JPH11162645A - 電界発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電荷注入効率の向上と発光色の制御とを両立
させることができる電界発光素子を提供する。 【解決手段】 有機正孔輸送層１４と有機発光層１６と
の間に、電子輸送性材料でなる第１有機電子輸送層１５
を接合した構成する。この第１有機電子輸送層１５は、
高い正孔輸送性をもつ有機正孔輸送層１４で輸送された
正孔を有機発光層１６内また有機発光層１６のアノード
電極１３側の近傍に留める作用があり、第２有機電子輸
送層１７を介してカソード電極１８から注入された電子
と正孔とが有機発光層内で確実に再結合し得るように調
整することができる。このため、正孔注入（輸送）効率
を向上でき、しかも有機発光層１６に設定された所定の
発光色（発光波長域）の光を発生させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電界発光素子に
関し、さらに詳しくは、有機ＥＬ（エレクトロルミネッ
センス）材料を用いた電界発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電界発光素子として、有機ＥＬ材
料を用いたフラットディスプレイが注目を集めている。
この電界発光素子としては、図４に示すように、例えば
透明なガラス基板１上に、透明なアノード電極２が形成
され、アノード電極２の上に順次有機正孔輸送層３、有
機発光層４、有機電子輸送層５が積層されてなる有機Ｅ
Ｌ層６が形成され、さらに有機ＥＬ層６の上に背面電極
としてのカソード電極７が形成されたものが知られてい
る。この電界発光素子では、アノード電極２とカソード
電極７との間に電源８とスイッチ９が介在されて電気的
に接続されており、スイッチ９を開閉することにより、
それぞれの電極から電子、正孔を注入して有機発光層４
で電子と正孔を再結合させることで発光を行わせてい
る。この有機発光層４は、正孔輸送物質、電子輸送物
質、色素などのいくつかの物質を混合して構成されてい
る。そして、一般には有機発光層４を構成するこれらの
材料及びその混合比を変えることによって、発光色の制
御を行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに有機発光層４に正孔輸送物質が含まれている場合
に、発光輝度効率などの電力効率を向上させる目的で、
有機正孔輸送層３に正孔輸送効率の高い材料を用いる
と、発光中心が有機電子輸送層５側へ移動してしまい、
このため発光色が有機電子輸送層５の材料に応じて異な
ってしまい、発光色の制御と効率との向上を両立させる
ことが困難となる問題があった。また有機電界発光素子
では、印加電圧の変化に応じて再結合領域が各層にシフ
トしてしまい、各層に応じた発光色になり、所定の発光
色を制御することが困難であった。

【０００４】この発明の目的は、電荷注入効率の向上と
発光色の制御とを両立させることができる電界発光素子
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
相対向するアノード電極とカソード電極との間に有機材
料層が介在された電界発光素子であって、前記有機材料
層は、有機発光層と、この有機発光層側へ正孔又は電子
を注入する電荷輸送層と、を備え、前記有機発光層と前
記電荷輸送層との間に、前記電荷輸送層の電荷注入性を
調整する発光位置調整層が介在されていることを特徴と
する。

【０００６】従って、請求項１記載の発明では、電荷輸
送層の電荷注入性が相対的に強いことにより有機発光層
を越えて正孔と電子との再結合の大部分が行れることを
抑制するために、有機発光層と電荷輸送層との間に発光
位置調整層を設けているので、有機発光層内で正孔と電
子の再結合の大部分が行れることになり、発光色を有機
発光層材料に基づく色にすることができ、容易に発光色
を制御することができる。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の電
界発光素子であって、前記発光位置調整層は、前記有機
発光層の少なくとも前記アノード電極側に位置すること
を特徴とする。

【０００８】従って、請求項２記載の発明では、請求項
１記載の発明の作用に加えて、正孔を有機発光層のアノ
ード電極側に留める作用があるため、発光中心が有機電
子輸送層側に移動するのを抑制することができる。この
ため、有機発光層で設定された所定の発光色（発光波長
域）の光を確実に発生させることができる。

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１記載の電
界発光素子であって、前記有機発光層は、前記アノード
電極側に位置する第１有機発光層と、前記カソード電極
側に位置する第２有機発光層の２層でなり、該第１有機
発光層と該第２有機発光層との間に前記発光位置調整層
が配置されていることを特徴とする。

【００１０】従って、請求項３記載の発明では、請求項
１記載の発明の作用に加えて、発光位置調整層が２層の
発光層の中間にあるため第１または第２有機発光層の少
なくともいずれかで確実に、所定の発光色での発光を行
わせることができる。このため、第１有機発光層及び第
２有機発光層での発光色が同一である限りにおいて、そ
の発光色を確実に且つ効率的に発生させることができ
る。

【００１１】請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項
３のいずれかに記載の電界発光素子であって、前記発光
位置調整層は、前記有機電荷輸送層より電子輸送性が低
く設定されていることを特徴とする。

【００１２】従って、請求項４記載の発明では、請求項
１〜請求項３に記載の発明の作用に加えて、発光位置調
整層が有機電荷輸送層より電子注入性が低く設定されて
いるため、有機電荷輸送層から注入された電子が有機電
界発光層に勢いよく流れ込むことを抑制できるため、電
子が有機電界発光層を越えて正孔と再結合しにくく、効
率よく有機発光層内で再結合できるように設定すること
が可能となる。

【００１３】請求項５記載の発明は、請求項１〜請求項
４のいずれかに記載の電界発光素子であって、前記発光
位置調整層は、前記有機発光層の発光波長域に近似する
発光波長域を備えることを特徴とする。

【００１４】従って、請求項５記載の発明では、請求項
１〜請求項４に記載の発明の作用に加えて、発光位置調
整層で電子と正孔の再結合が起きた場合でも発光色（発
光波長域）が有機発光層で設定された発光色と同様のも
のとなるため、発光色が本来設定された色と異なる発光
を起こすのを防止することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る電界発光素
子の詳細を図面に示す各実施形態に基づいて説明する。 （実施形態１）図１は、実施形態１の電界発光素子１１
を模式的に示す断面説明図である。この電界発光素子１
１は、例えば透明なガラス又はプラスチックでなる透明
基板１２の上に、順次、例えばＩＴＯでなる透明なアノ
ード電極１３、有機正孔輸送層１４、電子輸送物質から
なる若しくは電子輸送物質を含む、発光位置調整層とし
ての第１有機電子輸送層１５、有機発光層１６、第２有
機電子輸送層１７、例えばＭｇＩｎでなるカソード電極
１８が、形成されている。そして、アノード電極１３と
カソード電極１８には、直流電源１９とスイッチ２０が
直列に接続されている。なお、図１ではアノード電極１
３とカソード電極１８とをそれぞれ１枚の電極とした
が、互いに異なる方向に沿って、それぞれ複数平行に形
成して単純マトリクス状に形成してもよい。

【００１６】有機正孔輸送層１４は、正孔輸送能力の高
い正孔輸送材料を、例えば蒸着により薄膜に形成したも
のである。また、有機発光層１６は、正孔輸送物質、電
子輸送物質、色素などを共蒸着により混合し、所定の発
光色を発光するように制御されている。さらに、第２有
機電子輸送層１７は、電子輸送能力の高い電子輸送材料
を蒸着により薄膜に形成したものである。特に、本実施
形態においては、第１有機電子輸送層１５が、有機発光
層１６で発生する所定の波長域の光に近似する発光色を
発生するように設定されている。第１有機電子輸送層１
５は、発光位置調整層が半値幅が５０ｎｍのブロードな
発光波長域をもち、かつ電子輸送性をもつように設定さ
れている。

【００１７】本実施形態では、有機正孔輸送層１４と有
機発光層１６との間に第１有機電子輸送層１５を介在さ
せたことにより、有機正孔輸送層１４の正孔輸送能力を
高めに設定しても、発光位置調整層としての第１有機電
子輸送層１５が存在することで発光領域（再結合領域）
が第２有機電子輸送層１７に移動するのを抑制する作用
がある。また、第１有機電子輸送層１５で発光が起きた
場合でも、この発光色が有機発光層１６での発光色と近
似する。このため、電界発光素子１１では、アノード電
極１３から注入された正孔の輸送能力が高いため発光効
率を向上でき、しかも有機発光層１６で設定した各材料
の配合比で定められた本来の発光色を確実に呈すること
ができる。

【００１８】図２は、本実施形態の変形例を示したもの
である。この変形例では、透明基板１２上に、上記した
実施形態１と反対に各層が積層されたものであり、すな
わち透明基板１２上に、順次、カソード電極１８、第２
有機電子輸送層１７、有機発光層１６、第１有機電子輸
送層１５、有機正孔輸送層１４、アノード電極１３が形
成されている。この変形例では、カソード電極１８が光
反射性を有するため、主に図２に太い矢印で示す方向に
向けて光が出射される。この変形例における作用・効果
は、上記した実施形態１と同様である。なお、この変形
例では、透明基板１２上にカソード電極１８を形成した
が、カソード電極１８自体が光透過性を有しないため、
透明である必要はない。

【００１９】（実施形態２）図３は、本発明に係る電界
発光素子の実施形態２を示す断面説明図である。同図に
示すように、本実施形態の電界発光素子１１は、透明基
板１２の上に、順次、例えばＩＴＯでなる透明なアノー
ド電極１３、正孔輸送性の高い材料でなる有機正孔輸送
層１４、第１有機発光層１６Ａ、有機電子輸送物質から
なる若しくは電子輸送物質を含む、発光位置調整層とし
ての第１有機電子輸送層１５、第２有機発光層１６Ｂ、
第２有機電子輸送層１７、例えばＭｇＩｎでなるカソー
ド電極１８が、形成されている。そして、アノード電極
１３とカソード電極１８には、直流電源１９とスイッチ
２０が直列に接続されている。

【００２０】本実施形態においては、第１有機発光層１
６Ａと第２有機発光層１６Ｂとの間に介在される第１有
機電子輸送層１５が、これら発光層１６Ａ、１６Ｂで発
生する所定の波長域の光に近似する発光色を発生するよ
うに設定されている。具体的には、これら発光層１６
Ａ、１６Ｂで発生させる発光色が白色である場合には、
ジンクビス（2-（2-ベンゾチアゾリル）フェノキシ
ド）、或いはジンクビス（2-（2-ベンゾオキサゾリル）
フェノキシド）などの、５０ｎｍ以上の発光ピーク半値
幅をもつブロードな発光波長域をもつ材料或いはそれら
を含む混合物を用いることによって、第１有機電子輸送
層１５が発光して生じる発光色のシフトを最小限に留め
ることができる。

【００２１】ジンクビス（2-（2-ベンゾチアゾリル）フ
ェノキシド）とジンクビス（2-（2-ベンゾオキサゾリ
ル）フェノキシド）の構造式を以下に示す。

【化１】

【化２】

【００２２】本実施形態では、第１有機発光層１６Ａと
第２有機発光層１６Ｂとの間に、これら発光層１６Ａ、
１６Ｂと近似する発光色の第１有機電子輸送層１５を介
在させたことにより、実質的にはこれら第１有機発光層
１６Ａ、第１有機電子輸送層１５、及び第２有機発光層
１６Ｂは発光層として機能する。このため、第１有機電
子輸送層１５は、電子輸送性材料でなるため第１有機発
光層１６Ａ側または第２有機発光層１６Ｂ側に発光領域
が移動したとしても所定の発光色を確実に発光させるこ
とが可能となる。また、本実施形態においては、有機正
孔輸送層１４を正孔輸送性のより高い材料で形成したた
め、正孔注入効率が向上することができる。このため、
本実施形態では、正孔注入効率の向上と発光色の制御と
を両立させることができる。

【００２３】以上、実施形態１及び実施形態２について
説明したが、本発明はこれらに限定されるものではな
く、構成の要旨に付随する各種の変更が可能である。例
えば、上記した各実施形態では、単色表示を行う場合に
ついて説明したが、カラー表示を行う場合にも本発明を
適用することができる。具体的には、実施形態２では、
第１有機発光層１６Ａと第２有機発光層１６Ｂが白色発
光を起こすように設定したが、電界発光素子１１でカラ
ー表示を行う場合には、各ドット部分でＲ、Ｇ、Ｂの発
光を行うように設定して、それぞれのドット部分の第１
有機電子輸送層１５での発光色を、これらＲ、Ｇ、Ｂの
それぞれに近似して５０ｎｍ以上の発光ピーク半値幅を
もつブロードな発光波長域をもつ材料或いはそれらを含
む混合物で設定する構成としてもよい。実施形態１及び
実施形態２では、有機正孔輸送層１４の正孔輸送性を抑
制して有機発光層１６内で再結合するように第１有機電
子輸送層１５を設けているが、強い電子輸送性の有機電
子輸送層を抑制して有機発光層内で再結合するようにす
るために、有機電子輸送層と有機発光層との間に正孔輸
送層を設けてもよい。

【００２４】また、上記した実施形態の有機材料層の積
層構造の他、例えば、有機正孔輸送層／有機発光層／有
機電子輸送層の３層構造において、有機電子輸送層を、
有機発光層の発光色と近似する波長域の発光を行うよう
に設定した構成としてもよい。さらに、有機材料層の積
層構造を、有機正孔輸送層／第１有機電子輸送層／有機
発光層／第２有機電子輸送層／第３有機電子輸送層と
し、第１及び第２有機電子輸送層が、有機発光層の発光
色と近似する波長域の発光を行うように設定した構成と
してもよい。さらにまた、有機材料層の積層構造を、有
機正孔輸送層／第１有機電子輸送層／第１有機発光層／
第２有機電子輸送層／第２有機発光層／有機電子輸送層
とする構造や、有機正孔輸送層／有機発光層／第１有機
電子輸送層／第２有機発光層／第２有機電子輸送層／第
３有機電子輸送層とする構造や、有機正孔輸送層／第１
有機発光層／第１有機電子輸送層／第２有機発光層／第
２有機電子輸送層／第３有機発光層／第３有機電子輸送
層とする構造など、各種の構造、およびこれら構造を逆
に積層した構造など、多数の積層構造を適用することが
できる。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、電荷注入効率の向上と発光色の制御とを両
立させることができる電界発光素子を実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電界発光素子の実施形態１を示す
断面説明図。

【図２】実施形態１の変形例を示す断面説明図。

【図３】本発明に係る電界発光素子の実施形態２を示す
断面説明図。

【図４】従来の電界発光素子の断面説明図。

【符号の説明】

１１ 電界発光素子 １３ アノード電極 １４ 有機正孔輸送層 １５ 第１有機電子輸送層（発光位置調整層） １６ 有機発光層 １６Ａ 第１有機発光層 １６Ｂ 第２有機発光層 １７ 第２有機電子輸送層 １８ カソード電極

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対向するアノード電極とカソード電極
   との間に有機材料層が介在された電界発光素子であっ
   て、 前記有機材料層は、有機発光層と、この有機発光層側へ
   正孔又は電子を注入する電荷輸送層と、を備え、 前記有機発光層と前記電荷輸送層との間に、前記電荷輸
   送層の電荷注入性を調整する発光位置調整層が介在され
   ていることを特徴とする電界発光素子。
2. 【請求項２】 前記発光位置調整層は、前記有機発光層
   の少なくとも前記アノード電極側に位置することを特徴
   とする請求項１記載の電界発光素子。
3. 【請求項３】 前記有機発光層は、前記アノード電極側
   に位置する第１有機発光層と、前記カソード電極側に位
   置する第２有機発光層の２層でなり、該第１有機発光層
   と該第２有機発光層との間に前記発光位置調整層が配置
   されていることを特徴とする請求項１記載の電界発光素
   子。
4. 【請求項４】 前記発光位置調整層は、前記有機電荷輸
   送層より電子注入性が低く設定されていることを特徴と
   する請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電界発光素
   子。
5. 【請求項５】 前記発光位置調整層は、前記有機発光層
   の発光波長域に近似する発光波長域を備えることを特徴
   とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電界発光
   素子。