JP2006073640A - 有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 長寿命な有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置を提供する。
【解決手段】 第１の平坦化層１８上に有機ＥＬ素子１００が形成される。有機ＥＬ素子１００は、ホール注入電極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、バッファ層ＢＦ、橙色発光層５、青色発光層６、電子輸送層７および電子注入電極８を順に含む。バッファ層ＢＦは橙色発光層５のホスト材料のＬＵＭＯレベルよりも高いＬＵＭＯレベルを有する。また、バッファ層ＢＦは橙色発光層５のホスト材料のＬＵＭＯレベル以下のＬＵＭＯレベルを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置に関する。

近年、情報機器の多様化に伴い、一般に使用されているＣＲＴ（陰極線管）に比べて消費電力が少ない平面表示素子に対するニーズが高まってきている。このような平面表示素子の一つとして、高効率・薄型・軽量・低視野角依存性等の特徴を有する有機エレクトロルミネッセンス(以下、有機ＥＬ素子と略記する。)素子が注目されている。

有機ＥＬ素子は、ホール注入電極と電子注入電極との間に、ホール輸送層、発光層および電子輸送層が順に形成された積層構造を有する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１７９１４２号公報

上記の構成を有する有機ＥＬ素子では、発光層において電子とホールとが再結合することにより所定の波長の光が発生される。これにより、十分な発光輝度を得るためには、電子注入電極から発光層に与えられる電子がより多いことが好ましい。それにより、発光層に与えられる電子が多くなると、発光層からホール輸送層に到達する電子が発生する。

ところで、有機ＥＬ素子においては、ホール輸送層の材料として一般的にトリアリールアミン誘導体が用いられる。このトリアリールアミン誘導体は電子を受け入れると非常に不安定になり劣化する。

したがって、上記のように、発光層からホール輸送層に到達する電子が発生すると、ホール輸送層が劣化し、有機ＥＬ素子の発光寿命が短くなる。

本発明の目的は、長寿命な有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置を提供することである。

第１の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、ホール注入電極と、ホールの輸送を促進するホール輸送層と、電子移動制限層と、発光層と、電子注入電極とを順に備え、電子移動制限層の最低空分子軌道は、発光層の最低空分子軌道よりも高いレベルを有するものである。

第１の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、ホール注入電極と、ホールの輸送を促進するホール輸送層と、電子移動制限層と、発光層と、電子注入電極とが順に設けられている。これにより、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動時においては、電子注入電極から発光層に電子が注入され、ホール注入電極から発光層にホールが注入される。その結果、発光層で電子とホールとが再結合し、発光層が発光する。

この場合、電子移動制限層の最低空分子軌道は、発光層の最低空分子軌道よりも高いレベルを有する。これにより、発光層の最低空分子軌道から電子移動制限層の最低空分子軌道へエネルギー障壁が形成される。それにより、発光層から電子が電子移動制限層を通過してホール輸送層に移動することが阻止できる。したがって、ホール輸送層に侵入する電子を著しく低減することができるので、ホール輸送層の劣化が低減され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命が長くなる。

電子移動制限層はフッ化炭素を含んでもよい。この場合、発光層の最低空分子軌道からフッ化炭素の最低空分子軌道へエネルギー障壁が形成される。それにより、発光層から電子が電子移動制限層を通過してホール輸送層に移動することが阻止できる。

電子移動制限層は式（１）で示される分子構造を有する銅フタロシアニンを含んでもよい。

この場合、発光層の最低空分子軌道から銅フタロシアニンの最低空分子軌道へエネルギー障壁が形成される。それにより、発光層から電子が電子移動制限層を通過してホール輸送層に移動することが阻止できる。

第２の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、ホール注入電極と、ホールの輸送を促進するホール輸送層と、電子移動制限層と、発光層と、電子注入電極とを順に備え、電子移動制限層の最低空分子軌道は、発光層の最低空分子軌道以下のレベルを有するものである。

第２の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、ホール注入電極と、ホールの輸送を促進するホール輸送層と、電子移動制限層と、発光層と、電子注入電極とが順に設けられている。これにより、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動時においては、電子注入電極から発光層に電子が注入され、ホール注入電極から発光層にホールが注入される。その結果、発光層で電子とホールとが再結合し、発光層が発光する。

この場合、電子移動制限層の最低空分子軌道は、発光層の最低空分子軌道以下のレベルを有する。これにより、電子移動制限層内においても発光層を通過した電子とホールとが再結合する。また、発光層を通過した他の電子は電子移動制限層内で失活する。それにより、発光層から電子移動制限層を通過してホール輸送層に移動する電子を低減することができる。その結果、ホール輸送層の劣化が低減され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命が長くなる。

電子移動制限層は式（１）で示される分子構造を有する銅フタロシアニンを含んでもよい。

この場合、銅フタロシアニンからなる電子移動制限層内においても発光層を通過した電子とホールとが再結合する。また、発光層を通過した他の電子は銅フタロシアニンからなる電子移動制限層内で失活する。それにより、発光層から電子移動制限層を通過してホール輸送層に移動する電子を低減することができる。

ホール輸送層は、式（２）で示される分子構造を有するトリアリールアミン誘導体を含み、式（２）中のＡｒ１〜Ａｒ３は同一または異なり、芳香族置換基であってもよい。

この場合、トリアリールアミン誘導体によりホールが効率よく輸送されるので、電子とホールとの再結合が効率よく行われ、発光効率が向上する。

発光層は、式（２）で示される分子構造を有するトリアリールアミン誘導体を含み、式（２）中のＡｒ１〜Ａｒ３は同一または異なり、芳香族置換基であってもよい。

この場合、トリアリールアミン誘導体によりホールが効率よく輸送されるので、電子とホールとの再結合が効率よく行われ、発光効率が向上するとともに再結合しない電子によるホール輸送層の劣化をより防止することができる。

第３の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置は、１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子により発生された光を透過する１または複数の色変換部材とを備え、その有機エレクトロルミネッセンス素子は第１または第２の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子であるものである。

第３の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置においては、１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子により発生された光が、１または複数の色変換部材を透過して外部に出射される。また、第１または第２の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子が用いられているので、ホール輸送層に侵入する電子を著しく低減することができる。したがって、ホール輸送層の劣化が低減され、有機エレクトロルミネッセンス装置の長寿命化が実現される。

第４の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置は、透光性基板と、透光性基板上に設けられた第１または第２の発明に係る１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、透光性基板と１または複数の有機エレクトロルミネッセンスとの間に設けられる１または複数の色変換部材とを備えたものである。

第４の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置においては、１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子により発生された光が、１または複数の色変換部材および透光性基板を透過して外部に出射される。また、第１または第２の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子が用いられているので、ホール輸送層に侵入する電子を著しく低減することができる。したがって、ホール輸送層の劣化が低減され、長寿命のバックエミッション構造の有機エレクトロルミネッセンス装置が実現される。

第５の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置は、基板と、基板上に設けられた第１または第２の発明に係る１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子上に設けられる１または複数の色変換部材とを備えたものである。

第５の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置においては、１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子により発生された光が、１または複数の色変換部材を透過して外部に出射される。また、第１または第２の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子が用いられているので、ホール輸送層に侵入する電子を著しく低減することができる。したがって、ホール輸送層の劣化が低減され、長寿命のトップエミッション構造の有機エレクトロルミネッセンス装置が実現される。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置によれば、ホール輸送層に侵入する電子を著しく低減することができるので、ホール輸送層の劣化が低減され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命が長くなる。

以下、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと称する）素子およびそれを備える有機ＥＬ装置について図面を参照しながら説明する。

図１は本実施の形態に係る有機ＥＬ装置を示す模式的な断面図であり、図２は図１の有機ＥＬ装置の構造を詳細に示した断面図である。

図１の有機ＥＬ装置は、有機ＥＬ素子１００、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧ、青色カラーフィルタ層ＣＦＢおよび基板１から構成される。

赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢは、有機ＥＬ素子１００および基板１の間に形成される。また、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢにより有機ＥＬ装置の各画素が形成されるように配置される。

これら各カラーフィルタ層は、例えばガラスまたはプラスチック等の透明な材料からなる。また、各カラーフィルタ層として、ＣＣＭ（色彩転換媒体）を用いてもよく、ガラスまたはプラスチック等の透明な材料およびＣＣＭの両方を用いてもよい。

次に、図２を用いて図１の有機ＥＬ装置の構造の詳細を説明する。

図２に示すように、ガラスまたはプラスチック等からなる透明の基板１上に、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）からなる層と窒化シリコン（ＳｉＮ_x ）からなる層との積層膜１１が形成される。

積層膜１１上の一部にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）２０が形成される。ＴＦＴ２０はチャネル領域１２、ドレイン電極１３ｄ、ソース電極１３ｓ、ゲート酸化膜１４およびゲート電極１５からなる。

例えば、積層膜１１上の一部にポリシリコン層等からなるチャネル領域１２が形成される。チャネル領域１２上には、ドレイン電極１３ｄおよびソース電極１３ｓが形成される。チャネル領域１２上にゲート酸化膜１４が形成される。ゲート酸化膜１４上にゲート電極１５が形成される。

ＴＦＴ２０のドレイン電極１３ｄは後述のホール注入電極２に接続され、ＴＦＴ２０のソース電極１３ｓは電源線（図示せず）に接続される。

ゲート電極１５を覆うようにゲート酸化膜１４上に第１の層間絶縁膜１６が形成される。ドレイン電極１３ｄおよびソース電極１３ｓを覆うように第１の層間絶縁膜１６上に第２の層間絶縁膜１７が形成される。ゲート電極１５は電極（図示せず）に接続される。

なお、ゲート酸化膜１４は、例えば窒化シリコンからなる層と酸化シリコンからなる層との積層構造を有する。また、第１の層間絶縁膜１６は、例えば酸化シリコンからなる層と窒化シリコンからなる層との積層構造を有し、第２の層間絶縁膜１７は、例えば窒化シリコンからなる。

第２の層間絶縁膜１７上に、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢがそれぞれ形成される。赤色カラーフィルタ層ＣＦＲは、赤色の波長領域の光を透過させ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧは、緑色の波長領域の光を透過させ、青色カラーフィルタ層ＣＦＢは、青色の波長領域の光を透過させる。なお、図２においては、青色カラーフィルタ層ＣＦＢを例示する。青色カラーフィルタ層ＣＦＢは、４００ｎｍ〜５３０ｎｍの波長領域の光を７０％以上透過させることが好ましく、８０％以上透過させることがより好ましい。

赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢを覆うように第２の層間絶縁膜１７上に、例えばアクリル樹脂等からなる第１の平坦化層１８が形成される。

第１の平坦化層１８上に有機ＥＬ素子１００が形成される。有機ＥＬ素子１００は、ホール注入電極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、バッファ層ＢＦ、橙色発光層５、青色発光層６、電子輸送層７および電子注入電極８を順に含む。第１の平坦化層１８上にホール注入電極２が各画素ごとに形成され、画素間の領域においてホール注入電極２を覆うように絶縁性の第２の平坦化層１９が形成される。なお、ホール注入電極２は、例えばインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電膜からなる。

ホール注入電極２および第２の平坦化層１９を覆うようにホール注入層３が形成される。ホール注入層３は、例えば、プラズマＣＶＤ法（プラズマ化学的気相成長法）により形成されたＣＦ_X （フッ化炭素）からなる。

このホール注入層３上に、ホール輸送層４、バッファ層ＢＦ、橙色発光層５、青色発光層６および電子輸送層７が順に形成される。さらに、この電子輸送層７上に、例えば、アルミニウム等からなる電子注入電極８が形成される。

ホール輸送層４は、例えば、下記式（３）に示されるN,N'-ジ(1-ナフチル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジン（N,N'-Di(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-benzidine）（以下、ＮＰＢと略記する）等の有機材料からなる。このＮＰＢは電子を受け入れると非常に不安定になり劣化する。

ＮＰＢの最低空分子軌道（ＬＵＭＯレベル）は２．４ｅＶであり、最高被占有分子軌道（ＨＯＭＯレベル）は５．４ｅＶである。なお、ＬＵＭＯのエネルギーの値が小さいほどレベルが高いものとする。

本実施の形態において、ホール輸送層４には上記のＮＰＢを含むトリアリールアミン誘導体を用いることができる。トリアリールアミン誘導体は下記式（２）で表される。

式（２）において、Ａｒ１〜Ａｒ３は芳香族置換基を示し、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよい。

バッファ層ＢＦの材料は、ＬＵＭＯレベルが隣接する発光層（橙色発光層５）に用いられる材料のＬＵＭＯレベルよりも高いことが好ましい。また、バッファ層ＢＦの材料は、ＬＵＭＯレベルが隣接する発光層（橙色発光層５）に用いられる材料のＬＵＭＯレベル以下であることが好ましい。

本実施の形態において、バッファ層ＢＦは、例えば、下記式（１）に示される銅フタロシアニン（Copper phthalocyanine）（以下、ＣｕＰｃと略記する）またはＣＦ_X 等の有機材料からなる。

ＣｕＰｃは１．７ｅＶおよび３．２ｅＶの２つのＬＵＭＯレベルを有し、４．８ｅＶのＨＯＭＯレベルを有する。ＣＦ_X のＬＵＭＯレベルは２．０ｅＶ以下であり、ＨＯＭＯレベルは５．８ｅＶ以上である。

橙色発光層５は、例えば、ＮＰＢをホスト材料とし、下記式（４）に示す5,12-ビス（4-ターシャリー-ブチルフェニル）-ナフタセン（5,12-Bis(4-tert-butylphenyl)-naphthacene）（以下、ｔＢｕＤＰＮと略記する）を第１のドーパントとし、下記式（５）に示す5,12-ビス(4-(6-メチルベンゾチアゾール-2-イル)フェニル)-6,11-ジフェニルナフタセン（5,12-Bis(4-(6-methylbenzothiazol-2-yl)phenyl)-6,11-diphenylnaphthacene）（以下、ＤＢｚＲと略記する）を第２のドーパントとして形成される。

この場合、第２のドーパントは発光し、第１のドーパントは、ホスト材料から第２のドーパントへのエネルギーの移動を促進することにより第２のドーパントの発光を補助する役割を担う。それにより、橙色発光層５は５００ｎｍよりも大きく６５０ｎｍよりも小さいピーク波長を有する橙色光を発生する。

ｔＢｕＤＰＮのＬＵＭＯレベルは３．１ｅＶであり、ＨＯＭＯレベルは５．４ｅＶである。ＤＢｚＲのＬＵＭＯレベルは３．１ｅＶであり、ＨＯＭＯレベルは５．２ｅＶである。

青色発光層６は、例えば、下記式（６）に示されるターシャリー-ブチル置換ジナフチルアントラセン（tert-butyl substituted dinaphthylanthracene）（以下、ＴＢＡＤＮと略記する）をホスト材料とし、ＮＰＢを第１のドーパントとし、下記式（７）に示す1,4,7,10-テトラ-ターシャリー-ブチルペリレン（1,4,7,10-Tetra-tert-butylPerylene）（以下、ＴＢＰと略記する）を第２のドーパントとして形成してもよい。この場合、第２のドーパントは発光し、第１のドーパントはキャリアの輸送を促進することにより第２のドーパントの発光を補助する役割を担う。それにより、青色発光層６は４００ｎｍよりも大きく５００ｎｍよりも小さいピーク波長を有する青色光を発生する。

電子輸送層７としては、例えば、下記式（８）に示される2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン（2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline）（以下、ＢＣＰと略記する）を用いることができる。この場合、ＢＣＰは高い電子移動度を有するので、電子を効率よく青色発光層６および橙色発光層５に注入することができる。それにより、駆動電圧が低くなり有機ＥＬ素子１００の消費電力が低減される。

また、電子輸送層７としては、下記式（９）に示されるトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム（Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminｕｍ）（以下、Ａｌｑ３と略記する）等の他の有機材料を用いてもよい。

上記の有機ＥＬ素子１００においては、ホール注入電極２と電子注入電極８との間に電圧を印加することにより、ホール注入電極２からホールが注入され、電子注入電極８から電子が注入される。ホールはホール輸送層４およびバッファ層ＢＦを通して橙色発光層５および青色発光層６に輸送され、電子は電子輸送層７を通して青色発光層６および橙色発光層５に輸送され、橙色発光層５および青色発光層６においてホールと電子とが再結合し、橙色発光層５および青色発光層６が発光する。その結果、白色光が得られる。

以上のように、基板１上に積層膜１１、ＴＦＴ２０、第１の層間絶縁膜１６、第２の層間絶縁膜１７、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢ、第１の平坦化層１８、第２の平坦化層１９ならびに有機ＥＬ素子１００が形成されることにより、バックエミッション構造の有機ＥＬ装置が完成する。

有機ＥＬ素子１００により発生された光は、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢと透明の基板１とを通じて外部に取り出される。

以下、有機ＥＬ素子１００の駆動時において、移動する電子に対するバッファ層ＢＦの働きについて説明する。

図３は、バッファ層ＢＦのＬＵＭＯレベルが橙色発光層５のホスト材料のＬＵＭＯレベルよりも高い場合の電子移動を説明するための図である。

上述のように、バッファ層ＢＦにＣＦ_X を用いる場合、ＣＦ_X のＬＵＭＯレベルは２．０ｅＶ以下である。また、橙色発光層５のホスト材料にＮＰＢを用いる場合、ＮＰＢのＬＵＭＯレベルは、２．４ｅＶである。

この場合、図３に示すように、橙色発光層５のホスト材料のＬＵＭＯレベルからバッファ層ＢＦのＬＵＭＯレベルへは０．４ｅｖ以上のエネルギー障壁Ｇが形成される。そのエネルギー障壁Ｇにより橙色発光層５のホスト材料から電子がバッファ層ＢＦを通過してホール輸送層４に移動することが阻止される。したがって、ホール輸送層４に進入する電子を著しく低減することができる。その結果、ホール輸送層４の劣化が低減され、有機ＥＬ素子の発光寿命が長くなる。

図３の括弧に示すように、バッファ層ＢＦにＣＦ_X に代えてＣｕＰｃを用いる。この場合、ＣｕＰｃは１．７ｅＶのＬＵＭＯレベルを有するので、橙色発光層５のホスト材料のＬＵＭＯレベルからバッファ層ＢＦのＬＵＭＯレベルへ０．７ｅｖのエネルギー障壁Ｇが形成される。それにより、ホール輸送層４の劣化が低減され、有機ＥＬ素子の発光寿命が長くなる。

図４は、バッファ層ＢＦのＬＵＭＯレベルが橙色発光層５のホスト材料のＬＵＭＯレベル以下である場合の電子移動を説明するための図である。

上述のように、バッファ層ＢＦにＣｕＰｃを用いる場合、ＣｕＰｃのＨＯＭＯレベルは４．８ｅＶであり、ＣｕＰｃは３．２ｅＶのＬＵＭＯレベルを有する。

また、橙色発光層５のホスト材料にＮＰＢを用いる場合、ＮＰＢのＬＵＭＯレベルは、２．４ｅＶであり、ＨＯＭＯレベルは５．４ｅＶである。

この場合、図４に示すように、バッファ層ＢＦのＬＵＭＯレベルが橙色発光層５のホスト材料のＬＵＭＯレベル以下であるので、橙色発光層５のホスト材料から電子が容易にバッファ層ＢＦへ移動する。

一方、バッファ層ＢＦにはホール輸送層４からホールが移動している。これにより、バッファ層ＢＦ内では波線の矢印に示すように、電子とホールとが再結合する。また、橙色発光層５のホスト材料からの電子はバッファ層ＢＦ内でホールと再結合しない場合でも、バッファ層ＢＦを移動することにより失活する。

したがって、ホール輸送層４に進入する電子が著しく低減される。その結果、ホール輸送層４の劣化が低減され、有機ＥＬ素子の発光寿命が長くなる。

このように、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００によれば、ホール輸送層４と橙色発光層５との間にバッファ層ＢＦを形成することにより、有機ＥＬ素子１００の発光寿命を長くすることが可能となる。

本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００においては、ホール輸送層４にトリアリールアミン誘導体が用いられている。トリアリールアミン誘導体によりホールが効率よく輸送されるので、電子とホールとの再結合が効率よく行われ、発光効率が向上するとともに再結合しない電子によるホール輸送層４の劣化をより防止することができる。

また、橙色発光層５のホスト材料にトリアリールアミン誘導体が用いられている。トリアリールアミン誘導体によりホールが効率よく輸送されるので、電子とホールとの再結合が効率よく行われ、発光効率が向上するとともに再結合しない電子によるホール輸送層４の劣化をより防止することができる。

上記では、発光層として橙色発光層５および青色発光層６が形成されているが、これに限らず、発光層は１つであってもよいし、他の波長の光を発生する発光層をさらに含んでもよい。

例えば、発光層として、青色の光を発生する１つの青色発光層が用いられてもよい。この青色発光層には、ホスト材料として下記式（１０）に示すアントラセン誘導体が用いられてもよい。上記式（１０）において、Ａｒ１〜Ａｒ４は水素原子、ハロゲン原子、脂肪族置換基または芳香族置換基を示し、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよく、ｎは１〜３のいずれかの整数を示す。

本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００においては、ホール注入電極２がホール注入電極に相当し、ホール輸送層４がホール輸送層に相当し、バッファ層ＢＦが電子移動制限層に相当し、橙色発光層５および青色発光層６が発光層に相当し、電子注入電極８が電子注入電極に相当する。

また、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧ、青色カラーフィルタ層ＣＦＢが１または複数の色変換媒体に相当する。

本実施の形態に係る有機ＥＬ装置は、以下の構成を有してもよい。

図５は、他の実施の形態に係る有機ＥＬ装置を示す詳細断面図である。図５の有機ＥＬ装置は以下の点で図２の有機ＥＬ装置と構造が異なる。

図５の有機ＥＬ装置においては、図２の有機ＥＬ装置と同様に、基板１上に積層膜１１、ＴＦＴ２０、第１の層間絶縁膜１６、第２の層間絶縁膜１７、青色カラーフィルタ層ＣＦＢ、第１の平坦化層１８、第２の平坦化層１９および有機ＥＬ素子１００が形成される。なお、図５においても、青色カラーフィルタ層ＣＦＢを例示する。

その後、有機ＥＬ素子１００上に、透明の接着剤層２３を介してオーバーコート層２２、青色カラーフィルタ層ＣＦＢおよび透明の封止基板２１が順に積層された積層体が接着される。これにより、トップエミッション構造の有機ＥＬ装置が完成する。

有機ＥＬ素子１００により発生された光は、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢと透明の封止基板２１とを通じて外部に取り出される。

図５の有機ＥＬ装置において、基板１は不透明な材料により形成されてもよい。また、有機ＥＬ素子１００のホール注入電極２は、例えば膜厚約５０ｎｍのインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）と膜厚約１００ｎｍのアルミニウム、クロムまたは銀とを積層することにより形成される。この場合、ホール注入電極２は、有機ＥＬ素子１００により発生された光を封止基板２１側へ反射する。

電子注入電極８は、透明な材料からなる。電子注入電極８は、例えば膜厚約１００ｎｍのインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）と膜厚約２０ｎｍの銀とを積層することにより形成される。

オーバーコート層２２は、例えば厚み約１μｍのアクリル樹脂等により形成される。赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢはそれぞれ約１μｍの厚みを有する。

封止基板２１としては、例えばガラス、酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）からなる層または窒化シリコン（ＳｉＮ_x ）からなる層を用いることができる。

図５の有機ＥＬ装置においては、トップエミッション構造であることによりＴＦＴ２０上の領域も画素領域として用いることができる。すなわち、図５の有機ＥＬ装置では、図２の青色カラーフィルタ層ＣＦＢよりも大きい青色カラーフィルタ層ＣＦＢを用いることができる。それにより、より広い領域を画素領域として用いることができるので、有機ＥＬ装置の発光効率が向上する。

以下、実施例および比較例の有機ＥＬ素子を作製し、作製した有機ＥＬ素子の発光特性を測定した。

（実施例１）
実施例１においては、図２の構造を有する有機ＥＬ素子を次のように作製した。

ガラスからなる基板１上にインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）からなるホール注入電極２を形成した。次に、ホール注入電極２上にプラズマＣＶＤ法によりＣＦ_X （フッ化炭素）からなるホール注入層３を形成した。プラズマＣＶＤにおけるプラズマ放電時間は１５秒とした。

さらに、ホール注入層３上に、ホール輸送層４、バッファ層ＢＦ、橙色発光層５、青色発光層６および電子輸送層７を真空蒸着により順に形成した。

ホール輸送層４は、膜厚１６０ｎｍのＮＰＢからなる。バッファ層ＢＦは、ＣＦ_X からなる。プラズマＣＶＤにおけるプラズマ放電時間は１０秒とした。

橙色発光層５は、膜厚３０ｎｍを有し、ＮＰＢからなるホスト材料に、ｔＢｕＤＰＮからなる第１のドーパントを１０体積％添加し、ＤＢｚＲからなる第２のドーパントを３体積％添加することにより形成した。

青色発光層６は、膜厚５０ｎｍを有し、ホスト材料に、ＮＰＢからなる第１のドーパントを２０体積％添加し、第２のドーパントを２．５体積％添加することにより形成した。

電子輸送層７は、膜厚１０ｎｍで形成した。電子注入電極８は、１ｎｍのフッ化リチウム（ＬｉＦ）膜および２００ｎｍのアルミニウム膜を積層することにより形成した。

（実施例２）
実施例２においては、バッファ層ＢＦとしてＣＦ_X に代えてＣｕＰｃを用いた点を除いて実施例１と同じ有機ＥＬ素子を作製した。なお、ＣｕＰｃにより形成するバッファ層ＢＦの厚みは１０ｎｍとした。

（比較例）
比較例においては、バッファ層ＢＦを設けなかった点を除いて実施例１と同じ有機ＥＬ素子を作製した。

上記実施例１，２および比較例の有機ＥＬ素子のホール輸送層４、バッファ層ＢＦ、橙色発光層５および青色発光層６の各条件が表１に示されている。

（評価）
以上のようにして作製した実施例１，２および比較例の有機ＥＬ素子の８０ｍＡ／ｃｍ² での輝度および発光効率を測定した。なお、測定温度は６０℃である。

表２に、実施例１，２および比較例の有機ＥＬ素子の発光効率および輝度の劣化時間を示す。なお、輝度の劣化時間とは、有機ＥＬ素子の測定開始時の輝度を基準として、その輝度が５％低下した場合の時間を表す。

図６は、実施例１，２および比較例の有機ＥＬ素子の輝度の経時変化の測定結果を示した図である。図６において、横軸は時間を示し、縦軸は規格化輝度を示す。また、曲線Ｌ１，Ｌ２，ＬＪは、順に実施例１，２および比較例の有機ＥＬ素子の輝度の経時変化を示す。

なお、図６においては、実施例１，２および比較例の各有機ＥＬ素子の測定開始時の輝度を１として以後の輝度を規格化した。

図６に示すように、実施例１，２の有機ＥＬ素子の輝度の経時劣化は、比較例の有機ＥＬ素子に比べて十分に小さい。

特に、表２に示したように、測定開始時から輝度が５％低下する時間を比較すると、実施例１，２および比較例の有機ＥＬ素子は順に約５時間、約１２時間および約１時間となっている。

実施例１の有機ＥＬ素子においては、ホール輸送層４および橙色発光層５間にＣＦ_X からなるバッファ層ＢＦが形成されている。ここで、バッファ層ＢＦに用いられるＣＦ_X のＬＵＭＯレベルは、橙色発光層５にホスト材料として用いられるＮＰＢのＬＵＭＯレベルよりも高い。

それにより、橙色発光層５からホール輸送層４への電子の移動が橙色発光層５のホスト材料からバッファ層ＢＦへのエネルギー障壁により制限される。その結果、ホール輸送層４の劣化が低減され、有機ＥＬ素子の発光寿命が長くなっていると考えられる。

実施例２の有機ＥＬ素子においては、ホール輸送層４と橙色発光層５との間にＣｕＰｃからなるバッファ層ＢＦが形成されている。ここで、バッファ層ＢＦに用いられるＣｕＰｃの１つのＬＵＭＯレベルは、橙色発光層５のホスト材料に用いられるＮＰＢのＬＵＭＯレベルよりも高い。

それにより、橙色発光層５のホスト材料からホール輸送層４への電子の移動が橙色発光層５のホスト材料からバッファ層ＢＦへのエネルギー障壁により制限される。その結果、ホール輸送層４の劣化が低減され、有機ＥＬ素子の発光寿命が長くなっていると考えられる。

さらに、ＣｕＰｃの他の１つのＬＵＭＯレベルは、橙色発光層５のホスト材料に用いられるＮＰＢのＬＵＭＯレベルよりも低い。

それにより、橙色発光層５のホスト材料からの電子がバッファ層ＢＦ内でホールと再結合する。また、バッファ層ＢＦ内で移動する電子の失活も発生する。

その結果、ホール輸送層４に到達する電子が低減され、ホール輸送層４の劣化が低減され、有機ＥＬ素子の発光寿命が長くなっていると考えられる。

このように、実施例２の有機ＥＬ素子では、ＣｕＰｃからなるバッファ層ＢＦの上記２つの作用により、有機ＥＬ素子の長寿命化が著しく向上していると考えられる。

これに対して、比較例の有機ＥＬ素子においては、ホール輸送層４と橙色発光層５との間にバッファ層ＢＦが形成されていない。それにより、ホール輸送層４が電子を受け入れる割合が高くなり、ホール輸送層４が劣化しやすくなる。その結果、比較例の有機ＥＬ素子の輝度の経時劣化が大きいと考えられる。

以上のように、ホール輸送層４と橙色発光層５との間に橙色発光層５のホスト材料のＬＵＭＯレベルよりも高いＬＵＭＯレベルを有する材料からなるバッファ層ＢＦを設けることにより、長寿命な有機ＥＬ素子が得られる。

また、ホール輸送層４と橙色発光層５との間に橙色発光層５のホスト材料のＬＵＭＯレベル以下のＬＵＭＯレベルを有する材料からなるバッファ層ＢＦを設けることにより、長寿命な有機ＥＬ素子が得られる。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、各光源または表示装置等に有効に利用できる。

本発明の一実施の形態に係る有機ＥＬ装置を示す模式的な断面図である。 図１の有機ＥＬ装置の構造を詳細に示した断面図である。 バッファ層のＬＵＭＯレベルが橙色発光層のホスト材料のＬＵＭＯレベルよりも高い場合の電子移動を説明するための図である。 バッファ層のＬＵＭＯレベルが橙色発光層のホスト材料のＬＵＭＯレベル以下である場合の電子移動を説明するための図である。 本発明の他の実施の形態に係る有機ＥＬ装置を示す詳細断面図である。 実施例１，２および比較例の有機ＥＬ素子の輝度の経時変化の測定結果を示した図である。

符号の説明

１ 基板
２ ホール注入電極
４ ホール輸送層
５ 橙色発光層
６ 青色発光層
８ 電子注入電極
１００ 有機エレクトロルミネッセンス素子
ＢＦ バッファ層
ＣＦＲ 赤色カラーフィルタ層
ＣＦＧ 緑色カラーフィルタ層
ＣＦＢ 青色カラーフィルタ層

Claims (10)

1. ホール注入電極と、
   ホールの輸送を促進するホール輸送層と、
   電子移動制限層と、
   発光層と、
   電子注入電極とを順に備え、
   前記電子移動制限層の最低空分子軌道は、前記発光層の最低空分子軌道よりも高いレベルを有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
2. 前記電子移動制限層はフッ化炭素を含むことを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
3. 前記電子移動制限層は式（１）で示される分子構造を有する銅フタロシアニンを含むことを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   
4. ホール注入電極と、
   ホールの輸送を促進するホール輸送層と、
   電子移動制限層と、
   発光層と、
   電子注入電極とを順に備え、
   前記電子移動制限層の最低空分子軌道は、前記発光層の最低空分子軌道以下のレベルを有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
5. 前記電子移動制限層は式（１）で示される分子構造を有する銅フタロシアニンを含むことを特徴とする請求項４記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   
6. 前記ホール輸送層は、式（２）で示される分子構造を有するトリアリールアミンを含み、式（２）中のＡｒ１〜Ａｒ３は同一または異なり、芳香族置換基であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   
7. 前記発光層は、式（２）で示される分子構造を有するトリアリールアミンを含み、式（２）中のＡｒ１〜Ａｒ３は同一または異なり、芳香族置換基であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   
8. １または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、
   前記１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子により発生された光を透過する１または複数の色変換部材とを備え、
   前記有機エレクトロルミネッセンス素子は請求項１〜７のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子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。
9. 透光性基板と、
   前記透光性基板上に設けられた請求項１〜７のいずれかに記載の１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、
   前記透光性基板と前記１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子との間に設けられる１または複数の色変換部材とを備え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。
10. 基板と、
    前記基板上に設けられた請求項１〜７のいずれかに記載の１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、
    前記１または複数の有機エレクトロルミネッセンス上に設けられる１または複数の色変換部材とを備え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。

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