有機エレクトロルミネッセンス素子
【課題】可視域の広い範囲においてほぼ均等な取り出し効率を得ることができ、視野角による色のずれを抑制することができる有機エレクトロルミネッセンス素子を得る。
【解決手段】基板１上に反射層２、第１電極３、発光層を含む有機層４、第２電極５、及び光学調整層６を順次積層し、光学調整層６側から光を取り出す有機エレクトロルミネッセンス素子であって、発光層における発光位置４ａから反射層２の反射面２ａまでの光学距離をＬ１、反射層２の反射面２ａから第２電極５の下端５ａまでの光学距離をＬ２、反射層２の反射面２ａから光学調整層６の上端６ａまでの光学距離をＬ３、取り出したい発光の波長域の中心波長をλとしたとき、Ｌ１を波長λの光が干渉を起こさない光学距離に設定し、Ｌ２を波長λの光が干渉により強めあう光学距離に設定し、Ｌ３を波長λの光が干渉により弱めあう光学距離に設定することを特徴としている。
【解決手段】基板１上に反射層２、第１電極３、発光層を含む有機層４、第２電極５、及び光学調整層６を順次積層し、光学調整層６側から光を取り出す有機エレクトロルミネッセンス素子であって、発光層における発光位置４ａから反射層２の反射面２ａまでの光学距離をＬ１、反射層２の反射面２ａから第２電極５の下端５ａまでの光学距離をＬ２、反射層２の反射面２ａから光学調整層６の上端６ａまでの光学距離をＬ３、取り出したい発光の波長域の中心波長をλとしたとき、Ｌ１を波長λの光が干渉を起こさない光学距離に設定し、Ｌ２を波長λの光が干渉により強めあう光学距離に設定し、Ｌ３を波長λの光が干渉により弱めあう光学距離に設定することを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、一般に数十〜数百μｍ程度の厚みの有機層を、反射性電極と透過性電極で挟んだ構造を有している。有機層内部の発光層から発光された光は、この積層構造中で干渉し外部に取り出されるが、この干渉を利用し発光効率を高める様々な試みがなされている。発光層から発光される光が単色光である場合、その波長のみを強める構造に設計すればよいが、発光層から発光される光が白色光である場合、混合色の発光効率を高めるため、複数の光学干渉を利用する試みがなされている。
【０００３】
特許文献１においては、基板側から、第２ハーフミラー層、バッファー層、第１ハーフミラー層、有機層、及び反射層の順で積層し、第１ハーフミラー層と反射層の間の干渉で青色発光を、第２ハーフミラー層と反射層の間の干渉でオレンジ色発光を強め、白色発光を強める構造になっている。特許文献２においては、基板側から、第２ハーフミラー層、バッファー層、第１ハーフミラー層、有機層、及び反射層の順で積層し、第１ハーフミラー層と反射層の間の干渉で青色発光を、第１ハーフミラー層と第２ハーフミラー層の間の干渉で緑色発光を、第２ハーフミラー層と反射層の間の干渉で赤色発光を強め、白色発光を強める構造になっている。特許文献３においては、発光位置から反射層までの距離と、発光位置から透光性電極の外部層の外面までの距離を規定し、干渉を利用しないことにより、視野角による色ずれのない白色光を取り出している。
【０００４】
反射層、第１ハーフミラー層、及び第２ハーフミラー層による干渉を利用した上記有機ＥＬ素子によれば、発光効率を向上させることはできるが、複数の単色を干渉で強めているため、視野角により発光位置との光学距離が変化するため、視野角による色のずれが大きくなるという問題がある。また、発光位置と素子全体の膜厚を限定した場合、視野角による色のずれは小さくなるものの、発光効率を干渉により向上させることができなくなる。
【特許文献１】特開２００３−１５１７７６号公報
【特許文献２】特開２００４−１２７５８８号公報
【特許文献３】特開２００４−７９４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、可視域の広い範囲においてほぼ均等な取り出し効率を得ることができ、視野角による色ずれを抑制することができる有機ＥＬ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、基板上に反射層、第１電極、発光層を含む有機層、第２電極、及び光学調整層を順次積層し、光学調整層側から光を取り出す有機エレクトロルミネッセンス素子であって、発光層における発光位置から反射層の反射面までの光学距離をＬ１、反射層の反射面から第２電極の下端までの光学距離をＬ２、反射層の反射面から光学調整層の上端までの光学距離をＬ３、取り出したい発光の波長域の中心波長をλとしたとき、Ｌ１を波長λの光が干渉を起こさない光学距離に設定し、Ｌ２を波長λの光が干渉により強めあう光学距離に設定し、Ｌ３を波長λの光が干渉により弱めあう光学距離に設定することを特徴としている。
【０００７】
本発明においては、上記光学距離Ｌ１を波長λの光が干渉を起こさない光学距離に設定し、上記光学距離Ｌ２を波長λの光が干渉により強めあう光学距離に設定し、上記光学距離Ｌ３を波長λの光が干渉により弱めあう光学距離に設定している。以下、光学距離Ｌ１により生じる光の干渉を「第１の干渉」といい、光学距離Ｌ２により生じる光の干渉を「第２の干渉」といい、光学距離Ｌ３により生じる光の干渉を「第３の干渉」という。
【０００８】
図１及び図２を参照して、本発明における第１の干渉、第２の干渉及び第３の干渉を説明する。
【０００９】
図１は、本発明の有機ＥＬ素子の一例を示す模式的断面図である。図１に示すように、基板１の上に、反射層２、第１電極３、発光層を含む有機層４、第２電極５、及び光学調整層６が順次積層して形成されている。有機層４における発光層の発光位置４ａから発光した光は、光学調整層６側から取り出される。
【００１０】
本発明においては、発光位置４ａから反射層２の反射面２ａまでの光学距離をＬ１とし、反射層２の反射面２ａから第２電極５の下端５ａまでの光学距離をＬ２とし、反射層２の反射面２ａから光学調整層６の上端６ａまでの光学距離をＬ３としている。
【００１１】
図２は、図１に示す有機ＥＬ素子における第１の干渉、第２の干渉及び第３の干渉を説明するための模式的断面図である。発光位置４ａから発光された光は、光学調整層６側に向かって出射されると共に、反射層２側に向かっても出射される。反射層２側に向かって出射された光３１ｂは、反射層２の反射面２ａで反射され、光学調整層６側に向かう。発光位置４ａから直接光学調整層６側に出射された光３１ａと、反射層２で反射された光３１ｂとの間で生じる干渉が第１の干渉３１である。
【００１２】
また、第２の干渉３２は、発光位置４ａから光学調整層６に向かって出射され、第２電極５を透過して出射される光３２ａと、発光位置４ａから光学調整層６に向かって出射され、第２電極５の下端５ａで反射されて反射層２側に向かい、反射層２の反射面２ａで反射され再び光学調整層６に向かって出射される光３２ｂとの間で生じる干渉である。
【００１３】
また、第３の干渉３３は、発光位置４ａから光学調整層６に向かって出射され、光学調整層６を透過して出射される光３３ａと、光学調整層６の上端６ａで反射され、反射層２側に向かい、反射層２の反射面２ａで反射され再び光学調整層６側に向かう光３３ｂとの間で生じる干渉である。
【００１４】
第１の干渉３１は、発光位置４ａと反射層２の反射面２ａとの間の光学距離Ｌ１を調整することにより制御することができる。第２の干渉３２は、第２電極５の下端５ａと反射層２の反射面２ａとの間の光学距離Ｌ２を調整することにより制御することができる。また、第３の干渉３３は、光学調整層６の上端６ａと反射層２の反射面２ａとの間の光学距離Ｌ３を調整することにより制御することができる。
【００１５】
本発明においては、光学距離Ｌ１を波長λの光が干渉を起こさない光学距離に設定し、第１の干渉３１が生じないように設定されている。また、光学距離Ｌ２を波長λの光が干渉により強めあう光学距離に設定している。すなわち、第２の干渉３２によって、波長λの光が共振する光学距離に設定している。また、光学距離Ｌ３を波長λの光が干渉により弱めあう光学距離に設定している。すなわち、第３の干渉３３によって、波長λの光が非共振となるように設定している。
【００１６】
本発明においては、上述のように、第１の干渉３１が生じないように光学距離Ｌ１を設定し、第２の干渉３２が共振となるように設定し、第３の干渉３３が非共振となるように設定することにより、可視域の広い範囲においてほぼ均等な取り出し効率を得ることができ、視野角による色ずれを抑制することができる。
【００１７】
本発明に従う好ましい実施態様においては、光学調整層が、第２電極の上に設けられている有機バッファー層と、該有機バッファー層の上に設けられる無機透明電極からなる第３電極とから構成されており、第２電極と第３電極とが画素発光部以外の周辺部で接地することにより、第３電極が補助電極として機能していることを特徴としている。本発明においては、このように光学調整層を、有機バッファー層と第３電極から構成することができる。この場合、第３電極を画素発光部以外の周辺部で第２電極と接地させることにより、第３電極を補助電極として機能させることができ、第２電極によって素子の抵抗が高くなるのを低減させることができる。
【００１８】
また、本発明において、光学調整層は、有機バッファー層のみから構成されていてもよいし、無機透明電極からのみ構成されていてもよい。
【００１９】
有機バッファー層は、発光層からの発光を吸収しない材料であれば特に限定されるものではないが、例えば、有機ＥＬ素子においてホール輸送性材料や電子輸送性材料等として用いられている材料から形成することができる。また、無機透明電極は、有機ＥＬ素子において透明電極として用いられているＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）等の導電性金属酸化物や金属薄膜等から形成することができる。
【００２０】
また、本発明においては、光学調整層の外側に、さらに保護膜等の外部層を設けてもよい。外部層は、光学調整層の上端部の屈折率と０．２以上異なる屈折率を有し、かつその膜厚が１μｍ以上のものであることが好ましい。このような外部層を設けることにより、光学調整層の上端において発光層からの光の一部を反射させることができる。
【００２１】
本発明の有機ＥＬ素子における発光層は、白色を発光するものであってもよいし、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）等の単色を発光するものであってもよい。白色を発光する発光層の場合、一つの発光層中に例えば青色発光材料とオレンジ色発光材料を含有させたものであってもよいし、オレンジ色発光層と青色発光層を積層した白色発光層であってもよい。
【００２２】
本発明の有機ＥＬ素子において、発光層が白色発光層である場合、Ｌ１、Ｌ２及びＬ３は以下の式を満たすことが好ましい。以下の式を満たすことにより、可視域の広い範囲においてほぼ均等な取り出し効率を得ることができ、視野角による色ずれを抑制することができるという本発明の効果をより効果的に得ることができる。
【００２３】
L1 = 75 〜 125 [nm]
L2 = ( m + (φ1+ φ2 )/2π )λ1 /2 [nm]
L3 = ( n + 1/2 + (φ1+ φ3 )/2π )λ2 /2 [nm]
500 nm < λ < 550nm
λ -15 < λ1 < λ + 15
λ -15 < λ2 < λ + 15
L1 : 発光位置から反射層までの光学距離（発光位置は、正孔輸送性の材料から成る第一の発光層と電子輸送性の材料から成る第二の発光層との界面）
L2 : 反射層から第二電極の下端までの光学距離
L3 : 反射層から光学調整層の上端までの光学距離
λ : 取り出したい白色発光の波長域の中心波長
φ1 : 光が反射層で反射する際の位相変化。次の式により与えられる。
【００２４】
第一電極の屈折率:na、反射層の屈折率:nm、反射層の消衰係数kmとした時
φ1 = tan-1 {2 nakm/( na2- nm2 - km2)}
ただし2 nakm/( na2- nm2 - km2) > 0の時、0 < φ1 < π/2
2 nakm/( na2- nm2 - km2) < 0の時、π/2 < φ1 < π
φ2 : 光が第二電極下端部で反射する際の位相変化。次の式により与えられる。
有機層の屈折率:no、第二電極の屈折率:nc、第二電極の消衰係数kcとした時
φ2 = tan-1 {2 nokc/( ne2- nm2 - km2)}
ただし2 nokc/( ne2- nc2- kc2) > 0の時、0 < φ1 < π/2
2 nokc/( ne2- nc2- kc2) < 0の時、π/2 < φ1 < π
φ3 : 光が光学調整層上端部で反射する際の位相変化。光学調整層の屈折率が外部層より大きい時は0、小さい時はπ。
m、n : 自然数
本発明の有機ＥＬ素子において、発光層が単色の発光層である場合、Ｌ１、Ｌ２及びＬ３は以下の式を満たすことが好ましい。
【００２５】
L1 = 75 〜 125 [nm]
L2 = ( m + (φ1+ φ2 )/2π )λ1 /2 [nm]
L3 = ( n + 1/2 + (φ1+ φ3 )/2π )λ2 /2 [nm]
λf -20 < λ < λf + 50
λ -15 < λ1 < λ + 15
λ -15 < λ2 < λ + 15
L1 : 発光位置から反射層までの光学距離（発光位置は、発光層が正孔輸送性の材料から成る場合は、電子輸送層との界面となり、発光層が電子輸送性の材料から成る場合は、正孔輸送層との界面）
L2 : 反射層から第二電極の下端までの光学距離
L3 : 反射層から光学調整層の上端までの光学距離
λ : 取り出したい単色の発光の中心波長
λf : 取り出したい単色の発光の蛍光ピーク波長
φ1 : 光が反射層で反射する際の位相変化。次の式により与えられる。
【００２６】
第一電極の屈折率:na、反射層の屈折率:nm、反射層の消衰係数kmとした時
φ1 = tan-1 {2 nakm/( na2- nm2 - km2)}
ただし2 nakm/( na2- nm2 - km2) > 0の時、0 < φ1 < π/2
2 nakm/( na2- nm2 - km2) < 0の時、π/2 < φ1 < π
φ2 : 光が第二電極下端部で反射する際の位相変化。次の式により与えられる。
有機層の屈折率:no、第二電極の屈折率:nc、第二電極の消衰係数kcとした時
φ2 = tan-1 {2 nokc/( ne2- nm2 - km2)}
ただし2 nokc/( ne2- nc2- kc2) > 0の時、0 < φ1 < π/2
2 nokc/( ne2- nc2- kc2) < 0の時、π/2 < φ1 < π
φ3 : 光が光学調整層上端部で反射する際の位相変化。光学調整層の屈折率が外部層より大きい時は0、小さい時はπ。
m、n : 自然数
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、可視域の広い範囲においてほぼ均等な取り出し効率を得ることができ、視野角による色ずれを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明を具体的な実施例により説明するが、本発明の以下の実施例に限定されるものではない。
【００２９】
（実施例１）
図３は、本実施例において作製した有機ＥＬ素子の素子構造を示す模式的断面図である。図３に示すように、ガラス基板１上にＡｌからなる反射層２（膜厚１００ｎｍ）を形成し、その上にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる第１電極３（膜厚２０ｎｍ）を形成し、その上に正孔輸送層４ｂ（膜厚５ｎｍ）を形成した。
【００３０】
正孔輸送層４ｂの上に、オレンジ色発光層４ｃ（膜厚３０ｎｍ）、及び青色発光層４ｄ（膜厚３０ｎｍ）を順に形成した。オレンジ色発光層４ｃと青色発光層４ｄから白色発光層が構成されており、この白色発光層の上に電子輸送層４ｅ（膜厚１０ｎｍ）を形成した。正孔輸送層４ｂ、オレンジ色発光層４ｃ、青色発光層４ｄ、及び電子輸送層４ｅから有機層が構成されている。このような素子構造においては、オレンジ色発光層４ｃと青色発光層４ｄの界面が発光位置４ａとなる。
【００３１】
電子輸送層４ｅの上に、Ｌｉ層（膜厚１．５ｎｍ）とＡｕ層（膜厚２０ｎｍ）からなる第２電極５を形成した。
【００３２】
第２電極５の上には、光学調整用のバッファー層６ｂ（膜厚３５０ｎｍ）を形成し、その上にＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）からなる光学調整用の第３電極６ｃ（膜厚１１０ｎｍ）を形成した。バッファー層６ｂは、ＮＰＢから形成している。第３電極６ｃは、画素発光部以外の周辺部で第２電極５と接地している。バッファー層６ｂと第３電極６ｃから本発明の光学調整層が構成されている。
【００３３】
本実施例において、正孔輸送層４ｂはＮＰＢから形成されている。また、オレンジ色発光層４ｃは、ホスト材料としてＮＰＢを用い、第１のドーパントとしてｔＢｕＤＰＮを２０重量％となるように用い、第２のドーパントとしてＤＢｚＲを３重量％となるように用いている。
【００３４】
青色発光層４ｄは、ホスト材料として、ＴＢＡＤＮを用い、第１のドーパントとしてＮＰＢを１０重量％となるように用い、第２のドーパントとしてＴＢＰを２．５重量％となるように用いている。
【００３５】
電子輸送層４ｅは、Ａｌｑ３から形成している。
【００３６】
ＮＰＢは、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンであり、以下の構造を有している。
【００３７】
【化１】
ｔＢｕＤＰＮは、５，１２−ビス（４−ターシャリー−ブチルフェニル）ナフタセンであり、以下の構造を有している。
【００３８】
【化２】
ＤＢｚＲは、５，１２−ビス｛４−（６−メチルベンゾチアゾール−２−イル）フェニル｝−６，１１−ジフェニルナフタセンであり、以下の構造を有している。
【００３９】
【化３】
ＴＢＡＤＮは、２−ターシャリー−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセンであり、以下の構造を有している。
【００４０】
【化４】
ＴＢＰは、２，５，８，１１−テトラ−ターシャリー−ブチルペリレンであり、以下の構造を有している。
【００４１】
【化５】
Ａｌｑ３は、トリス−（８−キノリナト）アルミニウム（III）であり、以下の構造を有している。
【００４２】
【化６】
【００４３】
本実施例では、取り出したい白色光の波長域の中心波長λを５１０ｎｍとして、各層の膜厚を設計している。本実施例におけるλ１、λ２、Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３の値を表１に示す。また、これらを算出するのに用いた各層の屈折率及び消衰係数を表２に示す。
【００４４】
（実施例２）
実施例１において、バッファー層６ｂの膜厚を３５０ｎｍから１８０ｎｍに変更する以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。本実施例におけるλ１、λ２、Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３の値を表１に示す。
【００４５】
（比較例１）
実施例１において、オレンジ色発光層４ｃの膜厚を３０ｎｍから２０ｎｍに変更し、青色発光層４ｄの膜厚を３０ｎｍから４５ｎｍに変更し、光学調整用のバッファー層６ｂの膜厚を３５０ｎｍから３２０ｎｍに変更し、光学調整用の第３電極６ｃの膜厚を１１０ｎｍから７０ｎｍに変更する以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
【００４６】
この比較例におけるλ１、λ２、Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３の値を表１に示す。
【００４７】
（比較例２）
実施例１において、正孔輸送層４ｂの膜厚を５ｎｍから１０５ｎｍに変更し、それ以外は実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。この比較例におけるλ１、λ２、Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３の値を表１に示す。
【００４８】
【表１】
【００４９】
【表２】
比較例１においては、光学距離Ｌ３が本発明の範囲外となっており、比較例２においては、光学距離Ｌ１及びＬ２が本発明の範囲外となっている。
【００５０】
図４は、実施例１の可視域における取り出し効率のシミュレーション結果を示す図である。実施例１では、取り出したい白色光の波長域の中心波長λを５１０ｎｍとしており、第１の干渉では干渉を起こさない全波長にわたってブロードな取り出し効率となっている。第２の干渉では５１０ｎｍ付近の緑色領域の取り出し効率が大きくなっており、第３の干渉では５１０ｎｍ付近の緑色領域の取り出し効率が小さくなっている。トータルの取り出し効率は、これら三つの干渉の影響を受け、結果として可視域の広い範囲においてほぼ均等な取り出し効率となっていることがわかる。
【００５１】
図５は、実施例１の素子における視野角０°、３０°及び６０°における発光スペクトルを示す図である。図５から明らかなように、視野角による発光色の変化がほとんど生じておらず、視野角による色のずれを抑制した白色発光が得られていることがわかる。
【００５２】
図６は、実施例２の素子における視野角０°、３０°及び６０°における発光スペクトルを示す図であり、実施例２においても、視野角における色のずれが抑制された白色発光が得られている。
【００５３】
図７は、比較例１の可視域における取り出し効率のシミュレーション結果を示しており、比較例１では、光学距離Ｌ３が本発明の範囲外となっているため、第３の干渉が緑色領域を弱めあう干渉となっていないことがわかる。
【００５４】
図８は、比較例１の素子における視野角０°、３０°及び６０°における発光スペクトルを示す図である。図８に示すように、白色発光は得られているが、視野角による色のずれが大きいことがわかる。
【００５５】
図９は、比較例２の素子における視野角０°、３０°及び６０°における発光スペクトルを示す図であり、図９に示されるように青色発光のみが見られ、白色発光が得られないことがわかる。
【００５６】
以上のように、光学距離Ｌ１、Ｌ２及びＬ３を本発明に従い設定することにより、可視光の広い範囲においてほぼ均等な取り出し効率を得ることができ、視野角による色のずれを抑制できることが分かる。
【００５７】
図１０は、本発明に従う実施例の有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置を示す断面図である。この有機ＥＬ表示装置においては、能動素子としてＴＦＴを用いて各画素における発光を駆動している。なお、能動素子としてダイオード等も用いることができる。
【００５８】
図１０を参照して、ガラス等の透明基板からなる基板１の上には、積層膜２１が設けられている。積層膜２１は、例えばＳｉＯ２及びＳｉＮｘ等から形成されている。積層膜２１の上には、ポリシリコン層からなるチャネル領域１１が形成されている。チャネル領域１１の上には、ドレイン電極１２及びソース電極１４が形成されており、ドレイン電極１２とソース電極１４の間には、ゲート電極１３が設けられている。ゲート電極１３とチャネル領域１１の間にはゲート酸化膜２２が設けられている。ゲート酸化膜２２は、例えばＳｉＮｘ及びＳｉＯ２から形成されている。
【００５９】
ゲート酸化膜２２の上には、第１の層間絶縁膜２３が形成されており、第１の層間絶縁膜２３の上には第２の層間絶縁膜２４が形成されている。第１の層間絶縁膜２３は、例えばＳｉＯ２及びＳｉＮｘから形成されており、第２の層間絶縁膜２４は、例えばＳｉＮｘから形成されている。
【００６０】
第２の層間絶縁膜２４の上には、平坦化膜２５が形成されている。平坦化膜２５は、例えばアクリル樹脂等から形成されている。平坦化膜２５の画素発光部３０の領域の上には、Ａｌ等からなる反射層２が形成されている。反射層２の上には、ＩＴＯ等からなる第１電極３が形成されている。第１電極３は、平坦化膜２５に形成されたスルーホール部を通り、ドレイン電極１２に接続されている。第１電極３の上の画素発光部３０以外の領域には、アクリル樹脂等からなる画素分離膜２６が形成されている。画素発光部３０における第１電極３の上及び画素分離膜２６の上には、発光層を含む有機層４が形成されている。
【００６１】
有機層４の上には第２電極５が形成され、第２電極５の上にはバッファー層６ｂ及び第３電極６ｃが形成されている。バッファー層６ｂと第３電極６ｃから本発明の光学調整層が構成されている。第３電極６ｃは、画素発光部３０以外の周辺部において第２電極５と接続するように設けられており、第２電極５による抵抗の増加を抑制する補助電極としての役割を果たしている。
【００６２】
第３電極６ｃの上にはアクリル樹脂等からなる外部層７が形成されている。
【００６３】
外部層７の上には、接着剤層２７を介して、ガラス等からなる透明な封止基板２８が設けられている。封止基板２８の素子側の画素発光部３０の領域には、カラーフィルタ層２９が設けられている。
【００６４】
以上のようにして構成された図１０に示す有機ＥＬ表示装置においては、有機層４の発光位置４ａから出射された光が、カラーフィルタ層２９を通り、基板１と反対側に出射される。発光位置４ａから出射された光は、反射層２の反射面、第２電極５と有機層４との界面、及び第３電極６ｃと外部層７との界面で反射される。本発明においては、上述のように第１の干渉については干渉を起こさない光学距離Ｌ１に設定し、第２の干渉については干渉により取り出したい発光を強めあう光学距離Ｌ２となるように設定し、第３の干渉については、干渉により取り出したい発光を弱めあう光学距離Ｌ３となるように設定している。これにより、可視域の広い範囲においてほぼ均等な取り出し効率を得ることができ、視野角による色のずれを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の一例を示す模式的断面図。
【図２】本発明における第１の干渉、第２の干渉、及び第３の干渉を説明するための模式的断面図。
【図３】本発明に従う一実施例の有機ＥＬ素子を示す模式的断面図。
【図４】実施例１の有機ＥＬ素子の取り出し効率のシミュレーション結果を示す図。
【図５】実施例１の有機ＥＬ素子の視野角による発光スペクトルの変化を示す図。
【図６】実施例２の有機ＥＬ素子の視野角による発光スペクトルの変化を示す図。
【図７】比較例１の有機ＥＬ素子の取り出し効率のシミュレーション結果を示す図。
【図８】比較例１の有機ＥＬ素子の視野角による発光スペクトルの変化を示す図。
【図９】比較例２の有機ＥＬ素子の視野角による発光スペクトルの変化を示す図。
【図１０】本発明に従う実施例の有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【符号の説明】
【００６６】
１…基板
２…反射層
２ａ…反射層の反射面
３…第１電極
４…有機層
４ａ…発光位置
５…第２電極
６…光学調整層
３１…第１の干渉
３２…第２の干渉
３３…第３の干渉
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、一般に数十〜数百μｍ程度の厚みの有機層を、反射性電極と透過性電極で挟んだ構造を有している。有機層内部の発光層から発光された光は、この積層構造中で干渉し外部に取り出されるが、この干渉を利用し発光効率を高める様々な試みがなされている。発光層から発光される光が単色光である場合、その波長のみを強める構造に設計すればよいが、発光層から発光される光が白色光である場合、混合色の発光効率を高めるため、複数の光学干渉を利用する試みがなされている。
【０００３】
特許文献１においては、基板側から、第２ハーフミラー層、バッファー層、第１ハーフミラー層、有機層、及び反射層の順で積層し、第１ハーフミラー層と反射層の間の干渉で青色発光を、第２ハーフミラー層と反射層の間の干渉でオレンジ色発光を強め、白色発光を強める構造になっている。特許文献２においては、基板側から、第２ハーフミラー層、バッファー層、第１ハーフミラー層、有機層、及び反射層の順で積層し、第１ハーフミラー層と反射層の間の干渉で青色発光を、第１ハーフミラー層と第２ハーフミラー層の間の干渉で緑色発光を、第２ハーフミラー層と反射層の間の干渉で赤色発光を強め、白色発光を強める構造になっている。特許文献３においては、発光位置から反射層までの距離と、発光位置から透光性電極の外部層の外面までの距離を規定し、干渉を利用しないことにより、視野角による色ずれのない白色光を取り出している。
【０００４】
反射層、第１ハーフミラー層、及び第２ハーフミラー層による干渉を利用した上記有機ＥＬ素子によれば、発光効率を向上させることはできるが、複数の単色を干渉で強めているため、視野角により発光位置との光学距離が変化するため、視野角による色のずれが大きくなるという問題がある。また、発光位置と素子全体の膜厚を限定した場合、視野角による色のずれは小さくなるものの、発光効率を干渉により向上させることができなくなる。
【特許文献１】特開２００３−１５１７７６号公報
【特許文献２】特開２００４−１２７５８８号公報
【特許文献３】特開２００４−７９４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、可視域の広い範囲においてほぼ均等な取り出し効率を得ることができ、視野角による色ずれを抑制することができる有機ＥＬ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、基板上に反射層、第１電極、発光層を含む有機層、第２電極、及び光学調整層を順次積層し、光学調整層側から光を取り出す有機エレクトロルミネッセンス素子であって、発光層における発光位置から反射層の反射面までの光学距離をＬ１、反射層の反射面から第２電極の下端までの光学距離をＬ２、反射層の反射面から光学調整層の上端までの光学距離をＬ３、取り出したい発光の波長域の中心波長をλとしたとき、Ｌ１を波長λの光が干渉を起こさない光学距離に設定し、Ｌ２を波長λの光が干渉により強めあう光学距離に設定し、Ｌ３を波長λの光が干渉により弱めあう光学距離に設定することを特徴としている。
【０００７】
本発明においては、上記光学距離Ｌ１を波長λの光が干渉を起こさない光学距離に設定し、上記光学距離Ｌ２を波長λの光が干渉により強めあう光学距離に設定し、上記光学距離Ｌ３を波長λの光が干渉により弱めあう光学距離に設定している。以下、光学距離Ｌ１により生じる光の干渉を「第１の干渉」といい、光学距離Ｌ２により生じる光の干渉を「第２の干渉」といい、光学距離Ｌ３により生じる光の干渉を「第３の干渉」という。
【０００８】
図１及び図２を参照して、本発明における第１の干渉、第２の干渉及び第３の干渉を説明する。
【０００９】
図１は、本発明の有機ＥＬ素子の一例を示す模式的断面図である。図１に示すように、基板１の上に、反射層２、第１電極３、発光層を含む有機層４、第２電極５、及び光学調整層６が順次積層して形成されている。有機層４における発光層の発光位置４ａから発光した光は、光学調整層６側から取り出される。
【００１０】
本発明においては、発光位置４ａから反射層２の反射面２ａまでの光学距離をＬ１とし、反射層２の反射面２ａから第２電極５の下端５ａまでの光学距離をＬ２とし、反射層２の反射面２ａから光学調整層６の上端６ａまでの光学距離をＬ３としている。
【００１１】
図２は、図１に示す有機ＥＬ素子における第１の干渉、第２の干渉及び第３の干渉を説明するための模式的断面図である。発光位置４ａから発光された光は、光学調整層６側に向かって出射されると共に、反射層２側に向かっても出射される。反射層２側に向かって出射された光３１ｂは、反射層２の反射面２ａで反射され、光学調整層６側に向かう。発光位置４ａから直接光学調整層６側に出射された光３１ａと、反射層２で反射された光３１ｂとの間で生じる干渉が第１の干渉３１である。
【００１２】
また、第２の干渉３２は、発光位置４ａから光学調整層６に向かって出射され、第２電極５を透過して出射される光３２ａと、発光位置４ａから光学調整層６に向かって出射され、第２電極５の下端５ａで反射されて反射層２側に向かい、反射層２の反射面２ａで反射され再び光学調整層６に向かって出射される光３２ｂとの間で生じる干渉である。
【００１３】
また、第３の干渉３３は、発光位置４ａから光学調整層６に向かって出射され、光学調整層６を透過して出射される光３３ａと、光学調整層６の上端６ａで反射され、反射層２側に向かい、反射層２の反射面２ａで反射され再び光学調整層６側に向かう光３３ｂとの間で生じる干渉である。
【００１４】
第１の干渉３１は、発光位置４ａと反射層２の反射面２ａとの間の光学距離Ｌ１を調整することにより制御することができる。第２の干渉３２は、第２電極５の下端５ａと反射層２の反射面２ａとの間の光学距離Ｌ２を調整することにより制御することができる。また、第３の干渉３３は、光学調整層６の上端６ａと反射層２の反射面２ａとの間の光学距離Ｌ３を調整することにより制御することができる。
【００１５】
本発明においては、光学距離Ｌ１を波長λの光が干渉を起こさない光学距離に設定し、第１の干渉３１が生じないように設定されている。また、光学距離Ｌ２を波長λの光が干渉により強めあう光学距離に設定している。すなわち、第２の干渉３２によって、波長λの光が共振する光学距離に設定している。また、光学距離Ｌ３を波長λの光が干渉により弱めあう光学距離に設定している。すなわち、第３の干渉３３によって、波長λの光が非共振となるように設定している。
【００１６】
本発明においては、上述のように、第１の干渉３１が生じないように光学距離Ｌ１を設定し、第２の干渉３２が共振となるように設定し、第３の干渉３３が非共振となるように設定することにより、可視域の広い範囲においてほぼ均等な取り出し効率を得ることができ、視野角による色ずれを抑制することができる。
【００１７】
本発明に従う好ましい実施態様においては、光学調整層が、第２電極の上に設けられている有機バッファー層と、該有機バッファー層の上に設けられる無機透明電極からなる第３電極とから構成されており、第２電極と第３電極とが画素発光部以外の周辺部で接地することにより、第３電極が補助電極として機能していることを特徴としている。本発明においては、このように光学調整層を、有機バッファー層と第３電極から構成することができる。この場合、第３電極を画素発光部以外の周辺部で第２電極と接地させることにより、第３電極を補助電極として機能させることができ、第２電極によって素子の抵抗が高くなるのを低減させることができる。
【００１８】
また、本発明において、光学調整層は、有機バッファー層のみから構成されていてもよいし、無機透明電極からのみ構成されていてもよい。
【００１９】
有機バッファー層は、発光層からの発光を吸収しない材料であれば特に限定されるものではないが、例えば、有機ＥＬ素子においてホール輸送性材料や電子輸送性材料等として用いられている材料から形成することができる。また、無機透明電極は、有機ＥＬ素子において透明電極として用いられているＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）等の導電性金属酸化物や金属薄膜等から形成することができる。
【００２０】
また、本発明においては、光学調整層の外側に、さらに保護膜等の外部層を設けてもよい。外部層は、光学調整層の上端部の屈折率と０．２以上異なる屈折率を有し、かつその膜厚が１μｍ以上のものであることが好ましい。このような外部層を設けることにより、光学調整層の上端において発光層からの光の一部を反射させることができる。
【００２１】
本発明の有機ＥＬ素子における発光層は、白色を発光するものであってもよいし、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）等の単色を発光するものであってもよい。白色を発光する発光層の場合、一つの発光層中に例えば青色発光材料とオレンジ色発光材料を含有させたものであってもよいし、オレンジ色発光層と青色発光層を積層した白色発光層であってもよい。
【００２２】
本発明の有機ＥＬ素子において、発光層が白色発光層である場合、Ｌ１、Ｌ２及びＬ３は以下の式を満たすことが好ましい。以下の式を満たすことにより、可視域の広い範囲においてほぼ均等な取り出し効率を得ることができ、視野角による色ずれを抑制することができるという本発明の効果をより効果的に得ることができる。
【００２３】
L1 = 75 〜 125 [nm]
L2 = ( m + (φ1+ φ2 )/2π )λ1 /2 [nm]
L3 = ( n + 1/2 + (φ1+ φ3 )/2π )λ2 /2 [nm]
500 nm < λ < 550nm
λ -15 < λ1 < λ + 15
λ -15 < λ2 < λ + 15
L1 : 発光位置から反射層までの光学距離（発光位置は、正孔輸送性の材料から成る第一の発光層と電子輸送性の材料から成る第二の発光層との界面）
L2 : 反射層から第二電極の下端までの光学距離
L3 : 反射層から光学調整層の上端までの光学距離
λ : 取り出したい白色発光の波長域の中心波長
φ1 : 光が反射層で反射する際の位相変化。次の式により与えられる。
【００２４】
第一電極の屈折率:na、反射層の屈折率:nm、反射層の消衰係数kmとした時
φ1 = tan-1 {2 nakm/( na2- nm2 - km2)}
ただし2 nakm/( na2- nm2 - km2) > 0の時、0 < φ1 < π/2
2 nakm/( na2- nm2 - km2) < 0の時、π/2 < φ1 < π
φ2 : 光が第二電極下端部で反射する際の位相変化。次の式により与えられる。
有機層の屈折率:no、第二電極の屈折率:nc、第二電極の消衰係数kcとした時
φ2 = tan-1 {2 nokc/( ne2- nm2 - km2)}
ただし2 nokc/( ne2- nc2- kc2) > 0の時、0 < φ1 < π/2
2 nokc/( ne2- nc2- kc2) < 0の時、π/2 < φ1 < π
φ3 : 光が光学調整層上端部で反射する際の位相変化。光学調整層の屈折率が外部層より大きい時は0、小さい時はπ。
m、n : 自然数
本発明の有機ＥＬ素子において、発光層が単色の発光層である場合、Ｌ１、Ｌ２及びＬ３は以下の式を満たすことが好ましい。
【００２５】
L1 = 75 〜 125 [nm]
L2 = ( m + (φ1+ φ2 )/2π )λ1 /2 [nm]
L3 = ( n + 1/2 + (φ1+ φ3 )/2π )λ2 /2 [nm]
λf -20 < λ < λf + 50
λ -15 < λ1 < λ + 15
λ -15 < λ2 < λ + 15
L1 : 発光位置から反射層までの光学距離（発光位置は、発光層が正孔輸送性の材料から成る場合は、電子輸送層との界面となり、発光層が電子輸送性の材料から成る場合は、正孔輸送層との界面）
L2 : 反射層から第二電極の下端までの光学距離
L3 : 反射層から光学調整層の上端までの光学距離
λ : 取り出したい単色の発光の中心波長
λf : 取り出したい単色の発光の蛍光ピーク波長
φ1 : 光が反射層で反射する際の位相変化。次の式により与えられる。
【００２６】
第一電極の屈折率:na、反射層の屈折率:nm、反射層の消衰係数kmとした時
φ1 = tan-1 {2 nakm/( na2- nm2 - km2)}
ただし2 nakm/( na2- nm2 - km2) > 0の時、0 < φ1 < π/2
2 nakm/( na2- nm2 - km2) < 0の時、π/2 < φ1 < π
φ2 : 光が第二電極下端部で反射する際の位相変化。次の式により与えられる。
有機層の屈折率:no、第二電極の屈折率:nc、第二電極の消衰係数kcとした時
φ2 = tan-1 {2 nokc/( ne2- nm2 - km2)}
ただし2 nokc/( ne2- nc2- kc2) > 0の時、0 < φ1 < π/2
2 nokc/( ne2- nc2- kc2) < 0の時、π/2 < φ1 < π
φ3 : 光が光学調整層上端部で反射する際の位相変化。光学調整層の屈折率が外部層より大きい時は0、小さい時はπ。
m、n : 自然数
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、可視域の広い範囲においてほぼ均等な取り出し効率を得ることができ、視野角による色ずれを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明を具体的な実施例により説明するが、本発明の以下の実施例に限定されるものではない。
【００２９】
（実施例１）
図３は、本実施例において作製した有機ＥＬ素子の素子構造を示す模式的断面図である。図３に示すように、ガラス基板１上にＡｌからなる反射層２（膜厚１００ｎｍ）を形成し、その上にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる第１電極３（膜厚２０ｎｍ）を形成し、その上に正孔輸送層４ｂ（膜厚５ｎｍ）を形成した。
【００３０】
正孔輸送層４ｂの上に、オレンジ色発光層４ｃ（膜厚３０ｎｍ）、及び青色発光層４ｄ（膜厚３０ｎｍ）を順に形成した。オレンジ色発光層４ｃと青色発光層４ｄから白色発光層が構成されており、この白色発光層の上に電子輸送層４ｅ（膜厚１０ｎｍ）を形成した。正孔輸送層４ｂ、オレンジ色発光層４ｃ、青色発光層４ｄ、及び電子輸送層４ｅから有機層が構成されている。このような素子構造においては、オレンジ色発光層４ｃと青色発光層４ｄの界面が発光位置４ａとなる。
【００３１】
電子輸送層４ｅの上に、Ｌｉ層（膜厚１．５ｎｍ）とＡｕ層（膜厚２０ｎｍ）からなる第２電極５を形成した。
【００３２】
第２電極５の上には、光学調整用のバッファー層６ｂ（膜厚３５０ｎｍ）を形成し、その上にＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）からなる光学調整用の第３電極６ｃ（膜厚１１０ｎｍ）を形成した。バッファー層６ｂは、ＮＰＢから形成している。第３電極６ｃは、画素発光部以外の周辺部で第２電極５と接地している。バッファー層６ｂと第３電極６ｃから本発明の光学調整層が構成されている。
【００３３】
本実施例において、正孔輸送層４ｂはＮＰＢから形成されている。また、オレンジ色発光層４ｃは、ホスト材料としてＮＰＢを用い、第１のドーパントとしてｔＢｕＤＰＮを２０重量％となるように用い、第２のドーパントとしてＤＢｚＲを３重量％となるように用いている。
【００３４】
青色発光層４ｄは、ホスト材料として、ＴＢＡＤＮを用い、第１のドーパントとしてＮＰＢを１０重量％となるように用い、第２のドーパントとしてＴＢＰを２．５重量％となるように用いている。
【００３５】
電子輸送層４ｅは、Ａｌｑ３から形成している。
【００３６】
ＮＰＢは、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンであり、以下の構造を有している。
【００３７】
【化１】
ｔＢｕＤＰＮは、５，１２−ビス（４−ターシャリー−ブチルフェニル）ナフタセンであり、以下の構造を有している。
【００３８】
【化２】
ＤＢｚＲは、５，１２−ビス｛４−（６−メチルベンゾチアゾール−２−イル）フェニル｝−６，１１−ジフェニルナフタセンであり、以下の構造を有している。
【００３９】
【化３】
ＴＢＡＤＮは、２−ターシャリー−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセンであり、以下の構造を有している。
【００４０】
【化４】
ＴＢＰは、２，５，８，１１−テトラ−ターシャリー−ブチルペリレンであり、以下の構造を有している。
【００４１】
【化５】
Ａｌｑ３は、トリス−（８−キノリナト）アルミニウム（III）であり、以下の構造を有している。
【００４２】
【化６】
【００４３】
本実施例では、取り出したい白色光の波長域の中心波長λを５１０ｎｍとして、各層の膜厚を設計している。本実施例におけるλ１、λ２、Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３の値を表１に示す。また、これらを算出するのに用いた各層の屈折率及び消衰係数を表２に示す。
【００４４】
（実施例２）
実施例１において、バッファー層６ｂの膜厚を３５０ｎｍから１８０ｎｍに変更する以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。本実施例におけるλ１、λ２、Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３の値を表１に示す。
【００４５】
（比較例１）
実施例１において、オレンジ色発光層４ｃの膜厚を３０ｎｍから２０ｎｍに変更し、青色発光層４ｄの膜厚を３０ｎｍから４５ｎｍに変更し、光学調整用のバッファー層６ｂの膜厚を３５０ｎｍから３２０ｎｍに変更し、光学調整用の第３電極６ｃの膜厚を１１０ｎｍから７０ｎｍに変更する以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
【００４６】
この比較例におけるλ１、λ２、Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３の値を表１に示す。
【００４７】
（比較例２）
実施例１において、正孔輸送層４ｂの膜厚を５ｎｍから１０５ｎｍに変更し、それ以外は実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。この比較例におけるλ１、λ２、Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３の値を表１に示す。
【００４８】
【表１】
【００４９】
【表２】
比較例１においては、光学距離Ｌ３が本発明の範囲外となっており、比較例２においては、光学距離Ｌ１及びＬ２が本発明の範囲外となっている。
【００５０】
図４は、実施例１の可視域における取り出し効率のシミュレーション結果を示す図である。実施例１では、取り出したい白色光の波長域の中心波長λを５１０ｎｍとしており、第１の干渉では干渉を起こさない全波長にわたってブロードな取り出し効率となっている。第２の干渉では５１０ｎｍ付近の緑色領域の取り出し効率が大きくなっており、第３の干渉では５１０ｎｍ付近の緑色領域の取り出し効率が小さくなっている。トータルの取り出し効率は、これら三つの干渉の影響を受け、結果として可視域の広い範囲においてほぼ均等な取り出し効率となっていることがわかる。
【００５１】
図５は、実施例１の素子における視野角０°、３０°及び６０°における発光スペクトルを示す図である。図５から明らかなように、視野角による発光色の変化がほとんど生じておらず、視野角による色のずれを抑制した白色発光が得られていることがわかる。
【００５２】
図６は、実施例２の素子における視野角０°、３０°及び６０°における発光スペクトルを示す図であり、実施例２においても、視野角における色のずれが抑制された白色発光が得られている。
【００５３】
図７は、比較例１の可視域における取り出し効率のシミュレーション結果を示しており、比較例１では、光学距離Ｌ３が本発明の範囲外となっているため、第３の干渉が緑色領域を弱めあう干渉となっていないことがわかる。
【００５４】
図８は、比較例１の素子における視野角０°、３０°及び６０°における発光スペクトルを示す図である。図８に示すように、白色発光は得られているが、視野角による色のずれが大きいことがわかる。
【００５５】
図９は、比較例２の素子における視野角０°、３０°及び６０°における発光スペクトルを示す図であり、図９に示されるように青色発光のみが見られ、白色発光が得られないことがわかる。
【００５６】
以上のように、光学距離Ｌ１、Ｌ２及びＬ３を本発明に従い設定することにより、可視光の広い範囲においてほぼ均等な取り出し効率を得ることができ、視野角による色のずれを抑制できることが分かる。
【００５７】
図１０は、本発明に従う実施例の有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置を示す断面図である。この有機ＥＬ表示装置においては、能動素子としてＴＦＴを用いて各画素における発光を駆動している。なお、能動素子としてダイオード等も用いることができる。
【００５８】
図１０を参照して、ガラス等の透明基板からなる基板１の上には、積層膜２１が設けられている。積層膜２１は、例えばＳｉＯ２及びＳｉＮｘ等から形成されている。積層膜２１の上には、ポリシリコン層からなるチャネル領域１１が形成されている。チャネル領域１１の上には、ドレイン電極１２及びソース電極１４が形成されており、ドレイン電極１２とソース電極１４の間には、ゲート電極１３が設けられている。ゲート電極１３とチャネル領域１１の間にはゲート酸化膜２２が設けられている。ゲート酸化膜２２は、例えばＳｉＮｘ及びＳｉＯ２から形成されている。
【００５９】
ゲート酸化膜２２の上には、第１の層間絶縁膜２３が形成されており、第１の層間絶縁膜２３の上には第２の層間絶縁膜２４が形成されている。第１の層間絶縁膜２３は、例えばＳｉＯ２及びＳｉＮｘから形成されており、第２の層間絶縁膜２４は、例えばＳｉＮｘから形成されている。
【００６０】
第２の層間絶縁膜２４の上には、平坦化膜２５が形成されている。平坦化膜２５は、例えばアクリル樹脂等から形成されている。平坦化膜２５の画素発光部３０の領域の上には、Ａｌ等からなる反射層２が形成されている。反射層２の上には、ＩＴＯ等からなる第１電極３が形成されている。第１電極３は、平坦化膜２５に形成されたスルーホール部を通り、ドレイン電極１２に接続されている。第１電極３の上の画素発光部３０以外の領域には、アクリル樹脂等からなる画素分離膜２６が形成されている。画素発光部３０における第１電極３の上及び画素分離膜２６の上には、発光層を含む有機層４が形成されている。
【００６１】
有機層４の上には第２電極５が形成され、第２電極５の上にはバッファー層６ｂ及び第３電極６ｃが形成されている。バッファー層６ｂと第３電極６ｃから本発明の光学調整層が構成されている。第３電極６ｃは、画素発光部３０以外の周辺部において第２電極５と接続するように設けられており、第２電極５による抵抗の増加を抑制する補助電極としての役割を果たしている。
【００６２】
第３電極６ｃの上にはアクリル樹脂等からなる外部層７が形成されている。
【００６３】
外部層７の上には、接着剤層２７を介して、ガラス等からなる透明な封止基板２８が設けられている。封止基板２８の素子側の画素発光部３０の領域には、カラーフィルタ層２９が設けられている。
【００６４】
以上のようにして構成された図１０に示す有機ＥＬ表示装置においては、有機層４の発光位置４ａから出射された光が、カラーフィルタ層２９を通り、基板１と反対側に出射される。発光位置４ａから出射された光は、反射層２の反射面、第２電極５と有機層４との界面、及び第３電極６ｃと外部層７との界面で反射される。本発明においては、上述のように第１の干渉については干渉を起こさない光学距離Ｌ１に設定し、第２の干渉については干渉により取り出したい発光を強めあう光学距離Ｌ２となるように設定し、第３の干渉については、干渉により取り出したい発光を弱めあう光学距離Ｌ３となるように設定している。これにより、可視域の広い範囲においてほぼ均等な取り出し効率を得ることができ、視野角による色のずれを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の一例を示す模式的断面図。
【図２】本発明における第１の干渉、第２の干渉、及び第３の干渉を説明するための模式的断面図。
【図３】本発明に従う一実施例の有機ＥＬ素子を示す模式的断面図。
【図４】実施例１の有機ＥＬ素子の取り出し効率のシミュレーション結果を示す図。
【図５】実施例１の有機ＥＬ素子の視野角による発光スペクトルの変化を示す図。
【図６】実施例２の有機ＥＬ素子の視野角による発光スペクトルの変化を示す図。
【図７】比較例１の有機ＥＬ素子の取り出し効率のシミュレーション結果を示す図。
【図８】比較例１の有機ＥＬ素子の視野角による発光スペクトルの変化を示す図。
【図９】比較例２の有機ＥＬ素子の視野角による発光スペクトルの変化を示す図。
【図１０】本発明に従う実施例の有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【符号の説明】
【００６６】
１…基板
２…反射層
２ａ…反射層の反射面
３…第１電極
４…有機層
４ａ…発光位置
５…第２電極
６…光学調整層
３１…第１の干渉
３２…第２の干渉
３３…第３の干渉
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に反射層、第１電極、発光層を含む有機層、第２電極、及び光学調整層を順次積層し、光学調整層側から光を取り出す有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記発光層における発光位置から前記反射層の反射面までの光学距離をＬ１、前記反射層の反射面から前記第２電極の下端までの光学距離をＬ２、前記反射層の反射面から前記光学調整層の上端までの光学距離をＬ３、取り出したい発光の波長域の中心波長をλとしたとき、
Ｌ１を波長λの光が干渉を起こさない光学距離に設定し、Ｌ２を波長λの光が干渉により強めあう光学距離に設定し、Ｌ３を波長λの光が干渉により弱めあう光学距離に設定することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記光学調整層が、前記第２電極の上に設けられる有機バッファー層と、該有機バッファー層の上に設けられる無機透明電極からなる第３電極とから構成されており、前記第２電極と前記第３電極とを画素発光部以外の周辺部で接地させることにより、前記第３電極が補助電極として機能して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。
【請求項３】
前記光学調整層が、有機バッファー層から構成されて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。
【請求項４】
前記光学調整層が、無機透明電極から構成されて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。
【請求項５】
前記光学調整層の外側に、前記光学調整層の上端部の屈折率と０．２以上異なる屈折率を有し、かつその膜厚が１μｍ以上である外部層が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記発光層が白色を発光することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
Ｌ１、Ｌ２及びＬ３が、以下の式を満たすことを特徴とする請求項６に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
L1 = 75 〜 125 [nm]
L2 = ( m + (φ1+φ2 )/2π )λ1 /2 [nm]
L3 = ( n + 1/2 + (φ1+φ3 )/2π )λ2 /2 [nm]
500 nm < λ < 550nm
λ -15 < λ1 < λ + 15
λ -15 < λ2 < λ + 15
L1 : 発光位置から反射層までの光学距離（発光位置は、正孔輸送性の材料から成る第一の発光層と電子輸送性の材料から成る第二の発光層との界面）
L2 : 反射層から第二電極の下端までの光学距離
L3 : 反射層から光学調整層の上端までの光学距離
λ : 取り出したい白色発光の波長域の中心波長
φ1 : 光が反射層で反射する際の位相変化。次の式により与えられる。
第一電極の屈折率:na、反射層の屈折率:nm、反射層の消衰係数kmとした時
φ1 = tan-1 {2 nakm/( na2- nm2 - km2)}
ただし2 nakm/( na2- nm2 - km2) > 0の時、0 < φ1 < π/2
2 nakm/( na2- nm2 - km2) < 0の時、π/2 < φ1 < π
φ2 : 光が第二電極下端部で反射する際の位相変化。次の式により与えられる。
有機層の屈折率:no、第二電極の屈折率:nc、第二電極の消衰係数kcとした時
φ2 = tan-1 {2 nokc/( ne2- nm2 - km2)}
ただし2 nokc/( ne2- nc2- kc2) > 0の時、0 < φ1 < π/2
2 nokc/( ne2- nc2- kc2) < 0の時、π/2 < φ1 < π
φ3 : 光が光学調整層上端部で反射する際の位相変化。光学調整層の屈折率が外部層より大きい時は0、小さい時はπ。
m、n : 自然数
【請求項８】
前記発光層が単色を発光することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項９】
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が、以下の式を満足することを特徴とする請求項８に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
L1 = 75 〜 125 [nm]
L2 = ( m + (φ1+φ2 )/2π )λ1 /2 [nm]
L3 = ( n + 1/2 + (φ1+ φ3 )/2π )λ2 /2 [nm]
λf -20 < λ < λf + 50
λ -15 < λ1 < λ + 15
λ -15 < λ2 < λ + 15
L1 : 発光位置から反射層までの光学距離（発光位置は、発光層が正孔輸送性の材料から成る場合は、電子輸送層との界面となり、発光層が電子輸送性の材料から成る場合は、正孔輸送層との界面）
L2 : 反射層から第二電極の下端までの光学距離
L3 : 反射層から光学調整層の上端までの光学距離
λ : 取り出したい単色の発光の中心波長
λf : 取り出したい単色の発光の蛍光ピーク波長
φ1 : 光が反射層で反射する際の位相変化。次の式により与えられる。
第一電極の屈折率:na、反射層の屈折率:nm、反射層の消衰係数kmとした時
φ1 = tan-1 {2 nakm/( na2- nm2 - km2)}
ただし2 nakm/( na2- nm2 - km2) > 0の時、0 < φ1 < π/2
2 nakm/( na2- nm2 - km2) < 0の時、π/2 < φ1 < π
φ2 : 光が第二電極下端部で反射する際の位相変化。次の式により与えられる。
有機層の屈折率:no、第二電極の屈折率:nc、第二電極の消衰係数kcとした時
φ2 = tan-1 {2 nokc/( ne2- nm2 - km2)}
ただし2 nokc/( ne2- nc2- kc2) > 0の時、0 < φ1 < π/2
2 nokc/( ne2- nc2- kc2) < 0の時、π/2 < φ1 < π
φ3 : 光が光学調整層上端部で反射する際の位相変化。光学調整層の屈折率が外部層より大きい時は0、小さい時はπ。
m、n : 自然数
【請求項１】
基板上に反射層、第１電極、発光層を含む有機層、第２電極、及び光学調整層を順次積層し、光学調整層側から光を取り出す有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記発光層における発光位置から前記反射層の反射面までの光学距離をＬ１、前記反射層の反射面から前記第２電極の下端までの光学距離をＬ２、前記反射層の反射面から前記光学調整層の上端までの光学距離をＬ３、取り出したい発光の波長域の中心波長をλとしたとき、
Ｌ１を波長λの光が干渉を起こさない光学距離に設定し、Ｌ２を波長λの光が干渉により強めあう光学距離に設定し、Ｌ３を波長λの光が干渉により弱めあう光学距離に設定することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記光学調整層が、前記第２電極の上に設けられる有機バッファー層と、該有機バッファー層の上に設けられる無機透明電極からなる第３電極とから構成されており、前記第２電極と前記第３電極とを画素発光部以外の周辺部で接地させることにより、前記第３電極が補助電極として機能して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。
【請求項３】
前記光学調整層が、有機バッファー層から構成されて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。
【請求項４】
前記光学調整層が、無機透明電極から構成されて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。
【請求項５】
前記光学調整層の外側に、前記光学調整層の上端部の屈折率と０．２以上異なる屈折率を有し、かつその膜厚が１μｍ以上である外部層が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記発光層が白色を発光することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
Ｌ１、Ｌ２及びＬ３が、以下の式を満たすことを特徴とする請求項６に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
L1 = 75 〜 125 [nm]
L2 = ( m + (φ1+φ2 )/2π )λ1 /2 [nm]
L3 = ( n + 1/2 + (φ1+φ3 )/2π )λ2 /2 [nm]
500 nm < λ < 550nm
λ -15 < λ1 < λ + 15
λ -15 < λ2 < λ + 15
L1 : 発光位置から反射層までの光学距離（発光位置は、正孔輸送性の材料から成る第一の発光層と電子輸送性の材料から成る第二の発光層との界面）
L2 : 反射層から第二電極の下端までの光学距離
L3 : 反射層から光学調整層の上端までの光学距離
λ : 取り出したい白色発光の波長域の中心波長
φ1 : 光が反射層で反射する際の位相変化。次の式により与えられる。
第一電極の屈折率:na、反射層の屈折率:nm、反射層の消衰係数kmとした時
φ1 = tan-1 {2 nakm/( na2- nm2 - km2)}
ただし2 nakm/( na2- nm2 - km2) > 0の時、0 < φ1 < π/2
2 nakm/( na2- nm2 - km2) < 0の時、π/2 < φ1 < π
φ2 : 光が第二電極下端部で反射する際の位相変化。次の式により与えられる。
有機層の屈折率:no、第二電極の屈折率:nc、第二電極の消衰係数kcとした時
φ2 = tan-1 {2 nokc/( ne2- nm2 - km2)}
ただし2 nokc/( ne2- nc2- kc2) > 0の時、0 < φ1 < π/2
2 nokc/( ne2- nc2- kc2) < 0の時、π/2 < φ1 < π
φ3 : 光が光学調整層上端部で反射する際の位相変化。光学調整層の屈折率が外部層より大きい時は0、小さい時はπ。
m、n : 自然数
【請求項８】
前記発光層が単色を発光することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項９】
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が、以下の式を満足することを特徴とする請求項８に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
L1 = 75 〜 125 [nm]
L2 = ( m + (φ1+φ2 )/2π )λ1 /2 [nm]
L3 = ( n + 1/2 + (φ1+ φ3 )/2π )λ2 /2 [nm]
λf -20 < λ < λf + 50
λ -15 < λ1 < λ + 15
λ -15 < λ2 < λ + 15
L1 : 発光位置から反射層までの光学距離（発光位置は、発光層が正孔輸送性の材料から成る場合は、電子輸送層との界面となり、発光層が電子輸送性の材料から成る場合は、正孔輸送層との界面）
L2 : 反射層から第二電極の下端までの光学距離
L3 : 反射層から光学調整層の上端までの光学距離
λ : 取り出したい単色の発光の中心波長
λf : 取り出したい単色の発光の蛍光ピーク波長
φ1 : 光が反射層で反射する際の位相変化。次の式により与えられる。
第一電極の屈折率:na、反射層の屈折率:nm、反射層の消衰係数kmとした時
φ1 = tan-1 {2 nakm/( na2- nm2 - km2)}
ただし2 nakm/( na2- nm2 - km2) > 0の時、0 < φ1 < π/2
2 nakm/( na2- nm2 - km2) < 0の時、π/2 < φ1 < π
φ2 : 光が第二電極下端部で反射する際の位相変化。次の式により与えられる。
有機層の屈折率:no、第二電極の屈折率:nc、第二電極の消衰係数kcとした時
φ2 = tan-1 {2 nokc/( ne2- nm2 - km2)}
ただし2 nokc/( ne2- nc2- kc2) > 0の時、0 < φ1 < π/2
2 nokc/( ne2- nc2- kc2) < 0の時、π/2 < φ1 < π
φ3 : 光が光学調整層上端部で反射する際の位相変化。光学調整層の屈折率が外部層より大きい時は0、小さい時はπ。
m、n : 自然数
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−２３４２５３（Ｐ２００７−２３４２５３Ａ）
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１１１０（Ｐ２００６−５１１１０）
【出願日】平成１８年２月２７日（２００６．２．２７）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２７日（２００６．２．２７）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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