WO2004060028A1

WO2004060028A1 - 有機エレクトロルミネッセンス素子及び有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ

Info

Publication number: WO2004060028A1
Application number: PCT/JP2002/013548
Authority: WO
Inventors: Yuichiro Itai; Masaya Nakayama; Masaru Kinoshita; Jun Kodama
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-15
Also published as: JPWO2004060028A1; US20050104084A1; EP1578174A1; JP4263175B2; US7233105B2

Abstract

本発明は、ガラス基板上に、陽極と、第１のキャリア輸送層と、第２のキャリア輸送層と、発光層と、第３のキャリア輸送層と、第４のキャリア輸送層と、電子輸送層と、陰極とを順次形成し、第１のキャリア輸送層には、第２のキャリア輸送層よりもイオン化ポテンシャルＩｐが小さい層を用い、第３のキャリア輸送層には、第４のキャリア輸送層よりも電子親和力Ｅａが小さい層を用いて、発光層の発光効率を向上させる。

Description

明細書有機エレクトロルミネッセンス素子及び有機エレクトロルミネッセンスデイスプレイ技術分野

本発明は有機エレクトロルミネッセンス素子及ぴ有機エレクトロルミネッセンスディスプレイに係り、特に陽極と陰極の間に複数のキヤリァ輸送層を形成した有機エレクトロルミネッセンス素子及ぴ有機エレクトロルミネッセンスディスプレイに関する。背景技術

有機エレクト口ルミネッセンス素子（以下、有機エレクト口ルミネッセンス素子を「有機 E L素子」と称する。）は、小型化が容易であって、消費電力が小さく、面発光が可能であり、液晶素子と比較して印加電圧を大幅に低減できるためブラットディスプレイ等の各種表示装置での利用が注目されており、次世代の発光素子として研究開発が行われている。

図 1は、従来の有機 E L素子の断面図を示したものである。図 1に示すように、従来の有機 E L素子 1 0は、透明なガラス基板 1 1上に、透明な I TO ( I n d i urn T i n O x i d e ) 等からなる陽極 1 2と、正孔輸送層 1 3と、発光層 1 4と、.電子輸送層 1 5と、陰極 1 6が順次積層された構成となっている。正孔輸送層 1 3は、発光層 1 4に正孔を効率良く輸送し、正孔密度を増加させ、一方電子輸送層 1 5は、発光層 1 4に電子を効率良く輸送し、空間電子密度を増加させ、発光効率を高めている。また、発光層と発光層の間に電子をせき止めるための層を設けて、発光層での発光効率の向上を図る技術が提案されている。

図 2は、図 1に示す有機 E L素子のエネルギーダイアグラムを示した図である。有機 E L素子 1 0に電圧が印加されると、正孔 2 2は陽極 1 2から発光層 1 4へ向かつて移動し、正孔 2 2の移動により正孔電流量が発生し、電子 2 1は陰極 1 6から発光層 1 4へ向かって移動し、電子 2 1の移動により電子電流量が発生する。電子 2 1と正孔 2 2が発光層 1 4に到ると、電子 2 1と正孔 2 2が再結合して放出されたエネルギーによって、発光層 1 4に含まれる有機蛍光体力 S励起さ；^光する。

ところで、発光効率は、単位電流当りの発光輝度で表される。したがって、発光層 1 4での発光効率は有機 E L素子 1 0に流れる正孔電流量及ぴ電子電流量の大きさで決まり、いずれかの電流量が大きい場合には発光層 1 4の発光効率は低下する。正孔電流量と電子電流量の大きさは、有機 E L素子を構成する膜の種類や積層するにより変わるが、例えば正孔電流量が電子電流量と比較して過度に大きい場合、発光に寄与せずに消費されてしまう正孔電流量が増加し、発光層 1 4での発光効率は低下し、消費電力が增大してしまうとレ、う問題がある。発明の開示

そこで本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、発光層に流れ込む正孔電流量及び電子電流量を調整し、発光層での電子と正孔の再結合を効率良く行レヽ、発光効率に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子及ぴ有機エレクトロルミネッセンスディスプレイを^することを概括的課題とする。

本発明のより具体的な課題は、互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、 ΙϋΐΕ発光層の陽極側に形成された第 1のキャリア輸送層と、藤己第 1 のキヤリァ輸送層の陰極側に前記第 1のキヤリァ輸送層と接するように形成された第 2のキャリア輸送層とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記第 1のキャリア輸送層のイオンィ匕ポテンシャル I ρ _{Ρ 1}と、前記第 2のキヤリァ輸送層のイオン化ポテンシャル I ρ _{Ρ 2}との関係が、 I P _{P 1} < I ρ _{Ρ 2}である有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することにある。

ここで、イオン化ポテンシャルは、発光層やキャリア輸送層の価電子レベルと真空準位のエネルギーの差であり、正の値で示される。

本発明によれば、発光層の陽極側に第 1のキャリア輸送層と、第 1のキャリア輸送層の陰極側に第 1のキヤリァ輸送層のイオンィ匕ポテンシャル I ρ _{Ρ 1}より小さなイオン化ポテンシャル I ρ _{Ρ 2}を有する第 2のキヤリァ輸送層とが形成されている。したがって、正孔が陽極から発光層へ向かう手前の第 1のキャリア輸送層と第 2のキヤリァ輸送層との界面にエネルギー障壁が形成され、第 1のキヤリァ輸送層に正孔が蓄積されて発光層に流れる正孔電流量が低下する。その結果、正孔電流量が調節されて、発光効率を向上させることができる。

本発明の他の課題は、編己発光層のエネルギーギャップ Eg _EMLと、前記第 2 のキヤリァ輸送層のエネルギーギヤップ E g _P2との関係が、 E g _EML< E g _P2である有機エレクトロルミネッセンス素子を^することにある。

ここで、エネルギーギャップは、伝導レベルと価電子レベル（価電子帯の上端のエネノレギー）のエネノレギー差であり、正の値で示される。

本発明によれば、発光層の陽極側に発光層のエネルギーギヤップ E g _EMLより大きなエネルギーギヤップ E g _P2を有する第 2のキヤリァ輸送層が形成されている場合には、第 2のキャリア輸送層での電子と正孔の再結合が抑制され、発光層での発光効率を向上させることができる。

本発明のその他の課題は、互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、 IB発光層の陽極側に形成された第 1のキヤリァ輸送層と、前記第 1のキャリァ輸送層の陰極側に前記第 1のキャリァ輸送層と接するように形成された第 2のキヤリァ輸送層と、 tiffS発光層の陰極側に形成された第 3のキヤリァ輸送層と、前記第 3のキヤリァ輸送層の陰極側に前記第 3のキヤリァ輸送層と接するように形成された第 4のキヤリァ輸送層とを備えた有機ェレクトロルミネッセンス素子であって、爾己第 1のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャル I p_P1と、前記第 2のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャル I p_P2との関係が、 I p_P1< I p_P2であり、力つ前記第 3のキャリア輸送層の電子親和力 E a _P3と、嫌己第 4のキヤリァ輸送層の電子親和力 E a _P4との関係力 S、 Ea_P3<Ea _P4である有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することにある。

ここで、電子親和力は、発光層やキャリア輸送層の伝導レベル（伝導帯の下端のエネルギー）と真空立のエネルギー差であり、正の値で示される。

本発明によれば、発光層の陽極側に、第 1のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャル I p_P1より大きなイオン化ポテンシャル I p_P2を有する第 2のキャリア輸送層が第 1のキヤリァ輸送層の陰極側に接するように形成されているため、正孔が陽極から発光層へ向かう手前の第 1のキヤリァ輸送層と第 2のキヤリァ輸送層との界面にエネルギー障壁が形成される。また、発光層の陰極側には、第 3のキヤリァ輸送層の電子親和力 E a _{P 3}より大きな電子親和力 E a _{P 4}を有する第 4 のキヤリァ輸送層が第 3のキヤリァ輸送層の陰極側に接するように形成されているため、電子が陰極から発光層へ向かう手前の第 4のキヤリァ輸送層と第 3のキャリア輸送層に対してエネルギー障壁が形成されるため、正孔電流量と電子電流量が調整されて、発光効率を向上することができる。

本発明のその他の課題は、前記発光層のエネルギーギヤップ E g _EMLと、前記第 2のキヤリァ輸送層のエネルギーギヤップ E g _{P 2}と、 ΙίίΙΒ第 3のキヤ.リァ輸送層のエネルギーギャップ E g _{Ρ 3}との関係力 E g _EML < E g _{P 2} , E g _EML < E g _P ₃である有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することにある。

本発明によれば、発光層の陽極側には発光層のエネルギーギヤップ E g _EMLよりも大きなエネルギーギャップを有する第 2のキャリア輸送層が形成され、発光層の陰極側には発光層のエネルギーギヤップ E g _EMLよりも大きなエネルギーギャップを有する第 3のキヤリァ輸送層が形成されている # ^には、第 2のキヤリァ輸送層及ぴ第 3のキヤリァ輸送層での電子と正孔の再結合が抑制され、発光層の発光効率を向上させることができる。

本発明のその他の課題は、互い〖こ対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、前記発光層の陽極側に形成された第 1のキャリア輸送層と、前記第.1のキャリァ輸送層の陰極側に tfff己第 1のキヤリァ輸送層と接するように形成された第 2のキャリア輸送層とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた^ エレクトロルミネッセンスディスプレイであって、前記第 1のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャル I P _{P 1}と、前記第 2のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャル I p _{P 2}との関係が、 I P _{P 1}く I p _{P 2}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ディスプレイを^^することにある。

本発明によれば、発光層の陽極側に第 1のキャリア輸送層と、第 1のキャリア輸送層の陰極側に第 1のキヤリァ輸送層のイオン化ポテンシャル I p _{P 1}より小さなイオン化ポテンシャル I P P ₂を有する第 2のキヤリァ輸送層とが形成されている。したがって、正孔が陽極から発光層へ向かう手前の第 1のキャリア輸送層と第 2のキヤリァ輸送層との界面にエネルギー P章壁が形成され、第 1のキヤリァ輸送層に正孔が蓄積されて発光層に流れる正孔電流量が低下するため、正孔電流量が調節されて、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率を向上させることができ、上記有機エレクトロルミネッセンス素子を有機エレクトロノレミネッセンスディスプレイに形成することで、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイの視認性の向上及び低消費電力化が可能である。図面の簡単な説明

図 1は、従来の有機 E L素子の断面図を示した図である。

図 2は、図 1に示す有機 E L素子のエネルギーダイアグラムを示した図である。図 3は、本発明の第 1の実施の形態の有機 E L素子の断面図である。

図 4は、第 1の実施の形態の有機 E L素子のエネルギーダイアグラムを示した図である。

図 5は、光吸収スぺクトルの波長依存性を示した図である。

図 6は、紫外線のエネルギーと光電子の放出数の平方根との関係を示した図である。

図 7は、第 1実施例に用いた層の電子親和力 E a、イオン化ポテンシャル I p 及ぴエネルギーギヤップ E gを示した図である。

図 8は、第 2実施例の有機 E L素子の層構成を示した図である。

図 9は、比較例 2及ぴ 3の有機 E L素子の膜構成を示した図である。

図 1 0は、第 1実施例の有機 E L素子の正孔電流量と電圧の関係を示した図である。

図 1 1は、第 2実施例の有機 E L素子の正孔電流量と電圧の関係を示した図である。

図 1 2は、比較例 1の有機 E L素子の正孔電流量と電圧の関係を示した図である。

図 1 3は、第 1実施例の有機 E L素子の電子電流量の電圧依存性を示した図である。

図 1 4は、有機 E L素子の発光効率の電圧依存性を示した図である。

図 1 5は、本発明の第 2の実施の形態の有機エレクト口ノレミネッセンスディスプレイの概要構成を示した斜視図である。発明を実施するための最良の形態

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

(第 1の実施の形態）

図 3は、本発明の第 1の実施の形態の有機 EL素子の断面図である。図 3に示すように、有機 EL素子 30は、ガラス基板 33上に、陽極 34と、第 1のキヤリア輸送層 35 Aと、第 2のキャリア輸送層 35Bと、発光層 36と、第 3のキャリア輸送層 37 Aと、第 4のキャリア輸送層 37 Bと、電子輸送層 38と、陰極 39とが順次形成された構成となっている。第 1のキャリア輸送層 35 Aには、第 2のキャリア輸送層 35 Bよりもイオン化ポテンシャノレ I pが小さく、第 3のキヤリァ輸送層 37 Aには、第 4のキヤリァ輸送層 37 Bよりも電子親和力 E a が小さい材料が用いられている。

有機 EL素子 30は、 10 ηπ！〜 1000 nm程度の膜厚を有している。 10 OOnmよりも厚いと、抵抗が上がり電流が流れにくくなつてしまい 10 nmより薄いと発光層 36自体の厚さが過度に薄くなり、発光輝度が不足してしまう。陽極 34と陰極 39は、有機 E L素子 30の所望の位置に «]£を印加するための電極であり、陽極 34は、例えば、 I TOや I ZO(I n d i um Z i nc O x i d e) などを用いることができ、陰極 39は、例えば、 A 1/L i F電極や A g/Mg電極などを用いることができる。，

第 1，第 2のキヤリァ輸送層 35 A, 35 Bは、電子、正孔の輸送能力の高い材料により構成され、第 1のキャリア輸送層 35 Aには下記式 (1) に示される 2-TNATA (東洋インキネ環）を用いることができ、第 2のキャリア輸送層 35Bには、下記式 (2) に示される a— NPD (東洋インキネ： fc¾) や EL 00 2 (保土ケ谷化学社製）などを用いることができる。第 1，第 2のキャリア輸送層 35A， 35 Bの膜厚は、 10 nm〜50 nmの範囲に設定され、有機 EL素子を構成する層の数と有機 EL素子全体の厚さに応じて適宜選択される。

(2) 第 3，第 4のキャリア輸送層 37 A， 37Bは、電子、正孔の輸送能力の高い材料により構成され、第 3のキャリア輸送層 37 Aには TYE— 704 (東洋ィンキネ ±¾) を用いることができ、第 4のキャリア輸送層 37 Bには、 TYG— 2 01 (東洋インキネ： fc ) や CBP (同人化究所據）などを用いることができる。第 3，第 4のキャリア輸送層 37 A， 378の^)¥は、 10nm〜50n mの範囲に設定され、有機 E L素子を構成する層の数と有機 E L素子全体の厚さに応じて適宜選択される。

発光層 36は、所望の発光色を発光するための材料、例えば有機蛍光体が含まれ、金属錯体等の材料により構成されており、例えば、 TYG-201 (東洋ィンキネ ±¾) や下記式 (3) に示した A 1 q₃ (t r i s (8-hy d r o xy q u i n o 1 i o) a 1 urn i n i urn) (東洋インキネ±¾)等を用いることができる。発光層 3 6の膜厚は、 1 0 n m〜 5 0 n mの範囲に設定され、前記キヤリァ輸送層と同様に適: 13：さが選択される。

電子輸送層 3 8は、電子の輸送能力の高い材料により構成され、例えば、 TY E - 7 0 4 (東洋ィンキ社製）や TYE— 7 0 3 (東洋ィンキネ土製）等を用いることができる。

上記有機 E L素子 3 0の各層は、例えば、真空蒸着法により圧力を 1 . 3 3 X 1 0 _⁴ P a、ガラス基板 3 3のを室温にして形成される。

図 4は、第 1の実施の形態の有機 E L素子のエネルギーダイ了グラムを示した図である。図 4中の E a、 E g、 I pは、それぞれ有機 E L素子の各層の電子親和力 E a、エネルギーギヤップ E g、イオン化ポテンシャル I pを示しており、電子親和力 E aは伝導レベル 4 1 (伝導帯の下端のエネルギー）と真空準位のェネルギーとの差であり、エネルギーギヤップ E gは伝導レベル 4 1と価電子レべル 4 2 (価電子帯の上端のエネルギー）のエネルギーとの差であり、イオン化ポテンシャル I は価電子レベル 4 2と真空とのエネルギーの差である。図 4に示すように、発光層 3 6の陽極 3 4側に第 2のキヤリァ輸送層 3 5 Bが形成され、第 2のキャリア輸送層 3 5 Bの陽極 3 4側には第 1のキャリア輸送層 3 5 Aが形成され、発光層 3 6の陰極 3 9側には第 3のキヤリァ輸送層 3 7 Aが形成され、第 3のキャリア輸送層 3 7 Aの陰極 3 9側には第 4のキャリア輸送層 3 7 Bが形成されている。

第 1のキャリア輸送層 3 5 A、第 2のキャリア輸送層 3 5 Bのイオン化ポテンシャルをそれぞれ、 I p_35A、 I p _35Bとすると、第 1のキャリア輸送層 35 Aと第 2のキャリア輸送層 35 Bとの関係は、 I p_35A< I p _35Bに設定されている。また、第 3のキャリア輸送層 37 A、第 4のキャリア輸送層 37 Bの電子親和力をそれぞれ、 Ea_37A、 Ea_37Bとすると、第 3のキャリア輸送層 37 Aと第 4のキャリア輸送層 37 Bとの関係は、 Ea_37A<Ea_37Bに設定されてぃる。さらに、発光層 36、第 2のキャリア輸送層 35 B、第 3のキャリア輸送層 37 Aのエネルギーギヤップをそれぞれ、 Eg₃₆、 Eg_35B、 Eg_37Aとすると、発光層 36、第 2のキャリア輸送層 35 B、第 3のキャリア輸送層 37Aとの関係は、 Eg₃₆ く Eg_35B， Eg₃₆<Eg_37Aに設定されている。

正孔の流れについて説明する。正孔は、陽極 34から陰極 39に向かって第 1 のキャリア輸送層 35Aと第 2のキャリア輸送層 35Bを通り発光層 36にる。し力し、第 1のキャリア輸送層 35Aと第 2のキャリア輸送層 35Bとの界面には、エネノレギー障壁 BH— Aが形成されている。エネノレギー障壁 BH— Aの高さ E_BH__Aは、第 1のキャリア輸送層 35 Aのイオンィ匕ポテンシャル I p_35Aと第 2のキャリア輸送層 35 Bのイオン化ポテンシャル I p_35Bとの差、すなわち

I Pass" I P _35Aである。 I P _35B> I P _35Aに設定されているので E _BH— _A>0である。したがって、正孔はエネルギー障壁 BH— Aにより第 1のキヤリア輸送層 35 Aに蓄積され、発光層 36に流れる正孔電流量が低下する。その結果、発光層 36に流れ込む正孔電流量が調整され、電子と正孔が再結合するので発光効率を向上させることができる。

また、第 2のキャリア輸送層 35 Bのエネルギーギャップ E g_35Bは、発光層 36のエネルギーギャップ Eg ₃₆よりも大きいので、第 2のキャリア輸送層 35 Bでの再結合が抑制され、発光層 36での発光効率を向上させることができる。次に、電子の流れについて説明する。電子は、陰極 39から陽極 34に向かつて、電子輸送層 38、第 4のキヤリァ輸送層 37 B及び第 3のキヤリァ輸送層 3 7 Aを通り発光層 36にる。しかし、第 4のキャリア輸送層 37 Βと第 3のキヤリァ輸送層 37 Αとの界面には、エネルギー障壁 B E-Bが形成されている。エネルギー障壁 B E— Bの高さ E _{BE B}は、第 4のキヤリァ輸送層 37Bの電子親和力 E a _37Bと第 3のキヤリァ輸送層 37 Aの電子親和力 E a _37Aとの差、すなわち E_BE__B=E a _37B一 E a _37Aで ¾る。 E a _37B>E a _37Aに設定されているので E_BE__B〉0である。したがって、電子は第 4のキャリア輸送層 37 Bに蓄積されて電子電流量が低下し、発光層 36に流れ込む電子電流量の調整ができる。よつて、正孔にとつてのエネルギー障壁 BH— Aを複数形成し、力つ電子にとってのエネルギー障壁 B E— Aを設けることで正孔電流量と電子電流量を調整し、発光層 36での発光効率を向上させることができる。

また、第 3のキヤリァ輸送層 37 Aのエネルギーギヤップ E g _37Aは、発光層 36のエネルギーギャップ Eg ₃₆よりも大きいので、第 3のキャリア輸送層 37 Aでの再結合が抑制され、発光層 36での発光効率を向上させることができる。本実施の形態によれば、上述したように、発光層 36の陽極側に形成された第 2のキヤリァ輸送層 35 Bと、発光層 36の陰極側に形成された第 3のキャリア輸送層 37Aとでの発光を防ぐと共に、正孔電流量と電子電流量を調整して、発光層 36での発光効率を向上することができる。

[第 1実施例]

第 1実施例の有機 EL素子を以下のように形成した。ガラス基板 33上に、真空蒸着法により、陽極 34に ITO電極と、第 1のキャリア輸送層 35AZ第 2 のキャリア輸送層 35Bに 2— TNATA層（ J?30 ηπ Ζα— NPD層（膜厚 10 nm)、 2— TNATA層（麟 10 nm) /a— NPD層（膜厚 10腹）及ぴ 2— ΤΝΑΤΑ層（酵 l Onm) /a_NPD層（膜厚 30nm) と、発光層 36にノンドープ型の緑色発光する TYG— 201層を膜厚 20 nmと、第 3のキャリア輸送層 37 AZ第 4のキャリア輸送層 378に丁 £—704層 (醇 10 nm) /TYG-201層（D¥1 Onm)及ぴ TYE— 704層（膜厚 10nm) ZTYG—201層（醇 10nm) と、電子輸送層 38に TYE —704層を膜厚 2 Onmと、陰極 39にフッ化リチウム膜がU¥0. 5 nmと A 1膜が醇 100 n mからなる A 1 / L i F積層膜を順次形成した。

第 1の実施の形態では、発光層の陽極側に第 1のキヤリァ輸送層 35 A/第 2 のキャリア輸送層 35Bからなる積層構造を 1層のみ形成したが、第 1実施例で 3層形成した。また、第 1の実施の形態では、発光層の陽極側に第 3のキャリア輸送層 37 AZ第 4のキャリア輸送層 37Bからなる積層構造を 1層のみ形成したが、第 1実施例では 2層形成した。

ここで、本発明を実施する上で重要なエネルギーギヤップ E gとイオン化ポテンシャル I pの測定方法について説明する。

エネルギーギヤップ E gは、上記有機 E L素子 3 0の形成方法と同様な方法を用いて有機 E L素子 3 0の各層を與虫に形成した薄膜を、光吸収スぺクトルが測定できる分光光度計装置、例えば、日立機スぺクトロフォトメーター U— 4 1 0 0を用いて大気中で紫外から可視領域の光を薄膜に対して照射して測定した。図 5は、光吸収スぺクトルの波長依存性を示した図である。図 5中の曲線 Jは、測定結果である光吸収スぺクトルを示している。なお、範囲 Tは、光吸収スぺクトルの強度が立ち上がり部のうち、曲線 Jが直線になっている部分を示している。範囲 Uは、光吸収スペクトルの未吸収波長領域において、曲線 Jが直線になっている部分を示している。 ϊί/镍 Kは、範囲 Τに示した曲線 Jと重なるように引いた直線である。直線 Lは、範囲 Uに示した曲線 Jと重なるように引いた镍である。エネルギーギヤップ E gは、直線 Kと直線 Lとの交点 Mから求められる。

イオン化ポテンシャル I pは、エネルギーギヤップ E gの測定に用いた薄膜と同様に形成された薄膜を用いて、大気雰囲気型紫外線光電子分析装置、例えば、理研計器製 AC— 1を用いて大気中で紫外線を薄膜に対して照射して、放出される光電子の数を測定して、紫外線のエネルギーと光電子の放出数の平方根との関係から求められる。理研計器製 AC— 1の測定条件は、紫外線のエネルギー範囲が 3. 8〜 6 . 2 e V、紫外線の強度が 2 0 n Wである。薄膜のは、 5 0 η mを用いた。

図 6は、紫外線のエネルギーと光電子の放出数の平方根との関係を示した図である。放出される光電子の数は紫外線のエネルギーの大きさに依存し、図 6中に示した範囲 Nにおレ、ては、紫外線のエネルギーが小さいため光電子は放出されないが、範囲 Oにおいては、紫外線のエネルギーが十分に大きいため、光電子は真空立よりも高いエネルギーの^ (立へ励起され、光電子が放出される。図 6中に示した直線 Pは、紫外線のエネルギーが 4. 2 e V〜5 . 3 e Vの間について最小 2乗法により引かれた近似直線を示している。直線 Qは、紫外線のエネノレギーが 5. 6 e V〜 5. 9 e Vの間につレ、て最小 2乗法により引かれた近似 ]£/镍を示している。

と, Qの交点 Rは、光電子放出のしきい値エネルギーを示しており、この光電子放出のしきレ、値エネルギーがイオン化ポテンシャル I ρである。電子親和力 Eaは、イオン化ポテンシャル I pとエネルギーギャップ E gとの差（E a= I p— Eg) により求められる。

図 7は、第 1実施例に用いた層の電子親和力 E a、ィオン化ポテンシャル I p 及ぴエネルギーギャップ Egを示した図である。図 7に示すように、第 1のキヤリア輸送層 35 Aに用いた 2— TN AT A層のイオン化ポテンシャル I pは 5. 19 e Vであり、第 2のキャリア輸送層 35Bに用ぃたQ；—NPD層のィォン化ポテンシャル I pは 5. 46 eVである。よって、 2— TNAT A層と α— N P D層のイオン化ポテンシャル I ρとの差により、第 1のキャリア輸送層 35 Αと第 2のキャリア輸送層 35 Bの界面に、 0, 27 eVの大きさのエネルギー障壁が 3つ形成される。また、第 4のキャリア輸送層 37Bに用いた TYG— 201 層の電子親和力 E aは 3. 20 eVであり、第 3のキャリア輸送層 37 Aに用いた TYE—704層の電子親和力 E aは 2. 97 e Vである。

したがって、 TYG— 201層と TYE—704層の電子親和力 E aの差により、第 4のキャリア輸送層 37 Bと第 3のキャリア輸送層 37 Aの界面に、 0. 23 e Vの大きさのエネルギー障壁が 2つ形成される。その結果、第 1のキヤリァ輸送層 35Aと第 2のキヤリァ輸送層 35Bの界面に形成された 3つのエネルギー障壁により、第 1のキャリア輸送層に用いた 2—TNAT A層にそれぞれ正孔が蓄積されて、正孔電流量は低下する。また、第 4の.キャリア輸送層 37Bと第 3のキヤリァ輸送層 37 Aの界面に形成された 2つのエネルギー障壁により、第 4のキャリア輸送層に用いた TYG— 201層にそれぞれ電子が蓄積されて、電子電流量が低下する。その結果、発光層 36に流れる電子電流量と正孔電流量とが調節されて、電子と正孔が再結合するため、発光効率を向上させることができる。

また、第 2のキャリア輸送層 35 Bに用いた α— NPD層のエネノレギーギヤップ Egは 3. 04 eVであり、第 3のキャリア輸送層 37 Aに用いた TYE— 7 04層のエネノレギーギヤップ E gは 2. 76 e Vであり、発光層 36のエネルギ一ギャップ E gは 2. 4 0 e Vである。よって、第 2のキャリア輸送層 3 5 Bのエネルギーギヤップ E gは、発光層 3 6のエネルギーギヤップ E gよりも 0. 6 4 e V大きく、第 3のキヤリァ輸送層 3 7 Aのエネルギーギヤップ E gは、発光層 3 6のエネルギーギヤップ E gよりも 0. 3 6 e V大きいため、発光層 3 6での電子と正孔の再結合する確率が増加し、発光層 3 6に用いた TYG— 2 0 1層の発光効率を向上させることができる。

[第 2実施例]

第 2の実施例は、第 1実施例において、発光層 3 6と陽極との間に第 1のキヤリァ輸送層 3 5 A/第 2のキヤリァ輸送層 3 5 B力らなる積層構造を 1組少なく形成したものである。なお、有機 E L素子の全体の厚さにより各層の卿享が決定されている。

第 2実施例によれば、第 1実施例よりも第 1のキヤリァ輸送層 3 5 A/第 2のキャリア輸送層 3 5 Bが 1組少なく形成されている。先の発明が解決しようとする! ¾ で述べたように正孔電流量と電子電流量の大きさは、有機 E L素子を構成する膜の種類や積層するにより変わる。したがって、有機 E L素子の正孔電流量が電子電流量と比較してあまり大きくないには、第 1実施例のように 3 つのエネルギー障壁を形成すると、正孔電流量が小さくなりすぎて発光効率が低下してしまう。したがって、正孔にとつてのエネルギー障壁を 1つ少なく形成して、第 1実施例よりも正孔電流量の低下を抑制することで、より多くの電子が正孔との再結合に寄与し、有機 E L素子全体の発光効率を高めることができる。

[発光効率の評価]

次に、第 1及び第 2実施例の有機 E L素子の発光輝度の評価を行なった。本発明によらない比較例 1〜 3の有機 E L素子を作成して評価した。

比較例 1の有機 E L素子は、ガラス基板上に、真空蒸着法を用いて、'陽極に I TO電極と、正孔注入層に 2— TNATA層を酵 3 0 n mと、正孔輸送層に — N P D層を J^i¥ 5 0 nmと、発光層にノンドープ型の緑色発光する TYG— 2 0 1層を膜厚4 0 11 111と、電子輸送層に TYE— 7 0 4層を廳4 0 nmと、フッ化リチウム膜が膜厚 0. 5 11 111と 1膜が醇1 0 O n mからなる A l /L i F積層膜とが順次形成された構成とした。真空蒸着装置内の圧力とガラス基板の温度は、圧力が 1 . 3 3 X 1 0— ⁴ P a、ガラス基板の温度は室温とした。次に、比較例 2〜 3の有機 E L素子を比較例 1と同様な方法により形成した。

次に、第 1実施例及び第 2実施例の有機 E L素子に電圧を印加し、陽極から発光層の陽極側に接する第 2のキヤリァ輸送層の間に流れる電流量と、陰極から発光層の陰極側に接する第 3のキヤリァ輸送層の間に流れる電流量とを別々に測定した。また、比較例 1の有機 E L素子に電圧を印加し、陽極から正孔輸送層の間の電流量と、陰極から電子輸送層の間の電流量とを別々に測定した。

なお、第 1実施例及び第 2実施例の発光層の陽極側に接する第 2のキヤリ.ァ輸送層から陽極の間に流れる電流量と、比較例 1の陽極から正孔輸送層の間の電流量は、正孔が陽極から陰極側へ移動することで発生する電流量と考えることができ、本評価ではこの電流量を正孔電流量と定義する。また、第 1実施例及び第 2実施例の発光層の陰極側に接する第 3のキャリア輸送層から陰極の間に流れる電流量と、比較例 1の陰極から電子輸送層の間の電流量は、電子が陰極から陽極側へ移動することで発生する電流量と考えることができ、本評価ではこの電流量を電子電流量と定義する。

図 1 0は、第 1実施例の有機 E L素子の正孔電流量と電圧の関係を示した図であり、図 1 1は、第 2実施例の有機 E L素子の正孔電流量と MEの関係を示した図であり、図 1 2は、比較例 1の有機 E L素子の正孔電流量と電圧の関係を示した図である。

図 1 0に示した第 1実施例の有機 E L素子には、発光層の陽極側にエネルギー障壁が 3つ形成されており、図 1 1に示した第 2実施例の有機 E L素子には、発光層の陽極側にエネルギー P章壁が 2つ形成されている。また、図 1 2に示した比較例 1にはエネルギー障壁が 1つ形成されている。図 1 0〜図 1 2に示すように、発光層の陽極側にエネルギー障壁が多く形成されると、正孔電流量が低下することが分力ゝる。

図 1 3は、第 1実施例の有機 E L素子の電子電流量と flffの関係を示した図である。図 1 3に示した有機 E L素子は、発光層の陰極側にエネルギー障壁が 2つ形成されている。図 1 3の電子電流量と図 1 1に示した発光層の陽極側に 2つのエネルギー障壁が形成したの正孔電流量とを比較すると、正孔電流量は電子電流量よりも大きいことが分かる。このことから、エネルギー P章壁を形成しない場合には、正孔電流量は電子電流量よりも大きいことが分かる。

図 1 4は、有機 E L素子の発光効率の電圧依存性を示した図である。図 1 4に示すように、第 2実施例の有機 E L素子の発光効率が最も高いことが分かる。ここで、正孔にとつてのエネルギー障壁を多く設けた第 1実施例よりも、第 2 実施例の有機 E L素子の発光効率が高くなった原因についての考察を行う。有機 E L素子の発光効率を向上させるためには、正孔電流量を小さくすることと、発光層 3 6において再結合に寄与する電子の数と正孔の数との差を小さくすることが必要である。電子電流量は、電子の数と電子の移動度により決まり、正孔電流量は、正孔の数と正孔の移動度により決まる。また、一般的に電子の移動度は、正孔の移動度よりも小さいため、電子の数と正孔の数とが同じ場合でも電子電流量と正孔電流量とは同じにはならない。エネルギー P章壁を形成しない場合には、正孔電流量は電子電流量よりも大きく、正孔にとってのエネルギー障壁を設けることで、正孔電流量が減少すると共に、正孔の数も減少する。実施例 1においては、正孔にとってのエネルギー障壁が 3つ形成されており、電子と再結合する正孔の数を必要以上に減少させてしまったと考えられる。実施例 2では、実施例 1 よりも少ない 2つのエネルギー P章壁を設けたため、電子の数と正孔の数との差を小さくできたため、発光効率が向上して実施例 1よりも良い結果になったと考えられる。

(第 2の実施の形態）

図 1 5は、本発明の第 2の実施の形態の有機エレクトロノレミネッセンスデイスプレイ（有機 E Lディスプレイ）の概要構成を示した斜視図である。図 1 5に示すように、有機 E Lディスプレイ 5 0は、ガラス基板 3 3上に陰極 3 9である A l ZL i F電極と、陽極 3 4である I T O電極とが直交するように形成され、その間に第 1の実施の形態の有機 E L素子を構成する積層体 4 5が形成された構成となっている。有機 E Lディスプレイ 5 0の発光は、発光させたい発光層の領域の I T O電極と A 1 /L i F電極をそれぞれ指定して ¾j£を印加して行なう。有機 E Lディスプレイ 5 0を上記構成としたことで、発光効率を向上することがでさる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の記載範囲内において、種々の変形'変更が可能である。

例えば、第 1の実施の形態に示した有機 E L素子に設ける正孔のエネルギー障壁と電子のエネルギー P章壁の個数は各有機 E L素子に応じて適宜に選択して良い。産業上利用可能性

本発明によれば、発光層の陽極側に第 1のキャリア輸送層と、第 1のキャリア輸送層の陰極側に第 1のキヤリァ輸送層のイオン化ポテンシャル I p _{P 1}より小さなイオン化ポテンシャル I p _{P 2}を有する第 2のキヤリァ輸送層とを形成することにより、正孔が陽極から発光層へ向かう手前の第 1のキヤリァ輸送層と第 2 のキヤリァ輸送層との界面にエネルギー障壁が形成され、第 1のキヤリァ輸送層に正孔が蓄積されて発光層に流れる正孔電流量が低下して、正孔電流量が調節されるため、発光効率を向上させることができる。

Claims

請求の範囲

1. 互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、

前記発光層の陽極側に形成された第 1のキヤリァ輸送層と、

前記第 1のキヤリァ輸送層の陰極側に前記第 1のキヤリァ輸送層と接するように形成された第 2のキヤリァ輸送層とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、

嫌己第 1のキャリア輸送層のイオンィ匕ポテンシャル I P_p1と、 tfria第 2のキヤリア輸送層のイオンィ匕ポテンシャル I p_P2との関係が、 I p_P1< I p_P2であることを特徴とする有機エレクト口ルミネッセンス素子。

2. 前記第 1のキャリア輸送層は、 aNPDを用い、前記第 2のキャリア輸送層には、 2—TN AT Aを用いることを特徴とする請求項 1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

3. 前記発光層のエネルギーギヤップ E g _EMLと前記第 2のキヤリァ輸送層のエネルギーギヤップ E g _P2との関係が、 E g _EMLく E g _P2であることを特徴とする請求項 1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

4. 互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、

嫌己発光層の陰極側に形成された第 1のキヤリァ輸送層と、

前記第 1のキヤリァ輸送層の陰極側に接するように形成された第 2のキャリア輸送層とを備えた有機ェレクトロルミネッセンス素子であって、

前記第 1のキヤリァ輸送層の電子親和力 E a p と、前記第 2のキヤリァ輸送層の電子親和力 E a p ₂との関係が、 Ea_P1<Ea_P2であることを特徴とする有機ェレクト口/レミネッセンス素子。

5. 前記第 1のキャリア輸送層には、 TYE 704を用い、前記第 2のキヤリア輸送層には、 TYG— 201を用いることを特徴とする請求項 4に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

6. 前記発光層のエネルギーギヤップ E g _EMLと前記第 1のキヤリァ輸送層のエネルギーギヤップ E g p iとの関係が、 E g _EMLく E g _P であることを特徴とする請求項 4に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

7. 互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、前記発光層の陽極側に形成された第 1のキヤリァ輸送層と、

前記第 1のキヤリァ輸送層の陰極側に前記第 1のキヤリァ輸送層と接するように形成された第 2のキヤリァ輸送層と、

前記発光層の陰極側に形成された第 3のキヤリァ輸送層と、

前記第 3のキヤリァ輸送層の陰極側に前記第 3のキヤリァ輸送層と接するように形成された第 4のキヤリァ輸送層とを備えた有機ェレクト口ルミネッセンス素子であって、

前記第 1のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャル I p_P1と、嫌己第 2のキヤリア輸送層のイオン化ポテンシャル I p_P2との関係が、 I p_P1< I p_P2であり、かつ前記第 3のキヤリァ輸送層の電子親和力 E a _P3と、 tiflB第 4のキヤリァ輸送層の電子親和力 E a _P4との関係力 E a _P3く E a _P4であることを特徴とする有機エレクトロノレミネッセンス素子。

8. 前記発光層のエネルギーギャップ Eg_EMLと、歸己第 2のキャリア輸送層のエネルギーギヤップ E g _P2と、前記第 3のキヤリァ輸送層のエネルギーギヤップ Eg_P3との関係が、 Eg_EML<Eg_P2， Eg_EMLく Eg_P3であることを特徴とする請求項 7に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

9. 互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、

前記第 1のキヤリァ輸送層の陰極側に ΙίίΙ己第 1のキヤリァ輸送層と接するように形成された第 2のキヤリァ輸送層とを有する有機ェレクト口ルミネッセンス素子を備えた有機エレクトロルミネッセンスディスプレイであって、

前記第 1のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャル I P_P1と、 lf己第 2のキヤリア輸送層のイオン化ポテンシャル I p_P2との関係が、 I p_P1< I p_P2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ディスプレイ。

10. 互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、

前記発光層の陰極側に形成された第 1のキヤリァ輸送層と、

IfrlB第 1のキヤリァ輸送層の陰極側に接するように形成された第 2のキャリア輸送層とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子を有する有機エレクトロル爾己第 1のキヤリァ輸送層の電子親和力 E a _P と、前記第 2のキヤリァ輸送層の電子親和力 Ea_P2との関係力 Ea_P1<Ea_P2であることを特徴とする有機ェレクトロルミネッセンスディスプレイ。

11. 互いに対向する陽極と陰極との間に形成された発光層と、前記発光層の陽極側に形成された第 1のキヤリァ輸送層と、

前記第 1のキヤリァ輸送層の陰極側に ΙίίΐΒ第 1のキヤリァ輸送層と接するように形成された第 2のキヤリァ輸送層と、

前記第 3のキヤリァ輸送層の陰極側に ΙίίΐΒ第 3のキヤリァ輸送層と接するように形成された第 4のキヤリァ輸送層とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた有機エレクトロルミネッセンスディスプレイであって、

前記第 1のキャリア輸送層のイオン化ポテンシャル I ρ_Ρ1と、 t&f己第 2のキヤリア輸送層のイオン化ポテンシャル I p_P2との関係が、 I p_P1< I p_P2であり、力つ前記第 3のキヤリァ輸送層の電子親和力 E a _P3と、編己第 4のキヤリァ輸送層の電子親和力 E a _P4との関係が、 Ea_P3<Ea _P4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ディスプレイ。