JP5194700B2

JP5194700B2 - 有機エレクトロルミネッセンス装置及び電子機器

Info

Publication number: JP5194700B2
Application number: JP2007265271A
Authority: JP
Inventors: 英利山本; 徹司藤田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2007-10-11
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2027-10-11
Also published as: JP2009093982A

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス装置及び電子機器に関するものである。

近年、白色発光素子とカラーフィルタとを組み合わせた有機エレクトロルミネッセンス装置の開発が進んでいる。白色発光素子としては、赤色、緑色及び青色の発光層を積層したものが知られている。白色発光素子においては、赤色、緑色及び青色のバランスを良好に保つことが重要である。そこで、特許文献１及び非特許文献１には、赤色発光層と青色発光層（若しくは緑色発光層）との間にバンドギャップの大きいキャリア調整層を形成し、赤色発光層への電子の供給量を調整する方法が記載されている。
特開２００５−１００９２１号公報 "Late-News Paper: Highly Efficient White OLEDs Using RGB Fluorescent Materials", H. Kuma et al., SID 07 DIGEST, p.1504-1507

ここで、キャリア調整層は赤色発光層と青色発光層（若しくは緑色発光層）の双方にキャリア（電子、正孔）を輸送しなければならないという特性上、キャリア調整層の内部には電子と正孔の双方の流れが存在する。そのため、キャリア調整層の内部では電子と正孔の再結合が起こっていると予想される。しかし、キャリア調整層自体は発光材料を含まないので、再結合によって生じたエネルギーは発光エネルギーに変換されず、熱失活によりキャリア調整層を劣化させる原因となる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、発光効率が高く長寿命で色再現性に優れた有機エレクトロルミネッセンス装置及び電子機器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の有機エレクトロルミネッセンス装置は、陽極と陰極との間に発光層を有してなる有機エレクトロルミネッセンス装置であって、前記発光層は、前記陽極側から、緑色発光層、第１青色発光層、第２青色発光層、赤色発光層を積層してなり、陽極側に設けられた前記第１青色発光層は、正孔の移動度が電子の移動度よりも大きい正孔輸送性材料と、第１青色発光ドーパントとを含み、陰極側に設けられた前記第２青色発光層は、電子の移動度が正孔の移動度よりも大きい電子輸送性材料と、第２青色発光ドーパントとを含むことを特徴とする。

この構成によれば、陰極から陽極に流れる電子は、正孔輸送性材料を含む第１青色発光層によって、第２青色発光層と第１青色発光層との界面に蓄積し、陽極から陰極に流れる正孔は、電子輸送性材料を含む第２青色発光層によって、第１青色発光層と第２青色発光層との界面に蓄積する。そのため、緑色発光層や赤色発光層への過剰なキャリア（電子、正孔）の流れが防止され、ホワイトバランスの優れた有機エレクトロルミネッセンス装置が実現される。また、一つの発光層にキャリアが集中しないので、赤色、青色、緑色の各発光層について発光寿命が均一化され、全体として長寿命な有機エレクトロルミネッセンス装置が提供できる。さらに、キャリアが赤色発光層、青色発光層及び緑色発光層を素通りし発光に寄与しないという不具合が解消されるため、発光効率の高い有機エレクトロルミネッセンス装置が提供できる。また本発明では、青色発光層が電子と正孔の供給量を調整するキャリア調整層として機能するが、従来のように発光材料を含まないキャリア調整層を用いる場合と異なり、非発光での失活が少ないため、キャリア調整層の内部で生成される励起子によってキャリア調整層自身（すなわち青色発光層）が劣化することが少ない。そのため、より一層の長寿命化が可能である。

本発明においては、前記正孔輸送性材料の正孔の移動度は電子の移動度よりも１０倍以上大きいことが望ましく、より好ましくは１００倍以上大きいことが望ましい。この構成によれば、陰極から陽極への電子の流れを制御することができる。このような材料としてはアミン系材料やアセン系材料が挙げられる。また、前記電子輸送性材料の電子の移動度は正孔の移動度よりも１０倍以上大きいことが望ましく、より好ましくは１００倍以上大きいことが望ましい。この構成によれば、陽極から陰極への正孔の流れを制御することができる。このような材料としてはシロール系材料が挙げられる。

本発明においては、前記赤色発光層は赤色用ホスト材料と赤色発光ドーパントとを含み、前記緑色発光層は緑色用ホスト材料と緑色発光ドーパントとを含み、前記正孔輸送性材料のバンドギャップと前記電子輸送性材料のバンドギャップは前記赤色用ホスト材料のバンドギャップと前記緑色用ホスト材料のバンドギャップよりも大きいことが望ましい。この構成によれば、陰極から陽極への電子の流れや陽極から陰極への正孔の流れを制御することができ、赤色、青色、緑色のバランスが良好になる。

本発明においては、前記赤色用ホスト材料と前記緑色用ホスト材料はペリレン系材料又はナフタセン材料によって構成されていることが望ましい。この構成によれば、比較的エネルギーギャップの大きいペリレン系又はナフタセン系の材料を用いることで、正孔と電子の双方の青色発光層への輸送が容易になる。

本発明においては、前記第１青色発光層の厚みは１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが望ましい。この構成によれば、陰極から陽極への電子の流れを抑制しつつ、緑色の発光輝度が必要以上に低下しないようにすることができる。例えば、第１青色発光層の厚みが１ｎｍよりも小さいと、第１青色発光層によるキャリア調整機能が弱くなり、緑色発光層への電子の流れを十分に抑制することができない。一方、第１青色発光層の厚みが２０ｎｍを超えると、緑色発光層への電子の流れが極端に低下し、緑色の発光輝度が不足することになる。

このような事情は第２青色発光層でも同じである。第２青色発光層の厚みが１ｎｍよりも小さいと、第２青色発光層によるキャリア調整機能が弱くなり、赤色発光層への正孔の流れを十分に抑制することができない。一方、第２青色発光層の厚みが２０ｎｍを超えると、赤色発光層への電子の流れが極端に低下し、赤色の発光輝度が不足することになる。したがって、第２青色発光層の厚みは１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが望ましい。これにより、陽極から陰極への正孔の流れを抑制しつつ、赤色の発光輝度が必要以上に低下しないようにすることができる。

本発明の電子機器は前述した本発明の有機エレクトロルミネッセンス装置を備えていることを特徴とする。この構成によれば、発光効率が高く長寿命で且つ演色性に優れた電子機器を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではない。下記の実施形態において、各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。

図１は本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス装置１（以下、「エレクトロルミネッセンス」を「ＥＬ」と略記する）の概略構成図である。有機ＥＬ装置１は、ガラスや石英、プラスチック等からなる基板本体２上に、第１電極（陽極）３、正孔注入層４、正孔輸送層５、発光層６、電子輸送層７及び第２電極（陰極）８を備えている。正孔注入層４、正孔輸送層５、発光層６及び電子輸送層７は有機材料によって形成されており、これら正孔注入層４、正孔輸送層５、発光層６及び電子輸送層７によって機能層Ｆが形成されている。機能層Ｆは第１電極３と第２電極８との間に挟持されており、第１電極３、機能層Ｆ及び第２電極８によって、発光素子である有機ＥＬ素子９が形成されている。

第１電極３と第２電極８には、駆動電圧を印加するための配線が接続されている。発光層６には、該配線を介して第１電極３から正孔が、第２電極８から電子がそれぞれ注入されるようになっている。発光層６に注入された正孔及び電子は、発光層６中を移動し、再結合する。そして、再結合の際に放出されたエネルギーにより、励起子が生成し、該励起子が基底状態に戻る際に蛍光や燐光という形でエネルギーを放出する。有機ＥＬ素子９から放出された光は、ガラス基板等からなる基板本体２から射出され、外部に取り出される（ボトムエミッション方式）。第２電極８がＩＴＯ等の透明導電膜によって形成される場合には、有機ＥＬ素子９から放出された光を第２電極８側から取り出すこともできる（トップエミッション方式）。なお、以下の説明では、発光層６に注入される電子及び正孔をキャリアと呼ぶことがある。

本実施形態の場合、第１電極３はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明電極であり、第２電極８はアルミニウム（Ａｌ）等の反射電極である（ボトムエミッション方式）。第２電極８としては、アルミニウムの他に、銀や、銀マグネシウム合金、アルミニウムリチウム合金等を用いることができる。さらに、第２電極８の電子輸送層７側にフッ化リチウム（ＬｉＦ）等からなる層（電子注入層）を設けることもできる。

正孔注入層４としては、銅フタロシアニンやアリールアミン等の低分子材料が用いられる。正孔注入層４としては、ポリチオフェンやポリアニリンなどの導電性高分子を用いても良い。正孔注入層４の膜厚は１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度である。

正孔輸送層５としては、ジフェニルアミンやトリフェニルアミン等のフェニルアミン系誘導体、芳香族アミン系材料、スチリルアリーレン誘導体等を用いることができる。正孔輸送層５の膜厚は１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度である。

発光層６は、正孔輸送層５側から緑色発光層６Ｇ、第１青色発光層６Ｂ１、第２青色発光層６Ｂ２、赤色発光層６Ｒを順に備えている。赤色発光層６Ｒと緑色発光層６Ｇはいずれもホスト材料と発光ドーパントとを含む。ホスト材料は電子と正孔の両方を流すことのできる材料である。発光ドーパントを具備しない発光層では、ホスト材料からの発光が観察されるが、発光ドーパントとホスト材料とを併用した発光層では、ホスト材料からの発光はほとんど観察されず、発光ドーパントが主として発光する。ホスト材料と発光ドーパントとを併用した発光層において観察される発光スペクトルは、発光ドーパントの発光である。発光層の発光の波形は有機分子骨格によって決定される。

赤色発光層６Ｒと緑色発光層６Ｇのホスト材料としては、１つ以上の置換基を有するペリレン系材料、又はナフタセン系材料を用いることができる。比較的エネルギーギャップの大きいペリレン系又はナフタセン系の材料を用いることで、正孔と電子の青色発光層６Ｂ１、６Ｂ２への注入が容易となる。なお、赤色発光層６Ｒと緑色発光層６Ｇのホスト材料は同一の材料であっても良く、異なる材料であっても良い。

発光ドーパントは、一重項励起子から発光する蛍光発光性化合物、三重項励起子から発光する燐光発光性化合物のいずれであってもよく、たとえば、蛍光材料としては、ペリレン誘導体、オキサジアゾール誘導体、アントラセン誘導体、ルブレン誘導体、スチリルアミン誘導体、クマリン誘導体等を挙げることができる。燐光材料としては、イリジウム金属錯体、白金金属錯体などを用いることができる。好ましくは、赤色発光材料としては、ジベンゾジインデノペリレン誘導体を、緑色発光材料としては、クマリン誘導体、ナフタセン誘導体を用いる。ホスト材料としては、アルミニウム錯体、ベリリウム錯体のほか、アントラセン（２量体を含む）誘導体、カルバゾール誘導体、スチリルアミン誘導体等の公知の材料が用いられる。

赤色発光層６Ｒと緑色発光層６Ｇとの間には第１青色発光層６Ｂ１と第２青色発光層６Ｂ２とが設けられている。第１青色発光層６Ｂ１は、正孔輸送性材料と第１発光ドーパント（青色発光ドーパント）とを含む。正孔輸送性材料とは、電子の輸送性に比べて正孔の輸送性の高い材料をいう。具体的には、電子の移動度に比べて正孔の移動度の高い材料が用いられ、正孔の移動度が電子の移動度よりも１０倍以上、より好ましくは１００倍以上大きい材料が好適に採用される。かかる材料としては、アミン系材料やアセン系材料が用いられる。第１発光ドーパントは、ホスト材料としての正孔輸送性材料の中にドープされている。一方、第２青色発光層６Ｂ２は、電子輸送性材料と第２発光ドーパント（青色発光ドーパント）とを含む。電子輸送性材料とは、正孔の輸送性に比べて電子の輸送性の高い材料をいう。具体的には、正孔の移動度に比べて電子の移動度の高い材料が用いられ、電子の移動度が正孔の移動度よりも１０倍以上、より好ましくは１００倍以上大きい材料が好適に採用される。かかる材料としては、シロール系材料が用いられる。第２発光ドーパントは、ホスト材料としての電子輸送性材料の中にドープされている。

なお、第１発光ドーパントと第２発光ドーパントは同一の材料であっても良く、異なる材料であっても良い。青色発光材料としては、スチリル誘導体、スチリルアミン誘導体、フルオランテン誘導体などを用いることができる。好ましくは、ジスチリルアミン誘導体を用いる。

第１青色発光層６Ｂ１に含まれる正孔輸送性材料と第２青色発光層６Ｂ２に含まれる電子輸送性材料は、自身を通過する電子と正孔のバランスを調整し、赤色発光層６Ｒ、第１青色発光層６Ｂ１、第２青色発光層６Ｂ２、緑色発光層６Ｇの発光輝度を平均化するためのキャリア調整層として機能する。キャリアのバランスをより調整しやすくするために、第１青色発光層６Ｂ１に含まれる正孔輸送性材料のＬＵＭＯのエネルギーレベルは、赤色発光層６Ｒ及び緑色発光層６Ｇのホスト材料のＬＵＭＯのエネルギーレベルよりも低く、正孔輸送性材料のＨＯＭＯのエネルギーレベルは、赤色発光層６Ｒ及び緑色発光層６Ｇのホスト材料のＨＯＭＯのエネルギーレベルよりも高くなっている。また、第２青色発光層６Ｂ２に含まれる電子輸送性材料のＬＵＭＯのエネルギーレベルは赤色発光層６Ｒ及び緑色発光層６Ｇのホスト材料のＬＵＭＯのエネルギーレベルよりも低く、電子輸送性材料のＨＯＭＯのエネルギーレベルは赤色発光層６Ｒ及び緑色発光層６Ｇのホスト材料のＨＯＭＯのエネルギーレベルよりも高くなっている。このような材料を用いることで、第１青色発光層６Ｂ１から赤色発光層６Ｇへの正孔の流れを抑制でき、さらに第２青色発光層６Ｂ２から緑色発光層６Ｇへの電子の流れを抑制することができる。第１青色発光層６１と第２青色発光層６Ｂ２の膜厚は１ｎｍ〜２０ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜１０ｎｍ程度である。

発光層６と第２電極８との間には電子輸送層７が設けられている。電子輸送層７としては、８−ヒドロキシキノリンまたはその誘導体とその金属錯体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体等が用いられる。電子輸送層７の膜厚は２０ｎｍ〜４０ｎｍ程度である。

図２は本実施形態で用いられる機能層Ｆの材料の一例である。図中、HIL-Aは正孔注入層の形成材料、HTL-Aは正孔輸送層の形成材料、G-host1及びG-host2は緑色発光層のホスト材料、G-Dopantは緑色発光層の発光ドーパント、R-Host1は赤色発光層のホスト材料、R-Dopantは赤色発光層の発光ドーパント、B-Host1は第１青色発光層の正孔輸送性材料、B-Host2は第２青色発光層の電子輸送性材料、B-Dopantは青色発光層の発光ドーパント、Alq3（トリス（８−キノリノール）アルミニウム））は電子輸送層の形成材料である。緑色発光層では、ホスト材料としてG-host1とG-host2のいずれを用いても良く、G-host1とG-host2を所定の割合で混合してホスト材料を形成しても良い。

図３は有機ＥＬ素子９のエネルギーバンドを示す図である。縦軸はエネルギーレベルであり、横軸は有機層の積層方向を示している。緑色発光層、第１青色発光層、第２青色発光層及び赤色発光層において実線はホスト材料のエネルギーレベルを示しており、点線は発光ドーパントのエネルギーレベルを示している。

図３において、陰極から供給された電子は赤色発光層を通って第２青色発光層に供給される。第２青色発光層のホスト材料は電子輸送性材料で形成されているので、赤色発光層に供給された電子は第２青色発光層に容易に供給される。一方、第２青色発光層を通った電子は、第１青色発光層のホスト材料が正孔輸送性材料で形成されているため、第１青色発光層にブロックされ、緑色発光層への電子の流れが抑制される。これは、第１青色発光層のホスト材料が正孔移動度の大きい正孔輸送性の材料であることに加え、該ホスト材料のＬＵＭＯのエネルギーレベルが第２青色発光層のホスト材料のＬＵＭＯのエネルギーレベルよりも小さいため、第２青色発光層と第１青色発光層との界面のエネルギーギャップを超えて電子が第１青色発光層に移動しにくくなっているからである。

他方、陽極から供給された正孔は正孔注入層、正孔輸送層、緑色発光層を通って第１青色発光層に供給される。第１青色発光層のホスト材料は正孔輸送性材料で形成されているので、緑色発光層に供給された正孔は第１青色発光層に容易に供給される。一方、第１青色発光層を通った正孔は、第２青色発光層のホスト材料が電子輸送性材料で形成されているため、第２青色発光層にブロックされ、赤色発光層への正孔の流れが抑制される。これは、第２青色発光層のホスト材料が電子移動度の大きい電子輸送性の材料であることに加え、該ホスト材料のＨＯＭＯのエネルギーレベルが第１青色発光層のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギーレベルよりも大きいため、第１青色発光層と第２青色発光層との界面のエネルギーギャップを超えて正孔が第２青色発光層に移動しにくくなっているからである。

以上の結果、第１青色発光層と第２青色発光層との界面には多くのキャリアが溜まり、青色発光層の発光輝度が高まる。また、赤色発光層と緑色発光層へのキャリアの供給が抑制されることから、赤色、青色、緑色の発光輝度が均一化され、バランスの良い白色発光が得られる。また、一つの発光層にキャリアが集中しないので、赤色、青色、緑色の各発光層について発光寿命が均一化され、全体として長寿命な有機ＥＬ装置が提供できる。さらに、キャリアが赤色発光層、青色発光層及び緑色発光層を素通りし発光に寄与しないという不具合が解消されるため、発光効率の高い有機ＥＬ装置が提供できる。また本実施形態では、青色発光層が電子と正孔の供給量を調整するキャリア調整層として機能するが、従来のように発光材料を含まないキャリア調整層を用いる場合と異なり、キャリア調整層の内部で生成される励起子によってキャリア調整層自身（すなわち青色発光層）が劣化することが少ない。そのため、より一層の長寿命化が可能である。

なお、本実施形態では機能層Ｆを正孔注入層４、正孔輸送層５、緑色発光層６Ｇ、第１青色発光層６Ｂ１、第２青色発光層６Ｂ２、赤色発光層６Ｒ、及び電子輸送層７で構成したが、機能層Ｆの構造はこれに限定されない。発光層６（緑色発光層６Ｇ、第１青色発光層６Ｂ１、第２青色発光層６Ｂ２、赤色発光層６Ｒ）を除く有機層については任意の１層又は２層以上を省略若しくは追加することができる。例えば、電子輸送層７と第２電極８との間に電子注入層を設けたり、正孔注入層４、正孔輸送層５又は電子輸送層７のうちのいずれか１層又は２層以上を省略したりことができる。さらに、発光層６において赤色発光層６Ｒと緑色発光層６Ｇの入れ替えは可能であり、赤色発光層６Ｒ、第１青色発光層６Ｂ１、第２青色発光層６Ｂ２、緑色発光層６Ｇの順で積層しても良い。

［有機ＥＬ表示装置］
図４は本発明の有機ＥＬ装置を備えた電子機器の一例である有機ＥＬ表示装置２００の概略構成図である。有機ＥＬ表示装置２００は、有機ＥＬ素子を画素としてマトリクス状に備えたアクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示装置である。

有機ＥＬ表示装置２００は、基体２上に、回路素子部３０、画素電極（第１電極）３、機能層Ｆ、対向電極（第２電極）８、及び封止部３２等を備えている。回路素子部３０は、回路素子としての薄膜トランジスタ等を含む。機能層Ｆは前述した赤色発光層、黄色発光層（キャリア調整層）、緑色発光層及び青色発光層を含むものである。機能層Ｆは隔壁層３１によって画素領域毎に区画されている。

基体２としては、例えば、ガラス基板が用いられる。本発明における基板としては、ガラス基板の他に、シリコン基板、石英基板、セラミックス基板、金属基板、プラスチック基板、プラスチックフィルム基板等、電気光学装置や回路基板に用いられる公知の様々な基板が適用される。

基体２上には、発光領域としての複数の画素領域Ａがマトリクス状に配列されており、カラー表示を行う場合には、例えば、赤（Ｒｅｄ）、緑（Ｇｒｅｅｎ）、青（Ｂｌｕｅ）の各色に対応する画素領域Ａが所定の配列で形成される。各画素領域Ａには、画素電極３が配置され、その近傍には信号線４２、共通給電線４３、走査線４１及び図示しない他の画素電極用の走査線等が配置されている。画素領域Ａの平面形状は、図に示す矩形の他に、円形、長円形など任意の形状が可能である。

封止部３２は、水や酸素の侵入を防止して対向電極８及び機能層Ｆの酸化を防止するものである。封止部３２には封止基板（又は封止缶）３４が設けられている。封止基板３４は、ガラスや金属等からなり、シール剤を介して基体２と貼り合わされている。封止基板３４の基体２側の面にはカラーフィルタ層３３が設けられている。カラーフィルタ層３３は、赤、緑、青の色材層を備えており、各々の画素領域Ａには赤、青、緑のいずれか１色の色材層が配置されている。色材層の吸収スペクトルは３原色の波長（例えば、青色：約４５０ｎｍ、緑色：約５４０ｎｍ、赤色：約６１０ｎｍ）と一致している。

画素領域Ａには、走査線４１を介して走査信号がゲート電極に供給されるスイッチング用の第１の薄膜トランジスタ４４と、第１の薄膜トランジスタ４４を介して信号線４２から供給される画像信号を保持する保持容量ｃａｐと、保持容量ｃａｐによって保持された画像信号がゲート電極に供給される駆動用の第２の薄膜トランジスタ４５と、第２の薄膜トランジスタ４５を介して共通給電線４３に電気的に接続したときに共通給電線４３から駆動電流が流れ込む画素電極３と、画素電極３と対向電極８との間に挟み込まれる機能層Ｆとが設けられている。機能層Ｆは発光層を含み、発光素子である有機ＥＬ素子９は、画素電極３、対向電極８、及び機能層Ｆ等を含んで構成されている。

画素領域Ａでは、走査線４１が駆動されて第１の薄膜トランジスタ４４がオンになると、そのときの信号線４２の電位が保持容量ｃａｐに保持され、この保持容量ｃａｐの状態に応じて、第２の薄膜トランジスタ４５の導通状態が決まる。また、第２の薄膜トランジスタ４５のチャネルを介して共通給電線４３から画素電極３に電流が流れ、さらに機能層Ｆを通じて対向電極８に電流が流れる。そして、このときの電流量に応じて、機能層Ｆが発光する。

有機ＥＬ表示装置２００においては、機能層Ｆから基体２側に発した光が、回路素子部３０及び基体２を透過して基体２の下側（観測者側）に射出されるとともに、機能層Ｆから基体２の反対側に発した光が対向電極８により反射されて、その光が回路素子部３０及び基体２を透過して基体２の下側（観測者側）に射出される（ボトムエミッション型）。なお、対向電極８として、透明な材料を用いることにより対向電極側から発光する光を射出させることもできる（トップエミッション型）。この場合、対向電極用の透明な材料としては、ＩＴＯ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｎｉ、もしくはＰｄを用いることができる。

ここで、有機ＥＬ素子９は、前述した本発明の発光素子の構造を備えている。機能層Ｆには赤色発光層、黄色発光層（キャリア調整層）、青色発光層、緑色発光層が順に積層されており、各々の発光層の発光ピークが可視光波長領域において概ね均等に配置されている。そのため、機能層Ｆから射出される白色光は可視光領域全体にわたって概ね一定の発光強度を有するブロードな発光スペクトルを有する。したがって、３原色の波長と一致したカラーフィルタと組み合わせることにより、演色性が高く、明るい表示が可能な有機ＥＬ表示装置が提供できる。

なお、本実施形態では電子機器の一例として有機ＥＬ表示装置を説明したが、本発明の白色発光有機ＥＬ素子は有機ＥＬ表示装置に限らず、種々のデバイスに適用することができる。例えば、液晶表示装置のバックライトやフロントライト等の照明光源として利用することができ、これにより演色性の高い液晶表示装置が提供できる。

次に本発明の実施例を説明する。実施例１〜３として、本発明の構成を備えた有機ＥＬ素子を作製し、比較例として、従来の構成を備えた有機ＥＬ素子を作製した。実施例１〜３の構成と比較例の構成は以下の通りである。

上記の表において、実施例１〜３の有機ＥＬ素子は、Anode（陽極）/HIL（正孔注入層）/HTL（正孔輸送層）/EML-G（緑色発光層）/EML-B1（第１青色発光層）/EML-B2（第２青色発光層）/EML-R（赤色発光層）/ETL（電子輸送層）/EIL（電子注入層）/Cathode（陰極）の１０層構造であり、比較例の有機ＥＬ素子は、Anode（陽極）/HIL（正孔注入層）/HTL（正孔輸送層）/EML-G（緑色発光層）/EML-B（青色発光層）/EML-R（赤色発光層）/ETL（電子輸送層）/EIL（電子注入層）/Cathode（陰極）の９層構造である。各層の形成材料は図２に示したものである。

実施例１〜３の有機ＥＬ素子と比較例の有機ＥＬ素子は発光層の構成が異なる。比較例の有機ＥＬ素子では青色発光層は１層であり、青色発光層のホスト材料も正孔移動度と電子移動度が同程度（両者の比が１０よりも小さい）のものが使用されている。一方、実施例１〜３の有機ＥＬ素子は、青色発光層は２層であり、４つの発光層（緑色発光層、第１青色発光層、第２青色発光層、赤色発光層）で白色発光層を形成している。また、第１青色発光層のホスト材料は正孔輸送性材料であり、第２青色発光層のホスト材料は電子輸送性材料である点でも比較例と異なる。

図５〜図８は実施例１〜３と比較例の有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。図５は実施例１、図６は実施例２、図７は実施例３、図４は比較例の発光スペクトルを示している。図８に示すように、キャリア調整機能を備えない比較例の有機ＥＬ素子では、実施例と同程度の駆動電圧を供給しても、得られる発光輝度は実施例の半分程度である。また、青色、緑色の発光輝度に比べて赤色の発光輝度が非常に小さい。一方、実施例の有機ＥＬ素子では、比較例の有機ＥＬ素子に比べて発光輝度が２倍程度大きく、赤色の発光輝度と青色及び緑色の発光輝度とのバランスも改善されている。そのため、赤、青、緑のバランスが良く、表１の色度の測定結果からもホワイトバランスに優れた有機ＥＬ素子が得られていることがわかる。また表１において、実施例１〜３の有機ＥＬ素子は比較例の有機ＥＬ素子に比べて発光寿命が格段に向上しており、信頼性に優れた有機ＥＬ素子であることがわかる。

本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ装置の概略構成図である。有機ＥＬ装置の機能層に用いられる材料の一例である。有機ＥＬ装置のバンドダイアグラムである。電子機器の一例である有機ＥＬ表示装置の概略構成図である。実施例１の有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。実施例２の有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。実施例３の有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。比較例の有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。

符号の説明

１…有機ＥＬ装置、３…第１電極（陽極）、４…正孔注入層、５…正孔輸送層、６…発光層、６Ｂ１…第１青色発光層、６Ｂ２…第２青色発光層、６Ｇ…緑色発光層、６Ｒ…赤色発光層、７…電子輸送層、８…第２電極（陰極）、９…有機ＥＬ素子、２００…有機ＥＬ表示装置（電子機器）

Claims

陽極と陰極との間に発光層を有してなる有機エレクトロルミネッセンス装置であって、
前記発光層は、前記陽極側から、緑色発光層、第１青色発光層、第２青色発光層、赤色発光層を積層してなり、
前記赤色発光層は赤色用ホスト材料と赤色発光ドーパントとを含み、
陽極側に設けられた前記第１青色発光層は、正孔の移動度が電子の移動度よりも大きい正孔輸送性材料と、第１青色発光ドーパントとを含み、
陰極側に設けられた前記第２青色発光層は、電子の移動度が正孔の移動度よりも大きい電子輸送性材料と、第２青色発光ドーパントとを含み、
前記緑色発光層は緑色用ホスト材料と緑色発光ドーパントとを含み、
前記正孔輸送性材料のバンドギャップと前記電子輸送性材料のバンドギャップは前記赤色用ホスト材料のバンドギャップと前記緑色用ホスト材料のバンドギャップよりも大きいく、
前記緑色用ホスト材料はナフタセン材料であ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。
前記正孔輸送性材料の正孔の移動度は電子の移動度よりも１０倍以上大きく、前記電子輸送性材料の電子の移動度は正孔の移動度よりも１０倍以上大きいことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
前記正孔輸送性材料はアミン系材料若しくはアセン系材料によって形成され、前記電子輸送性材料はシロール系材料によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
前記赤色用ホスト材料はペリレン系材料又はナフタセン材料によって構成されていることを特徴とする請求項１から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ス装置。
前記第１青色発光層と前記第２青色発光層の厚みは１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
前記第１青色発光ドーパントと前記第２発光ドーパントとは同一材料によって構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
請求項１から６のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置を備えていることを特徴とする電子機器。