の電流が流れた。

0093

[比較例1]
これに対して、実施例1で示した場合と発光層に含まれるPt(ppy)acacの濃度を変えて作製した有機発光素子の発光スペクトルを、図8のスペクトル2およびスペクトル3に示す。なお、Pt(ppy)acacの濃度が、7.9wt%の場合における測定結果がスペクトル2、2.5wt%の場合における測定結果がスペクトル3である。また、いずれの場合も、素子に1mAの電流を流した際のスペクトルである。

0094

スペクトル3で示されるように、2.5wt%の濃度では、第一発光層を形成するα−NPDの青色(〜450nm)と、第二発光層に含まれるPt(ppy)acacの緑色(〜490nmおよび530nm)のみしか観測されず、その結果白色発光とはならなかった。また、スペクトル2で示されるように、7.9wt%の濃度においては、わずかにPt(ppy)acacのエキシマー発光が560nm付近ショルダーとしてスペクトルに加わっているものの、そのピークは十分ではなく、十分な白色は得られなかった。

0095

また、これらの素子の電気的特性を測定した。Pt(ppy)acacの濃度が7.9wt%の素子の測定結果を図10〜13のプロット2に示し、2.5wt%の素子の測定結果を図10〜13のプロット3に示す。

0096

図10における輝度−電流特性においては、電流密度が10mA/cm2の場合、7.9wt%の素子は180cd/m2程度の輝度が得られ、2.5wt%の素子は115cd/m2程度の輝度が得られた。

0097

また、図11に示す輝度−電圧特性においては、9Vの電圧を印加したところ、7.9wt%の素子は93cd/m2程度の輝度が得られ、2.5wt%の素子は73cd/m2程度の輝度が得られた。

0098

また、図12に示す電流効率−輝度特性においては、100cd/m2の輝度が得られた場合、7.9wt%の素子の電流効率は1.8cd/A程度であり、2.5wt%の素子の電流効率は1.1cd/A程度であった。

0099

さらに、図13に示す電流−電圧特性においては、9Vの電圧を印加したところ、7.9wt%の素子は0.21mA程度の電流が流れ、2.5wt%の素子は0.27mA程度の電流が流れた。

0100

以上の結果から(特に、図13に示す電流−電圧特性の結果から)、本発明の有機発光素子はゲスト材料であるPt(ppy)acacの濃度が高濃度(15wt%)であるにもかかわらず、低濃度(7.9wt%、2.5wt%)で形成された有機発光素子と同程度の電気特性を有していることがわかる。

0101

[実施例3]
本実施例では、絶縁表面を有する基板上に、本発明の白色発光を呈する有機発光素子を備えた発光装置(上面出射構造)を作製する例を図6に示す。なお、上面出射構造とは、絶縁表面を有する基板とは逆側から光を取り出す構造である。

0102

図6(A)は、発光装置を示す上面図、図6(B)は図6(A)をA−A’で切断した断面図である。点線で示された601はソース信号線駆動回路、602は画素部、603はゲート信号線駆動回路である。また、604は透明な封止基板、605は第1のシール材であり、第1のシール材605で囲まれた内側は、透明な第2のシール材607で充填されている。なお、第1のシール材605には基板間隔を保持するためのギャップ材が含有されている。

0103

なお、608はソース信号線駆動回路601及びゲート信号線駆動回路603に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリントサーキット)609からビデオ信号クロック信号を受け取る。なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配線基盤(PWB)が取り付けられていても良い。

0104

次に、断面構造について図6(B)を用いて説明する。基板610上には駆動回路及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路としてソース信号線駆動回路601と画素部602が示されている。

0105

なお、ソース信号線駆動回路601はnチャネル型TFT623とpチャネル型TFT624とを組み合わせたCMOS回路が形成される。また、駆動回路を形成するTFTは、公知のCMOS回路、PMOS回路もしくはNMOS回路で形成しても良い。また、本実施例では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板上ではなく外部に形成することもできる。また、ポリシリコン膜活性層とするTFTの構造は特に限定されず、トップゲート型TFTであってもよいし、ボトムゲート型TFTであってもよい。

0106

また、画素部602はスイッチング用TFT611と、電流制御用TFT612とそのドレイン電気的に接続された第1の電極(陽極)613を含む複数の画素により形成される。電流制御用TFT612としてはnチャネル型TFTであってもよいし、pチャネル型TFTであってもよいが、陽極と接続させる場合、pチャネル型TFTとすることが好ましい。また、保持容量(図示しない)を適宜設けることが好ましい。なお、ここでは無数に配置された画素のうち、一つの画素の断面構造のみを示し、その一つの画素に2つのTFTを用いた例を示したが、3つ、またはそれ以上のTFTを適宜、用いてもよい。

0107

ここでは第1の電極(陽極)613がTFTのドレインと直接接している構成となっているため、第1の電極(陽極)613の下層シリコンからなるドレインとオーミックコンタクトのとれる材料層とし、有機化合物を含む層と接する最上層を仕事関数の大きい材料層とすることが望ましい。例えば、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との3層構造とすると、配線としての抵抗も低く、且つ、良好なオーミックコンタクトがとれ、且つ、陽極として機能させることができる。また、第1の電極(陽極)613は、窒化チタン膜、クロム膜タングステン膜、Zn膜、Pt膜などの単層としてもよいし、3層以上の積層を用いてもよい。

0108

また、第1の電極(陽極)613の両端には絶縁物バンク隔壁、障壁、土手などと呼ばれる)614が形成される。絶縁物614は有機樹脂膜もしくは珪素を含む絶縁膜で形成すれば良い。ここでは、絶縁物614として、ポジ型感光性アクリル樹脂膜を用いて図6に示す形状の絶縁物を形成する。

0109

カバレッジを良好なものとするため、絶縁物614の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物614の材料としてポジ型の感光アクリルを用いた場合、絶縁物614の上端部のみに曲率半径(0.2μm〜3μm)を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物614として、感光性の光によってエッチャント不溶解性となるネガ型、或いは光によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。

0110

また、絶縁物614を窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜炭素を主成分とする薄膜、または窒化珪素膜からなる保護膜で覆ってもよい。

0111

また、第1の電極(陽極)613上には、蒸着法によって電界発光層615を選択的に形成する。さらに、電界発光層615上には第2の電極(陰極)616が形成される。陰極としては、仕事関数の小さい材料(Al、Ag、Li、Ca、またはこれらの合金Mg:Ag、Mg:In、Al:Li、またはCaN)を用いればよい。

0112

ここでは、発光が透過するように、第2の電極(陰極)616として、膜厚を薄くした仕事関数の小さい金属薄膜と、透明導電膜(ITO、IZO、ZnO等)との積層を用いる。こうして、第1の電極(陽極)613、電界発光層615、及び第2の電極(陰極)616からなる有機発光素子618が形成される。

0113

本実施例では、電界発光層615として、実施例1で示した積層構造を用いる。すなわち、正孔注入層であるCu−Pc(20nm)、ホール輸送性の第一発光層であるα−NPD(30nm)、第二発光層であるCBP+Pt(ppy)acac:15wt%(20nm)、電子輸送層であるBCP(30nm)を順次積層することにより形成する。なお、第2の電極(陰極)として仕事関数の小さい金属薄膜を用いているため、ここでは電子注入層(CaF2)を用いる必要はない。

0114

このようにして形成された有機発光素子618は、白色発光を呈する。なお、ここでは、フルカラー化を実現するために着色層631と遮光層(BM)632からなるカラーフィルター(簡略化のため、ここではオーバーコート層は図示しない)を設けている。

0115

また、有機発光素子618を封止するために透明保護積層617を形成する。この透明保護積層617は、第1の無機絶縁膜と、応力緩和膜と、第2の無機絶縁膜との積層からなっている。第1の無機絶縁膜および第2の無機絶縁膜としては、スパッタ法またはCVD法により得られる窒化珪素膜、酸化珪素膜酸化窒化珪素膜SiNO膜組成比N>O)またはSiON膜(組成比N<O))、炭素を主成分とする薄膜(例えばDLC膜、CN膜)を用いることができる。これらの無絶縁膜は水分に対して高いブロッキング効果を有しているが、膜厚が厚くなると膜応力が増大してピーリング膜剥がれが生じやすい。

0116

しかし、第1の無機絶縁膜と第2の無機絶縁膜との間に応力緩和膜を挟むことで、応力緩和するとともに水分を吸収することができる。また、成膜時に何らかの原因で第1の無機絶縁膜に微小な穴(ピンホールなど)が形成されたとしても、応力緩和膜で埋められ、さらにその上に第2の無機絶縁膜を設けることによって、水分や酸素に対して極めて高いブロッキング効果を有する。

0117

また、応力緩和膜としては、無機絶縁膜よりも応力が小さく、且つ、吸湿性を有する材料が好ましい。加えて、透光性を有する材料であることが望ましい。また、応力緩和膜としては、α—NPD、BCP、MTDATA、Alq3などの有機化合物を含む材料膜を用いてもよく、これらの材料膜は、吸湿性を有し、膜厚が薄ければ、ほぼ透明である。また、MgO、SrO2、SrOは吸湿性及び透光性を有し、蒸着法で薄膜を得ることができるため、応力緩和膜に用いることができる。

0118

本実施例では、シリコンターゲットを用い、窒素とアルゴンを含む雰囲気で成膜した膜、即ち、水分やアルカリ金属などの不純物に対してブロッキング効果の高い窒化珪素膜を第1の無機絶縁膜または第2の無機絶縁膜として用い、応力緩和膜として蒸着法によりAlq3の薄膜を用いる。また、透明保護積層に発光を通過させるため、透明保護積層のトータル膜厚は、可能な限り薄くすることが好ましい。

0119

また、有機発光素子618を封止するために不活性気体雰囲気下で第1シール材605、第2シール材607により封止基板604を貼り合わせる。なお、第1シール材605、第2シール材607としてはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、第1シール材605、第2シール材607はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。

0120

また、本実施例では封止基板604を構成する材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、マイラーポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。また、第1シール材605、第2シール材607を用いて封止基板604を接着した後、さらに側面(露呈面)を覆うように第3のシール材で封止することも可能である。

0121

以上のようにして有機発光素子618を第1シール材605、第2シール材607に封入することにより、有機発光素子618を外部から完全に遮断することができ、外部から水分や酸素といった電界発光層615の劣化を促す物質が侵入することを防ぐことができる。従って、信頼性の高い発光装置を得ることができる。

0122

また、第1の電極(陽極)613として透明導電膜を用いれば両面発光型の発光装置を作製することもできる。

0123

なお、本実施例に示す発光装置は、実施例1に示した電界発光素子素子構成だけでなく本発明を用いて形成される電界発光素子の構成を組み合わせて実施することが可能である。

0124

[実施例4]
本実施例4では、本発明の有機発光素子を有する発光装置を用いて完成させた様々な電気器具について説明する。

0125

本発明の有機発光素子を有する発光装置を用いて作製された電気器具として、ビデオカメラデジタルカメラゴーグル型ディスプレイヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム音響再生装置カーオーディオオーディオコンポ等)、ノート型パーソナルコンピュータゲーム機器携帯情報端末モバイルコンピュータ携帯電話携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはデジタルビデオディスク(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置)などが挙げられる。これらの電気器具の具体例を図7に示す。

0126

図7(A)は表示装置であり、筐体7101、支持台7102、表示部7103、スピーカー部7104、ビデオ入力端子7105等を含む。本発明の有機発光素子を有する発光装置をその表示部7103に用いることにより作製される。なお、表示装置は、パソコン用、TV放送受信用広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。

0127

図7(B)はノート型パーソナルコンピュータであり、本体7201、筐体7202、表示部7203、キーボード7204、外部接続ポート7205、ポインティングマウス7206等を含む。本発明の有機発光素子を有する発光装置をその表示部7203に用いることにより作製される。

0128

図7(C)はモバイルコンピュータであり、本体7301、表示部7302、スイッチ7303、操作キー7304、赤外線ポート7305等を含む。本発明の有機発光素子を有する発光装置をその表示部7302に用いることにより作製される。

0129

図7(D)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(具体的にはDVD再生装置)であり、本体7401、筐体7402、表示部A7403、表示部B7404、記録媒体(DVD等)読み込み部7405、操作キー7406、スピーカー部7407等を含む。表示部A7403は主として画像情報を表示し、表示部B7404は主として文字情報を表示するが、本発明の有機発光素子を有する発光装置をこれら表示部A7403およびB7404に用いることにより作製される。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。

0130

図7(E)はゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)であり、本体7501、表示部7502、アーム部7503を含む。本発明の有機発光素子を有する発光装置をその表示部7502に用いることにより作製される。

0131

図7(F)はビデオカメラであり、本体7601、表示部7602、筐体7603、外部接続ポート7604、リモコン受信部7605、受像部7606、バッテリー7607、音声入力部7608、操作キー7609、接眼部7610等を含む。本発明の有機発光素子を有する発光装置をその表示部7602に用いることにより作製される。

0132

ここで図7(G)は携帯電話であり、本体7701、筐体7702、表示部7703、音声入力部7704、音声出力部7705、操作キー7706、外部接続ポート7707、アンテナ7708等を含む。本発明の有機発光素子を有する発光装置をその表示部7703に用いることにより作製される。なお、表示部7703は黒色背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。

発明を実施するための最良の形態

0133

以上の様に、本発明の有機発光素子を有する発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電気器具に適用することが可能である。

図面の簡単な説明

0134

本発明を実施することで、発光効率が高い白色有機発光素子を提供することができる。また特に、赤色、緑色、青色の各波長領域にピークを有する発光スペクトルを持つ高効率な白色有機発光素子を提供することができる。さらに、前記有機発光素子を用いて発光装置を作製することにより、従来よりも消費電力の低い発光装置を提供することができる。

図1
本発明の有機発光素子のバンドダイアグラムを示す図。
図2
本発明の有機発光素子のバンドダイアグラムを示す図。
図3
本発明の有機発光素子の素子構造を示す図。
図4
本発明の有機発光素子の素子構造を示す図。
図5
本発明の有機発光素子の具体的な素子構造を示す図。
図6
本発明の発光装置の概略図。
図7
本発明の発光装置を用いた電気器具の例を示す図。
図8
実施例2および比較例1における発光スペクトルを示す図。
図9
実施例2における発光スペクトルの電流密度依存性を示す図。
図10
実施例2および比較例1における輝度−電流特性を示す図。
図11
実施例2および比較例1における輝度−電圧特性を示す図。
図12
実施例2および比較例1における電流効率−電流特性を示す図。
図13
実施例2および比較例1における電流−電圧特性を示す図。

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