JP2018093190A - 有機ｅｌ素子及びこれを用いた表示装置と照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子トラップ型の青色発光層を用いたトップエミッション型で白色発光の有機ＥＬ素子において、青色発光と、赤色発光や緑色発光の両方の干渉効果を得て、発光電圧を低下させ、消費電力の削減と耐久性の向上を図る。【解決手段】基板１０、反射電極１１、白色発光層１８を含む有機化合物層１９、光取り出し電極１７、をこの順に有し、白色発光層１８が青色発光層１４と緑・赤色発光層１５とからなるトップエミッション型の有機ＥＬ素子において、青色発光層１４を基板１０側に配置し、正孔輸送性とし、反射電極１１を陰極とする。【選択図】図１

Description

本発明は、一対の電極間に挟まれた有機発光層に通電することにより光を放出する有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）素子に関し、特にトップエミッション型の白色発光の有機ＥＬ素子、及びこれを用いた表示装置と照明装置に関する。

近年、フラットパネル対応の自発光型デバイスが注目されており、自発光型デバイスとしては、プラズマ発光表示素子、フィールドエミッション素子、ＥＬ素子等がある。特に、有機ＥＬ素子に関しては、白色照明の他、テレビ、スマートフォン用モニタ、カメラ用ビューファインダーなど、フルカラー表示装置へ用途が広がっている。
有機ＥＬ素子を用いてフルカラー表示装置を作製する場合、異なる発光色の発光層を画素（素子）毎に塗り分ける方式と、白色発光層を有する白色有機ＥＬ素子を用い、異なる色のカラーフィルタを画素ごとに塗り分ける方式がある。そして白色発光層を用いる後者においては、二種類以上の発光材料を用いて混色により白色発光を得ることが多い。
白色有機ＥＬ素子の発光材料としては、主に黄色と青色の２色の発光ドーパント材料を用いる場合と、赤色、緑色、青色の３色の発光ドーパントを用いる場合がある。赤色、緑色、青色の３色の発光ドーパントを用いる場合、赤色、緑色、青色の３つの発光層を積層する場合と、赤色と緑色の両方の発光ドーパントを含む赤・緑色発光層と青色発光ドーパントを含む青色発光層との２つの発光層を積層する場合などがある。
特許文献１には、赤・緑色発光層と青色発光層とを積層した白色有機ＥＬ素子が開示されている。特許文献１の白色有機ＥＬ素子においては、陰極に近い青色発光層のホスト材料とドーパント材料のＬＵＭＯエネルギーの差をＨＯＭＯエネルギーの差より大きくなるように設定することで青色発光層を正孔輸送性とし、耐久性を向上させている。この場合、青色発光層は正孔輸送性のため、電子が青色発光層にトラップされる。よって、青色発光層を陰極に最も近い側に積層することで、青色発光層にトラップされなかった電子のみが、赤・緑色発光層にまで伝導する。一方、赤・緑色発光層は一般的に用いられる正孔トラップ性であり、陽極側に形成されているため、正孔をトラップし、トラップされなかった正孔のみが青色発光層まで伝導する。よって、青色発光層では電子がトラップされているところに正孔が到達することで発光し、緑・赤色発光層では正孔がトラップされているところに電子が到達することで発光する。

特開２０１４−２２２０５号公報

一般に、有機ＥＬ素子においては、陽極と発光層との間に正孔注入層や正孔輸送層を、陰極と発光層との間に電子注入層や電子輸送層を設けている。また、基板とは反対側を光取り出し側とするトップエミッション型の有機ＥＬ素子においては、基板側に陽極を、光取り出し側に陰極を配置するのが一般的である。
トップエミッション型の有機ＥＬ素子において、光取り出し側の電極にはＩＴＯ等の光透過性の導電材をスパッタ成膜して形成するが、その際に上面となる部材がダメージを受け、所望の発光量を得るために素子に印加する発光電圧が高くなる。電極のスパッタ成膜時のダメージは、電子注入層や電子輸送層を構成する電子輸送材料よりも正孔注入層や正孔輸送層を構成する正孔輸送材料の方が高い。そのため、光取り出し側に陰極を配置する方が好ましい。
また、陰極に接して配置される電子注入層に含有される電子注入材料としては、フッ化リチウムが広く用いられているが、フッ化リチウムはその上にアルミニウムなどを蒸着することで還元され、電子注入機能を発現する。基板側に陰極を配置した場合、陰極を形成してから電子注入層を形成し、アルミニウム等を蒸着することになるため、陰極を形成した後に電子注入層や電子輸送層を形成する構成ではフッ化リチウムを用いることができない。しかしながら、光取り出し側が陰極であれば、電子注入層や電子輸送層を形成した後に陰極を形成するため、アルミニウム等の蒸着膜を形成した後に陰極を形成するため、問題はない。また、陰極をスパッタ成膜する際の上面がアルミニウム等の蒸着膜となるため、電子注入層や電子輸送層に対するダメージも少なくなる。
よって、従来のトップエミッション型の白色有機ＥＬ素子においては、光取り出し側に陰極を配置するのが一般的であった。しかしながら、特許文献１のように、青色発光層と赤・緑色発光層とを積層し、陰極側に青色発光層を配置した構成では、発光の干渉効果が得られにくいという問題があった。
一般的なトップエミッション型の白色有機ＥＬ素子として、基板側から陽極としての反射電極、正孔輸送層、赤・緑色発光層、青色発光層、電子輸送層、陰極としての光取り出し電極の順で積層した構成について説明する。
反射電極の反射面から青色発光層までの光学距離をλ／４のような干渉効果が得られるように設定した時、赤・緑色発光層は、発光波長（λ）が青色よりも長いため、反射電極の反射面からの光学距離がλ／４よりも短くなりすぎ、干渉効果が得られない。逆に、反射電極の反射面から赤・緑色発光層までの光学距離をλ／４のような干渉効果が得られるように設定した場合には、反射電極の反射面から青色発光層までの光学距離がλ／４よりも長くなりすぎ、青色発光の干渉効果が得られにくい。
このように一般的なトップエミッション型の白色有機ＥＬ素子において、正孔輸送性の青色発光層を用いると、青色発光と、赤及び緑色発光の両方の干渉効果を得ることは困難であり、消費電力が高くなることが問題となる。
また、反射電極の反射面から発光層までの光学距離をλ／４に合わせ、発光層から光取り出し電極までの光学距離もλ／４にすると、有機化合物層全体の膜厚が薄くなり過ぎ、ショートやリークの原因となる。一方、発光層から光取り出し電極までの光学距離を３λ／４程度の厚さにしてショートやリークを抑えると、電子輸送層の膜厚が厚くなるため発光電圧が高くなるという問題がある。
また、光取り出し電極をＡｇやＭｇＡｇなどの金属薄膜ではなく、ＩＴＯなどの透明金属酸化物にし、発光層から光取り出し電極までの光学距離をおおよそ２λ／４程度の厚さにする方法もあるが、干渉効果が低下し、青色の色純度が悪化する別の問題がある。
そこで、本発明は、正孔輸送性の青色発光層を用いたトップエミッション型の白色発光の有機ＥＬ素子において、青色発光と、赤色発光や緑色発光の両方の干渉効果を得て、発光電圧を低下させ、消費電力の削減と耐久性の向上を図ることを目的とする。

本発明の第１は、基板、反射電極、有機化合物層、光取り出し電極、をこの順に有し、
前記有機化合物層は、第一発光層と、前記第一発光層と前記光取出し電極との間に配置されている第二発光層とを有し、前記第一発光層は青色を発光する電子トラップ型発光層であり、前記第二発光層は前記第一発光層よりも長波長の光を発光する発光層である有機ＥＬ素子であって、
前記反射電極が陰極、前記光取り出し電極が陽極であり、
前記反射電極の反射面から、前記第一発光層の光取り出し側の面までの光学距離が、前記第一発光層が発する青色発光を強め合わせる距離であることを特徴とする。
本発明の第２は、複数の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ素子の光取り出し側に配置された青、緑、赤のカラーフィルタと、前記有機ＥＬ素子に接続されたスイッチング素子とを有する表示装置であって、前記有機ＥＬ素子が上記本発明の有機ＥＬ素子であることを特徴とする表示装置である。
本発明の第３は、上記本発明の有機ＥＬ素子と、コンバーター回路と、を有することを特徴とする照明装置である。

本発明においては、陰極側に電子トラップ型の青色発光層を配置したことにより、高い耐久性が得られる。さらに、基板側に陰極を配置したことにより、ショートやリークを抑えた上で、青色発光と赤・緑色発光の両方において、良好な干渉効果を得ることができ、白色発光の有機ＥＬ素子における発光電圧を低減させることができる。また、発光層から光り取り出し側の陽極までの間が正孔輸送性となるため、発光電圧を抑えることができる。よって、光取り出し側の陽極を成膜する際に上面となる正孔注入層や正孔輸送層がダメージを受けても、全体として発光電圧を低減させることができ、消費電力を抑え、耐久性を向上させることができる。よって、消費電力が低く、耐久性の高い表示装置及び照明装置を提供することができる。

本発明の有機ＥＬ素子の一実施形態の断面模式図である。 本発明の有機ＥＬ素子の青色発光層のエネルギーバンド図である。 本発明の表示装置の実施形態の断面模式図である。

本発明の有機ＥＬ素子は、基板、反射電極、有機化合物層、光取り出し電極、をこの順に有し、上記有機化合物層は、第一発光層と、第一発光層と光取出し電極との間に配置されている第二発光層とを有している。また、第一発光層は青色を発光する電子トラップ型発光層であり、第二発光層は第一発光層よりも長波長の光を発光する発光層である。本発明においては、反射電極が陰極、光取り出し電極が陽極であり、反射電極の反射面から、第一発光層の光取り出し側の面までの光学距離が、第一発光層が発する青色発光を強め合わせる距離であることを特徴とする。第二発光層としては、緑色発光、赤色発光、或いは緑色と赤色の両方を発光する発光層が好ましい。
以下、図面を参照し、本発明の形態を説明する。図面の各部寸法は実際のものと異なる。また、本明細書で特に図示又は記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知又は公知技術を適用する。

図１は本発明の一実施形態を示す断面模式図であり、基板１０上に、赤色発光ドーパントと緑色発光ドーパントとを含む赤・緑色発光層１５と、青色発光ドーパントを含む青色発光層１４と、の２つの発光層を積層して白色発光層１８とした構成を示している。

本実施形態では、基板１０上に陰極として反射電極１１を備える。用いられる基板１０はガラス、樹脂のいずれでもよく、表示装置や照明装置を構成する際には、反射電極１１にはＴＦＴ等のスイッチング素子（不図示）やコンバーター回路（不図示）などが接続される。
反射電極１１は、反射性の金属などが用いられ、金属としてはＡｌ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｒ及びその合金、ＴｉＮなども用いることができ、ＩＴＯなどの透明金属酸化物を積層して用いても良い。

反射電極１１上には、電子の注入性を上げるため、電子注入層１２を形成することが好ましい。電子注入層１２としては、電子供与性のドーパントと電子輸送性の有機化合物の混合物を用いてもよい。また、電子注入層１２は、イミダゾリデン誘導体、カルベン化合物を有してもよい。電子供与性のドーパントとしては、アルカリ金属やアルカリ土類金属、希土類金属、及びこれらの化合物を用いることができる。電子注入層は、電子輸送材料に、アルカリ金属化合物を含有させることにより形成されてもよい。より好ましくは、前記アルカリ金属化合物はセシウム化合物である。さらに、より好ましくは、炭酸セシウムである。

本発明において電子注入層１２を形成する好適な手法は、炭酸セシウムと電子輸送性の有機化合物を共蒸着することである。電子輸送性の有機化合物としては、フェナントロリン化合物など、従来から知られたものを用いることができる。また、共蒸着時に炭酸セシウムが分解するなどして、電子注入層１２内に炭酸セシウム由来の（Ｃｓ₁₁Ｏ₃）Ｃｓ₁₀や（Ｃｓ₁₁Ｏ₃）Ｃｓ、Ｃｓ₁₁Ｏ₃などのセシウムサブオキサイドが形成される場合がある。またセシウムと有機化合物との間で配位化合物が形成される場合がある。よって、電子注入層１２内には、炭酸セシウム以外に、セシウムサブオキサイドやセシウム配位有機化合物が含まれていてもよい。尚、炭酸セシウムと有機化合物とを共蒸着させる時の、炭酸セシウムの配合量は、１乃至１０質量％が好ましい。

電子注入層１２の膜厚は１０ｎｍ以下であることが好ましい。１０ｎｍ以下であれば、反射電極１１を複数並べて複数の画素を形成し、複数の画素にまたがって電子注入層１２を形成した場合に、隣接画素へのリーク電流が抑制できるので、好ましい。

また、電子注入層１２を用いない場合、反射電極１１が電子注入性を有することが望ましく、電子注入材料として、反射性の金属にアルカリ金属やアルカリ土類金属、及びその化合物のいずれかを含有させることが好ましい。好ましくは炭酸セシウムであり、Ａｇと炭酸セシウムを共蒸着したものを反射電極１１として用いることが好ましい。炭酸セシウムの配合量は１乃至１０質量％が好ましい。

電子注入層１２上には電子輸送層１３を形成しても良い。電子輸送層１２としてはフェナントロリン化合物など電子輸送性の有機化合物として従来から知られたものを用いることができ、電子注入層１１に用いた電子輸送性の有機化合物と同じでも違っていても良い。

電子輸送層１３上には青色発光層１４が形成されるが、電子輸送層１３と青色発光層１４との間に正孔ブロック層（不図示）を挿入しても良い。
青色発光層１４は、第一の有機化合物としてのホスト材料（以下、「第１のホスト材料」と記す）と１０質量％以下の含有量である第二の有機化合物としての青色発光ドーパントを含む。そして、第１のホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー準位をＬｈ、ＨＯＭＯのエネルギー準位をＨｈ、青色発光ドーパント材料のＬＵＭＯのエネルギー準位をＬｄ、ＨＯＭＯのエネルギー準位をＨｄとすると、下記式（ａ）を満たすことが好ましい。
｜Ｌｄ｜＞｜Ｌｈ｜且つ、｜Ｈｄ｜＞｜Ｈｈ｜・・・（ａ）
尚、ＬＵＭＯのエネルギー準位、ＨＯＭＯのエネルギー準位は真空準位を基準とし、通常の分子の場合、負の値を取るが、本発明では絶対値の大小で定義する。

また、本発明においては、ＨＯＭＯのエネルギー準位としては大気下光電子分光法（理研計器株式会社製「ＡＣ−２」）を用いて測定した値を用いる。また、ＬＵＭＯのエネルギー準位は、ＨＯＭＯのエネルギー準位と、可視光−紫外吸収スペクトルにおける吸収端から求めたバンドギャップから求めた。つまりＬＵＭＯのエネルギー準位はＨＯＭＯのエネルギー準位とバンドギャップの和である。

図２は、本発明の有機ＥＬ素子における青色発光層１４のエネルギーバンド図である。上記式（ａ）を満たす青色発光層１４に電子が注入された場合には、電子は青色発光ドーパントのＬＵＭＯのエネルギー準位にトラップされるが、青色発光ドーパントは青色発光層１４中に１０質量％以下と少ないため、電子は伝導しにくくなる。尚、青色発光層１４中に、青色発光ドーパントは０．１質量％以上含まれていることが好ましい。

また、正孔が注入された場合には、正孔は第１のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー準位に注入され、ホスト材料は青色発光層１４の重量の多くの部分を占めるため、この準位を伝導する。そのため、青色発光層１４は電子よりも正孔が伝導しやすい正孔輸送性となる。このような正孔輸送性の青色発光層１４は、正孔を内部にトラップしないため、連続で発光させても材料が酸化劣化を起こしにくく、駆動耐久特性が非常に高い。

逆に、青色発光層１４は電子トラップ型であるため、理論的には還元劣化を起こしやすくなる。しかしながら、有機化合物層１９を構成する有機材料が、実際に還元された劣化物質として検出されることはほとんどなく、酸化劣化に比べ有機材料の還元劣化は非常に起こりにくいものと考えられる。

また、本発明においては、基板１０上に形成された反射電極１１を陰極として用いるため、青色発光層１４を、最も基板１０側に配置した場合に電子を注入することができる。そして、青色発光層１４上に赤・緑色発光層１５が形成される。係る構成により、反射電極１１の反射面から青色発光層１４の光取り出し側の面までの光学距離をλ_B／４の設定（λ_Bは青色の発光波長）として、青色発光の干渉効果を得ることができる。同時に、反射電極１１の反射面から赤・緑色発光層１５の光取り出し側の面までの光学距離は、青色発光層１４を挟むことで、短くなりすぎるようなことは無く、赤色及び緑色発光の干渉効果も得ることができる。つまり、発光波長（λ）は赤色及び緑色が青色よりも大きいため、λ／４の値が、青色に対して赤及び緑色の方が大きくなり、青色発光層１４上に赤・緑色発光層１５を形成することにより、青色と、赤及び緑色の発光の両方の干渉効果を得ることが可能となる。

また、本発明では陽極が光取り出し電極１７となるため、陽極と白色発光層１８との間が正孔輸送性となり、通常の電子輸送の場合と比べ、白色発光層１８から光取り出し電極１７までの膜厚を厚くした時の電圧を抑える事が可能になる。これは、一般的に有機ＥＬに用いられる正孔輸送材料の移動度が電子輸送材料よりも高いことに起因している。

本発明において、青色発光層１４を構成する第１のホスト材料としては、ピレン誘導体等が好適に用いられ、それ以外にも、縮環化合物が挙げられる。例えばフルオレン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、カルバゾール誘導体、キノキサリン誘導体、キノリン誘導体等、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム等の有機アルミニウム錯体、有機亜鉛錯体である。また、トリフェニルアミン誘導体なども挙げられる。
青色発光ドーパントとしては、上記式（ａ）の条件を満たす材料として、フルオランテン誘導体等が好適に用いられる。

本発明においては、反射電極１１の反射面から青色発光層１４の光取り出し側の面までの光学距離は、青色発光層１４の青色発光を強め合わせる距離に調整される。具体的には、をλ_B／４（λ_Bは青色の発光波長）程度、さらにはλ_B／４±λ_B／８の範囲内に調整することが好ましい。ここで、本発明においては、青色とは、発光スペクトルのピーク波長が４３０ｎｍ乃至４８０ｎｍの発光をさす。また、赤色とは、発光スペクトルのピーク波長が５８０ｎｍ乃至６８０ｎｍを、緑色とは、発光スペクトルのピーク波長が５００ｎｍ乃至５７０ｎｍのものをそれぞれさす。

またλ_B／４は、正確には反射電極１１での位相シフトφを考慮し、（λ_B／４）×（２−（φ／π））で表される。そして、反射電極１１の反射面から青色発光層１４の光取り出し側の面までの有機材料の屈折率が１．８程度であることを考慮し、実膜厚Ｌ１は好ましくは５５ｎｍ以上６５ｎｍ以下となる。
尚、反射電極１１の反射面から緑・赤色発光層１５の光取り出し側の面までの光学距離も、緑色発光又は赤色発光を強め合わせる距離に調整することが好ましい。具体的には、緑色又は赤色の発光波長をλ_Oとした時、上記光学距離をλ_O／４程度、具体的にはλ_O／４±λ_O／８の範囲内に調整することが好ましい。

青色発光層１４の上には緑・赤色発光層１５が積層される。図１における緑・赤色発光層１５は、第２のホスト材料に緑色発光ドーパントと赤色発光ドーパントの両方を含む発光層であるが、緑色発光層と赤色発光層とを別々に形成して積層しても良い。緑色発光層と赤色発光層とを別々に積層する場合、青色発光層１４上に緑色発光層、その上に赤色発光層の順に積層する方が、干渉効果を得やすいため好ましい。また、第２のホスト材料は第１のホスト材料と同じでも違っていても良い。

第２のホスト材料は、第１のホスト材料と同様のものが用いられ、ピレン誘導体等が好適に用いられる。また、緑色発光ドーパント、赤色発光ドーパントとしては、それぞれ従来から知られたものが用いられる。

緑・赤色発光層１５の上には正孔輸送層１６が形成されるが、緑・赤色発光層１５との間に電子ブロック層（不図示）を挿入しても良い。正孔輸送層１６はアリールアミン誘導体など正孔輸送材料として従来から知られたものを用いることができる。
正孔輸送層１６の上には陽極として光取り出し電極１７が形成されるが、正孔輸送層１６との間に正孔注入層（不図示）を挿入しても良い。光取り出し電極１７は、ＡｇやＡｇ合金など、ある程度の反射率と透過性を併せ持つ半透過性の金属薄膜であることが好ましい。薄膜金属を用いることは、干渉を調節することにより色度を調節することができるため好ましい。

本発明では最も基板１０側の発光層、つまり青色発光層１４の光取り出し側の面から光取り出し電極１７の反射面（基板１０側の面）までの膜厚をＬ２と定義する。

上述のように本発明では、基板１０上に形成された反射電極１１の反射面から青色発光層１４の光取り出し側の面までの膜厚をＬ１と定義し、Ｌ１は青色発光の干渉効果が得られるように、光学距離がλ_B／４程度となるように調節されることが好ましい。
また、本発明においては、Ｌ１×２＜Ｌ２となることでショートやリークを抑えることができ、好ましい。
またＬ２は、取り出し光の色度を調節するため、干渉効果を得たい波長λのおおよそ３／４倍程度、具体的には、３λ／４±λ／８の範囲内にすることがより好ましい。よって、青色から緑色の発光ピーク波長が４３０ｎｍ乃至５７０ｎｍであり、有機材料の屈折率が１．８程度のため、Ｌ２は１８０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下にすることが好ましい。Ｌ２×１．８をλ／４倍にすると膜厚が薄くなり過ぎ、ショートやリークが発生しやすくなるため好ましくない。

Ｌ２の膜厚を１８０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下とするためには、緑・赤色発光層１５ではなく、正孔輸送層１６の膜厚を厚く設定することが好ましく、この時、正孔輸送層１６の膜厚は１７０ｎｍ以上２００ｎｍ以下にする必要がある。本発明では、この光取り出し側の有機化合物層が電子輸送性ではなく、比較的移動度が早い正孔輸送性となるため、膜厚を厚くしても、電圧の上昇を抑えることができる。
また、光取り出し電極１６の光取り出し側には必要に応じてＳｉＮなどの保護膜（不図示）を設けても良い。

次に、本発明の有機ＥＬ素子を使用した表示装置について図３を用いて説明する。図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の表示装置の実施形態の断面模式図である。本発明の表示装置は、複数の本発明の有機ＥＬ素子と、青色、緑色、赤色のカラーフィルタと、有機ＥＬ素子に接続されたスイッチング素子とを有している。図３では赤色、緑色、青色の画素の１つの繰り返し単位を示している。

図３（ａ）の表示装置において、基板１０の上には、赤色、緑色、青色のカラーフィルタにそれぞれに対応した反射電極１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂが設けられている。そしてこれら複数の反射電極１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂには、発光輝度を制御するため、ＴＦＴなどのスイッチング素子（不図示）が接続されている。反射電極１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ上には、図１に例示したような、有機化合物層１９及び光取り出し電極１７が複数の反射電極１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂを跨いで共通に設けられる。

光取り出し電極１７の上にはＳｉＮなどの保護膜２１を形成しても良い。保護膜２１の上には各画素に対応して赤色、緑色、青色の各カラーフィルタ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂが設けられ、少なくとも赤色、緑色、青色の画素２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂが形成される。
カラーフィルタ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂの形成方法としては、画素のサイズに合わせたカラーフィルタ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂを別の基板上に設け、それを白色発光の有機ＥＬ素子を設けた基板１０と貼り合わせてもよい。また、図３のように保護膜２１上にフォトリソグラフィ技術を用いて、カラーフィルタ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂをパターニングしてもよい。

また、図３（ａ）では、赤色、緑色、青色の画素２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂにおいて、反射電極１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは同じ構成であったが、発光層の干渉効果をよりよく得るために、画素によって構成を変えても良い。具体的には、図３（ｂ）に示すように、青色画素２０Ｂと緑色画素２０Ｇの反射電極１１Ｂ、１１Ｇは光反射性の金属で形成されており、赤色画素の反射電極１１Ｒは、光反射性の金属層１１Ｒａと透明金属酸化物層１１Ｒｂとの積層体としている。この構成では、反射電極１１Ｒの反射面（金属層１１Ｒａの上面）から緑・赤色発光層（不図示）の上面までの光学距離が、透明金属酸化物層１１Ｒｂを挟むことで、緑色に対して赤色の方が大きくなり、緑色と赤色の干渉効果を同時に得やすくなる。

本発明の表示装置は、テレビやスマートフォンのモニタ、カメラのビューファインダー等の画像表示装置として用いることができる。

また、本発明の照明装置は、本発明の有機ＥＬ素子と、コンバーター回路と、を有することを特徴とする。係る照明装置は白色、昼白色、その他青から赤のいずれの色を発光するものであってよい。コンバーター回路は、交流電圧を直流電圧に変換する回路である。また、白色とは色温度が４２００Ｋで昼白色とは色温度が５０００Ｋである。照明装置はカラーフィルタを有していてもよい。

以下、本発明の有機ＥＬ素子の実施例について説明するが、実施例に用いた材料や素子構成は、好ましい例であるが、これに限定されるものではない。

（実施例１）
ガラス基板上に反射電極としてＴｉ（膜厚２００ｎｍ）を形成し、ＵＶ／オゾン洗浄を施した。続いて、真空蒸着装置（アルバック社製）に取り付け、１．３３×１０^-4Ｐａまで排気した。次に反射電極の上に、炭酸セシウム（３質量％）と下記構造式（１）で表されるフェナントロリン誘導体の共蒸着膜を７ｎｍの膜厚で成膜し、電子注入層とした。次に電子輸送層として、上記構造式（１）で示される、フェナントロリン誘導体のみを３５ｎｍの膜厚で成膜した。

次に青色発光層として、下記構造式（２）で示されるピレン誘導体を第１のホスト材料とし、下記構造式（３）で示されるフルオランテン誘導体を青色発光ドーパントとして１質量％含有するように配合して、１５ｎｍ成膜した。ピレン誘導体構造体のＬＵＭＯのエネルギー準位Ｌｈ＝２．７８ｅＶ、ＨＯＭＯのエネルギー準位Ｈｈ＝５．７２ｅＶであり、フルオランテン誘導体のＬＵＭＯのエネルギー準位Ｌｄ＝３．０６ｅＶ、ＨＯＭＯのエネルギー準位Ｈｄ＝５．８５ｅＶである。よって、先の式（ａ）、即ち、｜Ｌｄ｜＞｜Ｌｈ｜且つ、｜Ｈｄ｜＞｜Ｈｈ｜の条件を満たしている。また、フルオランテン誘導体の発光ピーク波長は４４０ｎｍである。

次に青色発光層の上に緑色発光ドーパントと赤色発光ドーパントとを同時に含む、緑・赤色発光層を１５ｎｍ形成した。ここで第２のホスト材料には前記構造式（２）で示されるピレン誘導体を用いた。また、緑色発光ドーパントとして下記構造式（４）で示されるアントラセン誘導体（４質量％）を、赤色発光ドーパントとして下記構造式（５）で示されるペリレン誘導体（０．５質量％）をそれぞれ用いた。

次に正孔輸送層としてＮ，Ｎ’−α−ジナフチルベンジジンを２００ｎｍ成膜し、次いで、正孔注入層として下記構造式（６）で示されるアザトリフェニレン誘導体を１０ｎｍ成膜した。

さらに、光取り出し電極としてＡｇを蒸着法にて１０ｎｍ成膜した。

上記構成において、反射電極の反射面から青色発光層の光取り出し側の面までの膜厚Ｌ１は、５７ｎｍとなり、有機材料の屈折率を１．８とすれば、その光学距離は１０２．６ｎｍとなる。よって、青色発光ドーパントの発光ピーク波長４４０ｎｍの１／４±１／８倍の範囲内であり、青色発光の干渉効果が得られる条件となっている。また、反射電極の反射面から赤・緑色発光層の光取り出し側の面までの膜厚は７２ｎｍとなり、光学距離は１３０ｎｍとなる。よって、緑色発光波長（５００ｎｍ乃至５７０ｎｍ）の１／４±１／８倍の範囲にあるため、緑色発光の干渉効果も得られる条件となる。また、１３０ｎｍの光学距離は、赤色発光波長（５８０ｎｍ乃至６８０ｎｍ）の１／４±１／８倍の範囲にあるため、赤色発光の干渉効果も得られる条件となる。
また、青色発光層の光取り出し側の面から光取り出し電極の反射面までの膜厚Ｌ２は、２２５ｎｍとなり、Ｌ１が５７ｎｍであることから、Ｌ１とＬ２は、本発明の好ましい条件である、Ｌ１×２＜Ｌ２を満たす。
また、有機材料の屈折率を１．８とすると、Ｌ２に対応する光学距離は４０５ｎｍとなり、５４０ｎｍの３／４倍となるため、緑色発光の干渉効果が得られる設定となっている。

その後、上記基板をプラズマＣＶＤ装置（アルバック社製）に真空中搬送し、ＳｉＮを２μｍ成膜し保護膜を形成し、白色発光の有機ＥＬ素子を得た。

得られた有機ＥＬ素子に不図示の電圧印加装置を接続し、反射電極１１を陰極、光取り出し電極１７を陽極として、その特性を評価した。電流電圧特性をヒューレッドパッカード社製・微小電流計「４１４０Ｂ」で測定し、色度の評価はトプコン社製「ＳＲ−３」を用いて行った。発光輝度は、トプコン社製「ＢＭ７」で測定した。
その結果、１０００ｃｄ／ｍ²表示時の効率、電圧、及びＣＩＥ色度座標はそれぞれ７．２ｃｄ／Ａ、３．１Ｖ、（０．３６、０．３６）と良好な特性を示した。
また、初期輝度４０００ｃｄ／ｍ²での連続駆動試験を行ったところ、輝度半減時間は３０００ｈと耐久特性も良好であった。

（実施例２）
反射電極１１としてＡｇと炭酸セシウム炭酸セシウム（３質量％）を蒸着法にて２００ｎｍ成膜し、電子注入層１２を設けず、電子輸送層１３の膜厚を４２ｎｍに変更した以外は実施例１と同様にして白色発光の有機ＥＬ素子を作製した。

得られた有機ＥＬ素子を実施例１と同様に評価したところ、１０００ｃｄ／ｍ²表示時の電圧が３．４Ｖに上昇した以外は実施例１と同様の結果が得られた。

（比較例１）
有機化合物層として、基板１０側から正孔注入層、正孔輸送層、緑・赤色発光層、青色発光層、電子輸送層、電子注入層の順に成膜した以外は実施例１と同様にして白色発光の有機ＥＬ素子を作製した。尚、膜厚に関しては、実施例１とＬ１とＬ２が同じ膜厚になるよう、正孔注入層を７ｎｍ、正孔輸送層を３５ｎｍ、電子輸送層を２００ｎｍ、電子注入層を１０ｎｍに変更した。

得られた有機ＥＬ素子について、反射電極１１を陽極、光取り出し電極１７を陰極とする以外は、実施例１と同様の方法により特性を評価した。その結果、１０００ｃｄ／ｍ²表示時の効率、電圧、及びＣＩＥ色度座標はそれぞれ６．１ｃｄ／Ａ、４．９Ｖ、（０．３５、０．３６）であり、電圧が大きく上昇した素子となった。

本例においては、反射電極の反射面から青色発光層の光取り出し側の面までの距離は７２ｎｍで光学距離が１２９．６ｎｍであり、青色発光ドーパントの発光ピーク波長の１／４±１／８倍の範囲内であり、青色発光の干渉効果が得られる。また、反射電極の反射面から緑・赤色発光層の光取り出し側の面までの距離は５７ｎｍで光学距離は１０２．６ｎｍであり、赤色発光波長及び緑色発光波長の１／４±１／８倍の範囲内で、赤色発光及び緑色発光の干渉効果が得られる条件となっている。

また、初期輝度４０００ｃｄ／ｍ²での連続駆動試験を行ったところ、２０ｈを経過したところで急激な電圧上昇を伴って発光輝度が低下してしまった。これは、実施例１、２の素子と異なり、電子輸送層の膜厚が厚いことにより電圧が上昇し、それにより連続駆動試験で温度上昇が生じたためと考えられる。

１０：基板、１１：反射電極、１４：青色発光層、１７：光取り出し電極、１８：白色発光層、１９：有機化合物層、２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ：カラーフィルタ

Claims (19)

1. 基板、反射電極、有機化合物層、光取り出し電極、をこの順に有し、
   前記有機化合物層は、第一発光層と、前記第一発光層と前記光取出し電極との間に配置されている第二発光層とを有し、前記第一発光層は青色を発光する電子トラップ型発光層であり、前記第二発光層は前記第一発光層よりも長波長の光を発光する発光層である有機ＥＬ素子であって、
   前記反射電極が陰極、前記光取り出し電極が陽極であり、
   前記反射電極の反射面から、前記第一発光層の光取り出し側の面までの光学距離が、前記第一発光層が発する青色発光を強め合わせる距離であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
2. 前記第一発光層は、第一の有機化合物と第二の有機化合物とを有し、前記第一の有機化合物のＬＵＭＯのエネルギー準位をＬｈ、ＨＯＭＯのエネルギー準位をＨｈ、前記第二の有機化合物のＬＵＭＯのエネルギー準位をＬｄ、ＨＯＭＯのエネルギー準位をＨｄとした場合、下記式（ａ）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
   ｜Ｌｄ｜＞｜Ｌｈ｜且つ、｜Ｈｄ｜＞｜Ｈｈ｜・・・（ａ）
3. 前記光取り出し電極は、半透過性の金属薄膜であり、前記反射電極の反射面から、前記第一発光層の光取り出し側の面までの距離をＬ１、前記第一発光層の前記光取り出し側の面から前記光取り出し電極の反射面までの距離をＬ２とした時、
   Ｌ１×２＜Ｌ２
   を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。
4. 前記反射電極の反射面から、前記第一発光層の光取り出し側の面までの光学距離が、前記青色発光の波長をλ_Bとした場合、λ_B／４±λ_B／８の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
5. 前記反射電極の反射面から、前記第一発光層の光取り出し側の面までの距離が、５５ｎｍ以上６５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ素子。
6. 前記反射電極の反射面から前記第二発光層の光取り出し側の面までの光学距離が、前記第二発光層が発する光を強め合わせる距離であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
7. 前記反射電極の反射面から前記第二発光層の光取り出し側の面までの光学距離が、前記第二発光層の発光波長をλ_Oとした場合、λ_O／４±λ_O／８の範囲にあることを特徴とする請求項６に記載の有機ＥＬ素子。
8. 前記第一発光層の前記光取り出し側の面から前記光取出し電極の反射面までの光学距離が、前記青色発光の波長をλ_Bとした場合、３λ_B／４±λ_B／８の範囲にあることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
9. 前記第一発光層の前記光取り出し側の面から前記光取出し電極の反射面までの距離が、１８０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の有機ＥＬ素子。
10. 前記有機化合物層は、前記反射電極に接し、かつ炭酸セシウムと有機化合物とを含む電子注入層を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
11. 前記電子注入層が、セシウムサブオキサイド及びセシウム配位有機化合物の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１０に記載の有機ＥＬ素子。
12. 前記電子注入層の膜厚が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の有機ＥＬ素子。
13. 前記反射電極は、炭酸セシウムを含有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
14. 前記第一発光層が有する第二の有機化合物がフルオランテン誘導体であることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
15. 前記第一発光層が有する第一の有機化合物が、フルオレン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、カルバゾール誘導体、キノキサリン誘導体、キノリン誘導体、有機アルミニウム錯体、有機亜鉛錯体、トリフェニルアミン誘導体のいずれか
    であることを特徴とする請求項２又は１４に記載の有機ＥＬ素子。
16. 前記第二発光層は、緑色を発する発光材料と、赤色を発する発光材料とを有することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
17. 複数の有機ＥＬ素子と、
    前記有機ＥＬ素子の光取り出し側に配置された青、緑、赤のカラーフィルタと、前記有機ＥＬ素子に接続されたスイッチング素子とを有する表示装置であって、
    前記有機ＥＬ素子が請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子である表示装置。
18. 前記複数の有機ＥＬ素子のうち、赤色のカラーフィルタに対応する有機ＥＬ素子は、前記反射電極と前記有機化合物層との間に透明金属酸化物層をさらに有する請求項１７に記載の表示装置。
19. 請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ素子に接続されているコンバーター回路と、を有する照明装置。

Images