JP2005011734A - 表示素子および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示素子の初期劣化およびその後の定常的な劣化の速度を小さく抑えることが可能で、これにより長時間の安定した発光を与えることが可能な長期信頼性に優れた表示素子および表示装置を提供する。
【解決手段】陰極１５と陽極１３との間に、少なくとも発光層１４ｃを含む有機層１４を挟持してなる表示素子において、発光層１４ｃが、ホストとなる第１の発光材料とゲストとなる第２の発光材料とを含有すると共に、ゲストの添加量が異なる高濃度層領域１４ｃ−１と低濃度層領域１４ｃ−２とを陰極１５と陽極１３との間に積層してなることを特徴としている。これらの層領域１４ｃ−１，１４ｃ−２は、繰り返し積層されても良い。また、ホストおよびゲストは、キャリア輸送性を備えており、そのキャリア輸送性は逆導電性が相対的に強いこととする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示素子及び表示装置に関し、特には有機層を備えた自発光型の表示素子およびこの表示素子を用いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マルチメディア指向の商品を初めとし、人間と機械とのインターフェースの重要性が高まってきている。人間がより快適に効率良く機械操作するためには、操作される機械からの情報を誤りなく、簡潔に、そして瞬時に、充分な量取り出す必要があり、その為にディスプレイを初めとする様々な表示素子について研究が行われている。
【０００３】
また、機械の小型化に伴い、表示素子の小型化、薄型化に対する要求も日々、高まっているのが現状である。例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、ノート型ワードプロセッサなどの、表示素子一体型であるラップトップ型情報処理機器の小型化には目を見張る進歩があり、それに伴い、その表示素子である液晶ディスプレイに関しての技術革新も素晴らしいものがある。液晶ディスプレイは、様々な製品のインターフェースとして用いられており、ラップトップ型情報処理機器はもちろんのこと、小型テレビや時計、電卓を初めとし、我々の日常使用する製品に多く用いられている。
【０００４】
ところが、液晶ディスプレイは、自発光性でないためバックライトを必要とし、このバックライト駆動に液晶を駆動するよりも電力を必要する。また、視野角が狭いため、大型ディスプレイ等の大型表示素子には適していない。さらに、液晶分子の配向状態による表示方法なので、視野角の中においても、角度によりコントラストが変化してしまう。しかも、液晶は基底状態における分子のコンフォメーションの変化を利用して表示を行っているので、ダイナミックレンジが広くとれない。これは、液晶ディスプレイが動画表示には向かない理由の一つになっている。
【０００５】
これに対し、自発光性表示素子は、プラズマ表示素子、無機電界発光素子、有機電界発光素子等が研究されている。
【０００６】
プラズマ表示素子は低圧ガス中でのプラズマ発光を表示に用いたもので、大型化、大容量化に適しているものの、薄型化、コストの面での問題を抱えている。また、駆動に高電圧の交流バイアスを必要とし、携帯用デバイスには適していない。
【０００７】
無機電界発光素子は、緑色発光ディスプレイ等が商品化されたが、プラズマ表示素子と同様に、交流バイアス駆動であり駆動には数百Ｖ必要であり、ユーザーに受け入れられなかった。しかし、技術的な発展により、今日ではカラーディスプレイ表示に必要なＲＧＢ三原色の発光には成功しているが、青色発光材料が高輝度、長寿命で発光可能なものが無く、また、無機材料のために、分子設計などによる発光波長等の制御は困難である。
【０００８】
２０００年には、無機電界発光素子を用いたフルカラーディスプレイが発表されたが、色変換方式を用いており、理想的な独立三原色駆動方式でのデバイス化は難しい。
【０００９】
一方、有機化合物による電界発光現象は、１９６０年代前半に強く蛍光を発生するアントラセン単結晶への、キャリア注入による発光現象が発見されて以来、長い期間、研究されてきたが、低輝度、単色で、しかも単結晶であった為、有機材料へのキャリア注入という基礎的研究として行われていた。
【００１０】
しかし、１９７８年にＥａｓｔｍａｎ Ｋｏｄａｋ社のＴａｎｇらが低電圧駆動、高輝度発光が可能なアモルファス発光層を有する積層構造の有機電界発光素子を発表して以来、各方面でＲＧＢ三原色の発光、安定性、輝度上昇、積層構造、作製法等の研究開発が盛んに行なわれている。
【００１１】
また、有機材料の特徴である分子設計等により様々な新規材料が発明され、直流低電圧駆動、薄型、自発光性等の優れた特徴を有する有機電界発光素子のカラーディスプレイへの応用研究も盛んに行われ始めている。
【００１２】
図４には、このような表示素子（有機電界発光素子）の一構成例を示す。この図に示す表示素子１は、例えばガラス等からなる透明な基板２上に設けられている。この表示素子１は、基板２上に設けられたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：透明電極）からなる陽極３、この陽極３上に設けられた有機層４、さらにこの上部に設けられた陰極５とで構成されている。有機層４は、陽極側から、例えば正孔注入層４ａ、正孔輸送層４ｂおよび電子輸送性の発光層４ｃを順次積層させた構成となっている。このように構成された表示素子１では、陰極から注入された電子と陽極から注入された正孔とが発光層４ｃにて再結合する際に生じる光が基板２側から取り出される。
【００１３】
またこのような構成の他にも、基板２側から順に、陰極５、有機層４、陽極３を順次積層した構成や、さらには上方に位置する電極（上部電極）を透明材料で構成することで、基板２と反対側から光を取り出すようにした、いわゆる上面発光型の表示素子もある。そして特に、基板上に薄膜トランジスタ（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下ＴＦＴと記す）を設けて成るアクティブマトリックス型の表示装置においては、ＴＦＴが形成された基板上に上面発光型の表示素子を設けた、いわゆるＴＡＣ（Ｔｏｐ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ａｄｏｐｔｉｖｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｒｉｖｅ）構造とすることが、発光部の開口率を向上させる上で有利になる。
【００１４】
このようなＴＡＣ構造の表示装置において、上部電極が陰極である場合、この上部電極は、例えばＬｉＦ、Ｌｉ_２Ｏや、ＣｓＯ等の金属フッ化物或いは酸化物層を用いて注入電極が構成される。また、これらの注入電極上にＭｇＡｇ層を積層させる場合もある。
【００１５】
また、ＴＡＣ構造では、陽極としてＩＴＯ等の透明電極を用いることで両サイドからの光の取り出しも可能であるが、一般的には不透明電極が用いられ、キャビティ構造を形成する。キャビティ構造の有機層膜厚は、発光波長によって規定され、多重干渉の計算から導くことが可能である。ＴＡＣ構造では、このキャビティ構造を積極的に用いることにより、外部への光取り出し効率の改善や発光スペクトルの制御を行うことが可能である。
【００１６】
ところで、上述した表示素子を用いたフルカラー表示の表示装置においては、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の安定した発光が必要となる。ところが、これらの各色の全てについて、十分な色度および輝度を備えた発光材料の報告はない。そこで、主たる発光材料（ホスト材料）に発光中心となる発光材料（ゲスト材料）が添加されたホスト−ゲスト系の発光層４ｃを構成することによって、色度や輝度の改善が図られている。この場合、ホスト材料中に所定量のゲスト材料を均一に添加した発光層４ｃが調整されている。
【００１７】
また、上述したような自発光型の表示素子、特には有機層を備えた発光素子を用いて表示装置を構成する場合、表示素子の長寿命化および、駆動における非発光領域を生じない、或いは、対環境性において安定している特性等の信頼性の確保が最も重要な課題の一つである。
【００１８】
一般的に、表示素子の寿命は、輝度の低下を伴う初期劣化およびその後の定常的な劣化の速度によって決定される。つまり、表示素子の長寿命化を達成するためには、表示素子の初期劣化およびその後の定常的な劣化の速度を小さく抑えることが重要になるのである。
【００１９】
また、発光素子の信頼性を向上するためには正孔と電子の再結合領域を広くし、広い領域でエキシトンを生成する事が好ましい。しかしながら、実際の素子では正孔輸送層と発光層界面に発光中心が局在している場合が大半であり、これによって生じる局所的な劣化が、上述した定常的な劣化を引き起こす要因の一つと考えられる。
【００２０】
従って、定常的な劣化を防止するためには発光材料の経時的な局所的劣化を抑制することが有効と考えられ、例えば、緑色の表示素子においては、電子輸送性の発光材料からなるホストに正孔輸送材料をゲストとして添加することで信頼性（寿命特性）が大きく向上することが報告されている（下記非特許文献１，２参照）。
【００２１】
また、青色発光素子においては、アルミニウム錯体を電子輸送層に用いながら、表示素子における有機層の積層構造の中にエキシトン生成促進層を設けて正孔と電子のエネルギー的な閉じ込め構造を作ることによってホール輸送層を発光層として用い、この発光層にて正孔と電子が効率良く結合し、発光材料独自の青色発光が高輝度で得られることが開示されている（下記特許文献１〜４、特に特許文献１参照）。
【００２２】
また、青色以外の発光色においてもエネルギー移動によって発光層からエネルギーが拡散し効率が低下する素子の場合も、正孔ブロッキング層と呼ばれる層を発光層と電子輸送層の間に設けることによって高効率の発光が得られることが知られており、緑色発光の発光を得ることも可能である（下記特許文献５，６参照）。
【００２３】
【非特許文献１】
Ｖｉ−Ｅｎ Ｃｈｏｏｎｇらの Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ 第７５巻２号１７２〜１７４頁（１９９９年）
【非特許文献２】
Ａｎｎａ Ｂ． Ｃｈｗａｎｇらの Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ 第８０巻５号７２５〜７２７頁（２００２年）
【特許文献１】
特開平１０−７９２９７号公報
【特許文献２】
特開平１１−２０４２５８号公報
【特許文献３】
特開平１１−２０４２６４号公報
【特許文献４】
特開平１１−２０４２５９号公報
【特許文献５】
特開２００１−２３７０７９号公報
【特許文献６】
特開２００１−２３７０８０号公報
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した非特許文献１，２で示されたような、電子輸送性の発光層に正孔輸送材料を添加する構成を、広バンドギャップの青色発光の表示素子に適用した場合、正孔が電子輸送層まで到達し電子輸送層として積層しているＡｌｑ３等が発光し、緑色の発光になってしまうという問題がある。
【００２５】
また、上述した特許文献１〜４で示されたような、エキシトン生成促進層によって電荷の閉じ込めを行う構成は、正孔と電子の再結合領域の局在化に帰着し、長寿命化には効果は少ない。
【００２６】
さらに、上述した特許文献５，６で示されたような、正孔ブロッキング層と呼ばれる層を発光層と電子輸送層の間に設ける構成では、学会等で寿命改善できる材料も報告されつつある。
【００２７】
そこで本発明は、表示素子の初期劣化およびその後の定常的な劣化の速度を小さく抑えることが可能で、これにより長時間の安定した発光を与えることが可能な長期信頼性に優れた表示素子および表示装置を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため筆者が鋭意検討した結果、陰極と陽極との間に、少なくとも発光層を含む有機層を挟持してなる表示素子において、前記発光層が、第１の発光材料と第２の発光材料とを含有すると共に、当該第２の発光材料の添加量が異なる層領域を前記陰極と陽極との間に積層してなることを特徴とする表示素子、さらにはこのような表示素子を基板上に配列形成してなる表示装置を発明するに至った。
【００２９】
特に、このような表示素子において、第２の発光材料の添加量が相対的に高い高濃度層領域と、これよりも当該第２の発光材料の添加量が少ない低濃度層領域とが繰り返し積層されている場合には、輝度の低下を抑え、長寿命に効果的である。
【００３０】
また、第１の発光材料と共に、第２の発光材料がキャリア輸送性を備えている場合に、特に、第２の発光材料のキャリア輸送性は第１発光材料と逆導電型である場合には、その効果は更に顕著になる。
【００３１】
ここで、従来の構成において、例えば、電子輸送性のホスト（主たる発光材料）中に、正孔輸送性のゲスト（添加される発光材料）を均一に添加した発光層では、陰極側から供給された電子が陽極側に素早く移動し、発光層の陽極側の界面付近において電子と正孔とが再結合する。しかし、実際の発光層は２０〜５０ｎｍ或いはそれ以上の厚さがあり、再結合領域で生成したエキシトンの拡散長もせいぜい２０ｎｍ以下であるので、発光層の全体を発光領域として有効に利用していないことになる。
【００３２】
これに対して本発明構成の表示素子では、例えば第１の発光材料を電子輸送性のホストとし、第２の発光材料を正孔輸送性のゲストとした場合、陰極と陽極との間に、正孔輸送性のゲストの添加量が相対的に高い高濃度層領域と、これよりも低い低濃度層領域とが発光層内に積層されることになる。このうち、高濃度層領域では正孔の移動度が高くなるため、当該高濃度層領域の陰極側の界面にまで正孔が素早く到達する。このため、当該界面付近も、正孔と電子との再結合領域となる。したがって、発光層の内部にも再結合領域が設けられることになり、しかもこの再結合領域の位置は、層領域の積層状態によって任意にコントロールすることもできるため、発光層内のより広い範囲が発光領域として有効に利用されるようになる。
【００３３】
また、上述の高濃度層領域と低濃度層領域とが繰り返し積層されている場合には、発光層内に複数の再結合領域が設けられることになる。このため、陰極側から供給された電子が発光層内において正孔と再結合する際、再結合領域が局在しない確率が高くなる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の表示素子および表示装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３５】
図１は、本発明の表示素子の一構成例を示す断面図である。これらの図に示す表示素子１１は、基板１２上に形成されており、基板１２上に設けられた陽極１３、この陽極１３上に設けられた有機層１４、およびこの有機層１４上に設けられた陰極１５を備えている。以下の説明においては、陽極１３から注入された正孔と陰極１５から注入された電子とが電子輸送性の発光層１４ｃで結合する際に生じた発光を、基板２と反対側の陰極１５側から取り出す上面発光方式の表示素子の構成を説明する。
【００３６】
先ず、表示素子１１が設けられる基板１２は、ガラスのような透明基板や、シリコン基板、さらにはフィルム状のフレキシブル基板等の中から適宜選択して用いられることとする。また、この表示素子を用いて構成される表示装置の駆動方式がアクティブマトリックス方式である場合、基板１２として、画素毎にＴＦＴを設けてなるＴＦＴ基板が用いられる。この場合、この表示装置は、上面発光方式の表示素子をＴＦＴを用いて駆動する、いわゆるＴＡＣ（Ｔｏｐ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ａｄｏｐｔｉｖｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｒｉｖｅ）構造となる。
【００３７】
そして、この基板１２上に下部電極として設けられる陽極１３は、例えばＩＴＯのような透明電極材料用い、両側取りだし素子を構成しても良く、この場合に陰極は、スパッタリング法等によって形成されている。
【００３８】
また、この陽極１３は、ＩＴＯの他にも、効率良く正孔を注入するために電極材料の真空準位からの仕事関数が大きいもの、例えばクロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）とアンチモン（Ｓｂ）との合金、酸化亜鉛（ＺｎＯ）とアルミニウム（Ａｌ）との合金、さらにはこれらの金属や合金の酸化物等を、単独または混在させた状態で用いることができる。
【００３９】
尚、この表示素子を用いて構成される表示装置の駆動方式がアクティブマトリックス方式である場合、陽極１３は、ＴＦＴが設けられている画素毎にパターニングされた状態で、各ＴＦＴに接続されていることとする。そして、陽極１３の上層には、ここでの図示を省略した絶縁膜が設けられ、この絶縁膜の開口部から、各画素の陽極１３表面を露出させていることとする。
【００４０】
また、有機層１４は、陽極１３側から順に、正孔注入層１４ａ、正孔輸送層１４ｂおよび電子輸送性の発光層（発光層）１４ｃを積層してなる。これらの各層は、例えば真空蒸着法や、例えばスピンコート法などの他の方法によって形成される。各層を構成する材料に特に限定条件はないが、例えば正孔輸送層１４ｂであるならば、ベンジジン誘導体、スチリルアミン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、ヒドラゾン誘導体などの正孔輸送材料を用いることができる。
【００４１】
そして、本発明においては、特に、上述した有機層１４を構成する層のうちの発光層１４ｃが、主たる発光材料である第１の発光材料（ホスト材料）に発光中心となる第２の発光材料（ゲスト材料）が添加されたホスト−ゲスト系の発光層１４ｃであり、複数の層領域１４ｃ−１，１４ｃ−２，…を積層してなることを特徴としている。これらの各層領域１４ｃ−１，１４ｃ−２，…は、ホストに対するゲストの添加量が異なる領域である。
【００４２】
これらのホストとゲストとは、例えば、逆導電形のキャリア輸送性を備えており、ホストが電子輸送性である場合にはゲストは正孔輸送性が電子輸送性に比べて相対的に強い材料であり、ホストが正孔輸送性である場合にはゲストは電子輸送性が相対的に正孔輸送性に比べて強い性質であることとする。
【００４３】
また、これらのホスト材料およびゲスト材料には、特に限定条件はなく発光層に要求される発行色によって適する材料が選択されることとし、例えばベリレン誘導体、クマリン誘導体、ピラン系色素、トリフェニルアミン誘導体等の有機物質が用いられる。ただし、ゲスト材料としては、例えば正孔輸送性を有するゲストであれば、正孔輸送の特徴を持つ三級アミンを分子構造中に有する材料で有れば、分子間相互作用が小さく、濃度消光しにくい特徴を有するものであれば、ホスト中への高濃度での添加が可能になり、本発明には最適なゲストの１つとして機能する。
【００４４】
さらに、各層領域１４ｃ−１，１４ｃ−２，…は、例えばホストに対するゲストの添加量が相対的に高濃度である高濃度層領域１４ｃ−１と、これよりもゲストの添加量が低濃度である低濃度層領域１４ｃ−２とである。そして、これらの各層領域１４ｃ−１，１４ｃ−２，…は、陽極１３側から順に、高濃度層領域１４ｃ−１、低濃度層領域１４ｃ−２、高濃度層領域１４ｃ−１、…の順に繰り返し積層されるか、或いはこの逆に積層される。
【００４５】
例えば、ここでは、電子輸送性のホスト中に正孔輸送性のゲストを添加して各層領域１４ｃ−１，１４ｃ−２，…が構成されている場合、陽極１３側から順に、高濃度層領域１４ｃ−１、低濃度層領域１４ｃ−２、高濃度層領域１４ｃ−１、…の順に繰り返し積層されるか、或いはこの逆に積層される。また、正孔輸送性のホスト中に電子輸送性のゲストを添加して各層領域１４ｃ−１，１４ｃ−２，…が構成されている場合も同様である。
【００４６】
そして、ゲストのキャリア輸送性が正孔輸送性である場合には、最も陽極１３に近い部分を高濃度層領域１４ｃ−１とすることが好ましい。これに対して、ゲストのキャリア輸送性が電子輸送性である場合には、最も陰極１５に近い部分を高濃度層領域１４ｃ−１とすることが好ましい。
【００４７】
以上のような構成の発光層１４ｃは、ホスト材料とゲスト材料との共蒸着によって形成される。
【００４８】
尚、以上説明した有機層１４は、上述した構成の発光層１４ｃを有する構成であれば、このような層構造に限定されることはなく必要に応じた積層構造を選択することができる。例えば、発光層１４ｃと陰極１５との間にさらに電子輸送層を設けた構成であっても良い。また、正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂは、それぞれが複数層からなる積層構造であっても良い。
【００４９】
次に、陰極１５は、例えば有機層１４側から順に第１層１５ａ、第２層１５ｂ、場合によっては第３層１５ｃを積層させた３層構造で構成されている。
【００５０】
第１層１５ａは、仕事関数が小さく、かつ光透過性の良好な材料を用いて構成される。このような材料として、例えばリチウム（Ｌｉ）の酸化物であるＬｉ_２Ｏや、セシウム（Ｃｓ）の酸化物であるＣｓ_２Ｏ、さらにはこれらの酸化物の混合物を用いることができる。また、第１層１５ａはこのような材料に限定されることはなく、例えば、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）等のアルカリ土類金属、リチウム（Ｌｉ），セシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、さらにはインジウム（Ｉｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）等の仕事関数の小さい金属、さらにはこれらの金属のフッ化物、酸化物等を、単体でまたはこれらの金属およびフッ化物、酸化物の混合物や合金として安定性を高めて使用しても良い。
【００５１】
また、第２層１５ｂは、ＭｇＡｇ等のアルカリ土類金属で構成される電極或いはＡｌ等の電極で構成される。そして、ＴＡＣ構造の様に半透過性電極でカソードを構成する場合には、薄膜のＭｇＡｇ電極やＣａ電極を用いることで光を取り出すことが可能である。光透過性を有しかつ導電性が良好な材料で構成することで、この表示装置が、特に有機層１４での発光光を共振させて取り出すキャビティ構造で構成されるＴＡＣの場合には、例えばＭｇ−Ａｇのような半透過性反射材料を用いて第２層１５ｂを構成する。これにより、この第２層１５ｂの界面と、光反射性を有する陽極１３の界面で発光光を反射させてキャビティ効果を得る。
【００５２】
そして、第３層１５ｃを設ける場合には、例えばＭｇＡｇのような光透過性の良好な材料が用いられる。尚、この表示素子が発光光を基板１２側から光を取り出すＢｏｔｔｏｍエミッション（すなわち透過型）の場合には、ＡｕＧｅやＡｕ、Ｐｔ等の封止電極を付けても良い。
【００５３】
尚、以上の第１層１５ａおよび第２層１５ｂ、さらに第３層１５ｃは、真空蒸着法、スパッタリング法、さらにはプラズマＣＶＤ法などの手法によって形成される。また、この表示素子を用いて構成される表示装置の駆動方式がアクティブマトリックス方式である場合、陰極１５は、ここでの図示を省略した上述の絶縁膜と有機層１４とによって、陽極１３と絶縁された状態で基板１２上にベタ膜状で形成され、各画素に共通電極として用いられる。
【００５４】
もちろん、ここに示した陰極１５の構造は３層構造であるが、電極各層の機能分離を行った際に必要な積層構造であれば良く、第２層のみで構成したり、第１層形成後にＩＴＯなどの透明電極を形成したりすることも可能であり、作製される表示素子に最適な組み合わせ、積層構造を取れば良いことは言うまでもない。
【００５５】
また、このような表示素子１１を基板１２上に配列形成してなる表示装置は、陽極１３と陰極１５とに、各表示素子１１を発光させるための走査線と信号線とを接続させている。例えば、この表示装置の駆動方式がアクティブマトリックス方式である場合、上部電極である陰極１５を共通電極として、ＴＦＴを介して陽極１３に走査線と信号線とを接続させている。一方、この表示装置がパッシブ方式で有る場合、陰極１５または陽極１３の一方が信号線として構成され他方が走査線として構成される。
【００５６】
そして、このような表示素子１１においては、表示素子１１が配列された表示領域を覆う封止缶と基板１２との間に表示素子１１が封止された状態、または基板１２と対向基板との間に充填された樹脂中に表示素子１１封止された状態とすることで、表示素子１１を構成する有機材料の劣化を防止している。尚、この表示装置が、基板１２と反対側から発光光を取り出すものである場合、光透過性の対向基板と基板１２との間に光透過性の樹脂を充填して表示素子１１を封止する構成とすることが好ましい。
【００５７】
以上説明した構成の表示素子および表示装置においては、表示素子１１の発光層１４ｃが、ホストに対するゲストの添加量を変化させた、高濃度層領域１４ｃ−１と低濃度層領域１４ｃ−２とを積層させた構成となっている。このため、例えば電子輸送性のホスト内に正孔輸送性のゲストを添加して各層領域１４ｃ−１，１４ｃ−２が構成されている場合、正孔輸送性のゲストの濃度が比較的高い高濃度層領域１４ｃ−１では、正孔の移動度が高くなるため、この高濃度層領域１４ｃ−１の陰極１３側に積層された低濃度層領域１４ｃ−２の界面にまで、正孔が素早く到達する。このため、図中矢印で示した界面付近も、正孔と電子との再結合領域（再結合面）ａとなる。
【００５８】
そして、この再結合領域ａの位置は、高濃度層領域１４ｃ−１の積層状態によって任意にコントロールすることができる。例えば、ゲストのキャリア輸送性が正孔輸送性である場合には最も陽極１３に近い部分を高濃度層領域１４ｃ−１とし、ゲストのキャリア輸送性が電子輸送性である場合には最も陰極１５に近い部分を高濃度層領域１４ｃ−１とすることにより、発光層１４ｃの内部に再結合領域ａが設けられることになる。そして、この高濃度層領域１４ｃ−１の膜厚により、発光層１４ｃの内部における再結合領域ａの位置が任意にコントロールされる。
【００５９】
これにより、発光層１４ｃ内のより広い範囲が発光領域として有効に利用されるようになる。この結果、有機層１４内の局所的な劣化による定常的な劣化の速度を小さく抑えることが可能となり、表示素子の寿命特性の向上を図ることが可能になる。
【００６０】
さらに高濃度層領域１４ｃ−１と低濃度層領域１４ｃ−２とが繰り返し積層されている場合であれば、高濃度層領域１４ｃ−１とその陰極１３側の低濃度層領域１４ｃ−２との間の複数の界面が再結合領域（再結合面）ａとなる。このため、陰極１３側から供給された電子が発光層１４ｃ内において正孔と再結合する確率が高くなる。したがって、さらに発光層１４ｃ内のより広い範囲が発光領域として有効に利用され、さらなる寿命特性の向上が図られると共に、表示素子の発光効率が高められるため、発光寄与しない電子や正孔が発光層１４ｃの界面に到達して発光層１４ｃの外側に拡散することが防止される。これにより、発光層１４ｃに接する多の有機層においての発光が防止され、目的発光色のみの発光が可能になる。
【００６１】
さらに、以上の構成は、ホスト−ゲスト系の発光層１４ｃ内におけるゲストの添加量を変化させるだけでよいため、表示素子の構造を従来構造から大きく変更させる必要もない。
【００６２】
尚、以上説明した構成の表示素子および表示装置は、本発明のあくまでも一例であり、本発明はこのような構成に限定されることはない。
【００６３】
例えば、以上の実施形態においては、ＴＦＴ基板を用いたアクティブマトリックス方式の表示装置に用いる表示素子に限定されることはなく、パッシブ方式の表示装置に用いる表示素子としても適用可能であり、同様の効果（寿命特性の向上）を得ることができる。
【００６４】
また、以上の実施形態においては、基板１と反対側に設けた陰極１５側から発光光を取り出す「上面発光型」の場合を説明した。しかし本発明は、基板１２を透明材料で構成することで、発光光を基板１２側から取り出す「透過型」の表示素子にも適用される。この場合、図１を用いて説明した積層構造を、基板１２側から逆に積み上げた構成にする。さらにこの場合、上部電極となる陽極を透明材料で構成することで、基板１２と反対側から発光光を取り出すことも可能になる。
【００６５】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例１〜３、及びこれらの実施例に対する比較例１，２の表示素子の製造手順を説明し、その後これらの評価結果を説明する。尚、各実施例１〜３および比較例１，２では、上述した実施の形態中、図１を用いて説明した構成の表示素子１１において、発光層１４ｃをそれぞれの積層構造で形成し、さらに各発光層１４ｃ上に電子輸送層を設けた有機層構造の表示素子を製造した。
【００６６】
＜製造手順＞
３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス板からなる基板１２上に、陽極１３としてＣｒ（膜厚約１００ｎｍ）を形成し、さらにＳｉＯ_２蒸着により２ｍｍ×２ｍｍの発光領域以外を絶縁膜（図示省略）でマスクした有機電界発光素子用のセルを作製した。
【００６７】
次に、真空蒸着法により、正孔注入層１４ａとして下記式（１）に示す２−ＴＮＡＴＡ［４，４’，４”−ｔｒｉｓ（２−ｎａｐｈｔｙｌｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｏ）ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ］を１５ｎｍ（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で形成した。
【化１】

【００６８】
次いで、正孔輸送層１４ｂとして下記式（２）に示すα−ＮＰＤ（α−ｎａｐｈｔｙｌ ｐｈｅｎｉｌ ｄｉａｍｉｎｅ）を１５ｎｍ（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で形成した。
【化２】

【００６９】
その後、発光層１４ｃとして、各層構造の発光層１４ｃを形成した。各発光層１４ｃの層構造は、実施例１〜３においては、ホストに対するゲストの添加量が異なる高濃度層領域１４ｃ−１と低濃度層領域１４ｃ−２を積層した積層構造とし、比較例１，２では、ホストに対するゲストの添加量が均一な単層構造とした。尚、各発光層１４ｃにおいて、ホストには電子輸送性を有する下記式（３）に示すアントラセンジナフチル（ＡＤＮと記す）を用い、ゲストには正孔輸送性を有するジスチリルアミン誘導体（ＤＳＡ誘導体と記す）を用いた。
【化３】

【００７０】
そして、下記表１に示すように、各発光層１４ｃを形成した。表１においては、高濃度層領域１４ｃ−１と低濃度層領域１４ｃ−２とにおいての、ホストに対するゲストの添加量と膜厚を示した。尚、高濃度層領域１４ｃ−１は、ゲストの添加量が１２．５％であり、低濃度層領域１４ｃ−２はゲスト添加量が７．５％である。
【００７１】
【表１】

【００７２】
この表に示すように、実施例１では正孔輸送層１４ｂ側から、高濃度層領域１４ｃ−１と低濃度層領域１４ｃ−２とをこの順に積層してなる２層構造の発光層１４ｃを形成した。また、実施例２では、正孔輸送層１４ｂ側から、高濃度層領域１４ｃ−１と低濃度層領域１４ｃ−２と２層ずつ繰り返して積層してなる４層構造の発光層１４ｃを形成した。そして、実施例３では、実施例２と逆の積層構造の発光層１４ｃを形成した。これに対して、比較例１，２では、ホストに対するゲストの添加量が均一な単層構造の発光層を形成した。
【００７３】
その後、各発光層１４ｃ上に、図１では図示されていない電子輸送層として、下記式（４）に示すＡｌｑ３（８−ｈｙｄｒｏｘｙ ｑｕｉｎｏｒｉｎｅ ａｌｍｉｎｕｍ）を１８ｎｍの膜厚で蒸着形成した。
【化４】

【００７４】
以上のようにして、正孔注入層１４ａ、正孔輸送層１４ｂ、電子輸送性の発光層１４ｃ、および電子輸送層を順次積層してなる有機層１４を形成した後、陰極１５の第１層１５ａとして、ＬｉＦを真空蒸着法により約０．３ｎｍ（蒸着速度〜０．０１ｎｍ／ｓｅｃ）形成した。次いで、第２層１５ｂとしてＭｇＡｇを真空蒸着法により１０ｎｍ形成し、２層構造の陰極１５を形成した。
【００７５】
＜評価結果＞
図２には、実施例２および比較例１，２の各表示素子の輝度の経時変化（０〜７０時間）を、それぞれの表示素子における初期の輝度を１とした相対輝度として示した。駆動条件は５３ｍＡ／ｃｍ^２の定電流駆動でそれぞれの表示素子の駆動を行った。
【００７６】
また、図３には、実施例２および比較例１，２の各表示素子の駆動電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ）の経時変化（０〜７０時間）を示した。ここでは、所定の輝度が得られるように各表示素子を駆動させる場合に必要とした電圧を駆動電圧として示した。
【００７７】
尚、以上の評価における実施例１，３の結果は、実施例２とほぼ同様であるため、これらの代表として実施例２の結果を図２、図３に示した。
【００７８】
図２から明らかなように、本発明を用いた実施例２の表示素子では、比較例１，２の表示素子と比較して、初期の劣化が抑制され、また、その後の定常的な劣化も抑制され、長時間の安定した輝度での発光が可能であることが確認された。
【００７９】
また、図３から明らかなように、本発明を用いた実施例２の表示素子では、比較例１，２の表示素子と比較して、駆動電圧の低下をさせることが可能で有ることが確認された。そして、このとき作製された実施例１〜３及び比較例１，２の表示素子の発光効率（Ｌｕｍｉｎｏｕｓ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：ｃｄ／Ａ）はほぼ同一であったことから、さらに長時間の駆動においての寿命特性の改善が期待できる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の表示素子および表示装置によれば、表示素子の陰極と陽極との間に少なくともホスト−ゲスト系の発光層を含む有機層を挟持してなる表示素子において、ホスト中におけるゲスト添加量が異なる層領域を積層した発光層とすることにより、従来の素子構造から大きな素子構造の変更をすることなく、表示素子の初期劣化およびその後の定常的な劣化の速度を小さく抑えることが可能で、これにより長時間の安定した発光が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表示素子の一構成例を示す断面図である。
【図２】実施例および比較例における表示素子の相対輝度の経時変化を示すグラフである。
【図３】実施例および比較例における表示素子の駆動電圧の経時変化を示すグラフである。
【図４】従来の表示素子の一構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１…表示素子、１３…陽極、１４…有機層、１４ｃ…発光層、１４ｃ−１…高濃度層領域、１４ｃ−２…低濃度層領域、１５…陰極

Claims (8)

1. 陰極と陽極との間に、少なくとも発光層を含む有機層を挟持してなる表示素子において、
   前記発光層は、第１の発光材料と第２の発光材料とを含有し、当該第２の発光材料の添加量が異なる層領域を前記陰極と陽極との間に積層してなる
   ことを特徴とする表示素子。
2. 請求項１記載の表示素子において、
   前記発光層は、前記第２の発光材料の添加量が相対的に高い高濃度層領域と、これよりも当該第２の発光材料の添加量が少ない低濃度層領域とが繰り返し積層されていることを特徴とする表示素子。
3. 請求項１記載の表示素子において、
   前記第１の発光材料と共に、前記第２の発光材料がキャリア輸送性を備えている
   ことを特徴とする表示素子。
4. 請求項３記載の表示素子において、
   前記第１の発光材料と前記第２の発光材料とは、逆導電性が相対的に強いキャリア輸送性を備えている
   ことを特徴とする表示素子。
5. 陰極と陽極との間に少なくとも発光層を含む有機層を挟持してなる表示素子を基板上に配列形成してなる表示装置において、
   前記表示素子の発光層は、第１の発光材料と第２の発光材料とを含有し、当該第２の発光材料の添加量が異なる層領域を前記陰極と陽極との間に積層してなる
   ことを特徴とする表示装置。
6. 請求項５記載の表示装置において、
   前記発光層は、前記第２の発光材料の添加量が相対的に高い高濃度層領域と、これよりも当該第２の発光材料の添加量が少ない低濃度層領域とが繰り返し積層されていることを特徴とする表示装置。
7. 請求項５記載の表示装置において、
   前記第１の発光材料と共に、前記第２の発光材料がキャリア輸送性を備えている
   ことを特徴とする表示装置。
8. 請求項７記載の表示装置において、
   前記第１の発光材料と前記第２の発光材料とは、逆導電性が相対的に強いキャリア輸送性を備えている
   ことを特徴とする表示装置。

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