JP2008028371A - 有機発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高電圧化や発光効率低下を引き起こすことなく、各有機発光素子の発光色の光取り出し効率を向上させることができる有機発光装置を提供する。
【解決手段】各色の有機発光素子は電子注入層の膜厚が異なり、電子注入層の膜厚が薄いほど同電子注入層中の金属又は金属化合物の濃度が高く構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明はフラットパネルディスプレイ、プロジェクションディスプレイ、プリンター等に用いられる有機発光装置に関する。

有機発光素子（有機ＥＬ素子、有機エレクトロルミネッセンス素子）が現在盛んに研究開発されている。このような有機発光素子は電子注入効率を向上させるために、アルミニウム・リチウム合金やマグネシウム・銀合金を陰極に用いることが知られている。また、陰極と接する電子注入層にリチウムやフッ化リチウム、酸化マグネシウム、フッ化カリウムなどの誘電体を極めて薄く（５〜１０Å）挿入することも知られている。

特許文献１には、ドナー（電子供与性）ドーパントとして機能する金属を有する電子注入層（１０〜３０００Å）が陰極に接して設けられている構成が開示されている。このドナードーパントとして用いられる金属としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類を含む遷移金属等が開示されている。

特許文献２には、金属酸化物或いは金属塩をドーパントとして有する電子注入層（１０〜２０００Å）が陰極に接して設けられている構成が開示されている。

一方で、有機発光素子の光取り出し効率を向上させる取り組みがなされている。特許文献３には、発光界面から金属電極との界面までの光学的距離が波長の１／４の奇数倍と略等しくなるような膜厚で、有機発光層から金属電極に接する有機化合物層が成膜される構成が開示されている。このような構成により、発光される光と金属電極で反射されて戻る光との光干渉を最大とすることで光取り出し効率が向上する。

特許文献４には、陽極と陰極との光学的距離が波長の１／２の整数倍と等しくなるような膜厚で、有機化合物層が成膜される構成が開示されている。このような構成により、陽極と陰極との間で反射する光が互いに強め合う関係の共振器構造となり、光取り出し効率が向上する。

特開平１０−２７０１７１号公報 特開平１０−２７０１７２号公報 特開２０００−３２３２７７号公報 特開２００４−１３２１８９号公報

フッ化リチウム（ＬｉＦ）やフッ化カリウム（ＫＦ）などの電子注入材料の単層を電子注入層として用いた従来の構成では、電子注入が可能な膜厚が５〜１０Åと極めて薄いため、電子注入層の膜厚を制御して光取り出し効率を向上させることが困難であった。その一方で、有機化合物に電子注入材料をドープした電子注入層の場合、電子注入可能な膜厚が５０〜３０００Åとなる。

しかし、本発明者が鋭意検討した結果、有機化合物に電子注入材料をドープした電子注入層の場合においても、膜厚が薄くなるのに伴って注入効率が下がってしまい高電圧化する。更には、最適なキャリアバランスを崩して発光効率の低下をおこしてしまうことがあった。例えば、波長の短い青色の有機発光素子の光取り出し効率を向上させるために電子注入層の膜厚を薄くした場合において、高電圧化や発光効率低下を引き起こしてしまう問題がある。

本発明の目的は、発光色の異なる複数の有機発光素子を有する有機発光装置において、高電圧化や発光効率低下を引き起こすことなく、各有機発光素子の発光色の光取り出し効率を向上させることができる有機発光装置を提供することにある。

上記した背景技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る有機発光装置は、
基板と、前記基板の上に設けられている複数の有機発光素子と、を有しており、
前記複数の有機発光素子は、第１の発光色を発光する第１の有機発光素子と、第１の発光色とは異なる第２の発光色を発光する第２の有機発光素子と、を有し、
前記第１および前記第２の有機発光素子は、陰極と、陽極と、前記陰極と前記陽極との間に形成されている有機発光層と、前記陰極と前記有機発光層との間に前記陰極に接して形成されている電子注入層と、を有し、
前記電子注入層は、有機化合物と、電子注入ドーパント材料と、を有する、有機発光装置において、
前記第１の有機発光素子における前記電子注入層の厚みが、前記第２の有機発光素子における前記電子注入層の厚みよりも薄く、かつ前記第１の有機発光素子における前記電子注入ドーパント材料の濃度が、前記第２の有機発光素子における前記電子注入ドーパント材料の濃度よりも高いことを特徴とする。

本発明では、電子注入層の膜厚及び同電子注入層にドープする電子注入材料のドープ濃度を制御することで、高電圧化や発光効率低下を引き起こすことなく、各色の有機発光素子の光取り出し効率を向上させることができる。

つまり、従来のようにホール輸送層、有機発光層、電子輸送層、電子注入層の膜厚だけを制御した場合には、光学的な光取り出し効率を向上させることができても、電気的な特性（駆動電圧、発光効率）を劣化させてしまう場合がある。それに対して本発明に開示した構成では、光学的な最適化を、電子注入層の膜厚で行い、更には電気的な最適化を、前記電子注入層にドープする電子注入材料のドープ濃度で行うことができる。

本発明に係る有機発光装置は、基板と、基板上に設けられている複数の有機発光素子と、を有しており、複数の有機発光素子は、第１の発光色を発光する第１の有機発光素子と、第１の発光色とは異なる第２の発光色を発光する第２の有機発光素子と、を有する。第１の発光色と第２の発光色は任意の発光色を選択することができる。例えば、赤色と青色、白色と緑色、青色と橙色などいずれの色を組み合わせてもよい。また、複数の発光色を組み合わせてフルカラーの発光をする場合には、第１および第２の発光色とは異なる第３の発光色を発光する第３の有機発光素子を有していることが好ましい。この場合の発光色の組み合わせは赤色、緑色、青色の３色である。以下に示す実施形態は赤色、緑色、青色の３色の発光色の有機発光素子を有する構成について示すが、本発明はこの組み合わせに限られるものではない。

そして、各有機発光素子は、陰極と、陽極と、前記陰極と前記陽極との間に形成されている有機発光層と、前記陰極と前記有機発光層との間に前記陰極に接して形成されている電子注入層と、を有する。電子注入層は、有機化合物と、電子注入ドーパント材料と、を有する。電子注入ドーパント材料は、有機化合物にドープされる電子注入材料である。つまり有機化合物が主成分であり、電子注入ドーパント材料は有機化合物の中に少量ドープされる材料である。ドープされる濃度は、１重量％以上３０重量％以下であることが好ましい。この範囲の濃度であることにより、電子注入効率の向上とともに、駆動電圧を抑えることができる。

そして、本発明の有機発光装置は、第１の有機発光素子における電子注入層の厚みが、第２の有機発光素子における電子注入層の厚みよりも薄いことを特徴とする。また、第１の有機発光素子における電子注入ドーパント材料の濃度が、第２の有機発光素子における電子注入ドーパント材料の濃度よりも高いことを特徴とする。

以下、図１を参照して本発明の有機発光装置の実施形態について説明する。

図１に示す有機発光装置は、基板１上に、透明性陽極２２、ホール輸送層３、有機発光層４、電子輸送層５、電子注入層６、反射性陰極７１を順次設けた構成である。有機発光層４は赤、緑、青の発光色に対応して、赤色（Ｒ）の有機発光層４１、緑色（Ｇ）の有機発光層４２、青色（Ｂ）の有機発光層４３に塗り分けられている。有機発光層の上には反射性陰極７１が設けられており、陽極から陰極までの構成が有機発光素子を構成している。この有機発光素子に電流を通電することで、陽極２２から注入されたホールと、陰極７１から注入された電子とが有機発光層４において再結合し発光を生じる。そして、有機発光素子の上にガラス部材１０が配置されている。ガラス部材１０は、図１に示すように有機発光素子の上部が掘り込まれた部材であってもよいし、後述する図２に示すように平板状のガラス板であっても良い。また、有機発光素子と封止部材との間は、図１に示すように空隙が設けられていても良いし、図２に示すように樹脂９を形成してもよい。

なお、本実施形態では基板１上に陽極２２を形成した構成の一例を示したが、本発明はこの形態に限定されるものではない。基板１側より陰極、有機化合物層（ホール輸送層、有機発光層、電子輸送層、電子注入層）、陽極の順序で構成されていてもよく、電極の選択や、有機発光素子の積層順序には特に制限はない。ただし、基板１側より陽極、有機化合物層、陰極の順序で構成されている場合には、電子注入層が最後に形成される有機化合物層になるため、光取り出し効率や発光色度を調整するために膜厚を調整するのに好ましい。とくに、蒸着やインクジェット法により有機化合物層を成膜する場合には、比較的大きな膜厚の誤差が生じるからである。また、本実施形態では発光を基板１側から取り出すボトムエミッション型の発光装置を示しているが、基板１と反対側の上部電極から取り出すトップエミッション型の発光装置へも適用できる。

本発明の電極は特に限定されるものではなく、透明電極、反射電極、半透明反射電極として、ＩＴＯやＩＺＯ等の酸化物導電膜や、金、白金、銀やアルミニウム、マグネシウム等の金属やそれらの合金等、又は、これらの多層構成とすることができる。例えば、図１に示す有機発光装置では、透明陽極２２としてＩＴＯ（膜厚１２０ｎｍ）を用い、反射陰極７１にアルミニウム（膜厚１５０ｎｍ）を用いる。半透明反射電極である場合には、金、白金、銀やアルミニウム、マグネシウム等の金属やそれらの合金等の薄膜（膜厚１０ｎｍ〜３０ｎｍ）が好ましく用いられる。

本発明の電子注入層６には、有機化合物にドナー（電子供与性）ドーパントとして機能する電子注入材料を含有した有機層（混合層）が設けられている。電子注入効率を向上させるために仕事関数の低い金属、又はその化合物をドーパントとして用いることが好ましく、仕事関数が低い金属としてはアルカリ金属又はアルカリ土類金属又は希土類が好ましい。アルカリ金属化合物は、大気中での取り扱いが比較的容易で好ましい。例えば、アルカリ金属化合物としてセシウム化合物が好ましく、炭酸セシウムは大気中で安定であり、取り扱いが容易である。電子注入層の有機化合物としては電子輸送性の材料が好ましく、公知の材料、例えばアルミキノリノール錯体やフェナントロリン化合物等を用いることができる。

上記の本発明の特徴について詳しく説明する。

本発明は、発光色に対応して電子注入層６１、６２、６３の膜厚が異なるように形成されていることを特徴とする。発光色に対応して電子注入層の膜厚が異なることによって、電子注入層の厚みによって、各発光色の光取り出し効率をそれぞれ向上させることができる。

図１に示す有機発光装置では、有機発光層４１、４２、４３とホール輸送層３との界面と、
反射性陰極７１と電子注入層６の界面との間の光学的距離が各ＲＧＢの発光波長の１／４の奇数倍と略等しくなるような膜厚で電子注入層６１、６２、６３が形成されている。更に本発明は、電子注入層の膜厚に対応して同電子注入層中の電子注入材料（本実施形態ではアルカリ金属化合物）の濃度が異なることを特徴としている。具体的には、電子注入層の膜厚が薄いほど同電子注入層中のアルカリ金属化合物の濃度が高いことを特徴とする。

フッ化リチウム（ＬｉＦ）やフッ化カリウム（ＫＦ）などの単層の薄膜（５〜１０Å）の電子注入層を用いた場合と異なり、有機化合物に電子注入材料をドープした電子注入層を用いた場合には、１０〜３０００Åの範囲で膜厚制御が可能となる。しかし、膜厚が薄くなるとその分だけ電子注入効率が低下する傾向を本発明者の検討で確認している。つまり、電子注入層の膜厚が薄くなるのに伴って電子注入性が下がってしまい高電圧化してしまう。更には、最適なキャリアバランスを崩して発光効率の低下をおこしてしまう。一方で、従来までのようにホール輸送層３、有機発光層４、電子輸送層５により膜厚制御をおこなった場合には、膜厚が厚くなるとその分だけ電子・ホール輸送性が低下することで高電圧化してしまう。更には、最適なキャリアバランスを崩して発光効率の低下をおこしてしまう。

上記の問題を鑑みて、本発明者が検討した結果、光学的な最適化を電子注入層の膜厚で行い、更には、電気的な最適化を電子注入層中の電子注入材料の濃度で行うことができることを見出した。具体的には、電子注入層の膜厚を薄くすると電子注入効率が低下するため、その分だけ電子注入材料の濃度を高くすることで電子注入効率を上げることができる。反対に、電子注入層の膜厚を厚くした場合には、電子注入材料の濃度を薄くすることで、最適なキャリアバランスを維持することができる。電子注入材料の濃度はＩＣＰ−ＭＳ分析により電子注入層中に含まれる量を定量する事で求められる。

本発明の有機発光装置では、以下の（１）、（２）の２つの方法のいずれか一方、又はその両方を用いて光取り出し効率を向上させることができる。

（１）陰極または陽極のいずれか一方が反射面を有しており、反射面と有機発光層内の発光位置との間の厚みが、各有機発光素子の発光色を強めるようにそれぞれ設定されている。つまり、反射面と発光位置との間が光路差を生じ、有機発光層から直接外部に向かう光と、有機発光層から出射し反射面で反射した後に外部に向かう光とが干渉することにより発光が強められる。反射面とは、屈折率の異なる透明部材の界面で生じる反射を指すものではなく、金属層などのように３０％〜１００％程度の高い反射率を有する反射面を指すものである。反射面を有するとは、一方の電極が金属層単層からなる電極である構成や、金属層と金属層の有機発光層側に透明導電層とを有する構成を含むことを意味する。また、透明電極と金属層との間に絶縁層が形成されている構成であってもよい。

干渉により発光を強めるためには、具体的には有機発光層４内の発光位置と反射性陰極７１の反射面との光学的距離ｄと、素子の発光スペクトルのピーク波長λと、反射面での位相シフト量φとが、下記式１を満たすように有機化合物層が成膜される。このような構成により、発光する光と反射性陰極７１で反射して戻る光との光干渉が最大となり光取り出し効率が向上する。各発光色で干渉次数を表すＮが同じである場合には、発光スペクトルピーク波長の短い有機発光素子の方が電子注入層の膜厚を薄くすることが好ましい。発光位置は、有機発光層４の材料が有するホール移動度と電子移動度に依存して決まるものであるが、有機発光層４に用いられる有機化合物の多くは、有機発光層４のいずれかの界面であることが知られている。

２ｄ／λ＋φ／２π＝Ｎ（整数） （式１）

（２）陰極または陽極のいずれか一方が反射面を有し、かつ他方が半透明反射面を有しており、反射面と半透明反射面との間の厚みが、各有機発光素子の発光色を強めるようにそれぞれ設定されている。つまり、反射面と半透明反射面との間が光路差を生じ、半透明反射面を透過して外部に向かう光と、半透明反射面と反射面で反射した後に半透明反射面を透過して外部に向かう光とが干渉することにより発光が強められる。半透明反射面とは、金属の薄膜（１０ｎｍ〜３０ｎｍ）を形成することにより、一部の光を透過し、一部の光を反射する性質を持つ反射面のことである。半透明反射面を有するとは、一方の電極が金属薄膜の単層からなる電極である構成や、金属薄膜と、透明導電層とを有する構成を含むことを意味する。また、金属薄膜と透明導電層との間に絶縁層が形成されている構成であってもよい。

干渉により発光を強めるためには、具体的には透明性陽極２２の半透明反射面と反射性陰極７１の反射面との間の光学的距離Ｄと、
素子の発光波長λと、
半透明反射面での位相シフト量φ１と、
反射面での位相シフト量φ２とが、下記式２を満たすように有機化合物層が形成される。このような構成により、透明性陽極２２と反射性陰極７１との間で反射する光が互いに強め合う関係の共振器構造となり、光取り出し効率が向上する。

２Ｄ／λ＋（φ１＋φ２）／２π＝Ｎ（整数） （式２）

なお、実際の有機発光装置では、正面の取り出し効率とトレードオフ関係にある視野角特性なども考慮して、必ずしも上記の膜厚に一致させる必要はない。

本発明において、有機化合物層は、上述する実施形態のように有機発光層、電子注入層の他に電子輸送層やホール輸送層等の別の層を有していてもよい。このように別の層を有する場合であっても、電子注入層の厚みを発光色毎に調節することによって光取り出し効率を向上させることができるため、別の層の厚みは発光色によらず同じにすることができる。電子輸送層やホール輸送層の厚みを同じにする場合、発光色の異なる有機発光素子間を跨いで共通して成膜することができるため、製造プロセスを大幅に簡略化することができる。また、電子注入層に比べて抵抗の大きい電子輸送層やホール輸送層の厚みを同じにすることによって各色の有機発光素子の駆動電圧差を低減することができる。駆動電圧の差が小さいことは、特にアクティブマトリクス型の有機発光装置において好ましい。発光色によらず有機発光素子の駆動を司る薄膜トランジスタは同じ構造であるため、駆動特性を揃えることが可能であるからである。

有機発光層については、発光色毎に異なる発光材料を用いる場合には、膜厚を同じにしても、製造プロセスを簡略化することは難しいが、相対的に他の有機化合物層よりも抵抗が大きいため、駆動電圧差を低減する効果が大きい。

以下、実施例に従って本発明を説明していくが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明者の検討結果から、電圧や効率に関して、電子注入層のＣｓ濃度依存があることが分かっている。例えば、図５に、電圧に関するＣｓ濃度依存データの一例を示す。このようにＣｓ濃度によって電圧特性（電子注入特性）が変化する。更に、最適なＣｓ濃度（電子注入特性）からはずれた場合、内部のキャリアバランスが崩れ、効率低下を引き起こしてしまう。本発明の本質は、ＲＧＢ３色からなる発光装置において、それぞれの色において最適な干渉条件、キャリアバランス条件となるように、電子注入層の膜厚に従ってアルカリ金属化合物の濃度を塗り分けることにある。本発明者はこの知見に基づいて数値計算を行うことにより本発明の発光装置の発光特性を求めた。以下の実施例に記載の駆動電圧、電流密度、輝度、発光効率は、本発明者が参照実験のデータをもとに数値計算によって求めたものである。

＜実施例１＞
図１に示す構造のＲＧＢ３色からなる発光装置を以下に示す方法で作製する。本実施例で用いる有機化合物の化学式を化１に示し、各膜厚を表１に示す。

本実施例に係る発光装置は、基板１側の電極である透明性陽極２２側から光を取り出す、いわゆるボトムエミッション型の発光装置である。そして、有機発光層４とホール輸送層３の界面と、反射性陰極７１と電子注入層６の界面との光学的距離を調節することによって光取り出し効率を高める発光装置である。

支持体としてのガラス基板１上に、ＩＴＯを１２０ｎｍの膜厚でスパッタリング法にてパターニングすることで透明性陽極２２を形成する。次に、アクリル樹脂により素子分離膜を形成する。これをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で超音波洗浄し、煮沸洗浄後乾燥する。更に、ＵＶ／オゾン洗浄してから有機化合物を真空蒸着により形成する。

始めに、共通のホール輸送層３としてα−ＮＰＤを真空蒸着法にて４０ｎｍの膜厚に形成する。蒸着時の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜レートは０．３ｎｍ／ｓｅｃとする。

次に、シャドーマスクを用いてＲＧＢそれぞれの有機発光層４１、４２、４３を形成する。Ｒの有機発光層４１としては、ホストとしてＡｌｑ３と発光性化合物Ｉｒ（ｐｉｑ）３とを共蒸着（重量比９１：９）して膜厚３０ｎｍの有機発光層を形成する。Ｇの有機発光層４２としては、ホストとしてＡｌｑ３と発光性化合物クマリン６を共蒸着（重量比９９：１）して膜厚３０ｎｍの有機発光層を形成する。Ｂの有機発光層４３としては、ホストとしてＢａｌｑと発光性化合物Ｐｅｒｙｌｅｎｅとを共蒸着（重量比９０：１０）して膜厚２０ｎｍの有機発光層を形成する。蒸着時の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜レートは０．０１〜０．１ｎｍ／ｓｅｃとする。

更に、共通の電子輸送層５としてバソフェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）を真空蒸着法にて１０ｎｍの膜厚に形成する。蒸着時の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜レートは０．３ｎｍ／ｓｅｃとする。

次に、シャドーマスクを用いてＲＧＢ各色の電子注入層６１、６２、６３を形成する。Ｒの電子注入層６１としては、Ｂｐｈｅｎをホストの材料として、炭酸セシウムをアルカリ金属化合物のドーパントの材料として共蒸着したものを３０ｎｍの膜厚に形成する。蒸着時の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜レートは炭酸セシウムを０．００３６ｎｍ／ｓｅｃとし、Ｂｐｈｅｎを０．３ｎｍ／ｓｅｃとする。Ｇの電子注入層６２としては、Ｂｐｈｅｎをホストの材料として、炭酸セシウムをアルカリ金属化合物のドーパントの材料として共蒸着したものを２０ｎｍの膜厚に形成する。蒸着時の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜レートは炭酸セシウムを０．００９ｎｍ／ｓｅｃとし、Ｂｐｈｅｎを０．３ｎｍ／ｓｅｃとする。Ｂの電子注入層６３としては、Ｂｐｈｅｎをホストの材料として、炭酸セシウムをアルカリ金属化合物のドーパントの材料として共蒸着したものを１０ｎｍの膜厚に形成する。蒸着時の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜レートは炭酸セシウムを０．０１２ｎｍ／ｓｅｃとし、Ｂｐｈｅｎを０．３ｎｍ／ｓｅｃとする。

上記作製において、成膜レートと膜厚に関しては水晶振動子の膜厚モニターを用いて計測するが、電子注入層については別途シリコンウエハー上に電子注入層と同条件で単独膜を形成して、ＩＣＰ−ＭＳ分析からセシウムイオン濃度を求める。ＲＧＢ各色の電子注入層中のセシウム濃度がＲ：３．５ｗｔ％、Ｇ：８．３ｗｔ％、Ｂ：１０．４ｗｔ％となる。

次に、膜厚１５０ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）を形成して反射性陰極７１を形成する。陰極７１まで形成した後、窒素雰囲気中のグローブボックスにおいて、乾燥剤を入れたガラスキャップにより封止をして有機発光装置を形成する。

このようにして得られた有機発光装置に直流電圧を印加してＲＧＢ各色の発光特性を計算した。計算した結果は表２に示す。Ｒ素子においては、印加電圧４．２Ｖにて電流密度２０．６ｍＡ／ｃｍ²、輝度２０１３ｃｄ／ｍ²、発光効率９．８ｃｄ／Ａの発光特性を示す。Ｇ素子においては、印加電圧３．６Ｖにて電流密度２３．４ｍＡ／ｃｍ²、輝度２５２０ｃｄ／ｍ²、発光効率１０．８ｃｄ／Ａの発光特性を示す。Ｂ素子においては、印加電圧４．１Ｖにて電流密度４１．８ｍＡ／ｃｍ²、輝度６２０ｃｄ／ｍ²、発光効率１．５ｃｄ／Ａの発光特性を示す。

＜比較例１＞
本比較例では、ＲＧＢ各色の電子輸送層の膜厚を塗り分ける。本比較例の構成を図３に示し、各膜厚を表３に示す。

ＲＧＢ各色の電子輸送層５の膜厚をそれぞれ、Ｒ：３０ｎｍ、Ｇ：２０ｎｍ、Ｂ：１０ｎｍとし、同一の電子注入層６とした以外は実施例１と同様の方法で発光装置を作製する。電子注入層６の膜厚を１０ｎｍとして、セシウム濃度を１０．４ｗｔ％とする。

実施例１と同様に直流電圧を印加してＲＧＢ各色の発光特性を計算した。計算した結果は表４に示す。Ｒ素子のおいては、印加電圧５．１Ｖにて電流密度２０．２ｍＡ／ｃｍ²、輝度１７１０ｃｄ／ｍ²、発光効率８．５ｃｄ／Ａの発光特性を示す。Ｇ素子においては、印加電圧４．５Ｖにて電流密度２３．２ｍＡ／ｃｍ²、輝度２３０２ｃｄ／ｍ²、発光効率９．９ｃｄ／Ａの発光特性を示す。Ｂ素子においては、印加電圧４．１Ｖにて電流密度４１．８ｍＡ／ｃｍ²、輝度６２０ｃｄ／ｍ²、発光効率１．５ｃｄ／Ａの発光特性を示す。

電子輸送層の膜厚のみで塗り分けた場合、電子注入層の膜厚とアルカリ金属化合物の濃度を塗り分けた実施例１と比較して、高電圧化と低効率化が見られる。

＜比較例２＞
本比較例では、ＲＧＢ各色の電子注入層の膜厚を塗り分けるが、電子注入層中のセシウム濃度は一定とする。

ＲＧＢ各色の電子注入層６の膜厚をそれぞれ、Ｒ：３０ｎｍ、Ｇ：２０ｎｍ、Ｂ：１０ｎｍとして、セシウム濃度を３．５ｗｔ％で同一とした以外は実施例１と同様の方法で発光装置を作製する。

実施例１と同様に直流電圧を印加してＲＧＢ各色の発光特性を計算した。計算した結果は表５に示す。Ｒ素子のおいては、印加電圧４．２Ｖにて電流密度２０．６ｍＡ／ｃｍ²、輝度２０１３ｃｄ／ｍ²、発光効率９．８ｃｄ／Ａの発光特性を示す。Ｇ素子においては、印加電圧４．２Ｖにて電流密度２３．０ｍＡ／ｃｍ²、輝度２４０３ｃｄ／ｍ²、発光効率１０．４ｃｄ／Ａの発光特性を示す。Ｂ素子においては、印加電圧４．６Ｖにて電流密度４１．０ｍＡ／ｃｍ²、輝度４８０ｃｄ／ｍ²、発光効率１．１ｃｄ／Ａの発光特性を示す。

電子注入層の膜厚のみで塗り分けた場合、電子注入層の膜厚とアルカリ金属化合物の濃度を塗り分けた実施例１と比較して、高電圧化と低効率化が見られる。

＜実施例２＞
図２に示す構造のＲＧＢ３色からなる発光装置を以下に示す方法で作製する。各膜厚を表６に示す。

本実施例に係る発光装置は、基板と反対側の電極である半透明性陰極７３側から光を取り出す、いわゆるトップエミッション型の発光装置である。そして、半透明性陰極７３と電子注入層６の界面と、反射性陽極２１と透明性陽極２２の界面との光学的距離を調節することによって光取り出し効率を高める発光装置である。

支持体としてのガラス基板１上に、反射性陽極２１としての銀合金（ＡｇＡｕＳｎ）を１００ｎｍの膜厚でスパッタリング法にて形成してパターニングする。次に、透明性陽極２２としてのＩＺＯをスパッタリング法にて２０ｎｍの膜厚で形成してパターニングすることで陽極を形成する。更に、ポリイミド樹脂により素子分離膜を形成する。これをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で超音波洗浄し、煮沸洗浄後乾燥する。そして、ＵＶ／オゾン洗浄してから有機化合物を真空蒸着により形成する。

始めに、共通のホール輸送層３としてＦＬ０３を真空蒸着法にて２０ｎｍの膜厚に形成する。蒸着時の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜レートは０．３ｎｍ／ｓｅｃとする。

次に、シャドーマスクを用いてＲＧＢそれぞれの有機発光層４１、４２、４３を形成する。Ｒの有機発光層４１としては、ホストとしてＡｌｑ３と発光性化合物Ｉｒ（ｐｉｑ）３を共蒸着（重量比９１：９）して膜厚４０ｎｍの有機発光層を形成する。Ｇの有機発光層４２としては、ホストとしてＡｌｑ３と発光性化合物クマリン６を共蒸着（重量比９９：１）して膜厚３０ｎｍの有機発光層を形成する。Ｂの有機発光層４３としては、ホストとしてＢａｌｑと発光性化合物Ｐｅｒｙｌｅｎｅを共蒸着（重量比９０：１０）して膜厚３０ｎｍの有機発光層を形成する。蒸着時の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜レートは０．０１〜０．１ｎｍ／ｓｅｃとする。

更に、共通の電子輸送層５としてバソフェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）を真空蒸着法にて１０ｎｍの膜厚に形成する。蒸着時の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜レートは０．３ｎｍ／ｓｅｃとする。

次に、シャドーマスクを用いてＲＧＢ各色の電子注入層６１、６２、６３を形成する。Ｒの電子注入層６１としては、Ｂｐｈｅｎをホストの材料として、炭酸セシウムをアルカリ金属化合物のドーパントの材料として共蒸着したものを４０ｎｍの膜厚に形成する。蒸着時の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜レートは炭酸セシウムを０．００２ｎｍ／ｓｅｃとし、Ｂｐｈｅｎを０．３ｎｍ／ｓｅｃとする。Ｇの電子注入層６２としては、Ｂｐｈｅｎをホストの材料として、炭酸セシウムをアルカリ金属化合物のドーパントの材料として共蒸着したものを３０ｎｍの膜厚に形成する。蒸着時の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜レートは炭酸セシウムを０．００３６ｎｍ／ｓｅｃとし、Ｂｐｈｅｎを０．３ｎｍ／ｓｅｃとする。Ｂの電子注入層６３としては、Ｂｐｈｅｎをホストの材料として、炭酸セシウムをアルカリ金属化合物のドーパントの材料として共蒸着したものを２０ｎｍの膜厚に形成する。蒸着時の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜レートは炭酸セシウムを０．００９ｎｍ／ｓｅｃとし、Ｂｐｈｅｎを０．３ｎｍ／ｓｅｃとする。

上記作製において、成膜レートと膜厚に関しては水晶振動子の膜厚モニターを用いて計測するが、電子注入層については別途シリコンウエハー上に電子注入層と同条件で単独膜を形成して、ＩＣＰ−ＭＳ分析からセシウムイオン濃度を求める。ＲＧＢ各色の電子注入層中のセシウム濃度がＲ：１．９ｗｔ％、Ｇ：３．５ｗｔ％、Ｂ：８．３ｗｔ％となる。

次に、膜厚１５ｎｍの銀（Ａｇ）を形成して半透明性陰極７３を形成する。更に、透明性陰極７２としてＩＺＯをスパッタリング法にて６０ｎｍの膜厚に形成することで、陰極を形成する。陰極まで形成した後、有機発光素子を水分等から保護するためにＰＶ（パッシベーション）層８として窒化シリコンを１２００ｎｍの膜厚に形成する。続いて、ＰＶ層８の上に樹脂層９として膜厚５００μｍのアクリル樹脂を、前記樹脂層９の上に厚さ７００μｍのガラス板１０をそれぞれ貼り合わせて有機発光装置を形成する。

このようにして得られた有機発光装置に直流電圧を印加してＲＧＢ各色の発光特性を計算した。計算した結果は表７に示す。Ｒ素子のおいては、印加電圧４．４Ｖにて電流密度２０．３ｍＡ／ｃｍ²、輝度２０７１ｃｄ／ｍ²、発光効率１０．２ｃｄ／Ａの発光特性を示す。Ｇ素子においては、印加電圧３．８Ｖにて電流密度２３．１ｍＡ／ｃｍ²、輝度２６８０ｃｄ／ｍ²、発光効率１１．６ｃｄ／Ａの発光特性を示す。Ｂ素子においては、印加電圧４．２Ｖにて電流密度４２ｍＡ／ｃｍ²、輝度７５６ｃｄ／ｍ²、発光効率１．８ｃｄ／Ａの発光特性を示す。

＜比較例３＞
本比較例では、ＲＧＢ各色の電子輸送層の膜厚を塗り分ける。本比較例の構成を図４に示す。また、各膜厚を表８に示す。

ＲＧＢ各色の電子輸送層５の膜厚をそれぞれ、Ｒ：３０ｎｍ、Ｇ：２０ｎｍ、Ｂ：１０ｎｍとし、同一の電子注入層６とした以外は実施例２と同様の方法で発光装置を作製する。電子注入層６の膜厚を２０ｎｍとして、セシウム濃度を８．３ｗｔ％とする。

実施例２と同様に直流電圧を印加してＲＧＢ各色の発光特性を計算した。計算した結果は表９に示す。Ｒ素子においては、印加電圧５．６Ｖにて電流密度２０．０ｍＡ／ｃｍ²、輝度１６０５ｃｄ／ｍ²、発光効率８．０ｃｄ／Ａの発光特性を示す。Ｇ素子においては、印加電圧４．８Ｖにて電流密度２２．８ｍＡ／ｃｍ²、輝度２３１１ｃｄ／ｍ²、発光効率１０．０ｃｄ／Ａの発光特性を示す。Ｂ素子においては、印加電圧４．２Ｖにて電流密度４２ｍＡ／ｃｍ²、輝度７５６ｃｄ／ｍ²、発光効率１．８ｃｄ／Ａの発光特性を示す。

電子輸送層の膜厚のみで塗り分けた場合、電子注入層の膜厚とアルカリ金属化合物の濃度を塗り分けた実施例２と比較して、高電圧化と低効率化が見られる。

＜比較例４＞
本比較例では、ＲＧＢ各色の電子注入層の膜厚を塗り分けるが、電子注入層中のセシウム濃度は一定とする。

ＲＧＢ各色の電子注入層６の膜厚をそれぞれＲ：４０ｎｍ、Ｇ：３０ｎｍ、Ｂ：２０ｎｍとし、セシウム濃度を１．９ｗｔ％で同一とした以外は実施例２と同様の方法で発光装置を作製する。

実施例２と同様に直流電圧を印加してＲＧＢ各色の発光特性を計算した。計算した結果は表１０に示す。Ｒ素子においては、印加電圧４．４Ｖにて電流密度２０．３ｍＡ／ｃｍ²、輝度２０７１ｃｄ／ｍ²、発光効率１０．２ｃｄ／Ａの発光特性を示す。Ｇ素子においては、印加電圧４．２Ｖにて電流密度２３．０ｍＡ／ｃｍ²、輝度２５６０ｃｄ／ｍ²、発光効率１１．１ｃｄ／Ａの発光特性を示す。Ｂ素子においては、印加電圧５．３Ｖにて電流密度４１．５ｍＡ／ｃｍ²、輝度３８２ｃｄ／ｍ²、発光効率０．９ｃｄ／Ａの発光特性を示す。

電子注入層の膜厚のみで塗り分けた場合、電子注入層の膜厚とアルカリ金属化合物の濃度を塗り分けた実施例２と比較して、高電圧化と低効率化が見られる。

本発明の有機発光装置は、テレビ、携帯情報端末、携帯電話、デジタルカメラ・デジタルビデオカメラのモニター、等に利用される可能性がある。

本発明の実施形態及び実施例１に係る有機発光装置の断面模式図である。 本発明の実施形態及び実施例２に係る有機発光装置の断面模式図である。 本発明の比較例１に係る有機発光装置の断面模式図である。 本発明の比較例３に係る有機発光装置の断面模式図である。 電圧に関するＣｓ濃度依存性を示すグラフである。

符号の説明

１ 基板
３ ホール輸送層
４ 有機発光層
５ 電子輸送層
６ 電子注入層
８ ＰＶ層
９ 樹脂層
１０ ガラス部材
２１ 反射性陽極
２２ 透明性陽極
４１ Ｒ有機発光層
４２ Ｇ有機発光層
４３ Ｂ有機発光層
６１ Ｒ電子注入層
６２ Ｇ電子注入層
６３ Ｂ電子注入層
７１ 反射性陰極
７２ 透明性陰極
７３ 半透明性陰極

Claims (12)

1. 基板と、前記基板の上に設けられている複数の有機発光素子と、を有しており、
   前記複数の有機発光素子は、第１の発光色を発光する第１の有機発光素子と、第１の発光色とは異なる第２の発光色を発光する第２の有機発光素子と、を有し、
   前記第１および前記第２の有機発光素子は、陰極と、陽極と、前記陰極と前記陽極との間に形成されている有機発光層と、前記陰極と前記有機発光層との間に前記陰極に接して形成されている電子注入層と、を有し、
   前記電子注入層は、有機化合物と、電子注入ドーパント材料と、を有する、有機発光装置において、
   前記第１の有機発光素子における前記電子注入層の厚みが、前記第２の有機発光素子における前記電子注入層の厚みよりも薄く、かつ前記第１の有機発光素子における前記電子注入ドーパント材料の濃度が、前記第２の有機発光素子における前記電子注入ドーパント材料の濃度よりも高いことを特徴とする有機発光装置。
2. 前記第１および前記第２の有機発光素子における前記陰極または前記陽極のいずれか一方が反射面を有し、前記反射面と前記有機発光層内の発光位置との間の厚みが、前記第１および前記第２の発光色の発光を強めるようにそれぞれ設定されていること特徴とする請求項１に記載の有機発光装置。
3. 前記第１および前記第２の有機発光素子における前記陰極または前記陽極のいずれか一方が反射面を有し、かつ他方が半透明反射面を有し、前記反射面と前記半透明反射面との間の厚みが、前記第１および前記第２の発光色の発光を強めるようにそれぞれ設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の有機発光装置。
4. 前記複数の有機発光素子は、前記有機発光層と前記電子注入層との間に、電子輸送層を有し、
   前記第１の有機発光素子の前記電子輸送層の厚みは、前記第２の有機発光素子の前記電子輸送層の厚みと同じであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の有機発光装置。
5. 前記複数の有機発光素子は、前記有機発光層と前記陽極との間に、ホール輸送層を有し、
   前記第１の有機発光素子の前記ホール輸送層の厚みは、前記第２の有機発光素子の前記ホール輸送層の厚みと同じであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の有機発光装置。
6. 前記第１の有機発光素子の前記有機発光層の厚みは、前記第２の有機発光素子の前記有機発光層の厚みと同じであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の有機発光装置。
7. 前記有機発光装置は、アクティブマトリクス型の有機発光装置であり、
   前記基板の上に前記複数の有機発光素子を駆動する薄膜トランジスタが形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の有機発光装置。
8. 前記複数の有機発光素子は、前記基板の側から順に陽極と、有機発光層と、電子注入層と、陰極とが配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の有機発光装置。
9. 前記第１の有機発光素子の発光スペクトルピーク波長は、前記第２の有機発光素子の発光スペクトルピーク波長よりも短いことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の有機発光装置。
10. 前記電子注入ドーパント材料は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類の少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の有機発光装置。
11. 前記電子注入ドーパント材料は、アルカリ金属化合物を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の有機発光装置。
12. 前記アルカリ金属化合物は、セシウム化合物であることを特徴とする請求項１１に記載の有機発光装置。

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