WO2008035406A1

WO2008035406A1 - Dispositif optique

Info

Publication number: WO2008035406A1
Application number: PCT/JP2006/318618
Authority: WO
Inventors: Tsuyoshi Naijo
Original assignee: Pioneer Corporation; Tohoku Pioneer Corporation
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2008-03-27

Description

明細書

光デバイス

技術分野

[0001] 本発明は、光デバイスに関するものである。

背景技術

[0002] 光デバイスを利用した表示デバイスは、例えば一つの有機 EL素子を一つの画素として利用し、複数の画素それぞれを表示駆動や非表示駆動を行うことにより、情報表示を行っている。この表示デバイスは、例えば 2色以上のカラー表示、 RGBフルカラ一もしくはエリアカラーのように複数色により情報を表示可能である。つまり、表示デバイスの全ての有機 EL素子がある一つの波長の光を出力するのではなぐ複数色の波長の色の光を独立に発光駆動可能である。

[0003] 表示デバイスとは、携帯電話、車載用モニタ、家電の操作モニタ、 PCやテレビ等のドットマトリクスの情報表示装置、時計、宣伝用パネル等の固定表示装置、スキャナやプリンタの光源、照明、液晶のバックライト等の照明装置、光電変換機能を利用した光通信装置等を含む。

[0004] また、光デバイスとしては、自発光素子をドットマトリクス状に配置したもの、アイコン部（固定表示部)を形成した表示部、平面状や球面状の照明器具としたもの、等があり、大きさも小型のものから大型スクリーンのものなど様々である。

また、有機 EL素子は、有機エレクト口ルミネッセンス素子、有機 EL (OEL : Organic electroluminescence)ァノス、機発光タイォ ~~ (OLED： Organic Light Emitting Diode)デバイス、自発光素子、電場発光光源とも言われている。

[0005] 一般的な有機 EL素子は、アノード（陽極、正孔注入電極)と、力ソード（陰極、電子注入電極)との間に有機層が配置された構造を有する。有機 EL素子では、この両電極に電圧が印加されることにより、アノード力ら有機 EL層内に注入及び輸送された正孔と、力ソードから有機層内に注入及び輸送された電子とが有機層内 (発光層）にて再結合し、この再結合により有機層内の有機分子の電子状態が基底状態力励起状態に遷移し、励起状態から基底状態に遷移する際に発光する。 [0006] この有機 EL素子は、詳細には複数の機能層を積層した構造を有し、例えば、下部電極 (陽極)、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、上部電極 (陰極)が、基板上に積層された構造を有する。各層は、単一の有機材料により構成された複数の材料を混ぜ合わせたもの (混合層）、高分子バインダーの中に例えば電荷輸送機能、発光機能、光学機能、電荷阻止機能、ァクセプタ、ドナー等を分散させたものでもよい。また各層に、上部電極をスパッタ法により形成する際の有機層へのダメージを低減するバッファ機能や、成膜プロセスによる凹凸を防ぐ平坦ィ匕機能を設けた有機 EL素子もある。

[0007] ところで、特許文献 1には、有機 EL発光デバイスの有機層中に、 pドープ層ゃ nドープ層ヘアクセプタもしくはドナーを添加することにより電流効率を向上させる技術が開示されている (例えば、特許文献 1参照)。

[0008] 特許文献 1 :特表 2005— 530320号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] しかし、上述した特許文献 1に記載の有機 EL素子では、発光層の添加物の量を調整することや、電流効率化だけでは、発光層内におけるキャリアバランスが崩れてしまヽ寿命が低下する場合がある。

[0010] ところで、カラー表示を行う自発光表示装置では、発光材料の特性などによって色毎に自発光素子の寿命又は輝度劣化の度合が異なることで、長期の累積時間に亘つて表示を行うと色調ずれが生じて所望の色度が得られなくなるという問題がある。特に、画面の下地部分などで白色を表示する場合には、長期の使用に際して白色表示部分に色がっ、てしまう t 、う問題が生じる。

[0011] 本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、異なる発光色の有機 EL素子が並列又は積層配置され、複数色の混色によって力ラー表示を行う光デバイスであって、長時間駆動時の色調ずれを防 V、で光デバイスの表示品質を向上させること、発光層内のキャリアバランスを調整して光デバイスを長寿命化すること、等が本発明の目的である。

課題を解決するための手段 [0012] 本発明では、上述した課題を解決することを目的の一つとして!/、る。

請求項 1に記載の発明は、異なる発光色の有機 EL素子が並列又は積層配置され、複数色の混色によってカラー表示を行う光デバイスであって、前記有機 EL素子は、基板上に配置された陽極と、前記陽極上に配置され、正孔輸送材料とァクセプタを含む pドープ層と、前記 pドープ層上に配置され、電子ブロック材料を含む電子ブロック層と、前記電子ブロック層上に接するように配置される発光層と、前記発光層上に接するように配置される正孔ブロック材料を含む正孔ブロック層と、前記正孔ブロック層上に配置され、電子輸送材料とドナーを含む nドープ層と、前記 nドープ層上に配置した陰極とを含み、前記複数色の内の少なくとも一つの発光色の有機 EL素子は、前記発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、前記 Pドープ層のァクセプタの濃度と前記 nドープ層のドナーの濃度の一方又は両方が設定されていることを特徴とする

[0013] 請求項 2に記載の発明は、異なる発光色の有機 EL素子が並列又は積層配置され、複数色の混色によってカラー表示を行う光デバイスであって、前記有機 EL素子は、基板上に配置された陰極と、前記陰極上に配置され、電子輸送材料とドナーを含む nドープ層と、前記 nドープ層上に配置され、正孔ブロック材料を含む正孔ブロック層と、前記正孔ブロック層上に接するように配置される発光層と、前記発光層上に接するように配置される電子ブロック材料を含む電子ブロック層と、前記電子ブロック層上に配置され、電子輸送材料とァクセプタを含む pドープ層と、前記 pドープ層上に配置した陽極とを含み、前記複数色のうちの少なくとも一つの発光色の有機 EL素子は、前記発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、 pドープ層のァクセプタの濃度と nドープ層のドナーの濃度の一方又は両方が設定されていることを特徴とする。

図面の簡単な説明

[0014] [図 1]本発明の第 1実施形態に係る光デバイスを採用した表示デバイス 1を説明するための図である。

[図 2]本発明の第 2実施形態に係る表示デバイス 1Aを説明するための図である。 (A )は基板 2の素子形成側からの表示デバイス 1の平面図であり、 (B)は (A)に示した領域 A付近の断面図である。圆 3]本発明の一実施形態に係る表示デバイス 1Aの製造方法を説明するためのフロ一チャートである。

圆 4]有機 EL素子の駆動時の輝度の時間変化を示す図である。 (A)は赤色発光を行う有機 EL素子 (赤色素子)、（B)は緑色発光を行う有機 EL素子 (緑色素子)、 (C) は青色発光を行う有機 EL素子 (青色素子)の駆動時の輝度の時間変化を示す図である。

圆 5]有機 EL素子の駆動時の駆動電圧の時間変化を示す図である。 (A)は赤色発光を行う有機 EL素子 (赤色素子)、 (B)は緑色発光を行有機 EL素子 (緑色素子)、 (C)は青色発光を行う有機 EL素子 (青色素子)の駆動時の駆動電圧の時間変化を示す図である。

圆 6]本発明の一具体例に係る表示デバイスの各発光色の有機 EL素子と、第 1比較例に係る表示デバイスの各発光色の有機 EL素子の輝度変化を示す図である。圆 7]本発明の一具体例に係る表示デバイスの各発光色の有機 EL素子と、第 2比較例に係る表示デバイスの各発光色の有機 EL素子の輝度変化を示す図である。圆 8] (A)は本発明に係る光デバイスの発光色毎に異なる輝度劣化を揃える第 1具体例を説明するための図であり、 (B)は本発明に係る光デバイスの発光色毎に異なる輝度劣化を揃える第 2具体例を説明するための図である。

圆 9]本発明に係る第 3実施形態に係る表示デバイス 1Aを説明するための図であり、 (A)は基板 2の素子形成側力もの表示デバイス 1Aの平面図であり、 (B)は (A)に示した領域 A付近の断面図である。

圆 10]本発明の第 4実施形態に係る表示デバイス 1Rを説明するための図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の一実施形態に係る光デバイスは、異なる発光色の有機 EL素子が並列又は積層配置され、複数色の混色によってカラー表示を行う光デバイスであって、有機 EL素子は、基板上に配置された陽極と、陽極上に配置され、正孔輸送材料とァクセプタを含む Pドープ層と、 pドープ層上に配置され、正孔輸送材料と電子ブロック材料を含む電子ブロック層と、電子ブロック層上に接するように配置される発光層と、発光層上に接するように配置される電子輸送材料と正孔ブロック材料を含む正孔ブロック層と、正孔ブロック層上に配置され、電子輸送材料とドナーを含む nドープ層と、 nドープ層上に配置した陰極と、を含み、複数色の内の少なくとも一つの発光色の有機 EL素子は、発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、 pドープ層のァクセプタの濃度と nドープ層のドナーの濃度の一方又は両方が設定されていることを特徴とする。

[0016] また、有機 EL素子は、基板上に配置された陰極と、陰極上に配置され、電子輸送材料とドナーを含む nドープ層と、 nドープ層上に配置され、正孔ブロック材料を含む正孔ブロック層と、正孔ブロック層上に接するように配置される発光層と、発光層上に接するように配置される電子ブロック材料を含む電子ブロック層と、電子ブロック層上に配置され、電子輸送材料とァクセプタを含む pドープ層と、 pドープ層上に配置した陽極とを有してもょ、。正孔ブロック層は電子輸送材料と正孔ブロック材料を含むことが好ましい。また、電子ブロック層は正孔輸送材料と電子ブロック材料を含むことが好ましい。

[0017] 上記構成の光デバイスでは、複数色の内の少なくとも一つの発光色の有機 EL素子力発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、 p (positive :担体が正孔）ドープ層のァクセプタの濃度と n (negative：担体が電子）ドープ層のドナーの濃度の一方又は両方が設定されているので、長時間駆動時の色調ずれを防止することができる。また、色調ずれを防止することで光デバイスの表示品質を向上させることができる。

[0018] また、本発明の一実施形態に係る光デバイスは、発光層内のキャリアバランスが略均一となるように、有機 EL素子の pドープ層のァクセプタの濃度と nドープ層のドナーの濃度の一方又は両方が規定されている。上記構成の光デバイスでは、発光層内のキャリアバランスが略均一となるように、詳細には例えば発光層内の正孔キャリア濃度と電子キャリア濃度が略同一となるように、 pドープ層のァクセプタの濃度と nドープ層のドナーの濃度の一方又は両方が規定されて、るので、発光層内のキャリアバランスが略均一となり、一般的な有機 EL素子と比べて発光層の寿命を長くすることができる以下、本発明の一実施形態に係る光デバイスを採用した表示デバイスを図面を参照しながら説明する。

[0019] [第 1実施形態] 図 1は、本発明の第 1実施形態に係る光デバイスを採用した表示デバイス 1を説明するための図である。図 1に示すように、発光層 53として、異なる発光色、例えば赤色 (R)、緑色（G)、青色（B)の光 (RL, GL, BL)を発光する発光層 53 (53R, 53G, 53B)を備える有機 EL素子 100が、ガラスなどの規定材料力もなる基板 2上に並列配置し、複数色の混色によってカラー表示を行うものである。表示デバイス 1は、これに限らず 2色、 4色以上の混色によってカラー表示を行うものであってもよぐまた図 1 には、各有機 EL素子 100を並列配置したものを示している力これに限らず異なる色の発光を行う複数の有機 EL素子 100を積層配置したものであってもよい。図 1に示した有機 EL素子 100それぞれは、一つの画素 11に相当する。

[0020] この有機 EL素子 100は、例えば図 1に示すように、基板 2上で、発光層 53 (53R, 5 3G, 53B)を含む発光機能層 5を、一対の電極 (陽極 3と陰極 6)間に挟持した構造を有する。表示デバイス 1は、図 1に示すように、基板 2上に形成された陽極 3、この陽極 3上に配置されるとともに正孔輸送材料とァクセプタを含む正孔輸送層（pドープ層 ) 51、正孔輸送層 51上に配置されるとともに電子ブロック材料を含む電子ブロック層 52と、電子ブロック層 52上に接するように配置される発光層 53と、発光層 53上に接するように配置され、正孔ブロック材料を含む正孔ブロック層 54と、正孔ブロック層 54 上に配置され電子輸送材料とドナーを含む電子輸送層（nドープ層） 55と、電子輸送層 55上に配置した陰極 6とを有する。

[0021] 正孔輸送層 51は、正孔輸送材料を主体として構成され、電子受容性物質 (ァクセプタ）がドープされている。電子受容性物質は、 pドープ層において電子を受け取ることにより層内の正孔密度を高める機能を有する。つまり正孔輸送層 51は正孔密度を有する。

[0022] 電子ブロック層 52は、電子ブロック材料を含むもので形成されており、好ましくは電子ブロック材料と正孔輸送機能材料とを混合したもので形成されて、る。正孔ブロック層 54は、正孔ブロック材料を含むもので形成されており、好ましくは正孔ブロック材料と、電子輸送機能材料を混合したもので形成されている。電子輸送層 (nドープ層） 55は、電子輸送材料を主体として構成され、電子供与性物質 (ドナー）がドープされている。電子供与性物質は、電子輸送層（nドープ層） 55において電子を放出することにより層内の電子密度を高める機能を有する。つまり電子輸送層 55は電子密度を有する。正孔輸送層 51は本発明に係る pドープ層の一実施形態に相当する。電子輸送層 55は本発明に係る nドープ層の一実施形態に相当する。

[0023] 上記構成の陽極 3と陰極 6間に電圧を印加すると、素子内に陽極 3から正孔が注入 •輸送され、陰極 6から電子が注入 '輸送されて、発光層 53にて正孔と電子が再結合して、各色の発光を得るものである。この際、発光層 53内での電子と正孔との再結合によって陽極 3と陰極 6間に電流が流れ、この電流に応じて各有機 EL素子の輝度が得られること〖こなる。

[0024] 陽極 3と陰極 6のうち光を取り出す側の電極は、透明導電膜で形成され、下部電極側から光を取り出す場合をボトムェミッション方式、上部電極側から光を取り出す場合をトップェミッション方式という。この自発光素子を低分子型有機 EL素子とした場合には、一般に一対の電極間に正孔輸送層、発光層、電子輸送層などの有機発光機能層からなる層構造が形成されることになる。また、高分子型の有機 EL素子 100は、ノィポーラ性の材料を単層又は複数層積層した構造で形成される。

[0025] 一般的に異なる発光色の有機 EL素子では、発光色毎に輝度劣化の度合いが異なる現象が生じる。

一方、本発明に係る表示デバイス 1では、複数色の内の少なくとも一つの発光色の有機 EL素子 100は、発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、正孔輸送層 51 (p ドープ層）のァクセプタの濃度と電子輸送層（nドープ層） 55のドナーの濃度の一方又は両方が設定されている。このため、長時間駆動時の色調ずれを防止して表示デバイス 1の表示品質を向上させることができる。

[0026] また、例えば発光層 53内の正孔密度と電子密度の一方が他方より比較的大きい場合、発光層 53の寿命が低下するので、それを防止するために、本発明に係る表示デバイス 1では、正孔輸送層 51のァクセプタ濃度及び Z又は発光層 53内のキャリアバランスを調整して発光層 53内におけるキャリアバランスを最適化 (正孔密度と電子濃度を略等しく）することで、表示デバイス 1を長寿命化することができる。

[0027] [第 2実施形態]

図 2は、本発明の第 2実施形態に係る表示デバイス 1Aを説明するための図である。詳細には図 2 (A)は、基板 2の素子形成側力もの表示デバイス 1の平面図であり、図 2 (B)は図 2 (A)に示した領域 A付近の断面図である。本実施形態に係る表示デバィス 1Aは、複数の異なる発光色、詳細には図 2に示すように、第 1発光色 (赤: R)、第 2 発光色 (緑: G)、第 3発光色 (青: B)の 3種類の有機 EL素子力もの光 (RL, GL, BL )の混色によりカラー表示を行う。

[0028] 表示デバイス 1Aは、図 2 (A) , (B)に示すように、基板 2、陽極 3、発光層を備える有機発光機能層 5、陰極 6、および封止部材 9を有する。陽極 3は、下部電極および第 1電極の一実施形態に相当する。陰極 6は、上部電極、および第 2電極の一実施形態に相当する。

[0029] 基板 2は、例えば平板状、フィルム状のものが好ましぐ材質としてはガラス又はブラスチック等を用いることができる。例えばボトムェミッション型の表示デバイス 1Aでは、透明性を有する材料により基板 2を形成する。

[0030] 陽極 3は、導電材料からなり、基板 2上に直接又は他の層（例えば保護層等)を介して形成されている。陽極 3の形成材料としては、例えば ITO (Indium Tin Oxide)などの透明導電材料を採用する。

[0031] 発光層 53を備える有機発光機能層 5は、陽極 3上に直接又は他の層（例えば電荷輸送層等)介して形成される。有機発光機能層 5は、例えば電荷輸送層、有機 EL発光層 (発光層ともいう)等の積層構造を有する。この有機発光機能層 5は、例えば真空蒸着法により形成される。有機発光機能層 5は、他にも塗布、印刷法やレーザ転写法により形成されてもよい。高分子バインダーに電荷輸送機能、発光機能、光学機能、電荷阻止機能、ァクセプタ、ドナー等を分散させたものを塗布、印刷法等で成膜してちょい。

[0032] 陰極 6は、導電性材料力なり、有機発光機能層 5上に形成されている。詳細には、陰極 6は、図 2 (A) , 2 (B)に示すように、有機発光機能層 5の端部より内側に端部が位置するように、有機発光機能層 5上に狭い範囲に形成されている。具体的には、陰極 6は、図 2 (A) , 2 (B)に示すように、有機発光機能層 5の形成された領域の一部が露出するように真空蒸着により形成される。

[0033] 一つの画素 11は、例えば図 2 (A) , 2 (B)に示すように、有機発光機能層 5が陽極 3、陰極 6間に挟持された領域のうち、有機発光機能層 5の発光層が実質的に有効に発光する領域に相当する。

[0034] 封止部材 9は、基板 2上に形成された有機 EL素子 100を封止材料により封止する。表示デバイス 1の封止接合方法としては、気密封止、膜封止、固体封止などの各種方法を採用することができる。本実施形態では図 2 (A) , 2 (B)に示すように、素子側の基板 2と、例えばガラスや金属材料等の各種材料力もなる封止基板 91との間をェポキシ榭脂等の接着剤などの封止材料 92を介して封止を行う。この際、接着剤を有機 EL素子 100が形成された面側の全面に塗布して封止する。また、有機 EL素子 10 0に対応する位置に凹部とする封止基板 91を接着剤を介して基板 2と貼合封止する。この際、凹部に乾燥部材を形成しても良ぐ封止材料 92のみで膜封止してもよい。この際、封止材料 92は保護層として機能する。

[0035] 有機 EL素子 100と外部回路 85 (851, 852)とを接続するために基板 2上に形成してある上部電極用引出配線 3aおよび第 2電極用引出配線 3bの位置にフレキシブル基板 80 (801, 802)などの配線基板が圧着されている。本実施形態では、外部回路 85と上部電極及び下部電極との接続をフレキシブル基板 80により行った力駆動回路を基板上に形成する COG (Chip on glass)、フレキシブル基板 80上に駆動回路を形成した FOG (Flip chip on glass)等の各種実装技術を採用してもよい。

[0036] 図 3は、本発明の一実施形態に係る表示デバイス 1Aの製造方法を説明するためのフローチャートである。

[0037] 先ず、ガラスなどの基板 2を準備する (ステップ Sl)。

次に、基板 2上に ITO (インジウム錫酸ィ匕物）等の透明電極を下部電極（陽極 3)として形成するようにパターユングを行う（ステップ S2)。本実施例では、パッシブ駆動による表示デバイスの例を示して、るので、下部電極を複数のストライプ状にパターン形成する。

その陽極 3の上部に、画素を形成するように、例えばポリイミド等の絶縁膜の開口部を形成するようにパターユングを行う。この開口部が一つの画素を形成し、この開口部内に有機発光機能層 5による有機 EL素子 100が形成される。

[0038] 開口部内の陽極（第 1電極） 3の上部に α—NPD (N, N，一 α—ジナフチルベンジジン)のようなホール輸送層機能材料と、 F4-TCNQ (テトラフルォ口—テトラシァノキノジメタン)のような電子受容性物質 (ァクセプタ）とにより、正孔輸送層（pドープ層） 51を形成する（ステップ S4, S5, S6)。この正孔輸送層（pドープ層） 51は、陽極 3から注入された正孔を、ホッピング移動により発光層まで輸送する機能を有する。ホール輸送機能材料にドープされたァクセプタにより、正孔輸送層（Pドープ層） 51内で正孔が生じやすくしている。

[0039] また、正孔輸送層（pドープ層） 51を形成する際、各発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、各正孔輸送層（51R, 51G, 51B)のドナーの濃度を調整する (ステツプ S3A, S4A, S5A)。

[0040] 次に、発光層 53内の電子が正孔輸送層（pドープ層） 51に移動することを抑止して発光層 5内に溜めるように機能する電子ブロック層 52を正孔輸送層（pドープ層） 51 上に成膜する（ステップ S6)。この電子ブロック層 52は、 TPD (トリフエ-ルジァミン）などの電子ブロック材料で形成される。好ましくは、電子ブロック材料と正孔輸送機能材料を混合したもので形成する。

例えば単一材料にて電子ブロック層が形成されて、る場合と比較して、上記電子ブロック材料と正孔輸送機能材料を混合した混合材料にて形成した場合、発光層 53内に発光に寄与する電子を閉じ込めるとともにそれに伴う再結合確率が向上するので輝度電流効率を向上させることができる。

[0041] また、従来の単一材料による電子ブロック層が形成されている場合、発光層 53内に電子ブロッキング効果により発光層 53中に電子輸送層 55から注入された電子が過剰に溜まることで発光層 53を劣化させ、そのために素子寿命が極端に悪ィ匕するのと比べて、本発明に係る電子ブロック層 52を設けたことにより発光層 53内のキャリアバランスを最適化 (正孔濃度と電子濃度を略等しく）することで、有機 EL素子の寿命の悪ィ匕を防止することができる。

[0042] 次に、電子ブロック層 52上に、異なる複数の発光色の発光層 53を成膜する。詳細には、発光材料としては、表示デバイスの設計事項、例えばドットマトリックスやアイコン表示、セグメント表示により適宜選択してよい。

[0043] 本実施形態では、例えば第 1発光色 (赤）として DCM1等のスチリル色素等の赤色を発光する材料やジスチル誘導体、第 2発光色 (緑)としてクマリン等の緑色を発光する材料、第 3発光色 (青）としてトリァゾール誘電体等の青色を発光する材料を、塗り分け用の蒸着マスクを利用して第 1発光色，第 2発光色，第 3発光色の形成領域それぞれに塗り分けて、各発光層（53R, 53G, 53B)を形成する（S7, S8, S9)。

[0044] 次に、発光層 53内の正孔が電子輸送層 55に移動することを抑止して発光層 5内に溜めるように機能する正孔ブロック層 54を、各発光層 53上に成膜する (ステップ S10 ；)。この正孔ブロック層 54は、 BCP (4, 4，— N, N，—ジカルバゾール—ビフエ-ル）のような正孔ブロック材料と、 BPhen(4, 7 ジフエ-ルー 1, 10フエナント口リン）のような電子輸送機能材料を混合した混合材料で形成する。

[0045] 例えば単一材料にて正孔ブロック層が形成されて、る場合と比較して、本発明に係る正孔ブロック層 54は、上記電子ブロック材料と正孔輸送機能材料を混合した混合材料にて形成されているので、発光層 53内に発光に寄与する電子を閉じ込めるとともにそれに伴う再結合確率が向上するので輝度電流効率を向上させることができる。

[0046] また、従来の単一材料による正孔ブロック層 54が形成されて、る場合、正孔ブロッキング効果により発光層 53中に正孔輸送層 51から注入された正孔が過剰に溜まることで発光層 53を劣化させ、そのために素子寿命が極端に悪ィ匕するのと比べて、本発明に係る正孔ブロック層 54では、それを素子寿命の悪ィ匕を防止することができる。

[0047] 次に、正孔ブロック層 54上に、 BPhenのような電子輸送機能材料と、リチウム (Li) などの電子供与性物質 (ドナー）とにより電子輸送層（nドープ層） (55R, 55G, 55B )を形成する（ステップ Sl l, S12, S13)。

この電子輸送層（nドープ層） 55は、陰極 6として機能する上部電極 (第 2電極)から、注入された電子をホッピング移動により発光層 53まで輸送する機能を有する電子輸送材料機能材料にドープされたドナーにより、発光に寄与する電子が電子輸送層 (nドープ層） 55内で生じやすくしている。

[0048] また、電子輸送層（nドープ層） 55を形成する際、各発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、各電子輸送層（55R, 55G, 55B)のドナーの濃度を調整する (ステツプ S11A, S12A, S13A)。 [0049] 次に、上述した有機発光機能層 5の上部に、第 2電極として陰極 6を形成する。本実施形態では、アルミニウム (A1)などの金属材料を成膜して形成する。また、本実施形態では、陰極 6は、図 2 (A) , 2 (B)に示すように、下部電極としての陽極 3と直交するようにストライプ状に形成するようにパターユングされる (ステップ S 14)。このパターユングは、先に予め陰極隔壁を形成しておき、ノターユングするようにしてもよい（不図示)。

[0050] 次に、上部電極の成膜パターユング終了後に、ガラス等による封止基板と封止材料により、上記製造工程により生成された有機 EL素子 100を封止する (ステップ S15 )。詳細には、封止材料は、基板 2と封止基板 91との間の封止空間にエポキシ榭脂などの気密に充填して固化又は硬化させる。また、封止材料は、シリコーンオイルなどの液体でもよく、封止空間に窒素 (N2)などの不活性ガスを充填させた気密封止でもよい。気密封止の際には、封止空間に侵入する水分などの有機 EL素子の劣化因子を吸着する捕水剤などの吸着剤を設置してもよい。また、表示デバイスの薄型化を図るために、封止部材 9を窒化酸ィ匕シリコンなどの封止膜で形成してもよい。

[0051] 次に、封止工程後に、上記有機 EL素子 100が形成された基板 2を大気状態に戻し、表示デバイス 1と外部回路 85 (851, 8522)とを電気的に接続するために基板 2上の引出配線部 2A, 6Aに、フレキシブル基板 (配線部材) 80 (801, 802)を圧着する (アツセィ工程)。本実施形態ではフレキシブル基板 80と外部回路 85とを電気的に接続した形態を示したが、この形態に限られるものではなぐ例えば駆動回路等の外部回路 85を基板 2上に形成する COG (Chip On Glass)、フレキシブル基板上に駆動回路などの外部回路上に形成する FOG (Film On Glass)であってもよい。さらに、有機 EL素子 100の駆動を、パッシブマトリクス駆動型ではなぐ TFT基板を利用したァクティブマトリクス駆動型であっても、本発明に係る表示デバイス 1を実現できれば、これに限られるものではな、。

[0052] また、ステップ S3A, S4A, S5Aにおける各正孔輸送層（pドープ層） (51R, 51G, 51B)のァクセプタ濃度の調整、およびステップ S11A, S12A, S13Aにおける電子輸送層（nドープ層） (55R, 55G, 55B)のドナー濃度の調整の一具体例を説明する [0053] 例えば複数の異なる発光色の有機 EL素子 100それぞれについて、予め複数の異なる正孔輸送層（Pドープ層） (51R, 51G, 51B)のァクセプタ濃度、電子輸送層（nドープ層）（55R, 55G, 55B)のドナー濃度の有機 EL素子 100を作製した後、例えば定電流駆動時の輝度の劣化の度合い（時間変化)を測定し、発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、所定の pドープ層のァクセプタの濃度と nドープ層のドナーの濃度の一方又は両方を特定し、その特定された所定の pドープ層のァクセプタの濃度と nドープ層のドナーの濃度の一方又は両方に設定して、各正孔輸送層（pドープ層） ( 51R, 51G, 51B) ,電子輸送層（nドープ層） (55R, 55G, 55B)を作製してもよい。

[0054] [具体例]

次に本発明の一具体例に係る表示デバイス 1の製造方法をより詳細に説明する。上記実施形態と同様な構成、機能、製造工程については説明を省略する。

[0055] 先ず、ガラス等の基板 2上に、下部電極として ITO力もなる陽極 3を形成し、その陽極 3上に、正孔輸送層（pドープ層） 51、電子ブロック層 52、発光層 53、正孔ブロック層 54、電子輸送層 55等を有する発光機能層 5を形成し、その発光機能層 5上に、上部電極としてアルミニウム (A1)など力らなる陰極 6を形成して、上記形成工程により有機 EL素子 100を形成する。以下に示すドーパントの濃度は、重量％で示している。ドーパントの濃度の指標は重量％に限られるものではなぐ体積％で示してもよい。

[0056] 例えば、膜厚 110nmの ITO力もなる陽極が形成されたガラス基板 2上に、真空度 5 . 0 X 10— 4Paの各成膜室内で真空蒸着法により発光機能層 5を成膜する。この際、詳細には、 ITO上に正孔輸送層として、 CuPc (銅フタロシアニン）を 20nmの膜厚で成膜し、次いで、正孔輸送層 51上に pドープ層として、 F4— TCNQをドープした NP Dを lOnmの膜厚で成膜する。ドープ濃度は、例えば 0, 1, 5, 10, 15%の 5段階の濃度範囲に設定する。

次に、電子ブロック層 52として NPB (N,N- di(naphthalene- 1- yl)- N,N- dipheny ben zidene)を 40nmの膜厚で成膜する。

[0057] 次に、電子ブロック層 52上に、塗り分け用蒸着マスクを用いて、発光層 53Rの成膜領域を開口させ、 Alq (ホスト材料)と、 DCJTB (ドーパント）とを異なる蒸着源から共

3

蒸着することで、膜厚 30nmの発光層 53Rを成膜した。このとき DCJTBのドーパント濃度は 0. 8%である。

[0058] 次に、電子ブロック層 52上に、塗り分け用蒸着マスクを用いて、発光層 53Gの成膜領域を開口させ、 Alq (ホスト材料)と、クマリン 6 (ドーパント)とを異なる蒸着源から共

3

蒸着することで、膜厚 30nmの発光層 53Gを成膜した。このときクマリン 6のドーパント濃度は 2. 0%である。

[0059] 次に、電子ブロック層 52上に、塗り分け用蒸着マスクを用いて、発光層 53Bの成膜領域を開口させ、 Alq (ホスト材料)と、 BD— 052 (ドーパント）とを異なる蒸着源から

3

共蒸着することで、膜厚 25nmの発光層 53Bを成膜した。このとき DB— 052のドーパント濃度は 5. 0%である。

この BH—140と BD— 052は、出光興産 (株)製の有機 EL発光層材料の製品名である。

[0060] 次に、発光層 53 (発光層 53R, 53G, 53B)上に、正孔ブロック層 54として、 Bphe n (4, 7ジフエ-ル— 1, 10—フエナント口リン）を lOnmで成膜する。次に、正孔ブロック層上に nドープ層として CsF (フッ化セシウム）をドープした Bphenを 10nmの膜厚で成膜した。ドープ濃度は、例えば、 0, 1, 5, 10, 15%に設定する。

[0061] 次に、 nドープ層上に電子注入層として、 Li O (酸化リチウム）を lnmの厚さに成膜

2

した。そして、電子注入層上に陰極 6として A1 (アルミニウム）を 200nmの膜厚にて形成した。

[0062] 次に、本願発明者は、 ITO (110) /CuPc (20) /NPB (10) +F4TVNQ/NPB

(40) ZEML (発光層 R53R, 53G, 53B) /Bphen(10) /Bphen(10) +CsF/L i O (l) ZAl(200)の構成の各発光色 (赤色、緑色、青色）の有機 EL素子 100を、

2

上記製造方法により作製し、各種パラメータ、詳細には、 p濃度、 n濃度、電圧、輝度、輝度比 (対 Ref)等を測定した (表 1〜表 3)。表 1〜表 3に示した各種パラメータは初期特性を示す。

[0063] [表 1] 赤発光層: Alq (300) +DC JTB(0,8%)

R (10mA/cm²)

[0064] [表 2] 緑発光層: Alq(300)+クマリン 6(2%)

G ( 10mA/cm²)

p;辰度 N濃度電圧輝度輝度比 (対 Ref)

No.1 (Ref) 一 - 6.0 1630 1.0

No.2 1% 一 5.4 1350 0.8

No.3 5% - 4.9 1280 0.8

No.4 10% - 4.6 1220 0.8

No.5 - 1 % 5.9 1560 1.0

No.6 - 5% 5.7 1580 1.0

No.7 一 10% 5.5 1570 1.0

No.8 - 15% 5.5 1590 1.0

No.9 1% 10% 5.0 1560 1.0

No.10 1% 15% 4.9 1600 1.0

No.1 1 10% 10% 4.2 1410 0.9

No.12 10% 15% 4.1 1430 0.9

[0065] [表 3]

青発光層: iDE140 (250) +B52(5%)

[0066] 図 4は、有機 EL素子の駆動時の輝度の時間変化を示す図である。縦軸は輝度を示し、横軸は時間を示す。詳細には、図 4 (A)は、赤色発光を行う有機 EL素子 (赤色素子）、図 4 (B)は、緑色発光を行う有機 EL素子 (緑色素子）、図 4 (C)は青色発光を行う有機 EL素子 (青色素子)の駆動時の輝度の時間変化を示す図である。

[0067] 図 5は、有機 EL素子の駆動時の駆動電圧の時間変化を示す図である。縦軸は輝度を示し、横軸は時間を示す。詳細には、図 5 (A)は、赤色発光を行う有機 EL素子（赤色素子)、図 5 (Β)は、緑色発光を行う有機 EL素子 (緑色素子)、図 5 (C)は青色発光を行う有機 EL素子 (青色素子)の駆動時の駆動電圧の時間変化を示す図である。

詳細には図 4,図 5は、有機 EL素子 100の定電流駆動時の輝度の時間変化を示す。

[0068] 上述したように、表 I〜表 3,図 4〜図 5に示すように、正孔輸送層（ρドープ層） (51 R, 51G, 51B)のァクセプタ濃度、および電子輸送層（ηドープ層） (55R, 55G, 55 Β)のドナー濃度を複数の異なる値に設定して、輝度の時間変化を測定すると、各発光色の有機 EL素子 100それぞれ特有の輝度劣化特性が得られる。この際、有機 EL 素子 100それぞれ特有の輝度劣化特性が得られた。

[0069] 図 6は、本発明の一具体例に係る表示デバイスの各発光色の有機 EL素子と、第 1 比較例に係る表示デバイスの各発光色の有機 EL素子の輝度変化を示す図である。

[0070] [本発明] 次に、上記結果に基づいて、各種 RGBそれぞれの発光色の有機 EL素子 100の発光層内のキャリアバランスや、発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、正孔輸送層（Pドープ層） 51のァクセプタの濃度と電子輸送層（nドープ層） 55のドナーの濃度との一方又は両方を決定する。

[0071] 本発明の一具体例に係る表示デバイス 1は、例えば表 3に示す No.6の電子輸送層

(nドープ層） 55が 5%のドナー濃度 (寿命アップ)の青色の有機 EL素子（S： B)、表 2 に示す No.2の正孔輸送層（pドープ層） 51が 1 %のァクセプタ濃度 (寿命ダウン)の緑色の有機 EL素子（S : G)、表 1に示す No.6の正孔輸送層（pドープ層） 51が 10%のァクセプタ濃度 (寿命ダウン)の赤色の有機 EL素子（S :R)を有する。

[0072] また、第 1比較例に係る表示デバイスは、電子輸送層および正孔輸送層それぞれに nドープゃ pドープを行わない場合、詳細には表 3に示すように No.1の青色の有機 EL素子（Q1 : B)、表 2に示すように No.lの緑色の有機 EL素子（Q1 : G)、表 1に示すように No.1の赤色の有機 EL素子（Q 1： R)を有する。

[0073] 図 6に示すように、上記構成の第 1比較例に係る表示デバイスでは各発光色の輝度劣化が不揃いであり、長時間駆動時の色調ずれが生じてしまう。一方、本発明に係る表示デバイス 1では、図 6に示すように、例えば青色素子の輝度劣化を上方修正し、赤色素子および緑色素子の輝度劣化を下方修正することにより、発光色毎の輝度劣化 (時間変化)が揃、、長時間駆動時の色調ずれを防 V、で光デバイスの表示品質が向上した。

[0074] 図 7は、本発明の一具体例に係る表示デバイスの各発光色の有機 EL素子と、第 2 比較例に係る表示デバイスの各発光色の有機 EL素子の輝度変化を示す図である。

[0075] 次に、第 2比較例に係る表示デバイスは、単純に駆動電圧の低電圧化のために、表 1〜表 3や図 6,図 7に示した測定の結果に基づいて、比較的低い駆動電圧の素子を有する。詳細には、第 2比較例に係る表示デバイスは、表 3に示すように No.7の青色の有機 EL素子（Q2： B)、表 2に示すように No.4の緑色の有機 EL素子（Q2： G) 、表 1に示すように No.4の赤色の有機 EL素子（Q2： R)を有する。

[0076] 例えば図 7に示すように、単純に pドープ層ゃ nドープ層の低電圧化を図った第 2比較例に係る表示デバイスでは、電荷 (ホールや電子）が発光層 53内で再結合されずに、発光層 53を通過してしまう場合があり、発光層 53内での再結合バランスが低下して、低輝度化が生じる。

[0077] 一方、本発明に係る表示デバイス 1では、例えば図 7に示すように、複数色の有機 EL素子は、発光色毎に異なる輝度劣化が揃っているので、長駆動時における色調ずれを防止することができる。表示デバイスの表示品質を向上させることができる。発光層内のキャリアバランスを調整して表示デバイスを長寿命化することができる。

[0078] 図 8 (A)は、本発明に係る光デバイスの発光色毎に異なる輝度劣化を揃える第 1具体例を説明するための図であり、図 8 (B)は、本発明に係る表示デバイスの発光色毎に異なる輝度劣化を揃える第 2具体例を説明するための図である。

[0079] また、本発明に係る表示デバイス 1では、発光色毎に異なる有機 EL素子 100の輝度劣化を揃えるように、発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、 pドープ層のァクセプタの濃度と nドープ層のドナーの濃度の一方又は両方を規定して、有機 EL素子 100の輝度劣化を下方修正又は上方修正すればよい。詳細には、例えば図 8 (A)に示すように、異なる発光色の第 1色素子 (G) ,第 2色素子 (B) ,第 3色素子 (R)それぞれにおいて、第 1色素子 (G)より第 2色素子 (B)の輝度が小さぐ第 2色素子 (B)より第 3色素子 (R)の輝度が小さい場合に、例えばその中で輝度の一番大きい第 1色素子 (G)の輝度劣化に揃えるように、第 2色素子 (B)および第 3色素子 (R)の輝度劣化を上方修正してもよい。また、例えば図 8 (B)に示すように、第 2色素子 (B)の輝度劣化に揃えるように、第 1色素子 (G)の輝度劣化を下方修正し、第 3色素子 (R)の輝度劣化を上方修正してもよい。

また、第 1色素子 (G) ,第 2色素子 (B) ,第 3色素子 (R)の輝度劣化を予め規定された輝度劣化となるように、それぞれの輝度劣化を上方修正又は下方修正してもよい。

[0080] また、表示デバイスが、 2色、又は 4色以上の有機 EL素子を備える場合であっても、複数色の内の少なくとも一つの発光色の有機 EL素子 100が、発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、 pドープ層のァクセプタの濃度と nドープ層のドナーの濃度の一方又は両方を規定してもよ、。

[0081] [第 3実施形態] 図 9は、本発明に係る第 3実施形態に係る表示デバイス 1Aを説明するための図である。詳細には図 9 (A)は、基板 2の素子形成側力もの表示デバイス 1Aの平面図であり、図 9 (B)は図 9 (A)に示した領域 A付近の断面図である。上記実施形態と同様な構成、作用、動作、効果などについては説明を省略する。

[0082] 図 9 (A) , 9 (B)に示すように、本実施形態に係る表示デバイス 1Aは、アクティブマトリタス駆動型の表示デバイスである。詳細には、表示デバイス 1Aは、図 9 (A) , 9 (B )に示すように、基板 2上に、有機 EL素子を駆動するための TFT (薄膜トランジスタ）を画素 11毎に有する。例えば、 TFTのドレイン電極に第 1電極（下部電極：陽極 3)が電気的に接続されている。この TFTの配置、個数、製造方法は、特に限定されるものではなぐ例えば TFTとして、一般的なプレーナ型 TFT、逆スタガ型 TFT、有機 TF Tなどを採用してもよい。

[0083] 上記表示デバイス 1Aの製造方法を簡単に説明する。上記実施形態と同様な製造工程などについては説明を省略する。 TFT形成後に、表示デバイスの画素を形成する領域をポリイミド等の各種材料により絶縁膜 4を形成するようにパターユングを行う。このパター-ングされた絶縁膜 4の開口部（画素 11)内に、上記実施形態に係る、正孔輸送層（Pドープ層） 51、電子ブロック層 52、発光層 53、正孔ブロック層 54、電子輸送層 55を、例えば真空蒸着などの各種形成法により形成する。このときの有機材料や素子の膜厚などは、表示デバイスの種類により適宜規定する。

[0084] 次に、電子輸送層 55上に第 2電極（陰極 6)として、アルミニウム (A1)を画素領域の一面に成膜する。次に、第 2電極 (陰極 6)を形成した後に、封止工程、及びアツセィ工程を行 \ 09 (A) , 9 (B)に示す表示デバイス 1 Aが完成する。

[0085] 上記構成の表示デバイス 1Aでは、例えば、画素 11毎に形成された TFTからの駆動信号に応じて、有機 EL素子 100の下部電極（陽極 3)に伝わり、一定電位 (例えば基準電位:グランド電位）に保持された上部電極 (陰極 6)との電位差が生じ、その電位差に応じた電流が発光層 53に流れることにより、発光層 53の発光 Z非発光の駆動を行う。

[0086] 以上説明したように、本発明に係る表示デバイスをアクティブマトリックス駆動型の表示デバイス 1 Aに適用することで、アクティブマトリックス駆動型であっても、長時間駆動時の色調ずれを防、で表示デバイスの表示品質を向上させることができる。また

、発光層内のキャリアバランスを調整して表示デバイス 1Aを長寿命化することができる。

[0087] [第 4実施形態]

図 10は、本発明の第 4実施形態に係る表示デバイス 1Rを説明するための図である。上記実施形態と同様な構成、機能、動作、効果などについては説明を省略する。本実施形態に係る表示デバイス 1Rは、図 10に示すように、第 1実施形態に係る表示デバイス 1と逆の積層構造を有し、基板 2上に、陰極 6、電子輸送層 55、正孔ブロック層 54、発光層 53、電子ブロック層 52、正孔輸送層（pドープ層） 51、陽極 3が順次積層されている。

[0088] 表示デバイス 1Rは、詳細には、図 10に示すように、異なる発光色の有機 EL素子 1 00が並列又は積層配置され、複数色の混色によってカラー表示を行う表示デバイスであって、有機 EL素子 100は、基板 2上に配置された陰極 6と、陰極 6上に配置され、電子輸送材料とドナーを含む電子輸送層（nドープ層） 55と、電子輸送層（nドープ層） 55上に配置され、電子輸送材料と正孔ブロック材料を含む正孔ブロック層 54と、正孔ブロック層 54上に接するように配置される発光層 53と、発光層 53上に接するように配置される正孔輸送材料と電子ブロック材料を含む電子ブロック層 52と、電子ブロック層 52上に配置され、電子輸送材料とァクセプタを含む正孔輸送層（pドープ層） 51と、正孔輸送層（pドープ層） 51上に配置した陽極 3とを有する。また、複数色のうちの少なくとも一つの発光色の有機 EL素子 100は、発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、正孔輸送層（pドープ層） 51のァクセプタの濃度と電子輸送層（nドープ層） 55のドナーの濃度の一方又は両方が設定されて V、る。

[0089] 上記構成の表示デバイス 1Rでは、第 1実施形態に係る表示デバイス 1と逆の積層構造を有して、ても、長時間駆動時の色調ずれを防、で表示デバイスの表示品質を向上させることができる。また、表示デバイス 1Rでは、発光層 53内のキャリアバランスを調整して表示デバイス 1Rを長寿命化することができる。

[0090] 以上説明したように、本発明に係る表示デバイス 1は、異なる発光色の有機 EL素子 100が並列又は積層配置され、複数色の混色によってカラー表示を行う表示デバイス 1であって、有機 EL素子 100は、基板 2上に配置された陽極 3と、陽極 3上に配置され、正孔輸送材料とァクセプタを含む正孔輸送層（Pドープ層） 51と、正孔輸送層（Pドープ層） 51上に配置され、正孔輸送材料と電子ブロック材料を含む電子プロック層 52と、電子ブロック層 52上に接するように配置される発光層 53と、発光層 53 に接するように配置される電子輸送材料と正孔ブロック材料を含む正孔ブロック層 54 と、正孔ブロック層 54上に配置され、電子輸送材料とドナーを含む電子輸送層（nドープ層） 55と、電子輸送層（nドープ層） 55上に配置した陰極 6とを含み、複数色の内の少なくとも一つの発光色の有機 EL素子 100は、発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、正孔輸送層（pドープ層） 51のァクセプタの濃度と電子輸送層（nドープ層） 55のドナーの濃度の一方又は両方が設定されているので、長時間駆動時の色調ずれを防いで表示デバイスの表示品質を向上させることができる。また、発光層 53 内のキャリアバランスを調整して表示デバイス 1を長寿命化することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態を組み合わせて実施してもよ、。

Claims

請求の範囲

[1] 異なる発光色の有機 EL素子が並列又は積層配置され、複数色の混色によって力ラー表示を行う光デバイスであって、

前記有機 EL素子は、

基板上に配置された陽極と、

前記陽極上に配置され、正孔輸送材料とァクセプタを含む pドープ層と、前記 Pドープ層上に配置され、電子ブロック材料を含む電子ブロック層と、前記電子ブロック層上に接するように配置される発光層と、

前記発光層上に接するように配置される正孔ブロック材料を含む正孔ブロック層と前記正孔ブロック層上に配置され、電子輸送材料とドナーを含む nドープ層と、前記 nドープ層上に配置した陰極と、を含み、

前記複数色の内の少なくとも一つの発光色の有機 EL素子は、前記発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、前記 pドープ層のァクセプタの濃度と前記 nドープ層のドナーの濃度の一方又は両方が設定されていることを特徴とする光デバイス。

[2] 異なる発光色の有機 EL素子が並列又は積層配置され、複数色の混色によって力ラー表示を行う光デバイスであって、

前記有機 EL素子は、

基板上に配置された陰極と、

前記陰極上に配置され、電子輸送材料とドナーを含む nドープ層と、前記 nドープ層上に配置され、正孔ブロック材料を含む正孔ブロック層と、前記正孔ブロック層上に接するように配置される発光層と、

前記発光層上に接するように配置される電子ブロック材料を含む電子ブロック層と前記電子ブロック層上に配置され、電子輸送材料とァクセプタを含む pドープ層と前記 Pドープ層上に配置した陽極と、を含み、

前記複数色のうちの少なくとも一つの発光色の有機 EL素子は、前記発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、 pドープ層のァクセプタの濃度と nドープ層のドナーの濃度の一方又は両方が設定されていることを特徴とする光デバイス。

[3] 前記正孔ブロック層は、電子輸送材料と正孔ブロック材料を含むことを特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載の光デバイス。

[4] 前記電子ブロック層は、正孔輸送材料と電子ブロック材料を含むことを特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載の光デバイス。

[5] 前記複数色のうちの少なくとも一つの発光色の有機 EL素子は、前記発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、前記輝度劣化を下方修正または上方修正した pドープ層のァクセプタの濃度と nドープ層のドナーの濃度の一方又は両方が設定されていることを特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載の光デバイス。