JP4378366B2 - 発光素子アレイ - Google Patents

Description

本発明は、有機化合物を用いた発光素子を複数有するアレイに関するものであり、さらに詳しくは、有機化合物からなる薄膜に電界を印加することにより光を放出する有機ＥＬ（エレクトロンルミネッセンス）素子を複数有する有機ＥＬ素子アレイに関する。

有機ＥＬ素子は、陽極と陰極間に蛍光性有機化合物を含む薄膜を挟持させて、各電極から電子およびホール（正孔）を注入することにより、蛍光性化合物の励起子を生成させ、この励起子が基底状態にもどる際に放射される光を利用する素子である。

このような有機ＥＬ素子において、陽極と陰極との間に介在する有機化合物を含む薄膜の膜厚を制御して、最大の効率、及び、最大の輝度を得る試みが多くなされている。特許文献１，２には、発光層と陰極間の膜厚を制御し、発光層から生じる光と陰極から反射してくる光とを干渉させ、実質的に取り出される光量を強める方法が開示されている。

また、特許文献３には、光取り出し側の電極として高屈折率透明電極を用い、発光層と光取り出し側電極間の光学距離を制御して干渉効果を高める方法が開示されている。

さらに、特許文献４に示されるように、陽極と陰極とを、反射性電極と半透過性電極との組み合わせから形成し、微小共振器を構成して干渉の効果を高める試みもなされている。

しかしながら、上記技術においては、発光色毎に有機層膜厚、もしくは、透明電極等の厚さを変える必要があり、表示装置の製造プロセスがより煩雑になるという問題点があった。

特開平４−１３７４８５号公報 特開平４−３２８２９５号公報 特開平７−２４０２７７号公報 特開平１０−１７７８９６号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高効率かつ色純度の優れた発光素子アレイを、簡便な構成で達成できるようにすることを目的とする。

すなわち、本発明の発光素子アレイは、
発光色が異なる複数の発光素子を有する発光素子アレイにおいて、
前記発光素子は、光取り出し電極および反射電極からなる１対の電極と、該１対の電極の間に配置された、発光層と前記発光層と前記反射電極との間に配置されるキャリア輸送層とを有する有機化合物層と、を有し、
前記有機化合物層は前記キャリア輸送層と前記反射電極との間にキャリア輸送促進層を有し、
前記発光色にかかわらず、前記キャリア輸送促進層の膜厚は等しく、
前記発光色にかかわらず前記キャリア輸送層の膜厚は等しく、かつ、前記キャリア輸送層は前記発光素子の間を介して前記複数の発光素子に延在する層であり、
前記キャリア輸送促進層の膜厚が前記キャリア輸送層の膜厚よりも厚く、
発光色の異なる各発光素子の発光ピーク波長を、波長の長いほうから順次λ₁、λ₂、λ₃、・・・とし、それぞれの前記発光層の前記反射電極側の界面と前記反射電極の反射面との間の光学距離をＬ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、・・・とし、ｍを自然数とした場合に、以下の関係式（４）が成立することを特徴とする発光素子アレイ。
｛（２ｍ−１）／４−１／８｝×λ ₁ ≦Ｌ ₁ ≦｛（２ｍ−１）／４＋１／８｝×λ ₁
｛（２（ｍ＋１）−１）／４−１／８｝×λ ₂ ≦Ｌ ₂ ≦｛（２（ｍ＋１）−１）／４＋１／８｝×λ ₂
｛（２（ｍ＋２）−１）／４−１／８｝×λ ₃ ≦Ｌ ₃ ≦｛（２（ｍ＋２）−１）／４＋１／８｝×λ ₃
： ・・・（４）

また、本発明の他の発光素子アレイは、
発光色が異なる複数の発光素子を有する発光素子アレイにおいて、
前記発光素子は、光取り出し電極および反射電極からなる１対の電極と、該１対の電極の間に配置された、発光層と前記発光層と前記反射電極との間に配置されるキャリア輸送層とを有する有機化合物層と、を有し、
前記反射電極は反射性金属と前記有機化合物層と接する透明導電膜とからなり、
前記反射性金属と前記透明導電膜との界面が前記発光層で発光した光を反射する反射面であり、
前記発光色にかかわらず、前記透明導電膜の膜厚は等しく、
前記発光色にかかわらず前記キャリア輸送層の膜厚は等しく、かつ、前記キャリア輸送層は前記発光素子の間を介して前記複数の発光素子に延在する層であり、
前記透明導電膜の膜厚が前記キャリア輸送層の膜厚よりも厚く、
発光色の異なる各発光素子の発光ピーク波長を、波長の長いほうから順次λ ₁ 、λ ₂ 、λ ₃ 、・・・とし、それぞれの前記発光層の前記反射電極側の界面と前記反射面との間の光学距離をＬ ₁ 、Ｌ ₂ 、Ｌ ₃ 、・・・とし、ｍを自然数とした場合に、以下の関係式（４）が成立することを特徴とする。
｛（２ｍ−１）／４−１／８｝×λ ₁ ≦Ｌ ₁ ≦｛（２ｍ−１）／４＋１／８｝×λ ₁
｛（２（ｍ＋１）−１）／４−１／８｝×λ ₂ ≦Ｌ ₂ ≦｛（２（ｍ＋１）−１）／４＋１／８｝×λ ₂
｛（２（ｍ＋２）−１）／４−１／８｝×λ ₃ ≦Ｌ ₃ ≦｛（２（ｍ＋２）−１）／４＋１／８｝×λ ₃
： ・・・（４）

本発明によれば、発光層以外の層は同一のままで、光の取り出し効率の向上、及び、色純度の向上を達成できる。

以下、本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明の有機ＥＬ素子アレイを用いた、トップエミッション型のアクティブマトリックス表示装置の概略断面図である。

それぞれの有機ＥＬ素子は、基板１上に、陽極２、ホール輸送層３、発光層４、電子輸送層５、電子注入層６、陰極７、保護層８を順次配置した構成のものであり、陽極２が反射電極として、陰極７が光取り出し電極として機能する。例えば赤、緑、青の三色からなる表示装置においては、赤，緑，青のＥＬ発光をする赤発光層４１、緑発光層４２、青発光層４３が、それぞれ形成されている。これらのＥＬ素子に電流を通電することで、陽極２から注入されたキャリアであるホールと陰極７から注入されたキャリアである電子が、赤、緑、青それぞれの発光層において再結合し、そこで赤、緑、青それぞれの光を放出することになる。各発光色のピーク波長は、赤が６００ｎｍ〜６８０ｎｍ、緑が５００ｎｍ〜５６０ｎｍ、青が４３０ｎｍ〜４９０ｎｍである。

この際、その発光する領域は、ホール輸送層３と発光層４と電子輸送層５の関係で決まるが、一般的には、図２に示す様に、ホール輸送層３と発光層４との界面を最大とし、内部に向かって徐々にその強度が減衰する。また、この発光した光は、基板１側、もしくは、保護層８側、どちらからでも取り出すことが可能である。本例の様に、アクティブマトリックス駆動の表示装置である場合、開口率の確保という観点から、保護層８側から光を取り出す、いわゆるトップエミッション構成が有利である。

図３に示す様に、発光層４内のホール輸送層３界面を最大としてＥＬ発光が生じる場合、その光は、構成する各層の屈折率の違いにより、反射、屈折、透過、吸収等を繰り返して外部に取り出されることになる。ここで、干渉の影響を考えた場合には、発光位置（発光強度分布においてピークを示す位置）から直接取り出し方向に向かう光（Ａ）と反射電極（陽極２）の反射面で反射して光取り出し方向へ向かう光（Ｂ）との干渉効果が最も大きくなる。干渉効果を利用するためには、発光位置と反射電極（陽極２）の反射面との光学距離を調節する必要があるが、発光位置は実質的にホール輸送層３と発光層４との界面になる。そのため、本実施の形態における有機ＥＬ素子アレイは、発光層４の反射電極（陽極２）側の界面と反射電極（陽極２）の反射面との間の光学距離を調節することによって、干渉効果を調節することができるのである。なお、ここで説明する光学距離とは、距離と絶対屈折率との積のことであり、絶対屈折率は波長によって異なる値をとる。

特に、本例の様に、取り出し側電極（陰極７）が透明で、かつ、その上に透明保護層８がついた構成においては、この透明電極（陰極７）界面での反射率が比較的小さくなる。その結果、共振（キャビティ）による干渉の効果は、前述した光（Ａ）と光（Ｂ）の干渉効果よりも小さくなる。このことから、まず第一に、光（Ａ）と光（Ｂ）、すなわち、発光位置（発光強度分布においてピークを示す位置）から反射電極の反射面までの光学的距離Ｌを調節することで、干渉の度合いを制御することが可能となることが判明した。

そこで、各発光色に対する発光層４の反射電極（陽極２）側の界面と反射電極（陽極２）の反射面との間の光学距離をＬ_R、Ｌ_G、Ｌ_Bとする。すると、赤、緑、青の各色の発光ピーク波長λ_R、λ_G、λ_Bに対し、以下の関係式（２）を満たすことで、干渉による光取り出し効率の向上が見込まれる事となる。
２Ｌ_R／λ_R＋δ_R／２π＝ｍ
２Ｌ_G／λ_G＋δ_G／２π＝ｍ’
２Ｌ_B／λ_B＋δ_B／２π＝ｍ”
： ・・・（２）

但し、ｍ、ｍ’、ｍ”は自然数、δ_R、δ_G、δ_Bは各発光色に対する反射時の位相シフト量である。また、数式中の右辺の数であるｍ（ｍ’、ｍ”）は干渉の次数と定義する。位相シフトδとは、光が反射するときに生じる位相のずれを示す量であり、以下の関係式（３）であらわすことが出来る。
δ＝ａｒｃｔａｎ［（２ｎ_iｋ_r）／（ｎ_i ²−ｎ_r ²−ｋ_r ²）］ ・・・（３）

但し、ｎ_r，ｋ_rは、反射電極反射面の複素屈折率であり、ｎ_iは、それに入射する側の屈折率である。

ここで、表示装置の製造プロセスの簡略化という観点から見た場合、発光層以外の層は、出来る限り共通化できるほうが好ましい。そのため、本発明の発光素子アレイは、発光色にかかわらず、発光層４の反射電極（陽極２）側の界面と反射電極（陽極２）の反射面との間の距離を等しくする。このとき、Ｌ_R、Ｌ_G、Ｌ_Bは、発光位置と反射電極の反射面とに挟持される物質の波長分散程度の差しか差異は無く、ほぼ等しい値となる。

また、各色発光層４の反射電極側の界面と反射電極の反射面との間の距離を等しくすることによって、凹凸の少ない発光素子アレイ、あるいは表示装置を得ることができる。凹凸が少ないことによって、保護層８のカバレッジ性を高めることができる。

一方、赤、緑、青の各発光色のピーク波長λ_R、λ_G、λ_Bの間の波長に対しては、色純度の向上という観点から、光学的に弱めあうほうが好ましい。その結果、より鋭いＥＬスペクトルが取り出すことが可能となり、色純度の向上、さらには、表示可能な色再現範囲の拡大に寄与できるからである。

上記２点を考慮し、取り出し効率の向上、及び、色純度の向上を両立する条件として、下記関係式（２’）を見出した。
２Ｌ_R／λ_R＋δ_R／２π＝ｍ
２Ｌ_G／λ_G＋δ_G／２π＝ｍ＋１
２Ｌ_B／λ_B＋δ_B／２π＝ｍ＋２
： ・・・（２’）
（式中、δは、反射電極における位相シフト量である。また、ｍは自然数である。）

すなわち、発光色のピーク波長を、干渉効果による強め合い条件となる連続する次数にあわせることにより、ピーク波長では強め合い、その間の波長では、弱めあうこととなる。その結果、取り出し効率の向上、及び、色純度の向上を両立させることが可能となる。

一方、発光色のピーク波長が干渉の強め合い条件の連続した次数とならない場合、例えば、次数が一部または全部不連続の場合には、発光色のピーク波長の間にも干渉により強め合う波長が生じることとなる。一般に、有機化合物の発光スペクトルは、その半値幅が５０〜１００ｎｍとある程度の幅を持っている。そのため、この様な場合には、ピーク間の波長領域に強めあう部分が生じ、その結果、色純度の向上があまり望めず、逆に悪化するという現象も生じる。したがって、連続する干渉の次数という条件が重要となる。

ここで例示した赤、緑、青（λ_R＝６２０ｎｍ、λ_G＝５２０ｎｍ、λ_B＝４５０ｎｍ）の３原色表示装置においては、特にｍが４または５で前記条件を満たすことが出来る。例えば、ｍが５、すなわち、Ｒは５次、Ｇは６次、Ｂは７次の干渉を用いることで、取り出し効率の向上、及び、色純度の向上を達成できることを見出した。

ただし、本発明は特に３色に限定されるものではない。例えば、発光波長として６５０、５７０，５００，４４０ｎｍ等の４波長光源を用いた場合にも適応可能であり、色再現範囲をより広げることも可能である。

つまり、本発明は、発光色にかかわらず、発光層の反射電極側の界面と反射電極の反射面との間の光学距離が等しい。また、発光色の異なる各発光素子の発光ピーク波長を、波長の長いほうから順次λ₁、λ₂、λ₃、・・・とし、それぞれの発光層の反射電極側の界面と反射電極の反射面との間の光学距離をＬ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、・・・とした場合に、以下の関係式（１）が成立する。
２Ｌ₁／λ₁＋δ₁／２π＝ｍ
２Ｌ₂／λ₂＋δ₂／２π＝ｍ＋１
２Ｌ₃／λ₃＋δ₃／２π＝ｍ＋２
： ・・・（１）
（式中、δは、反射電極における位相シフト量である。また、ｍは自然数である。）

ただし、本発明の発光素子アレイは、上記関係式（１）の条件を厳密に満たさなければならないわけではない。干渉によって光取り出しを強める効果を得ることができればよく、多少の誤差があってもよい。

具体的には、光学距離をＬ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、・・・が以下の関係式（４）に示す範囲に含まれることが好ましい。
｛（２ｍ−１）／４−１／８｝×λ₁≦Ｌ₁≦｛（２ｍ−１）／４＋１／８｝×λ₁｛（２（ｍ＋１）−１）／４−１／８｝×λ₂≦Ｌ₂≦｛（２（ｍ＋１）−１）／４＋１／８｝×λ₂
｛（２（ｍ＋２）−１）／４−１／８｝×λ₃≦Ｌ₃≦｛（２（ｍ＋２）−１）／４＋１／８｝×λ₃
： ・・・（４）

また、製造プロセスの簡略化という観点から、発光色にかかわらず、発光層と反射電極との間に配置されるキャリア輸送層の膜厚が等しく、かつキャリア輸送層は発光素子間を介して複数の発光素子に延在していることが好ましい。このような構成にすることによって、成膜の際にマスク等によって素子毎にパターニング成膜する工程が不要になり、一度に成膜ができるため、製造プロセスを大幅に簡略化できる。また、発光素子間を介して延在しているため、陰極７（光取り出し電極）と陽極２（反射電極）とが有機物層のパターニングのずれ等によってショートするのを防ぐことができる。

ただし、有機ＥＬ素子の構成上、特定の発光色に対しては、キャリアブロック層等の各種機能層が必要な場合や、特定のキャリア輸送層との組み合わせでのみ高効率化が達成できる場合も存在する。そのような場合には、適宜機能層を付加することで、また、キャリア輸送層を置換することで、更なる光の取り出し効率の向上、及び、色純度の向上を達成できる。

以下、本発明の各構成要素について具体的に説明する。

基板１は、支持体１１、ＴＦＴ駆動回路１２、平坦化膜１３からなる。支持体１１としては、特に限定するものではないが、金属、セラミックス、ガラス、石英等の支持体が用いられる。また、プラスチックシート等のフレキシブルシート上にＴＦＴを作成して、フレキシブル表示装置とすることも可能である。

この上に反射電極である陽極２が形成してある。陽極２はコンタクトホール１４により陽極２とＴＦＴ駆動回路１２との接点をとっている。また、陽極２は、各画素にパターニングされ、素子分離膜２３により分離されている。

本形態では、陽極２は、反射性金属２１と透明導電膜２２からなり、透明導電膜２２で光学距離を稼ぐ構成により、高電圧化、及び、チャージバランスの崩れによる効率低下を防いでいる。このとき、反射電極の反射面は反射性電極２１と透明導電膜２２との界面になる。

反射性金属２１としては、透明導電膜２２との界面における反射率が少なくとも５０％以上、好ましくは８０％以上であることが望ましく、特に限定されるものではないが、例えば銀やアルミニウムやクロム（銀合金、アルミニウム合金を含む）等が用いられる。

透明導電膜２２としては、酸化物導電膜、具体的には、酸化インジウムと酸化錫の化合物膜（ＩＴＯ）や酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物膜（ＩＺＯ）等を用いることが出来る。なお、ここで用いている「透明」とは、可視光に対して８０〜１００％の透過率を有していることであり、より具体的には、複素屈折率κが０．０５以下、好ましくは０．０１以下であることが望ましい。複素屈折率κは、吸収の程度を示しており、κが小さいことにより多重反射による減衰を抑えることが出来るからである。

透明導電膜２２の厚さは、その屈折率や発光色にも依存するが、５０ｎｍ以上であることが好ましい。これは、消費電力の観点から、低電圧で駆動したほうが有利だからである。また、リーク防止の観点から、ホール輸送層３の厚さが１０ｎｍ以上、好ましくは１０〜２００ｎｍ、より好ましくは１０〜１００ｎｍの範囲に入るように設定することが望ましい。

ホール輸送層３、発光層４、電子輸送層５、電子注入層６に用いられる有機化合物としては、低分子材料で構成されても、高分子材料で構成されても、両者を用いて構成されてもよく、特に限定されるものではない。必要に応じてこれまで知られている材料を使用することができる。

以下にこれらの化合物例を挙げる。

ホール輸送性材料としては、陽極２からのホールの注入を容易にし、また注入されたホールを発光層４に輸送するに優れたモビリティを有することが好ましい。また、必要に応じて陽極４とホール輸送層３の間にホール注入層を挟持しても良い。ホール注入輸送性能を有する低分子および高分子系材料としては、以下に示すものが挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
トリアリールアミン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、オキサゾール誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、およびポリ（ビニルカルバゾール）、ポリ（シリレン）、ポリ（チオフェン）、その他導電性高分子
以下に、具体例の一部を示す。

発光材料としては、発光効率の高い蛍光色素や燐光材料が用いられる。以下に具体例の一部を示す。

電子輸送性材料としては、注入された電子を発光層４に輸送する機能を有するものから任意に選ぶことができ、ホール輸送材料のキャリア移動度とのバランス等を考慮し選択される。電子注入輸送性能を有する材料としては、以下に示すものが挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、ピラジン誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、ペリレン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、フルオレノン誘導体、アントロン誘導体、フェナントロリン誘導体、有機金属錯体等
以下に、具体例の一部を示す。

また、電子注入材料としては、前述した電子輸送性材料に、アルカリ金属やアルカリ土類金属、もしくはその化合物を０．１〜数十％含有させることにより、電子注入性を付与することが出来る。電子注入層６は、必要不可欠な層ではないが、この後に陰極７を形成する際の成膜時に受けるダメージを考慮すると、良好な電子注入性を確保するために１０〜１００ｎｍ程度挿入した方が好ましい。

これらの有機物層は、一般には真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング、プラズマ等により形成することができる。また、有機化合物を適当な溶媒に溶解させた上で、例えば、スピンコーティング、ディッピング、キャスト法、ＬＢ法、インクジェット法等の公知の塗布法により形成することもできる。特に塗布法で成膜する場合は、適当な結着樹脂と組み合わせて膜を形成することもできる。上記結着樹脂としては、広範囲な結着性樹脂より選択でき、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

例えば、ポリビニルカルバゾール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ブチラール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリスルホン樹脂、尿素樹脂等
また、これらは単独または共重合体ポリマーとして１種または２種以上混合してもよい。さらに必要に応じて、公知の可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤を併用してもよい。

光取り出し電極である陰極７としては、前述したＩＴＯやＩＺＯ等の酸化物導電膜を使用することが出来る。電子輸送層５、及び、電子注入層６との組み合わせにより、電子注入性が良好な組み合わせを適宜選択することが望ましい。陰極７は、スパッタリングにより形成することが出来る。

また、光取り出し電極として半透過反射層を用いることもできる。半透過反射層とは、一部の光を透過し、一部の光を反射する層のことである。この場合、前述の発光位置と反射電極の反射面との間の光学距離を調節することによる光の強めあいだけでなく、半透過反射層の反射面と反射電極の反射面とで反射を繰り返すことによる共振を利用して光取り出し効率を高めることができる。強めあいを利用するためには、発光色の異なる各発光素子の発光ピーク波長を、波長の長いほうから順次λ₁、λ₂、λ₃、・・・とする。そして、それぞれの半透過反射層の反射面と反射電極の反射面との間の光学距離をＬ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、・・・とした場合に、以下の関係式（５）が成立するようにする。
２Ｌ_a1／λ₁＋δ_a1／２π＝ｎ
２Ｌ_a2／λ₂＋δ_a2／２π＝ｎ＋１
２Ｌ_a3／λ₃＋δ_a3／２π＝ｎ＋２
： ・・・（５）

なお、関係式（５）中の右辺の値、ｎ、ｎ＋１、ｎ＋２、・・・は自然数である。また、位相シフト量の和δ_a1、δ_a2、・・・は、半透明反射層における反射時の位相シフト量をδ_h1、δ_h2、・・・とする。そして、反射電極における位相シフト量をδ_r1、δ_r2、・・・とした場合、δ_a1＝δ_h1＋δ_r1、で表される量であり、０以上２π未満の値をとる。

保護層８は、酸素や水分等との接触を防止する目的で設けられる。保護層８としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の金属窒化物膜や、酸化タンタル等の金属酸化物膜、ダイヤモンド薄膜、また、フッ素樹脂、ポリパラキシレン、ポリエチレン、シリコーン樹脂、ポリスチレン樹脂等の高分子膜、光硬化性樹脂等が挙げられる。また、ガラス、気体不透過性フィルム、金属などをカバーし、適当な封止樹脂により素子自体をパッケージングすることもできる。また、防湿性を高める為に、保護層８内に吸湿材を含有させても良い。

なお、これまでは、ＴＦＴ駆動回路１２側が陽極２となる構成で説明してきたが、図５に示すような逆構成としてもよい。すなわち、反射性金属７１と透明導電膜７２からなる反射電極としての陰極７、電子注入層６、電子輸送層５、発光層４、ホール輸送層３、光取り出し電極としての陽極２、保護層８を順次積層した構成としてもよい。このような構成においては、キャリア輸送促進層としての電子注入層６にドープするドナーとしては、電子輸送層５のドープ材料、例えば後述するアルカリ金属やアルカリ土類金属、もしくはその化合物を使用することが出来る。

さらには、透明基板上に光取り出し電極を形成し、その上に有機物層、反射電極を積層し、基板側から光を取り出す、いわゆるボトムエミッション構成においても本発明を実施することは可能である。

また、ここでは、いわゆるダブルへテロ構成のＥＬ素子を例にとり説明してきたが、本発明はシングルへテロ構成のＥＬ素子にも適応可能である。

さらに、本発明は、素子毎に駆動を制御する駆動回路を有するいわゆるアクティブマトリクス型の表示装置だけでなく、デューティ駆動によってストライプ上の電極が交差した交点で発光させるパッシブマトリクス型の表示装置にも適用できる。

図４は、本発明の他の実施形態の例であり、基板１上に、陽極２、ホール輸送層３、発光層４、電子輸送層５、電子注入層６、陰極７、保護層８を順次設けた構成のものであり、陽極２が反射電極として、陰極７が光取り出し電極として機能する。

本実施形態においては、陽極２は、単層の反射性電極からなり、ホール輸送層３が、第一のホール輸送層３１と第二のホール輸送層３２からなっている。第一のホール輸送層３１は、アクセプターがドープされ、キャリア輸送促進層として機能し、第二のホール輸送層３２は未ドープであり、キャリア輸送層として機能する。本形態では、キャリア輸送促進層である第一のホール輸送層３１で光学距離を稼ぐことにより、高電圧化、及び、チャージバランスの崩れによる効率低下を防いでいる。

第一のホール輸送層３１の膜厚は、アクセプターの拡散あるいは駆動電圧の低電圧化を考慮して４００〜７００ｎｍの範囲に入るように設定することが好ましい。

ここで使用可能な陽極２としては、第一のホール輸送層３１との界面において反射率が高く、ホールが注入し易いことが必要であり、物性的には大きな屈折率差と大きな仕事関数であることが好ましい。この観点からニッケルやクロム等を使用することが出来るが、特に限定されるものではない。第一のホール輸送層３１に用いるアクセプターの注入促進効果により、アルミニウム、銀合金等も使用可能である。また、前述した反射性金属と透明導電膜の２層からなる陽極も使用することが出来る。

第一のホール輸送層３１で用いるアクセプターとしては、ＰＴＳＡ、ＴＣＮＱ，ＦｅＣｌ₃やＴＢＡＨＡ等のルイス酸、ハロゲン化金属や、アリールアミンとハロゲン化金属の塩等が挙げられる。具体的には、前述したホール輸送材料に、アクセプターを０．１〜数十％ドープすることで、キャリアの量が増大し、大きな電流を低電圧で流すことが可能となる。したがって、ホール輸送層３が合計数百から千数百ｎｍと厚くなっても、電圧の上昇を伴わずに駆動することが可能となる。

図６は、本発明の他の実施形態の例であり、基板１上に、陽極２、ホール輸送層３、発光層４、電子輸送層５、電子注入層６、陰極７、保護層８を順次設けた構成のものであり、陽極２が反射電極として、陰極７が光取り出し電極として機能する。

本実施形態においては、Ｒ発光層４１と電子輸送層５の間にホールブロック層９１を挿入し、Ｂ発光層４３とホール輸送層３の間に電子ブロック層９２を挿入した。本形態によれば、キャリアブロック層を有することにより、励起子生成効率が高まり、光の取り出し効率をより高めることができる。

ホールブロック層９１の材料としては、隣接する発光層や電子輸送層よりもＨＯＭＯの準位が低い材料が好ましく、例えばＢＣＰ（ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｄｉｐｈｅｎｙｌ ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）、ＢＡｌｑ、トリアジン等を挙げることができる。電子ブロック層９２の材料としては、隣接する発光層やホール輸送層よりもＬＵＭＯの準位が高い材料が好ましく、例えばＴＰＤ、等を挙げることができる。ホールブロック層９１、電子ブロック層９２の膜厚は、駆動電圧の低電圧化を考慮して５〜５０ｎｍの範囲に入るように設定することが好ましい。特に、電子ブロック層９２の膜厚は、光学距離が関係式（２’）を満たすように、５〜３０ｎｍの範囲に入るように設定することが好ましい。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明していくが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１＞
図１に示す構造の赤、緑、青の３色からなる表示装置を以下に示す方法で作成した。

支持体１１としてのガラス基板上に、低温ポリシリコンからなるＴＦＴ駆動回路１２を形成し、その上にアクリル樹脂からなる平坦化膜１３を形成して基板１とした。この上に反射性金属２１としての銀合金（ＡｇＰｄＣｕ）を約１００ｎｍスパッタリング法にて形成してパターニングした。さらに、透明導電膜２２としてのＩＺＯをスパッタリング法にて６２０ｎｍの形成してパターニングし、陽極２（反射電極）を形成した。さらに、アクリル樹脂により素子分離膜２３を形成し陽極付き基板を作成した。これをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で超音波洗浄し、次いで、煮沸洗浄後乾燥した。さらに、ＵＶ／オゾン洗浄してから有機化合物を真空蒸着により成膜する。

始めに、共通のホール輸送層３として、以下に示す化合物［Ｉ］を、５０ｎｍの厚さですべての画素に成膜した。この際の真空度は１×１０^-4Ｐａ、蒸着レートは、０．２ｎｍ／ｓｅｃである。

次に、発光層４として、シャドーマスクを用いて、ＲＧＢそれぞれの発光層を成膜した。Ｒ発光層４１として、
ホストであるＡｌｑ₃と、
発光性化合物ＤＣＭ［４−（ｄｉｃｙａｎｏｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）−２−ｍｅｔｈｙｌ−６（ｐ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏｓｔｙｒｙｌ）−４Ｈ−ｐｙｒａｎ］と、
を共蒸着（重量比９９：１）して３０ｎｍの発光層を設けた。Ｇ発光層４２として、ホストであるＡｌｑ₃と、発光性化合物クマリン６を共蒸着（重量比９９：１）して３０ｎｍの発光層を設けた。Ｂ発光層４３として、ホストである以下に示す化合物［ＩＩ］と発光性化合物［ＩＩＩ］を共蒸着（重量比８０：２０）して３０ｎｍの発光層を設けた。蒸着時の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件で成膜した。

更に、共通の電子輸送層５としてバソフェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）を真空蒸着法にて３０ｎｍの膜厚に形成した。蒸着時の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。

次に、共通の電子注入層６として、ＢｐｈｅｎとＣｓ₂ＣＯ₃を共蒸着（重量比９０：１０）して２０ｎｍの膜厚に形成した。蒸着時の真空度は３×１０^-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。

この電子注入層６まで成膜した基板を、真空を破ること無しにスパッタ装置に移動し、陰極７（光取り出し電極）としてＩＴＯを６０ｎｍ成膜した。さらに保護膜８として、窒化酸化シリコンを７００ｎｍ成膜し、表示装置を得た。

この表示装置の発光位置（発光層４とホール輸送層３の界面）と反射電極の反射面（反射性金属２１と透明導電膜２２の界面）との光学距離は以下の通りであり、干渉の次数は、それぞれ５次、６次、７次（ｍ＝５）である。
Ｒ（λ_R＝６２０ｎｍ）：１３５０ｎｍ
Ｇ（λ_G＝５２０ｎｍ）：１４００ｎｍ
Ｂ（λ_B＝４５０ｎｍ）：１４５０ｎｍ

この様にして得られた表示装置において、白（色度座標：０．３２，０．３３、３００ｃｄ／ｍ²）を表示する際のＲＧＢそれぞれの発光効率及び色度座標を、表１に示す。表１に示すように、効率、色純度とも良好な結果を得た。

＜実施例２＞
陽極２を構成する透明導電膜２２の厚さを４８０ｎｍとした以外は、実施例１と同様にして表示装置を作成した。

この表示装置の発光位置（発光層４とホール輸送層３の界面）と反射電極の反射面（反射性金属２１と透明導電膜２２の界面）との光学距離は以下の通りであり、干渉の次数は、それぞれ４次、５次、６次（ｍ＝４）である。
Ｒ（λ_R＝６２０ｎｍ）：１０６５ｎｍ
Ｇ（λ_G＝５２０ｎｍ）：１１００ｎｍ
Ｂ（λ_B＝４５０ｎｍ）：１１５０ｎｍ

実施例１と同様にして求めた発光効率及び色度座標を表１に示す。表１に示すように、効率、色純度とも良好な結果を得た。

＜実施例３＞
図４に示す様に、陽極２（反射電極）を銀合金（ＡｇＰｄＣｕ）１００ｎｍのみとし、ホール輸送層３として、アクセプターをドープした第一のホール輸送層３１と未ドープの第二のホール輸送層３２を成膜した以外は、実施例１と同様にして表示装置を作成した。

第一のホール輸送層３１は、実施例１で使用した化合物［Ｉ］とＦｅＣｌ₃との共蒸着（重量比９５：５、５８０ｎｍ）により作成した。蒸着時の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜速度は１．０ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。第２のホール輸送層３２は、実施例１で使用した化合物［Ｉ］を２０ｎｍ蒸着して作成した。蒸着時の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。

この表示装置の発光位置（発光層４とホール輸送層３の界面）と反射電極の反射面（陽極２とホール輸送層３の界面）との光学距離は以下の通りであり、干渉の次数は、それぞれ４次、５次、６次（ｍ＝４）である。
Ｒ（λ_R＝６２０ｎｍ）：１０５５ｎｍ
Ｇ（λ_G＝５２０ｎｍ）：１０９０ｎｍ
Ｂ（λ_B＝４５０ｎｍ）：１１５０ｎｍ

実施例１と同様にして求めた発光効率及び色度座標を表１に示す。表１に示すように、効率、色純度とも良好な結果を得た。

＜実施例４＞
図６に示す様に、Ｒ発光層４１と電子輸送層５の間にホールブロック層９１を挿入し、Ｂ発光層４３とホール輸送層３の間に電子ブロック層９２を挿入した以外は、実施例２と同様にして表示装置を作成した。

ホールブロック層９１としては、ＢＣＰ（ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｄｉｐｈｅｎｙｌ ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）を５ｎｍの厚さで成膜した。電子ブロック層９２としては、ＴＰＤを５ｎｍの厚さで成膜した。

この表示装置の発光位置（Ｒ、Ｇ：発光層４とホール輸送層３の界面、Ｂ：発光層４と電子ブロック層９２の界面）と反射電極の反射面（反射性金属２１と透明導電膜２２の界面）との光学距離は以下の通りである。そして、干渉の次数は、それぞれ４次、５次、６次（ｍ＝４）である。
Ｒ（λ_R＝６２０ｎｍ）１０６５ｎｍ
Ｇ（λ_G＝５２０ｎｍ）１１００ｎｍ
Ｂ（λ_B＝４５０ｎｍ）１１６０ｎｍ

実施例１と同様にして求めた発光効率及び色度座標を表１に示す。表１に示すように、キャリアブロック層挿入の効果により、より良好な効率を得た。

＜比較例１＞
陽極２を構成する透明導電膜２２の厚さを２０ｎｍとした以外は、実施例１と同様にして表示装置を作成した。

この表示装置の発光位置（発光層４とホール輸送層３の界面）と反射電極の反射面（反射性金属２１と透明導電膜２２の界面）との光学距離は以下の通りである。
Ｒ（λ_R＝６２０ｎｍ）：１２０ｎｍ
Ｇ（λ_G＝５２０ｎｍ）：１２０ｎｍ
Ｂ（λ_B＝４５０ｎｍ）：１６０ｎｍ

実施例１と同様にして求めた発光効率及び色度座標を表１に示す。表１に示すように、色度座標はＲＧＢすべてにおいて悪化し、また、効率も特にＧとＢにおいて低下した。

＜比較例２＞
陽極２を構成する透明導電膜２２の厚さを１０００ｎｍとした以外は、実施例１と同様にして表示装置を作成した。

この表示装置の発光位置（発光層４とホール輸送層３の界面）と反射電極の反射面（反射性金属２１と透明導電膜２２の界面）との光学距離は以下の通りであり、干渉の次数は、それぞれ８次、１０次、１２次である。
Ｒ（λ_R＝６２０ｎｍ）２１２０ｎｍ
Ｇ（λ_G＝５２０ｎｍ）２２００ｎｍ
Ｂ（λ_B＝４５０ｎｍ）２３００ｎｍ

実施例１と同様にして求めた発光効率及び色度座標を表１に示す。表１に示すように、４次、５次、６次の干渉を利用した実施例２の場合と比較して、色純度と効率両者ともＲＧＢすべてにおいて低下した。

本発明の有機ＥＬ素子アレイを用いた表示装置の一例を示す概略断面図である。 有機ＥＬ素子の発光領域を示す概念図である。 多重反射による干渉効果を示す概念図である。 本発明の有機ＥＬ素子アレイを用いた表示装置の他の例を示す概略断面図である。 本発明の有機ＥＬ素子アレイを用いた表示装置の他の例を示す概略断面図である。 本発明の有機ＥＬ素子アレイを用いた表示装置の他の例を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 基板
２ 陽極
３ ホール輸送層
４ 発光層
５ 電子輸送層
６ 電子注入層
７ 陰極
８ 保護層
１１ 支持体
１２ ＴＦＴ駆動回路
１３ 平坦化膜
１４ コンタクトホール
２１ 反射性金属
２２ 透明導電膜
２３ 素子分離膜
３１ 第一のホール輸送層
３２ 第二のホール輸送層
４１ Ｒ発光層
４２ Ｇ発光層
４３ Ｂ発光層
７１ 反射性金属
７２ 透明導電膜
９１ ホールブロック層
９２ 電子ブロック層

Claims (7)

1. 発光色が異なる複数の発光素子を有する発光素子アレイにおいて、
   前記発光素子は、光取り出し電極および反射電極からなる１対の電極と、該１対の電極の間に配置された、発光層と前記発光層と前記反射電極との間に配置されるキャリア輸送層とを有する有機化合物層と、を有し、
   前記有機化合物層は前記キャリア輸送層と前記反射電極との間にキャリア輸送促進層を有し、
   前記発光色にかかわらず、前記キャリア輸送促進層の膜厚は等しく、
   前記発光色にかかわらず前記キャリア輸送層の膜厚は等しく、かつ、前記キャリア輸送層は前記発光素子の間を介して前記複数の発光素子に延在する層であり、
   前記キャリア輸送促進層の膜厚が前記キャリア輸送層の膜厚よりも厚く、
   発光色の異なる各発光素子の発光ピーク波長を、波長の長いほうから順次λ₁、λ₂、λ₃、・・・とし、それぞれの前記発光層の前記反射電極側の界面と前記反射電極の反射面との間の光学距離をＬ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、・・・とし、ｍを自然数とした場合に、以下の関係式（４）が成立することを特徴とする発光素子アレイ。
   ｛（２ｍ−１）／４−１／８｝×λ ₁ ≦Ｌ ₁ ≦｛（２ｍ−１）／４＋１／８｝×λ ₁
   ｛（２（ｍ＋１）−１）／４−１／８｝×λ ₂ ≦Ｌ ₂ ≦｛（２（ｍ＋１）−１）／４＋１／８｝×λ ₂
   ｛（２（ｍ＋２）−１）／４−１／８｝×λ ₃ ≦Ｌ ₃ ≦｛（２（ｍ＋２）−１）／４＋１／８｝×λ ₃
   ： ・・・（４）
2. 前記光取り出し電極が陰極であり、前記反射電極が陽極であり、前記キャリア輸送促進層はアクセプターがドープされた第一のホール輸送層であり、前記キャリア輸送層はアクセプターがドープされていない第二のホール輸送層であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子アレイ。
3. 前記第一のホール輸送層の厚さは４００〜７００ｎｍであることを特徴とする請求項２に記載の発光素子アレイ。
4. 前記アクセプターは、ルイス酸またはハロゲン化金属またはアリールアミンとハロゲン化金属の塩を含有することを特徴とする請求項２または３に記載の発光素子アレイ。
5. 発光色が異なる複数の発光素子を有する発光素子アレイにおいて、
   前記発光素子は、光取り出し電極および反射電極からなる１対の電極と、該１対の電極の間に配置された、発光層と前記発光層と前記反射電極との間に配置されるキャリア輸送層とを有する有機化合物層と、を有し、
   前記反射電極は反射性金属と前記有機化合物層と接する透明導電膜とからなり、
   前記反射性金属と前記透明導電膜との界面が前記発光層で発光した光を反射する反射面であり、
   前記発光色にかかわらず、前記透明導電膜の膜厚は等しく、
   前記発光色にかかわらず前記キャリア輸送層の膜厚は等しく、かつ、前記キャリア輸送層は前記発光素子の間を介して前記複数の発光素子に延在する層であり、
   前記透明導電膜の膜厚が前記キャリア輸送層の膜厚よりも厚く、
   発光色の異なる各発光素子の発光ピーク波長を、波長の長いほうから順次λ₁、λ₂、λ₃、・・・とし、それぞれの前記発光層の前記反射電極側の界面と前記反射面との間の光学距離をＬ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、・・・とし、ｍを自然数とした場合に、以下の関係式（４）が成立することを特徴とする発光素子アレイ。
   ｛（２ｍ−１）／４−１／８｝×λ ₁ ≦Ｌ ₁ ≦｛（２ｍ−１）／４＋１／８｝×λ ₁
   ｛（２（ｍ＋１）−１）／４−１／８｝×λ ₂ ≦Ｌ ₂ ≦｛（２（ｍ＋１）−１）／４＋１／８｝×λ ₂
   ｛（２（ｍ＋２）−１）／４−１／８｝×λ ₃ ≦Ｌ ₃ ≦｛（２（ｍ＋２）−１）／４＋１／８｝×λ ₃
   ： ・・・（４）
6. 前記発光素子の発光色が、赤、緑、青の３色を少なくとも有し、前記関係式（４）におけるｍが４，または５であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光素子アレイ。
7. 前記光取り出し電極が陰極であり、前記有機化合物層は、前記陰極に接して、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有する電子注入層を有し、前記電子注入層の膜厚が１０〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光素子アレイ。

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