JPH07142169A - 有機電界発光素子 - Google Patents

有機電界発光素子

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JPH07142169A
JPH07142169A JP28521893A JP28521893A JPH07142169A JP H07142169 A JPH07142169 A JP H07142169A JP 28521893 A JP28521893 A JP 28521893A JP 28521893 A JP28521893 A JP 28521893A JP H07142169 A JPH07142169 A JP H07142169A
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Yoshiharu Sato
佳晴 佐藤
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Mitsubishi Chem Corp
三菱化学株式会社
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【構成】 基板1上に、陽極及び陰極により挟持された
正孔輸送層3及び有機発光層を少なくとも有する有機電
界発光素子であって、有機発光層は正孔輸送層3側から
青色発光層4、緑色発光層5を順に積層してなり、か
つ、緑色発光層5は赤色蛍光色素を含有する領域を有す
ることを特徴とする有機電界発光素子。 【効果】 長期間安定した白色発光特性を得ることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】本発明は、有機電界発光素子に関
するものであり、詳しくは、有機化合物からなる発光層
に電界をかけて光を放出する薄膜型デバイスに関するも
のである。

【0002】

【従来の技術】従来、薄膜型の電界発光(EL)素子と
しては、無機材料のII−VI族化合物半導体であるZn
S、CaS、SrS等に、発光中心であるMnや希土類
元素(Eu、Ce、Tb、Sm等)をドープしたものが
一般的であるが、上記の無機材料から作製したEL素子
は、 1)交流駆動が必要(50〜1000Hz)、 2)駆動電圧が高い(〜200V)、 3)フルカラー化が困難(特に青色が問題)、 4)周辺駆動回路のコストが高い、 という問題点を有している。

【0003】しかし、近年、上記問題点の改良のため、
有機薄膜を用いたEL素子の開発が行われるようになっ
た。特に、発光効率を高めるために電極からのキャリア
ー注入の効率向上を目的とした電極種類の最適化を行
い、芳香族ジアミンからなる有機正孔輸送層と8−ヒド
ロキシキノリンのアルミニウム錯体からなる有機発光層
を設けた有機電界発光素子の開発(Appl.Phy
s.Lett.,51巻,913頁,1987年参照)
により、従来のアントラセン等の単結晶を用いた電界発
光素子と比較して発光効率の大幅な改善がなされてい
る。

【0004】有機電界発光素子への大きな期待として、
フルカラー表示素子への応用が挙げられる。有機電界発
光素子を用いてフルカラー表示を行うには、2つの方法
が考えられる。一つは、青色、緑色、赤色の各発光部を
平面状に配置する方法である。有機発光部をこのように
配列する方法として、蒸着マスクで行うことが開示され
ているが(特開平3−187192号公報参照)、この
方法では微細な配列パターンを形成したり、多数の表示
部分をパターニングすることが困難である。フォトリソ
グラフィによるパターニングも考えられるが、有機電界
発光素子に用いられる正孔輸送材料や発光材料が有機溶
媒に可溶なために、フォトリソグラフィプロセスを繰り
返して青、緑、赤色の各発光部を配列させることは非常
に困難である。さらに、この方法の欠点としては、有機
電界発光素子の発光の色純度が不十分なことも挙げられ
る。

【0005】もう一つの方法として、白色発光素子から
の光をカラーフィルターを用いて青、緑、赤の画素に分
けることが考えられる。この方法では、白色発光する有
機電界発光素子が必要であるが、従来のテトラフェニル
ブタジエン誘導体を用いた白色発光素子では発光特性が
不十分であった(特開平4−88079号公報、特開平
5−94875号公報参照)。

【0006】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、有機電
界発光素子を用いてフルカラーの表示素子を作製するに
は白色発光をする有機電界発光素子とカラーフィルター
の組合せにより達成するのが現実的と考えられるが、白
色発光の有機電界発光素子には、 1)発光効率が低く、高輝度が得られない、 2)青、緑、赤色の各発光強度のバランスがとりにく
い、 3)有機層の結晶化等の劣化により長期の安定性がな
い、 等の問題点が挙げられる。

【0007】上述の理由から、白色発光の有機電界発光
素子を用いたフルカラー表示素子は実用化のために多く
の問題を抱えているのが実状である。

【0008】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記実状に
鑑み、発光輝度が高く、白色発光の色バランスをとり易
く、かつ、長期間に渡って安定な発光特性を維持できる
有機電界発光素子を提供することを目的として鋭意検討
した結果、有機発光層が正孔輸送層側から青色発光層、
緑色発光層を順に積層してなるものであり、かつ、緑色
発光層は赤色蛍光色素を含有する領域を有することが好
適であることを見い出し、本発明を完成するに至った。

【0009】即ち、本発明の要旨は、基板上に、陽極及
び陰極により挟持された正孔輸送層及び有機発光層を少
なくとも有する有機電界発光素子であって、有機発光層
は正孔輸送層側から青色発光層、緑色発光層を順に積層
してなり、かつ、緑色発光層は赤色蛍光色素を含有する
領域を有することを特徴とする有機電界発光素子に存す
る。

【0010】以下、本発明の有機電界発光素子を図面に
従い説明する。図1は本発明の有機電界発光素子の構造
例を模式的に示す断面図であり、1は基板、2a、2b
は導電層、3は正孔輸送層、4は有機青色発光層、5は
有機緑色発光層を各々表わす。基板1は、本発明の有機
電界発光素子の支持体となるものであり、石英やガラス
の板、金属板や金属箔、プラスチックフィルムやシート
等が用いられるが、ガラス板や、ポリエステル、ポリメ
チルメタアクリレート、ポリカーボネート、ポリサルホ
ン等の透明な合成樹脂基板が好ましい。

【0011】基板1上には導電層2aが設けられるが、
この導電層2aとしては通常、アルミニウム、金、銀、
ニッケル、パラジウム、テルル等の金属、インジウム及
び/又はスズの酸化物等の金属酸化物やヨウ化銅、カー
ボンブラック、あるいは、ポリ(3−メチルチオフェ
ン)等の導電性高分子等により構成される。導電層の形
成は通常、スパッタリング法、真空蒸着法等により行わ
れることが多いが、銀等の金属微粒子あるいはヨウ化
銅、カーボンブラック、導電性の金属酸化物微粒子、導
電性高分子微粉末等の場合には、適当なバインダー樹脂
溶液に分散させ、基板上に塗布することにより形成する
こともできる。さらに、導電性高分子の場合は電解重合
により直接基板上に薄膜を形成したり、基板上に塗布し
て形成することもできる(Appl.Phys.Let
t.,60巻,2711頁,1992年参照)。上記の
導電層は異なる物質で積層することも可能である。導電
層2aの厚みは、必要とする透明性により異なるが、透
明性が必要とされる場合は、可視光の透過率が60%以
上、好ましくは80%以上透過することが望ましく、こ
の場合、厚みは、通常、5〜1000nm、好ましくは
10〜500nm程度である。不透明でよい場合は導電
層2aは基板1と同一でもよい。

【0012】図1に示した例では、導電層2aは陽極
(アノード)として正孔注入の役割を果たすものであ
る。一方、導電層2bは陰極(カソード)として、有機
発光層4に電子を注入する役割を果たす。導電層2bと
して用いられる材料は、前記導電層2a用の材料を用い
ることが可能であるが、効率よく電子注入を行なうに
は、仕事関数の低い金属が好ましく、スズ、マグネシウ
ム、インジウム、アルミニウム、銀等の適当な金属又は
それらの合金が用いられる。導電層2bの膜厚は通常、
導電層2aと同様である。また、図1には示してはいな
いが、導電層2bの上にさらに基板1と同様の基板を設
けることもできる。但し、導電層2aと2bの少なくと
も一方は透明性の良いことがEL素子としては必要であ
る。このことから、導電層2aと2bの一方は、10〜
500nmの膜厚であることが好ましく、透明性の良い
ことが望まれる。

【0013】導電層2aの上には正孔輸送層3が設けら
れるが、正孔輸送材料としては、導電層2aからの正孔
注入効率が高く、かつ、注入された正孔を効率よく輸送
することができる材料であることが必要である。そのた
めには、イオン化ポテンシャルが小さく、しかも正孔移
動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不
純物が製造時や使用時に発生しにくいことが要求され
る。

【0014】このような正孔輸送化合物としては、例え
ば、特開昭59−194393号公報、米国特許第4,
175,960号、米国特許第4,923,774号及
び米国特許第5,047,687号等に記載されてい
る、N,N’−ジフェニル−N,N’−(3−メチルフ
ェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミ
ン、1,1’−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニ
ル)シクロヘキサン、4,4’−ビス(N−(1−ナフ
チル)−N−フェニルアミノ)ビフェニル等の芳香族ア
ミン系化合物、特開平2−311591号公報に記載さ
れているヒドラゾン化合物、米国特許第4,950,9
50号公報に記載されているシラザン化合物、キナクリ
ドン化合物等が挙げられる。これらの化合物は、単独で
使用してもよいし、必要に応じて、各々混合して使用し
てもよい。上記の化合物以外に、ポリビニルカルバゾー
ルやポリシラン(Appl.Phys.Lett.,5
9巻,2760頁,1991年参照)等の高分子材料が
挙げられる。

【0015】上記の有機正孔輸送材料は塗布法あるいは
真空蒸着法により前記導電層2a上に積層することによ
り正孔輸送層3を形成する。塗布の場合は、有機正孔輸
送化合物を1種又は2種以上と必要により正孔のトラッ
プにならないバインダー樹脂や、レベリング剤等の塗布
性改良剤等の添加剤を添加し溶解した塗布溶液を調整
し、スピンコート法等の方法により導電層2a上に塗布
し、乾燥して有機正孔輸送層3を形成する。バインダー
樹脂としては、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポ
リエステル等が挙げられる。バインダー樹脂は添加量が
多いと正孔移動度を低下させるので、少ない方が望まし
く、50重量%以下が好ましい。

【0016】真空蒸着法の場合には、通常、有機正孔輸
送材料を真空容器内に設置されたルツボに入れ、真空容
器内を適当な真空ポンプで10-6Torr程度にまで排
気した後、ルツボを加熱して、正孔輸送材料を蒸発さ
せ、ルツボと向き合って置かれた基板上に層を形成す
る。有機正孔輸送層を形成する場合、さらにアクセプタ
として、芳香族カルボン酸の金属錯体及び/又は金属塩
(特開平4−320484号公報参照)、ベンゾフェノ
ン誘導体及びチオベンゾフェノン誘導体(特願平4−1
06977号参照)、フラーレン類(特願平4−144
479号参照)を10-3から10重量%の濃度でドープ
して、フリーキャリアとしての正孔を生成させ、低電圧
駆動とすることが可能である。

【0017】正孔輸送層3の膜厚は、通常、10〜30
0nm、好ましくは30〜100nmである。このよう
に薄い膜を一様に形成するためには、真空蒸着法がよく
用いられる。正孔輸送層3の材料としては、有機化合物
の代わりに無機材料を使用することも可能である。無機
材料に要求される条件は、有機正孔輸送化合物と同じで
ある。

【0018】正孔輸送層3に用いられる無機材料として
は、p型水素化非晶質シリコン、p型水素化非晶質炭化
シリコン、p型水素化微結晶性炭化シリコン、あるい
は、p型硫化亜鉛、p型セレン化亜鉛等が挙げられる。
これらの無機正孔輸送層はCVD法、プラズマCVD
法、真空蒸着法、スパッタ法等により形成される。無機
正孔輸送層の膜厚も有機正孔輸送層と同様に、通常、1
0〜300nm、好ましくは30〜100nmである。

【0019】正孔輸送層3の上には有機青色発光層4が
設けられるが、有機青色発光層4は、電界を与えられた
電極間において陰極から注入された電子を効率よく正孔
輸送層の方向に輸送することができる化合物より形成さ
れる。有機青色発光層4に用いられる化合物としては、
導電層2bからの電子注入効率が高く、かつ、注入され
た電子を効率よく輸送することができる化合物であるこ
とが必要である。そのためには、電子親和力が大きく、
しかも電子移動度が大きく、さらに安定性にすぐれトラ
ップとなる不純物が製造時や使用時に発生しにくい化合
物であることが要求される。また、正孔と電子の再結合
の際に青色発光をもたらす役割も求られる。さらに、均
一な薄膜形状を与えることも素子の安定性の点で重要で
ある。

【0020】このような条件を満たす材料として、下記
一般式で表されるオキサゾール金属錯体(特願平5−1
27452号参照);

【0021】

【化1】

【0022】(式中、R1 ないしR8 は、各々独立に、
水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アラルキル基、
アルケニル基、アリル基、シアノ基、アミノ基、アミド
基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、アルコ
キシ基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又
は芳香族複素環基を示し、MはBe、Zn、Cd、A
l、Ga、In、Sc、Y、Mg、Ca、Sr、Co、
Cu又はNiを示し、nは1から3までの整数であ
る。)、下記構造式に示すジスチリルベンゼン誘導体
(日本化学会誌,1162頁,1992年;応用物理,
62巻,1015頁,1993年参照);

【0023】

【化2】

【0024】(式中、R9 ないしR12は、各々独立に、
水素原子、メチル基、t−ブチル基等のアルキル基等を
示す。)、スチリルアミン含有ポリカーボネート(Ap
pl.Phys.Lett.,61巻,2503頁,1
992年参照)、下記構造式に示すオキサジアゾール誘
導体(日本化学会誌,1540頁,1991年参照);

【0025】

【化3】

【0026】(式中、R13及びR14は、各々独立に、t
−ブチル基、シクロヘキシル等のアルキル基、シクロア
ルキル基等を示す。)、

【0027】

【化4】

【0028】(式中、R15及びR16は、各々独立に、t
−ブチル基、ジメチルアミノ基等のアルキル基、アルキ
ルアミノ基等を示す。)、アゾメチン亜鉛錯体(Jp
n.J.Appl.Phys.,32巻,L511頁,
1993年参照)、下記構造式に示すアルミニウム錯体
(特開平5−198377号公報、特開平5−2143
32号公報参照);

【0029】

【化5】

【0030】(式中、R17ないしR19は、各々独立に、
水素原子、メチル基等のアルキル基、R20ないしR22
各々独立に水素原子、ハロゲン原子、α−ハロアルキル
基、α−ハロアルコキシ基、アミド基、カルボニル基、
スルフォニル基、カルボニルオキシ基、オキシカルボニ
ル基等を示す。)、

【0031】

【化6】

【0032】(式中、L1 ないしL5 は、各々独立に、
水素原子、炭素数1〜12の炭化水素基を示し、L1
2 、L2 とL3 は互いに結合して芳香環を形成してい
てもよい。)等が挙げられる。有機青色発光層4の膜厚
は、通常、5〜200nm、好ましくは10〜100n
mである。

【0033】有機発光層も有機正孔輸送層と同様の方法
で形成することができるが、通常は真空蒸着法が用いら
れる。上記青色発光層の発光効率を向上させるとともに
発光スペクトルを青色用カラーフィルターに整合させる
目的で、上記の青色発光材料をホスト材料として、高い
蛍光の量子収率を有する青色蛍光色素をドープすること
(J.Appl.Phys.,65巻,3610頁,1
989年参照)も有効である。ドープする青色蛍光色素
としては、アントラセン、ペリレン、コロネン、ベンゾ
ピレン、ベンゾクリセン、ベンゾアントラセン、ベンゾ
ナフタセン、ピセン、ペンタフェン、ヘキサセン、アン
タンスレン等の縮合芳香族環化合物、クマリン440
(7−アミノ−4−メチルクマリン)、クマリン2
(4,6−ジメチル−7−エチルクマリン)、クマリン
339、クマリン47(7−ジエチルアミノ−4−メチ
ルクマリン)、クマリン466(7−ジエチルアミノク
マリン)、クマリン138(7−ジメチルアミノシクロ
ペンタ[c]クマリン)、クマリン4(7−ヒドロキシ
−4−メチルクマリン)、クマリン480(2,3,
5,6−1H,4H−テトラヒドロ−8−メチルキノリ
ジノ−<9,9a,1−gh>クマリン)等のクマリン
化合物、アクリドン、4,4’−ビス(x,y−ジシア
ノスチリル)ビフェニル、テトラフェニルブタジエン、
7−ジメチルアミノ−1−メチル−4−トリフルオロメ
チルキノロン等のキノロン−2化合物、7−ジメチルア
ミノ−1−メチル−4−トリフルオロメチル−8−アザ
キノロン等のアザキノロン化合物、1,4−ビス{4−
[5−(4−ビフェニリル)−2−オキサゾリル]スチ
リル}ベンゼン等のスチリルベンゼン化合物、1,3−
ジフェニルイソベンゾフラン等のベンゾフラン化合物、
1,5−ジフェニル−3−スチリル−2−ピラゾリン等
のピラゾリン化合物、2−アミノ−6,7−ジメチル−
3,4−ジヒドロプテリジン−4−オン等のプテリジン
化合物が挙げられる。これらの青色蛍光色素が前記ホス
ト材料にドープされる量は10-3〜10モル%の範囲が
好ましい。

【0034】有機青色発光層4の上には有機緑色発光層
5が設けられる。有機緑色発光層5に用いられる化合物
としては、有機青色発光層に用いられる材料と同様に、
導電層2bからの電子注入効率が高く、かつ、注入され
た電子を効率よく輸送することができる化合物であるこ
とが必要である。そのためには、電子親和力が大きく、
しかも電子移動度が大きく、さらに安定性に優れトラッ
プとなる不純物が製造時や使用時に発生しにくい化合物
であることが要求される。また、正孔と電子の再結合の
際に緑色発光をもたらす役割も求られる。さらに、均一
な薄膜形状を与えることも素子の安定性の点で重要であ
る。

【0035】有機緑色発光層の材料としては、8−ヒド
ロキシキノリンのアルミニウム錯体等の金属錯体(特開
昭59−194393号公報、Jpn.J.Appl.
Phys.,32巻,L514頁,1993年参照)、
ナフタルイミド誘導体(J.Electrochem.
Soc.,139巻,3610頁,1992年)、チア
ジアゾロピリジン誘導体(特開平3−37292号公報
参照)、ピロロピリジン誘導体(特開平3−37293
号公報参照)、ナフチリジン誘導体(特開平3−203
982号公報参照)等が挙げられる。これらの化合物
は、単独で使用してもよいし、必要に応じて、各々、混
合して使用してもよい。

【0036】有機緑色発光層4の膜厚は、通常、5〜2
00nm、好ましくは10〜100nmである。有機緑
色発光層も有機正孔輸送層と同様の方法で形成すること
ができるが、通常は真空蒸着法が用いられる。上記の有
機緑色発光層には、600nm以上の波長で発光する高
い量子収率を有する赤色蛍光色素を、部分的に又は層全
体にドープして、赤色用フィルターに整合させることが
必要である。この目的のために用いられる赤色蛍光色素
としてはクマリン色素、縮合芳香族環色素、メロシアニ
ン色素、フタロシアニン色素、キサンチン色素、アクリ
ジン色素、アジン色素等が挙げられるが、好ましくは、
4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(p−ジ
メチルアミノスチリル)−4H−ピラン(DCM)、フ
ェノキサゾン9、フェノキサゾン660等が挙げられ
る。これらの赤色蛍光色素を上記緑色発光層に部分的に
ドープする方法としては、図2に示すように導電層2b
と接した領域5bにドープしたり、図3に示すように、
青色発光層4と接する領域5cにドープしたり、図4に
示すように緑色発光層の内側の領域5fにドープするこ
とが考えられる。これらの赤色蛍光色素が前記ホスト材
料にドープされる量は10-3〜10モル%の範囲が好ま
しい。

【0037】上記緑色発光層の発光効率を向上させると
ともに発光スペクトルを緑色用カラーフィルターに整合
させる目的で、上記の緑色発光材料をホスト材料とし
て、高い蛍光の量子収率を有する緑色蛍光色素をドープ
すること(J.Appl.Phys.,65巻,361
0頁,1989年参照)も有効である。この場合、緑色
蛍光色素がドープされる領域は、前述の赤色色素がドー
プされていない領域であることが好ましい。ドープする
緑色蛍光色素としては、3−(2’−ベンジミダゾリ
ル)−7−N,N−ジエチルアミノクマリン(クマリン
535)、3−(2−ベンゾチアゾリル)−7−ジエチ
ルアミノクマリン(クマリン540)、2,3,5,6
−1H,4H−テトラヒドロ−8−トリフルオロメチル
キノリジノ−<9,9a,1−gh>クマリン(クマリ
ン540A)、3−(5−クロロ−2−ベンゾチアゾリ
ル)−7−ジエチルアミノクマリン(クマリン34)、
4−トリフルオロメチル−ピペリジノ[3,2−g]ク
マリン(クマリン340)、N−エチル−4−トリフル
オロメチル−ピペリジノ[3,2−g]クマリン(クマ
リン355)、N−メチル−4−トリフルオロメチル−
ピペリジノ[2,3−h]クマリン、9−シアノ−1,
2,4,5−3H,6H,10H−テトラヒドロ−1−
ベンゾピラノ[9,9a1−gh]キノリジン−10−
オン(クマリン337)等のクマリン化合物、2,7−
ジクロロフルオレセン等のキサンチン色素、テトラセ
ン、キナクリドン化合物等が挙げられる。これらの緑色
蛍光色素が上記ホスト材料にドープされる量は10-3
10モル%の範囲が好ましい。

【0038】本発明においては、前述のように有機発光
層が正孔輸送層側から青色発光層、緑色発光層の順番に
積層されており、かつ、前記緑色発光層が赤色蛍光色素
を含有する領域を有することから青色、緑色、赤色の各
発光を効率よく行わせることができると同時に、青、
緑、赤の各発光強度を調整して白色光のバランスを調整
することもできる。さらには有機薄膜の上記の層構成に
より、結晶化等に対して安定化であり長期間安定した発
光特性をもたらす。

【0039】本発明の有機電界発光素子の構造として
は、以下に示すような層構成のものが挙げられる。

【0040】

【表1】陽極/正孔輸送層/有機青色発光層/有機緑色発
光層/陰極 陽極/正孔輸送層/有機青色発光層/有機緑色発光層/電子
輸送層/陰極 陽極/正孔輸送層/有機青色発光層/有機緑色発光層/界面
層/陰極 陽極/正孔輸送層/有機青色発光層/有機緑色発光層/電子
輸送層/界面層/陰極 上記の層構成において、電子輸送層は素子の効率をさら
に向上するためのものであり、有機発光層の上に積層さ
れる。この電子輸送層に用いられる化合物には、陰極か
らの電子注入が容易で、電子の輸送能力がさらに大きい
ことが要求される。このような電子輸送材料としては、
例えば、

【0041】

【化7】

【0042】

【化8】

【0043】等のオキサジアゾール誘導体(Appl.
Phys.Lett.,55巻,1489頁,1989
年;Jpn.J.Appl.Phys.,31巻,18
12頁,1992年参照)やそれらをPMMA等の樹脂
に分散した系(Appl.Phys.Lett.,61
巻,2793頁,1992年参照)、又はn型水素化非
晶質炭化シリコン、n型硫化亜鉛、n型セレン化亜鉛等
が挙げられる。電子輸送層の膜厚は、通常、5〜200
nm、好ましくは10〜100nmである。

【0044】また、同じく、上記の層構成において、界
面層は陰極と有機層とのコンタクトを向上させるための
ものであり、芳香族ジアミン化合物(特願平5−480
75号参照)、キナクリドン化合物(特願平5−116
204号参照)、ナフタセン誘導体(特願平5−116
205号参照)、有機シリコン化合物(特願平5−11
6206号参照)、有機リン化合物(特願平5−116
207号参照)等が挙げられる。

【0045】界面層の膜厚は、通常、2〜100nm、
好ましくは5〜30nmである。界面層を設ける代わり
に、有機発光層及び電子輸送層の陰極界面近傍に上記界
面層材料を50モル%以上含む領域を設けてもよい。
尚、図1とは逆の構造、即ち、基板上に導電層2b、有
機発光層4、正孔輸送層3、導電層2aの順に積層する
ことも可能であり、前述したように少なくとも一方が透
明性の高い2枚の基板の間に本発明の有機電界発光素子
を設けることも可能である。同様に、図2〜図4とは逆
の構造に積層することも可能である。

【0046】本発明の白色発光をする有機電界発光素子
を用いて、フルカラーの表示素子を作製するには青、
緑、赤の各色に対応した光透過特性を有するカラーフィ
ルターを設ける。表示素子としての色の再現範囲や色純
度はこのカラーフィルターの特性で決まる。カラーフィ
ルターのパターンとしてはストライプ、モザイクの両パ
ターンがあるが、どちらのパターンでも、カラーフィル
ターを備えたフルカラー表示の有機電界発光素子の構造
は図5に示すようなものとなる。

【0047】図5に示した素子構造において、各カラー
フィルター12、13、14はガラス基板11と陽極で
ある透明導電電極16(インジウム・スズ酸化物、以
下、ITOと略す)との間に形成される。有機電界発光
素子からの白色発光はITOを透過後、各カラーフィル
ター12、13、14を通してRGBのパターンで発光
する。カラーフィルターの方式としては、染色、顔料分
散、電着、印刷等があるが、耐熱性から考えると顔料分
散型が好ましい。また、無機系の干渉フィルターでもか
まわない。ブラックマトリクス15としてはカーボンを
分散したポリイミドや、酸化クロム等が挙げられる。ブ
ラックマトリクスを設けることにより優れたコントラス
トを備えた表示品質が達成される。RGBに対応する発
光部の駆動電圧を制御したり、各発光面積を変えること
で、白色発光の色バランスをとることが可能である。

【0048】上記のカラーフィルターを備えたフルカラ
ー表示の有機電界発光素子の駆動方法には、単純マトリ
クス駆動とアクティブ・マトリクス駆動がある。単純マ
トリクス駆動においては、素子構造は図5に示したもの
となる。大容量の表示目的にはアクティブ・マトリクス
駆動が必要となり、各カラーフィルターに対応して、薄
膜トランジスタとキャパシタとからなるアクティブ・マ
トリクス回路が必要となり、この場合、アクティブ・マ
トリクス回路はカラーフィルター及び有機電界発光素子
と同一基板上に形成される。

【0049】本発明の有機電界発光パネルは、XYのマ
トリクスに配置された有機電界発光素子からなる画素に
対して、X方向に1ラインずつ選択し、Y方向の電極か
ら各画素の表示信号を与え、X方向の選択信号は1ライ
ンずつ操作され、一巡して全画面を表示する方式であ
る。このパネルにおいては、各画素の回路上にメモリ機
能をもたせるようにする。なぜなら液晶の場合とは異な
り、選択時(ある画素の走査電極がONとなり、表示信
号が与えられている状態)のみに電流を流しただけで
は、選択された瞬間だけ画素が発光することになり、画
面全体として連続した表示はできないからである。そこ
で回路上に選択時から画面を一巡して次の選択時までの
間、表示状態を維持するためのメモリが必要となる。そ
して、電流駆動が可能な回路とする。具体的には、液晶
用の駆動回路と比較して、通常、素子に流れる電流密度
は1000倍以上となる。

【0050】以上が基本的な回路の機能であるが、さら
に表示パネルとしてコントラストが十分に大きいこと、
画面の開口率が大きいこと、クロストークがないこと等
がさらに考慮される。図6に一発光部分の薄膜トランジ
スタ(TFT)とコンデンサとからなるアクティブ・マ
トリクス駆動回路を示す。本回路では各画素毎に2つの
TFT(TFT1、TFT2)と1つのコンデンサ
(C)から構成され、電流駆動とメモリ性を実現してい
る。駆動信号用に2つの電極(SCAN電極、DATA
電極)があり液晶用と類似しているが、その他に電流供
給用としてCOM電極があり、常に電圧が印加されてい
る点が異なっている。

【0051】以下に素子の動作を説明する。図6の回路
図上ではTFTをFETとして表現しているが、TFT
は基本的にはMOS−FETと類似した構造・動作であ
り、ゲート電位によりソース・ドレイン電極間のスイッ
チ動作を行うことができる。駆動のための信号の与え方
は、1ライン毎に選択し、選択されたライン中の各画素
毎にONかOFFかの信号を与える。選択するための電
極がSCAN電極であり、信号を与える電極がDATA
電極である。いま、選択状態即ちSCAN信号(SCA
N電極の入力信号)がHIGHの時、TFT1はON状
態になり、中間電極FEの電位はDATA信号がHIG
HならHIGHに、LOWならLOWとなる。従って、
DATA信号がHIGHならTFT2はONとなり、出
力電位(画素電極の電位)はHIGHとなる。また、D
ATA信号がLOWならばTFT2はOFFとなり、出
力電位はLOWとなる。その後、SCAN信号がLO
W、即ち、非選択状態になった時、TFT1はOFFと
なるが、中間電極FEの電位はコンデンサCにより保持
されて変化せず、DATA信号が変化しても出力電位の
状態は変化しない。出力電位が変化するのは、再びこの
画素を含むラインが選択状態、つまり、SCAN信号が
HIGHになり、以前とは異なった信号がDATA電極
に与えられた時である。この回路により、電流駆動型で
あってもアクティブ・マトリクス方式の駆動が可能とな
る。

【0052】アクティブ・マトリクス回路に用いられる
TFTの材料としては、非晶質シリコン(a−Si)、
多結晶シリコン(poly−Si)、セレン化カドミウ
ム(CdSe)が挙げられる。TFT構造としては、逆
スタガ型と呼ばれるものが好ましく採用される。代表的
な例として、逆スタガ型構造のa−SiTFTを図7に
示す。ガラス基板21の上にa−SiTFTは形成され
る。ゲート電極22としては、Mo、Ta、Al、Cr
やそれらの積層膜又は合金等が用いられる。ゲート電極
は、通常、電子ビーム蒸着法やスパッタ法により形成さ
れる。ゲート絶縁膜23としては、シリコン窒化膜(S
iNx )が用いられ、その上にi型a−Si層24とn
+型a−Si層25が積層される。シリコン窒化膜(S
iNX )、i型a−Si層及びn+ 型a−Si層は、通
常、プラズマCVD法により連続して形成される。n+
型a−Si層25に窓を形成した後に、ソース及びドレ
イン電極26a、26bを形成する。ソース、ドレイン
電極としてはゲート電極と同様の金属が使用される。上
記のa−SiTFTにおいては、ゲート電位によりi型
a−Si半導体層表面に電荷が誘起され、その電荷の有
無によりソース・ドレイン電極間のスイッチ動作を行
う。n+ 型a−Siは電極への電荷の移動を円滑にする
ためのコンタクト層である。

【0053】コンデンサ及び電極交差部はTFT用の絶
縁膜を用い、TFT作製と同時に形成できる構造とす
る。コンデンサは定電位のCOM電極との間で形成され
るために、ノイズに強い回路構成となっている。図8に
有機電界発光素子及び同一基板上に形成されたアクティ
ブ・マトリクス回路例の断面構造を示す。アクティブ・
マトリクス回路部分(TFT32及びコンデンサ33)
は絶縁層36で被覆される。透明電極であるITO35
はカラーフィルター34の上に形成されており、その上
に有機電界発光素子の有機層の部分37である正孔輸送
層及び有機発光層が積層され、さらに陰極38が形成さ
れる。上記絶縁層36はTFTのソース/ドレイン電極
と陰極間でリーク電流が流れたり、短絡したりすること
を防止するために設けられる。上記絶縁層36に用いら
れる材料としては、フォトリソグラフィによるパターニ
ングが可能で十分な絶縁耐圧を有するものが使用可能
で、具体例としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜
等が挙げられ、これらの絶縁膜はCVD法、プラズマC
VD法、スパッタ法、蒸着法等により形成することがで
きる。無機材料以外では、感光性樹脂を用いて上記絶縁
層を形成することが可能で、この場合は通常のフォトレ
ジストをパターニングする工程だけでよく簡便である。
また、この絶縁層の部分にカーボンを含んだポリイミド
等を使用することによりブラックマトリックスとするこ
とも可能である。図8に示した例では、これまでに開示
されているマトリクス構造におけるような陰極のパター
ニングが必要でなく、陰極38と有機層37の形成は全
面一様成膜でよい。従って、有機発光層37を形成した
後に、有機発光層にダメージを与えるフォトリソグラフ
ィプロセスを経ることが避けられ、全体の工程も簡素化
される。

【0054】図9にITO画素電極とアクティブ・マト
リクス部分の平面配置例を示す。フルカラー表示におい
ては、各ITO電極とガラス基板との間にカラーフィル
ターが設けられており、このカラーフィルターの配列は
ストライプ配列、モザイク配列、デルタ配列等が挙げら
れる。上記のようなアクティブ・マトリクス駆動の有機
電界発光素子においては、RGBに対応する発光部の駆
動電圧を制御したり、各発光面積を変えることで、白色
発光の色バランスをとることが可能である。

【0055】本発明においては、有機電界発光素子の有
機発光層として青色発光層と緑色発光層を積層し、か
つ、緑色発光層に赤色蛍光色素を含有させることによ
り、安定で高効率の白色発光を可能とし、カラーフィル
ターと組み合わせることによりフルカラーの表示素子が
作製でき、さらに、アクティブ・マトリクス回路と組み
合わせることによりアクティブ駆動による高精細かつ大
容量フルカラー表示が可能である。

【0056】

【実施例】次に、本発明を合成例及び実施例によって更
に具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限
り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。 実施例1 図2に示す構造を有する有機電界発光素子を以下の方法
で作製した。

【0057】ガラス基板上にインジウム・スズ酸化物
(ITO)透明導電膜を120nm堆積したものをアセ
トンで超音波洗浄、純水で水洗、イソプロピルアルコー
ルで超音波洗浄、乾燥窒素で乾燥、UV/オゾン洗浄を
行った後、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度
が2×10-6Torr以下になるまで油拡散ポンプを用
いて排気した。

【0058】有機正孔輸送層3の材料として、以下に示
すN,N’−ジフェニル−N,N’−(3−メチルフェ
ニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン
(H1)をセラミックるつぼに入れ、るつぼの周囲のタ
ンタル線ヒーターで加熱して蒸着を行った。

【0059】

【化9】

【0060】この時のるつぼの温度は、130〜150
℃の範囲で制御した。蒸着時の真空度は1.9〜1.7
×10-6Torrであり、蒸着速度0.01〜0.35
nm/秒で膜厚60nmの有機正孔輸送層3を得た。次
に、有機青色発光層4の材料として以下に示す亜鉛のオ
キサゾール錯体(E1)を上記有機正孔輸送層3の上に
同様にして蒸着を行なった。

【0061】

【化10】

【0062】この時のるつぼの温度は200〜205℃
の範囲で制御した。蒸着時の真空度は1.5×10-6
orr、蒸着速度は0.15〜0.25nm/秒、膜厚
は30nmであった。次に、有機緑色発光層5の材料と
して以下に示すアルミニウムの8−ヒドロキシキノリン
錯体(E2)を上記有機青色発光層4の上に同様にして
蒸着を行なった。

【0063】

【化11】

【0064】この時のるつぼの温度は260〜265℃
の範囲で制御した。蒸着時の真空度は1.5×10-6
orr、蒸着速度は0.1〜0.18nm/秒の蒸着条
件で膜厚150nmの有機緑色発光層5aを先ず形成し
た。次に、上記アルミニウムの8−ヒドロキシキノリン
錯体と同時に、以下に示す赤色蛍光色素、4−(ジシア
ノメチレン)−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノ
スチリル)−4H−ピラン(DCM)(R1)を100
〜105℃で加熱した別のるつぼから蒸発させ、赤色蛍
光色素(R1)がアルミウニムの8−ヒドロキシキノリ
ン錯体(E2)に2モル%含まれた発光層5bを形成し
た。

【0065】

【化12】

【0066】最後に陰極として、マグネシウムと銀の合
金電極を2元同時蒸着法によって膜厚150nmで蒸着
した。蒸着はモリブデンボートを用いて、真空度は4×
10 -6Torr、蒸着時間は4分30秒で光沢のある膜
が得られた。マグネシウムと銀の原子比は10:1.5
であった。このようにして作製した有機電界発光素子の
ITO電極(陽極)にプラス、マグネシウム・銀合金電
極(陰極)にマイナスの直流電圧を印加すると、この素
子は一様な白色の発光を示した。この素子の発光特性を
表−1に、発光スペクトルを図10に各々示す。この発
光スペクトルは400〜700nmの広い可視光領域に
わたり、上記素子はフルカラーの表示能力を有してい
る。この発光スペクトルから求めたこの素子の色度座標
は、x=0.335;y=0.415であった。

【0067】次に、この素子からの白色発光をカラーフ
ィルターを用いて色分解した結果を表−2に示す。使用
したカラーフィルターは富士写真フィルム(株)製のS
P−9(青用)、SP−10(緑用)、SP−11(赤
用)であり、各フィルターの分光特性を図11に示す。
フルカラー表示の各色のバランスとしては、青:緑:赤
=7.7:65.8:25.6であり、カラフィルター
との整合性をとることによりフルカラー表示を行うこと
は全く問題ない。また、図11に示したものよりさらに
光透過率の大きいカラーフィルターを使用することで各
色の発光輝度はさらに高めることができる。図12に上
記素子のCIE色度座標と上記カラーフィルターの座標
を示す。理想的な白色発光W(x=0.333;y=
0.333)に近いことがわかる。上記素子からの白色
発光のバランスは駆動電圧に対する依存性がなく、安定
な白色発光が得られた。

【0068】実施例2 図4に示す構造を有する有機電界発光素子を以下の方法
で作製した。実施例1と同様にして、有機正孔輸送層3
及び有機青色発光層4を形成した後に、アルミニウムの
8−ヒドロキシキノリン錯体(E2)を10nm蒸着し
て上記有機青色発光層4の上に有機緑色発光層5eを積
層した。次に、上記アルミニウムの8−ヒドロキシキノ
リン錯体(E2)と赤色蛍光色素(R1)を実施例1と
同様にして同時蒸着して、赤色蛍光色素(R1)がアル
ミウニムの8−ヒドロキシキノリン錯体(E2)に2モ
ル%含まれた発光層5eを膜厚10nmで形成した。こ
の後、再び、アルミウニムの8−ヒドロキシキノリン錯
体(E2)からなる有機緑色発光層5gを膜厚10nm
で蒸着した。最後に陰極として、マグネシウムと銀の合
金電極を2元同時蒸着法によって膜厚150nmで蒸着
した。蒸着はモリブデンボートを用いて、真空度は4×
10-6Torr、蒸着時間は4分30秒で光沢のある膜
が得られた。マグネシウムと銀の原子比は10:1.5
であった。

【0069】このようにして作製した素子の発光特性を
表−1に示す。CIE色度座標は、x=0.259;y
=0.318であり(図12)、この素子からの白色発
光を実施例1と同様にしてカラーフィルターを用いて色
分解した結果を表−2に示す。 実施例3 赤色蛍光色素(R2)として、以下に示すフェノキサゾ
ン660(R2)を用いたこと以外は、実施例1と同様
にして図2に示す構造の有機電界発光素子を作製した。

【0070】

【化13】

【0071】この素子の発光特性を表−1に示す。CI
E色度座標は、x=0.297;y=0.318であり
(図12)、この素子からの白色発光を実施例1と同様
にしてカラーフィルターを用いて色分解した結果を表−
2に各々示す。 実施例4 有機緑色発光層5aに、以下に示す緑色蛍光色素、キナ
クリドン(G1)を0.4モル%含有させたこと以外は
実施例1と同様にして図2に示す有機電界発光素子を作
製した。

【0072】

【化14】

【0073】この素子の発光特性を表−1に、色分解特
性を表−2に各々示す。 実施例5 有機緑色発光層5aに、以下に示す緑色蛍光色素、クマ
リン540(G1)を1.2モル%含有させたこと以外
は実施例1と同様にして図2に示す有機電界発光素子を
作製した。

【0074】

【化15】

【0075】この素子の発光特性を表−1に、色分解特
性を表−2に各々示す。以上に示した実施例1〜実施例
5から明らかなように、有機青色発光層、有機緑色発光
層の各膜厚、及び、各層に含有される緑色蛍光色素、赤
色蛍光色素の量を制御することによりフルカラー表示能
力のある白色発光素子を作製することが可能である。

【0076】

【表2】

【0077】

【表3】

【0078】実施例6 実施例1で作製した素子の作製直後及び真空中で保存し
た後の発光特性の結果を表−3に示す。駆動電圧の顕著
な上昇は見られず、発光効率の低下もなく、安定した素
子の保存安定性が得られた。

【0079】

【表4】

【0080】

【発明の効果】本発明の有機電界発光素子によれば、陽
極(アノード)、正孔輸送層、有機発光層、陰極(カソ
ード)が基板上に順次設けられ、しかも、有機発光層が
特定の化合物を使用した層構成を有するため、両導電層
を電極として電圧を印加した場合、長期間安定した白色
発光特性を得ることができる。従って、本発明の有機電
界発光素子はフラットパネル・ディスプレイ(例えばO
Aコンピュータ用や壁掛けテレビ)の分野や面発光体と
しての特徴を生かした光源(例えば、複写機の光源、液
晶ディスプレイや計器類のバックライト光源)、表示
板、標識灯への応用が考えられ、その技術的価値は大き
いものである。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の有機電界発光素子の一実施例を示した
模式断面図。

【図2】本発明の有機電界発光素子の他の実施例を示し
た模式断面図。

【図3】本発明の有機電界発光素子のその他の実施例を
示した模式断面図。

【図4】本発明の有機電界発光素子の別の例を示した模
式断面図。

【図5】本発明の有機電界発光素子を用いたフルカラー
表示素子の一例を示した模式断面図。

【図6】本発明の有機電界発光素子駆動用のアクティブ
・マトリクス回路図。

【図7】本発明の有機電界発光素子の駆動回路に用いら
れるTFT構造の例。

【図8】本発明のアクティブ・マトリクス回路を備えた
有機電界発光素子の例を示した模式断面図。

【図9】本発明の有機電界発光素子のTFT駆動回路平
面図。

【図10】本発明の有機電界発光素子の発光スペクトル
例。

【図11】実施例で使用したカラフィルター分光特性。

【図12】本発明の有機電界発光素子の発光のCIE色
度座標図。

【符号の説明】

1 基板 2a、2b 導電層 3 正孔輸送層 4 有機青色発光層 5 有機緑色発光層 5a、5d 赤色蛍光色素がドープされていない有機緑
色発光層 5b、5c、5f 赤色蛍光色素がドープされた有機緑
色発光層 11、21、31 ガラス基板 12 青色のカラーフィルター 13 緑色のカラーフィルター 14 赤色のカラーフィルター 15 ブラックスマトリクス 16、35 ITO(陽極) 17 有機電界発光層 18、38 陰極 22 TFTのゲート電極 23 SiNx 絶縁膜 24 i層a−Si 25 n+ 層a−Si 26a ソース電極 26b ドレイン電極 32 TFT 33 蓄積用コンデンサ 34 カラーフィルター 36 アクティブ・マトリクス回路保護用の絶縁層 37 正孔輸送層及び有機発光層

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に、陽極及び陰極により挟持され
    た正孔輸送層及び有機発光層を少なくとも有する有機電
    界発光素子であって、有機発光層は正孔輸送層側から青
    色発光層、緑色発光層を順に積層してなり、かつ、緑色
    発光層は赤色蛍光色素を含有する領域を有することを特
    徴とする有機電界発光素子。
  2. 【請求項2】 青色発光層が青色蛍光色素を含有する請
    求項1に記載の有機電界発光素子。
  3. 【請求項3】 緑色発光層が緑色蛍光色素を含有する請
    求項1に記載の有機電界発光素子。
  4. 【請求項4】 陽極又は陰極の少なくとも一方が光透過
    性であり、該光透過性電極の正孔輸送層又は有機発光層
    が形成されていない側の面にカラーフィルター層を設け
    た請求項1に記載の有機電界発光素子。
  5. 【請求項5】 同一基板上にアクティブマトリクス回路
    が設けてあることを特徴とする請求項4記載の有機電界
    発光素子。
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