JP2007095600A - 有機ｅｌ発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成により、色純度の高い光を出射することが可能な有機ＥＬ発光素子を提供する。
【解決手段】陽極２および陰極４と、これらの間に挟まれて形成され、かつ発光層３１を一部に有する有機層３と、を備えている、有機ＥＬ発光素子Ａ１であって、有機層３のうち、発光層３１を除く領域の少なくとも一部分には、発光層３１から発せられる光のピーク波長域とは相違する裾帯域の光を吸収可能な光吸収材８がドープされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機物のエレクトロルミネセンス（ＥＬ）を利用した有機ＥＬ発光素子、さらに詳しくは、光の色純度を高くすることが可能な有機ＥＬ発光素子に関する。

近年、画像表示用のディスプレイや感光方式のプリンタ用光源などとして、有機ＥＬを利用したものが普及しつつある。有機ＥＬは、有機蛍光体を含む発光層が陰極および陽極間に挟まれた基本構造を有しており、陰極および陽極を利用して与えられる電場によって発光層が発光する（たとえば、特許文献１〜３を参照）。このため、有機ＥＬは、低電圧駆動が可能であり、また応答性に優れる利点がある。

このような有機ＥＬを利用して、たとえばカラー表示可能なディスプレイを構成する場合、赤、緑、青の３原色の光を発生させることとなる。このような場合において、表示画像の質を高めるには、それら各色の光を半値幅の小さい色純度の高いものにする必要がある。

しかしながら、有機ＥＬは、既述したとおり、有機蛍光体を発光させるために、その出射光の純度は有機蛍光体の性質に依存しており、たとえばＬＥＤと比較すると、出射光の色純度が劣るものとなっていた。具体的には、たとえば図６に示すように、有機ＥＬから発せられる赤色光ＳＲ、緑色光ＳＧ、および青色光ＳＢのそれぞれは、半値幅が大きく、それらのピーク波長に対して短波長側よりも長波長側の方が発光強度が高くなる傾向にある。このため、とくに緑色光ＳＧおよび青色光ＳＢは、赤色光と比較して、色純度が劣るものとなっていた。このようなことから、従来の有機ＥＬを利用したディスプレイ、あるいは感光方式のプリンタにおいては、表示画像またはプリント画像の再現性がやや劣るものとなっており、高品位な画像を得る上で、未だ改善の余地があった。

特開２００３−９４７２９号公報 特開平１１−９５７２３号公報 特開平９−２１２１２８号公報

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成により、色純度の高い光を出射することが可能な有機ＥＬ発光素子を提供することを、その課題としている。

本発明により提供される有機ＥＬ発光素子は、陽極および陰極と、これらの間に挟まれて形成され、かつ発光層を一部に有する有機層と、を備えている、有機ＥＬ発光素子であって、上記有機層のうち、上記発光層を除く領域の少なくとも一部分には、上記発光層から発せられる光のピーク波長域とは相違する裾帯域の光を吸収可能な光吸収材がドープされていることを特徴としている。

このような構成によれば、発光層において発生された光から裾帯域の光が光吸収材によって吸収されるために、外部に出射する光は、ナロー化されて色純度が高められたものとなる。その結果、本発明に係る有機ＥＬ発光素子をたとえば画像表示用のディスプレイまたは感光式プリンタの露光用光源として利用した場合に、表示画像またはプリント画像の色の再現性を優れたものとし、高品位の画像を得ることが可能となる。また、本発明においては、光吸収材を有機層内にドープさせているが、その構成は簡素であって、製造も容易であり、高コスト化や素子の大型化を好適に抑制し得る利点もある。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記陽極および陰極の一方は、透明電極とされ、かつ他方は、上記発光層から進行してきた光を上記発光層および上記透明電極に向けて反射する反射電極とされており、上記有機層としては、上記透明電極と上記発光層との間に位置するキャリア輸送層を備えており、上記キャリア輸送層に上記光吸収材がドープされている。ここで、本発明でいうキャリア輸送層とは、ホール輸送層や電子輸送層を意味している。

このような構成によれば、発光層から発せられた光が透明電極を透過して外部に出射する過程において、この光は必然的に光吸収材がドープされたキャリア輸送層を通過することとなる。したがって、光の色純度を高めるための光吸収が合理的に行なわれる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記発光層は、青色光または緑色光を発するように構成されており、上記光吸収材は、ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）である。

ＣｕＰｃは、青色光および緑色光の長波長側帯域の吸収スペクトルを有している。このため、青色光および緑色光のいずれについても適切にナロー化することができる。なお、ＣｕＰｃは、ホール注入層の材料としてよく利用されるものであるが、成膜性および膜質が悪く、その厚みはたとえば１０ｎｍ程度、最大でも５０ｎｍ程度の極めて薄い寸法に抑制される。このため、ＣｕＰｃを用いてホール注入層を形成したとしても、このホール注入層によっては十分な光吸収は困難である。これに対し、本発明によれば、キャリア輸送層に対するＣｕＰｃのドープ量を多くすることが可能であり、ＣｕＰｃがもつ光吸収性能を十分に発揮させることができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。

図1は、本発明に係る有機ＥＬ発光素子の一例を示している。本実施形態の有機ＥＬ発光素子Ａ１は、基板１上に、陽極２、有機層３、および陰極４が順次積層された構成を有している。有機層３は、ホール輸送層３０、発光層３１、および電子輸送層３２が積層された構造を有している。本実施形態においては、基板１が透明基板として構成され、また陽極２は透明電極として構成されており、発光層３１から発せられた光は基板１の片面の光出射面１０から外部に出射するようになっている。陽極２および陰極４は、蒸着あるいはスパッタリングなどにより形成され、また有機層３の各層は、いずれも蒸着により形成されている。

基板１は、たとえば板状のガラス製または樹脂製である。可撓性を有するシートまたはフィルムを基板１として用いることもできる。陽極２は、陰極４とともに発光層３１に電場を与えるためのものであり、その材質はホール注入性を良好にすべく仕事関数が大きいものが用いられており、本実施形態では透光性をもつたとえばＩＴＯである。陰極４は、電子注入性を良好にすべく仕事関数が小さく、かつ光反射率が高いたとえばアルミニウムなどの金属製であり、発光層３１から進行してきた光を透明な陽極２および基板１に向けて反射する。

発光層３１は、ＥＬ発光色素を含む薄膜層であり、この部分に電子およびホールが注入されて再結合されることにより励起子が生成され、この励起子がこの発光層１３内を拡散して基底状態に脱励起する際に光が放出される。この発光層３１のホスト材料としては、たとえばトリス（８−キノリラト）アルミニウムなどが用いられており、またゲスト材料としての発光色素は、ピーク波長が５３０ｎｍの緑色光を発生させるたとえばキナクリドン系化合物が用いられている。もちろん、発光層３１は、励起一重項状態に基づく蛍光を生じるものに代えて、励起三重項状態に基づくりん光を生じるものとすることもできる。

ホール輸送層３０は、発光層３１に対するホール注入性を向上させるための部分であり、イオン化エネルギがある程度小さく、発光層３１へのキャリアの閉じ込めを可能とする部分である。このホール輸送層３０の材質は、たとえばＮ，Ｎ'−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−［１，１−ビフェニル］−４，４'−ジアミン（ＴＰＤ）、またはＮ，Ｎ'−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン（α−ＮＰＤ）である。

ホール輸送層３０には、光吸収材８がドープされている（図面においては、光吸収材８を網点模様として模式的に示している）。光吸収材８としては、たとえばＣｕＰｃが用いられている。この光吸収材８のドープは、ＴＰＤやα−ＮＰＤなどのホスト材料と光吸収材８とを共蒸着することによりなされている。電子輸送層３２は、発光層３１に対する電子注入性を向上させるための部分であり、その材質はたとえばＡｌｑである。

次に、上記した有機ＥＬ発光素子Ａ１の作用について説明する。

陽極２および陰極４に電圧を印加して有機層３に電界を発生させると、発光層３１からは緑色光が発せられる。この緑色光は、たとえば図６の符号ＳＧで示したような発光スペクトルである。この緑色光は、最終的には陽極２および基板１を透過して外部に出射するが、それ以前の段階において、ホール輸送層３０の光吸収材８によってその一部が吸収される。光吸収材８として用いられているＣｕＰｃは、たとえば図４の曲線ＳAbで示す吸収スペクトルを有しており、そのピーク波長は赤色帯域の６４０〜６５０ｎｍあるが、それよりも短波長になるにしたがってその光の吸収量は徐々に減少するようになっている。このため、上記緑色光からはそのピーク波長の５３０ｎｍよりも長波長側の裾範囲の光が多く吸収されることとなって、たとえば図５に示すように、半値幅が狭く、純緑化された緑色光ＳＧ’が好適に得られる。

上述の実施形態においては、発光層３１から緑色光を発生させているが、これに代えて、たとえば青色光を発生させた場合にも、その半値幅を狭くして、その色純度を高めることが可能である。すなわち、光吸収材８としてのＣｕＰｃは、図６に示したピーク波長４７０ｎｍの青色光ＳＢの長波長側の裾範囲の光をも吸収する機能を有している。このため、発光層３１において発生された青色光がホール輸送層３０を通過することによっても、上記裾範囲の光が吸収されて、図５に示すように半値幅が狭くされた青色光ＳＢ’を好適に得ることができるのである。

上記した説明から理解されるように、ホール輸送層３０にＣｕＰｃをドープさせた構成によれば、緑色光および青色光のいずれについてもナロー化された色純度の高い光が適切に得られる。既述したとおり、有機ＥＬにおいては、赤色光と比較して、青色光および緑色光の色純度が劣るものとなっていたが、これら青色光および緑色光の色純度を高めることができれば、有機ＥＬ発光素子Ａ１を利用してたとえば画像表示用のディスプレイを構成した場合に、その表示画像の色の再現性が優れたものとなり、高品位の画像を得ることが可能となる。なお、赤色光については、ＣｕＰｃによってはナロー化することは困難であるものの、本発明においては、ＣｕＰｃとは別の光吸収材を用いることによって赤色光のナロー化を図る構成とすることも可能である。もちろん、青色光および緑色光のナロー化を図るための光吸収材８としても、ＣｕＰｃ以外の材料を用いることができる。

図２および図３は、本発明の他の実施形態を示している。これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

図２に示す有機ＥＬ発光素子Ａ２においては、ホール注入性および電子注入性を高めるための手段として、ホール注入層３３および電子注入層３９がさらに設けられている。電子注入層３９は、たとえばＬｉＦであり、ホール注入層３３は、たとえば光吸収材８と同様にＣｕＰｃである。ただし、このＣｕＰｃを蒸着膜として形成した場合、針状結晶化し、その厚みを大きくすると、その膜質は極端に劣化する。このため、このホール注入層３３は、たとえば１０〜５０ｎｍ程度の非常に薄い厚みとされている。

ホール注入層３３がＣｕＰｃによって形成されていれば、青色光または緑色光がこのホール注入層３３を透過する際に、これらの光から長波長側の光成分が吸収されて除去される。ただし、上述したとおり、このホール注入層３３はその厚みを大きくすることが困難であって薄いために、このホール注入層３３のみによっては、青色光および緑色光の十分なナロー化を図ることは難しい。これに対し、本実施形態においては、ホール輸送層３０に、光吸収材８としてのＣｕＰｃがドープされているために、これとの相乗効果によって、青色光および緑色光の十分なナロー化が図られる。また、本実施形態によれば、図１に示した実施形態と比較すると、ホール輸送層３０に対する光吸収材８のドープ量を少なくし、ホール輸送層３０の成膜性や膜質をより良好なものにすることができる。

図３に示す有機ＥＬ発光素子Ａ３においては、陽極２が反射電極として構成されているとともに、陰極４が透明電極として構成されている。陽極２は、光の反射率が高く、有機層３への正孔注入効率の高い材料、たとえばモリブデンやクロムとされ、あるいはこれらの金属がＩＴＯ膜の表面に積層された構成である。陰極４は、たとえば薄膜金属層４０にＩＴＯ膜４１が積層された構成を有しており、薄膜金属層４０は、その厚みがたとえば５０ｎｍ以下のアルミニウムであるなど透光性を有している。ＩＴＯ膜４１は、陰極４の厚みを大きくして抵抗値を小さくするためのものである。発光層３１から発せられた光は、陰極４を透過して外部に出射するようになっており、陰極４の片面が光出射面である。基板１は、不透明でよい。

本実施形態においては、電子輸送層３２に光吸収材８がドープされている。本実施形態においては、先に述べた実施形態とは光の出射方向が相違するものの、やはり発光層３１から発せられた青色光や緑色光が電子輸送層３２を通過して外部に出射する過程においては、それらの光の長波長域の光成分が光吸収材８によって吸収される。したがって、それらの光の色純度を適切に高めることが可能である。本実施形態および上述の実施形態から理解されるように、本発明においては、発光層３１から発せられた光が陽極２および陰極４のいずれを透過するように構成されている場合にも適用可能である。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る有機ＥＬ発光素子の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

本発明は、青色や緑色の光を発するものに限らず、これ以外の光を発するものとして構成することも可能である。さらには、たとえば青、緑、赤の三色の光を同時に発するものとして構成することも可能である。この場合、発光層としては、たとえば複数設けた構成とすることもできる。有機ＥＬの技術分野においては、有機ＥＬ発光素子の長寿命化や高輝度化などを目的として、電極や有機層などの新たな材料の研究が進められている状況にあり、各部の具体的な材質としては、そのような材質の中から適切なものを適宜選択することが可能である。

本発明に係る有機ＥＬ発光素子の一例を示す要部断面図である。 本発明に係る有機ＥＬ発光素子の他の例を示す要部断面図である。 本発明に係る有機ＥＬ発光素子の他の例を示す要部断面図である。 光吸収材の吸収スペクトルの一例を示すグラフである。 ナロー化された後の青色光および緑色光の発光スペクトルの一例を示すグラフである。 有機ＥＬによって発生した光の発光スペクトルの一例を示すグラフである。

符号の説明

Ａ１〜Ａ３ 有機ＥＬ発光素子
１ 基板
２ 陽極
３ 有機層
４ 陰極
８ 光吸収材
３０ ホール輸送層（キャリア輸送層）
３１ 発光層
３２ 電子輸送層（キャリア輸送層）
３３ ホール注入層

Claims (3)

1. 陽極および陰極と、これらの間に挟まれて形成され、かつ発光層を一部に有する有機層と、を備えている、有機ＥＬ発光素子であって、
   上記有機層のうち、上記発光層を除く領域の少なくとも一部分には、上記発光層から発せられる光のピーク波長域とは相違する裾帯域の光を吸収可能な光吸収材がドープされていることを特徴とする、有機ＥＬ発光素子。
2. 上記陽極および陰極の一方は、透明電極とされ、かつ他方は、上記発光層から進行してきた光を上記発光層および上記透明電極に向けて反射する反射電極とされており、
   上記有機層としては、上記透明電極と上記発光層との間に位置するキャリア輸送層を備えており、
   上記キャリア輸送層に上記光吸収材がドープされている、請求項１に記載の有機ＥＬ発光素子。
3. 上記発光層は、青色光または緑色光を発するように構成されており、
   上記光吸収材は、ＣｕＰｃである、請求項１または２に記載の有機ＥＬ発光素子。

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