有機エレクトロルミネッセント素子
【課題】 第１の電極１と第２の電極２の間に白色の発光層３が設けられ、発光層３から発光された光を反射して第２の電極２から出射させるための反射層４が第１の電極１側に設けられた有機エレクトロルミネッセント素子において、良好な白色色度を得る。
【解決手段】 発光位置３ａから反射層１までの光学距離をＬ1とし、第２の電極２側の素子端部の反射界面から反射層４までの光学距離をＬ2とし、取り出したい白色発光の波長域の中心波長をλとしたとき、Ｌ1を波長λの光が干渉により強めあう光学距離とし、Ｌ2を波長λの光が干渉により弱めあう光学距離とすることを特徴としている。
【解決手段】 発光位置３ａから反射層１までの光学距離をＬ1とし、第２の電極２側の素子端部の反射界面から反射層４までの光学距離をＬ2とし、取り出したい白色発光の波長域の中心波長をλとしたとき、Ｌ1を波長λの光が干渉により強めあう光学距離とし、Ｌ2を波長λの光が干渉により弱めあう光学距離と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ト素子に関するものであり、詳細には、第１の電極と第２の電極の間に白色の発光層が設けられ、発光層から発光された光を反射して第２の電極から出射するための反射層が第１の電極側に設けられた有機エレクトロルミネッセント素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセント素子（有機ＥＬ素子）は、一般に数十〜数百ｎｍ程度の厚みの発光層を含む有機層を、反射性電極と透光性電極で挟んだ構造を有している。このような有機ＥＬ素子において、発光層で発光された光は、素子構造中で干渉し外部に取り出される。従来より、このような干渉を利用し発光効率を上げようという試みがなされている。
【０００３】
特許文献１においては、発光層から透光性電極の方向に発せられた光と、反射性電極の方向に発せられた光との干渉を利用し、発光位置から反射層までの距離を発光波長が共振するように設定することにより発光効率を高めることが提案されている。
【０００４】
特許文献２においては、透光性電極と基板の界面での反射も考慮し、発光位置から反射性電極までの距離と、発光位置から透光性電極と基板の界面までの距離の両方を規定している。
【０００５】
特許文献３においては、光が透光性電極と反射性電極の間で多重反射することにより起こる干渉を利用し、透光性電極と反射性電極の間の膜厚を望みの波長が共振するよう設定することにより発光効率を高めている。
【０００６】
上記の従来の技術においては、いずれも発光効率を高めるため発光された光の干渉を利用するものである。
【０００７】
ところで、白色発光層を有する有機ＥＬ素子においても、素子内部で上記のような干渉が存在するため、効率良く幅広い波長成分を有する白色発光を取り出すためには、発光位置を反射層に接近させ、好ましくは８０ｎｍ以下の距離にすることが好ましい。しかしながら、発光位置が反射層から離れ、その距離が大きくなると、干渉により、幅広いスペクトルを有する白色発光を得ることが困難となる。
【０００８】
特許文献４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と外部層との界面までの距離を規定することにより、効率の良い白色の色度に優れた素子が得られることが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２８９３５８号公報
【特許文献２】特開２０００−２４３５７３号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ０１／０３９５５４号パンフレット
【特許文献４】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】
【０００９】
本発明の目的は、良好な白色色度が得られる有機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】
【００１０】
本発明は、第１の電極と第２の電極の間に白色の発光層が設けられ、発光層から発光された光を反射して第２の電極から出射させるための反射層が第１の電極側に設けられた有機ＥＬ素子であり、発光層による発光位置から反射層までの光学距離をＬ1とし、第２の電極側の素子端部の反射界面から反射層までの光学距離をＬ2とし、取り出したい白色発光の波長域の中心波長をλとしたとき、Ｌ1を波長λの光が干渉により強めあう光学距離とし、Ｌ2を波長λの光が干渉により弱めあう光学距離とすることを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、発光層による発光位置から反射層までの光学距離Ｌ1を、取り出したい出射光の波長域の中心波長λの光が干渉により強めあう光学距離とし、第２の電極側の素子端部の反射界面から反射層までの光学距離Ｌ2を、波長λの光が干渉により弱めあう光学距離としている。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」という。
【００１２】
図２を参照して、本発明における第１の干渉及び第２の干渉を説明する。
【００１３】
図２に示す有機ＥＬ素子は、基板３７の上に反射層３４が形成されており、反射層３４の上に第１の電極３１が設けられている。第１の電極３１の上には、発光層を含む有機層３８が設けられている。本実施例において、有機層３８中の発光層はホスト材料にドーパント材料を含有させることにより形成されている。有機層３８における発光位置３３ｃは、一般に発光層におけるホスト材料のキャリア輸送性により異なる。本発明においては、発光層のホスト材料が電子輸送性の場合、発光層と正孔輸送層の界面を発光位置３３ｃとする。また、発光層のホスト材料が正孔輸送性の場合、電子輸送層と発光層の界面を発光位置３３ｃとする。発光層が電子輸送性と正孔輸送性の両方の性質を有する、いわゆるバイポーラのときには、発光層の厚み方向の中心位置を発光位置３３ｃとする。
【００１４】
有機層３８の上には第２の電極３２が設けられている。本実施例において、第２の電極３２は素子の最上層であり、第２の電極３２の上は空気層となっている。
【００１５】
Ｌ1は、発光位置３３ｃから反射層３４までの光学距離であり、Ｌ2は、第２の電極３２の上方端部３２ａから反射層３４までの光学距離である。第２の電極３２の外側は空気層となっており、第２の電極３２と空気層の間に屈折率差があるため、第２の電極３２と空気層との界面で反射が起こる。従って、第２の電極３２の上方端部３２ａが素子端部の反射界面となる。
【００１６】
第１の干渉４０は、発光位置３３ｃから第２の電極３２側に出射する光４１と、発光位置３３ｃから第１の電極３１側に出射し、反射層３４で反射し第２の電極３２側に出射される光４２との干渉で生じる。
【００１７】
第２の干渉５０は、発光位置３３ｃから出射した光５１が、第２の電極３２と空気層の間の界面３２ａでの光の反射と反射層３４での光の反射により、多重反射することによって生じる干渉である。
【００１８】
第１の干渉４０は、発光位置３３ｃから反射層３４までの光学距離Ｌ1に依存する。また、第２の干渉５０は、素子端部の反射界面３２ａから反射層３４までの光学距離Ｌ2に依存する。素子からの光の取り出し効率は、上記第１の干渉４０及び第２の干渉５０の両方の影響を受ける。
【００１９】
本発明においては、Ｌ1を波長λの光が干渉により強めあう光学距離としている。従って、第１の干渉は波長λを共振する干渉となっている。一方、Ｌ2については、波長λの光が干渉により弱めあう光学距離としている。このため、第２の干渉は、波長λに対して非共振となっており、λの短波長側と長波長側にそれぞれ共振波長を持つ干渉となっている。実際の取り出し効率は、第１の干渉と第２の干渉の両方の効果を受けるため、これらを合わせると、取り出し効率は、白色の広い波長域全体に渡ってほぼ等しいスペクトルとなる。従って、本発明によれば、バラスンの良い良好な白色色度を得ることができる。
【００２０】
本発明において、光学距離Ｌ1及びＬ2は、以下の式（１）〜（５）を満足することが好ましい。
【００２１】
２Ｌ1−λ1φ1／２π＝ｍλ1 …（１）
２Ｌ2−λ2（φ1＋φ2）／２π＝（ｎ＋１／２）λ2 …（２）
５１５ｎｍ＜λ＜５７５ｎｍ …（３）
λ−１５＜λ1＜λ＋１５ …（４）
λ−１５＜λ2＜λ＋１５ …（５）
（λの単位ｎｍ）
ｍ及びｎ：自然数
Ｌ1：発光位置から反射層までの光学距離
Ｌ2：素子端部の反射界面から反射層までの光学距離
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
φ2：光が素子端部の反射界面で反射する際の位相変化
φ1は、第１の電極の屈折率をｎe、反射層の屈折率をｎm、反射層の消衰係数をｋmとしたとき以下の式で示される。
【００２２】
φ1＝ｔａｎ-1｛２ｎeｋm／（ｎe2−ｎm2−ｋm2）｝
ただし２ｎeｋm／（ｎe2−ｎm2−ｋm2）＞０のとき、０＜φ1＜π／２
２ｎeｋm／（ｎe2−ｎm2−ｋm2）＜０のとき、π／２＜φ1＜π
また、φ2は、第２の電極の屈折率が素子外部の層より大きいときは０であり、第２の電極の屈折率が素子外部の層よりも小さいときはπである。
【００２３】
一般に、第２の電極は透明性電極であるため、導電性金属酸化物や金属薄膜の薄い層から形成される。従って、第２の電極の外側が、空気層、樹脂層、ガラス層である場合、第２の電極とこの外部層との界面が反射界面となる。一方、第２の電極の外側に無機保護層などを設ける場合、第２の電極と無機保護層との屈折率の差が小さいため、第２の電極の外側が反射界面とならない場合がある。このような場合、無機保護層の外側が反射界面となる。
【００２４】
発光層による発光位置は、上述のように、発光層の構成により定めることができる。
【００２５】
本発明において、発光層を含む有機層と、第２の電極の間に金属層が設けられる場合、金属層の厚みは５ｎｍ以下であることが好ましい。金属層の厚みを５ｎｍ以下にすることにより、この金属層による光の反射が、第１の干渉及び第２の干渉に与える影響を少なくすることができる。
【００２６】
本発明における発光層は、上述のように、例えば青色発光層とオレンジ色発光を積層させた２層から構成されていてもよいし、１層のみから構成されていてもよい。本発明における発光層は、ホスト材料とドーパント材料から形成されていることが好ましい。発光層のホスト材料としては、アントラセン誘導体、アルミニウム錯体、ルブレン誘導体、アリールアミン誘導体などが挙げられる。
【００２７】
ドーパント材料としては、一重項発光材料を用いてもよいし、三重項発光材料を用いてもよい。高い発光効率を得るためには、燐光発光材料である三重項発光材料を用いることが好ましい。一重項発光材料としては、ペリレン誘導体、クマリン誘導体、アントラセン誘導体、テトラセン誘導体、スチルベン誘導体などが挙げられる。また、三重項発光材料（燐光発光材料）としては、イリジウム錯体、白金錯体などが挙げられる。
【００２８】
本発明においては、発光層以外の有機層が設けられていてもよい。有機層としては正孔輸送層及び電子輸送層などのキャリア輸送層が挙げられる。正孔輸送層に用いる正孔輸送性材料としては、アリールアミン誘導体などが挙げられる。また、電子輸送層に用いる電子輸送性材料としては、ペリレン誘導体、アントラキノン誘導体、アントラセン誘導体、ルブレン誘導体などが挙げられる。
【００２９】
本発明において、第２の電極は、一般に透明性電極から形成される。このような透明性電極としては、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）や、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）や、錫酸化物などの透明導電性金属酸化物が挙げられる。
【００３０】
本発明において、第１の電極は、第２の電極と同様に、導電性金属酸化物などの透明性電極から形成されていてもよいし、金属薄膜などから形成されていてもよい。第１の電極が金属薄膜から形成される場合、本発明における反射層を兼ねていてもよい。
【００３１】
本発明において反射層は、光を反射することができるものであれば特に限定されるものではなく、一般には金属薄膜から形成される。金属薄膜としては、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒなどが挙げられる。反射層の膜厚は特に限定されるものではないが、一般に１００〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００３２】
本発明の有機エレクトロルミネッセント表示装置は、陽極と陰極に挟まれた素子構造を有する有機エレクトロルミネッセント素子と、表示画素毎に対応した表示信号を有機エレクトロルミネッセント素子に供給するための能動素子が設けられたアクティブマトリックス駆動基板と、該アクティブマトリックス駆動基板と対向して設けられる透明な封止基板とを備え、有機エレクトロルミネッセント素子をアクティブマトリックス駆動基板と封止基板の間に配置し、陰極及び陽極のうち封止基板側に設けられる電極を透明電極としたトップエミッション型の有機エレクトロルミネッセント表示装置であって、有機エレクトロルミネッセント素子が、上記本発明に従う有機エレクトロルミネッセント素子であることを特徴としている。
【００３３】
封止基板と有機エレクトロルミネッセント素子の間には、カラーフィルターを配置することが好ましい。
【００３４】
本発明の有機エレクトロルミネッセント表示装置は、トップエミッション型の表示装置であるので、有機エレクトロルミネッセント素子で発光した光は、アクティブマトリックスが設けられている側と反対側の封止基板から出射される。一般にアクティブマトリックス回路は多数の層を積層して形成するものであり、ボトムエミッション型の場合はこのようなアクティブマトリックス回路の存在により出射光が減衰するが、本発明の有機エレクトロルミネッセント表示装置はトップエミッション型であるため、このようなアクティブマトリックス回路による影響を受けることなく光を出射することができる。特に、本発明の有機エレクトロルミネッセント素子は複数の発光ユニットを有するものであるため、トップエミッション型の場合ボトムエミッション型に比べ発光した光が通過する膜数が少なくて済むので、光の干渉による出射光の減衰あるいは出射光の視野角の減衰を制御するための設計の自由度を高めることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に従えば、白色の広い波長域全体からほぼ等しく光を取り出すことができるようになる。従って、良好な色度の白色発光を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３７】
（実施例１）
図１に示す素子構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。図１に示すように、ガラス基板３７の上にＡｇからなる反射層３４（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の電極３１（膜厚６５ｎｍ）を形成し、その上に正孔輸送層３５（膜厚１００ｎｍ）を形成した。
【００３８】
正孔輸送層３５の上に、オレンジ色発光層３３ｂ（膜厚１５ｎｍ）及び青色発光層３３ａ（膜厚２５ｎｍ）をこの順序で形成した。青色発光層３３ａ及びオレンジ色発光３３ｂから白色発光層３３が構成されており、この白色発光層３３の上に電子輸送層３６（膜厚１０ｎｍ）を形成した。電子輸送層３６の上に、第２の電極３２を形成した。第２の電極３２は、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）（膜厚３０ｎｍ）から形成した。第２の電極３２と電子輸送層３６の間には、金属層として、Ｌｉ層（膜厚０．３ｎｍ）とＡｕ層（膜厚１．５ｎｍ）を形成した。従って、電子輸送層３６の上には、Ｌｉ層／Ａｕ層／ＩＺＯ層が形成されている。
【００３９】
本実施例において、白色発光層３３は、青色発光層３３ａとオレンジ色発光層３３ｂから構成されているので、青色発光層３３ａとオレンジ色発光層３３ｂの界面が発光位置３３ｃとなる。
【００４０】
オレンジ色発光層３３ｂは、ホスト材料としてＮＰＢを用い、ドーパント材料としてＤＢｚＲを３重量％含有させて形成した。ＮＰＢは、Ｎ，Ｎ′−ジ（ナフタセン−１−イル）−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。
【００４１】
【化１】
【００４２】
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。
【００４３】
【化２】
【００４４】
青色発光層３３ａは、ホスト材料としてＴＢＡＤＮを用い、ドーパント材料としてＴＢＰを２重量％含有させて形成した。
【００４５】
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。
【００４６】
【化３】
【００４７】
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。
【００４８】
【化４】
【００４９】
正孔輸送層３５は、ＮＰＢから形成されている。
【００５０】
電子輸送層３６は、ＢＣＰから形成している。ＢＣＰは、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリンであり、以下の構造を有している。
【００５１】
【化５】
【００５２】
（比較例１）
上記実施例１において、正孔輸送層３５の膜厚を４５ｎｍとし、オレンジ色発光層３３ｂの膜厚を３０ｎｍとし、青色発光層の膜厚を４０ｎｍとする以外は、上記実施例１と同様にして比較例１の有機ＥＬ素子を作製した。
【００５３】
〔共振波長λ1及びλ2の算出〕
実施例１及び比較例１の第１の干渉による共振波長λ1及び第２の干渉による共振波長λ2を式（１）及び（２）を用いて計算した。計算結果を表１に示す。なお、屈折率ｎ及び消衰係数ｋなどの光学定数は、波長依存性があるので、実施例１のλ1及びλ2については、表２に示す５２５ｎｍにおける光学定数を用い、比較例１のλ1については４４０ｎｍの光学定数を用い、比較例１のλ2については４８０ｎｍにおける光学定数をそれぞれ用いて計算した。なお、５２５ｎｍ、４４０ｎｍ、及び４８０ｎｍは、それぞれ別途計算したおよそのλ1及びλ2の値から想定したものである。より正確な計算は、コンピューターによるシミュレーションで行うことができる。
【００５４】
【表１】
【００５５】
【表２】
【００５６】
実施例１は、取り出したい白色発光の波長域の中心波長λ５２０ｎｍに対し、λ1が５２２ｎｍ、λ2が５１６ｎｍであり、本発明の範囲内のものである。
【００５７】
図３に、実施例１の可視光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３に示すように、第１の干渉では、５２０ｎｍ付近の緑色領域の取り出し効率が大きくなっており、第２の干渉では、青色と赤色の取り出し効率が大きくなっている。この素子のトータルの取り出し効率は、これら２つの干渉の両方の影響を受け、この結果可視光域の広い範囲においてほぼ等しい取り出し効率となっている。従って、図５に示すように、実施例１の素子からは白色発光が得られており、色度は、（０．３２，０．４２）であった。図５に示すスペクトルを素子内部の発光スペクトルで割ったものが実際の取り出し効率となる。図６に実施例１の実際の取り出し効率を示す。なお、内部発光のスペクトルとしては、反射層のＡｇがなく、その他の構造が同じである素子から得られたスペクトルを用いた。反射層がない場合は、干渉の効果が小さくほぼ内部発光と等しいと考えることができる。図６に示すように、図３のシミュレーションと同様に、実際の実験においても幅広い取り出し効率が得られている。
【００５８】
比較例１は、取り出したい白色発光の波長域の中心波長λ５２０ｎｍに対し、λ1が４４０ｎｍであり、λ2が４７８ｎｍである。式（４）及び式（５）から明らかなように、λ1及びλ2が本発明の範囲から外れており、比較例１の有機ＥＬ素子が、本発明の範囲外のものであることが明らかである。
【００５９】
図４は、比較例１の取り出し効率のシミュレーション結果を示す図である。図４から明らかなように、トータルの取り出し効率は短波長領域において大きくなっている。従って、この比較例１の素子からは図５に示すように、青色成分の強い発光が得られ、良好な色度の白色発光は得られなかった。なお、色度は、（０．１８，０．２８）であった。
【００６０】
図６に比較例１の素子の実験から得られた取り出し効率を示している。図６から明らかなように、比較例１においても、図４に示すシミュレーション結果と同様に、短波長領域の取り出し効率が高いスペクトルとなっている。
【００６１】
以上のことから、本発明に従えば、良好な色度の白色発光が得られることがわかる。
【００６２】
図７は、本発明に従う実施例の有機ＥＬ素子を備えた有機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なども用いることができる。また、この有機ＥＬ素子においては、カラーフィルターが設けられている。この有機ＥＬ表示装置は、矢印で示しているように基板１の下方に光を出射して表示するボトムエミッション型の表示装置である。
【００６３】
図７を参照して、ガラスなどの透明基板からなる基板１の上には、第１の絶縁層２が設けられている。第１の絶縁層２は、例えばＳｉＯ2及びＳｉＮXなどから形成されている。第１の絶縁層２の上には、ポリシリコン層からなるチャネル領域２０が形成されている。チャネル領域２０の上には、ドレイン電極２１及びソース電極２３が形成されており、またドレイン電極２１とソース電極２３の間には、第２の絶縁層３を介してゲート電極２２が設けられている。ゲート電極２２の上には、第４の絶縁層４が設けられている。第２の絶縁層３は、例えばＳｉＮX及びＳｉＯ2から形成されており、第３の絶縁層４は、ＳｉＯ2及びＳｉＮXから形成されている。
【００６４】
第３の絶縁層４の上には、第４の絶縁層５が形成されている。第４の絶縁層５は、例えば、ＳｉＮXから形成されている。第４の絶縁層５の上の画素領域の部分には、カラーフ
ィルター層７が設けられている。カラーフィルター層７としては、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、またＢ（青）などのカラーフィルターが設けられる。カラーフィルター層７の上には、第１の平坦化膜６が設けられている。ドレイン電極２１の上方の第１の平坦化膜６にはスルーホール部が形成され、第１の平坦化膜６の上に形成されているＩＴＯ（インジウムースズ酸化物）からなるホール注入電極８がスルーホール部内に導入されている。画素領域におけるホール注入電極（陽極）８の上には、ホール注入層１０が形成されている。画素領域以外の部分においては、第２の平坦化膜９が形成されている。
【００６５】
ホール注入層１０の上には、本発明に従う白色発光の発光素子層１１が設けられている。発光素子層１１の上には、電子輸送層１２が設けられ、電子輸送層１２の上には、電子注入電極（陰極）１３が設けられている。
【００６６】
以上のように、本実施例の有機ＥＬ素子においては、画素領域の上に、ホール注入電極（陽極）８と、ホール注入層１０と、本発明に従う構造を有する発光素子層１１と、電子輸送層１２と、電子注入電極（陰極）１３とが積層されて有機ＥＬ素子が構成されている。
【００６７】
発光素子層１１からは白色の発光がなされる。この白色の発光は、基板１を通り外部に出射するが、発光側にカラーフィルター層７が設けられているので、カラーフィルター層７の色に応じて、Ｒ、ＧまたはＢの色が出射される。
【００６８】
図８は本発明に従う実施例の有機ＥＬ表示装置を示す断面図である。本実施例の有機ＥＬ表示装置は、矢印で図示してるように基板１の上方に光を出射して表示するトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置である。
【００６９】
基板１から陽極８までの部分は、図７に示す実施例とほぼ同様にして作製されている。但し、カラーフィルター層７は、第４の絶縁層５の上に設けられておらず、有機ＥＬ素子の上方に配置されている。具体的には、ガラスなどからなる透明な封止基板１０の上にカラーフィルター層７を取り付け、この上にオーバーコート層１５をコーティングし、これを透明接着剤層１４を介して陽極８の上に貼り付けることにより取り付けられている。また、本実施例では、陽極と陰極の位置を図７に示す実施例とは逆にしている。
【００７０】
陽極８として、透明な電極が形成されており、例えば、膜厚１００ｎｍ程度のＩＴＯと膜厚２０ｎｍ程度の銀とを積層することにより形成されている。陰極１３としては、反射電極が形成されており、例えば、膜厚１００ｎｍ程度のアルミニウム、クロム、または銀の薄膜が形成されている。オーバーコート層１５は、アクリル樹脂などにより厚み１μｍ程度に形成されている。カラーフィルター層７は、顔料タイプのものであってもよいし染料タイプのものであってもよい。その厚みは１μｍ程度である。
【００７１】
発光素子層１１から発光された白色光は、封止基板１６を通り外部に出射されるが、発光側にカラーフィルター層７が設けられているので、カラーフィルター層７の色に応じてＲ、ＧまたはＢの色が出射される。本実施例の有機ＥＬ表示装置はトップエミッション型であるので、薄膜トランジスタが設けられている領域も画素領域として用いることができ、図７に示す実施例よりも広い範囲にカラーフィルター層７が設けられている。発光素子層１１は本発明に従う有機ＥＬ素子から形成されており、発光効率の高い発光素子層であるが、本実施例によればより広い領域を画素領域として用いることができるので、発光効率の高い発光素子層の利点を十分に活用することができる。また、複数の発光ユニットを有する発光素子層の形成も、アクティブマトリックスによる影響を考慮せずに行うことができるので、設計の自由度を高めることができる。
【００７２】
上記実施例では、封止基板としてガラス板を用いているが、本発明において封止基板はガラス板に限定されるものではなく、例えば、ＳｉＯ2などの酸化膜やＳｉＮxなどの窒化膜などの膜状のものも封止基板として用いることができる。この場合、素子上に膜状の封止基板を直接形成できるので、透明接着剤層を設ける必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】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２】本発明における第１の干渉及び第２の干渉を説明するための模式的断面図。
【図３】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４】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５】実施例１及び比較例１の有機ＥＬ素子の発光スペクトルの変化を示す図。
【図６】実施例１及び比較例１の実際の取り出し効率を示す図。
【図７】本発明に従う実施例の有機ＥＬ素子を用いたボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【図８】本発明に従う実施例の有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【符号の説明】
【００７４】
１…基板
２…第１の絶縁層
３…第２の絶縁層
４…第３の絶縁層
５…第４の絶縁層
６…第１の平坦化膜
７…カラーフィルター層
８…ホール注入電極
９…第２の平坦化膜
１０…ホール注入層
１１…発光素子層
１２…電子輸送層
１３…電子注入電極
１４…透明接着剤層
１５…オーバーコート層
１６…封止基板
２０…チャネル領域
２１…ドレイン電極
２２…ゲート電極
２３…ソース電極
３１…第１の電極
３２…第２の電極
３３…発光層
３３ａ…青色発光層
３３ｂ…オレンジ色発光層
３３ｃ…発光位置
３４…反射層
３５…正孔輸送層
３６…電子輸送層
４０…第１の干渉
５０…第２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ト素子に関するものであり、詳細には、第１の電極と第２の電極の間に白色の発光層が設けられ、発光層から発光された光を反射して第２の電極から出射するための反射層が第１の電極側に設けられた有機エレクトロルミネッセント素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセント素子（有機ＥＬ素子）は、一般に数十〜数百ｎｍ程度の厚みの発光層を含む有機層を、反射性電極と透光性電極で挟んだ構造を有している。このような有機ＥＬ素子において、発光層で発光された光は、素子構造中で干渉し外部に取り出される。従来より、このような干渉を利用し発光効率を上げようという試みがなされている。
【０００３】
特許文献１においては、発光層から透光性電極の方向に発せられた光と、反射性電極の方向に発せられた光との干渉を利用し、発光位置から反射層までの距離を発光波長が共振するように設定することにより発光効率を高めることが提案されている。
【０００４】
特許文献２においては、透光性電極と基板の界面での反射も考慮し、発光位置から反射性電極までの距離と、発光位置から透光性電極と基板の界面までの距離の両方を規定している。
【０００５】
特許文献３においては、光が透光性電極と反射性電極の間で多重反射することにより起こる干渉を利用し、透光性電極と反射性電極の間の膜厚を望みの波長が共振するよう設定することにより発光効率を高めている。
【０００６】
上記の従来の技術においては、いずれも発光効率を高めるため発光された光の干渉を利用するものである。
【０００７】
ところで、白色発光層を有する有機ＥＬ素子においても、素子内部で上記のような干渉が存在するため、効率良く幅広い波長成分を有する白色発光を取り出すためには、発光位置を反射層に接近させ、好ましくは８０ｎｍ以下の距離にすることが好ましい。しかしながら、発光位置が反射層から離れ、その距離が大きくなると、干渉により、幅広いスペクトルを有する白色発光を得ることが困難となる。
【０００８】
特許文献４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と外部層との界面までの距離を規定することにより、効率の良い白色の色度に優れた素子が得られることが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２８９３５８号公報
【特許文献２】特開２０００−２４３５７３号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ０１／０３９５５４号パンフレット
【特許文献４】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】
【０００９】
本発明の目的は、良好な白色色度が得られる有機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】
【００１０】
本発明は、第１の電極と第２の電極の間に白色の発光層が設けられ、発光層から発光された光を反射して第２の電極から出射させるための反射層が第１の電極側に設けられた有機ＥＬ素子であり、発光層による発光位置から反射層までの光学距離をＬ1とし、第２の電極側の素子端部の反射界面から反射層までの光学距離をＬ2とし、取り出したい白色発光の波長域の中心波長をλとしたとき、Ｌ1を波長λの光が干渉により強めあう光学距離とし、Ｌ2を波長λの光が干渉により弱めあう光学距離とすることを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、発光層による発光位置から反射層までの光学距離Ｌ1を、取り出したい出射光の波長域の中心波長λの光が干渉により強めあう光学距離とし、第２の電極側の素子端部の反射界面から反射層までの光学距離Ｌ2を、波長λの光が干渉により弱めあう光学距離としている。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」という。
【００１２】
図２を参照して、本発明における第１の干渉及び第２の干渉を説明する。
【００１３】
図２に示す有機ＥＬ素子は、基板３７の上に反射層３４が形成されており、反射層３４の上に第１の電極３１が設けられている。第１の電極３１の上には、発光層を含む有機層３８が設けられている。本実施例において、有機層３８中の発光層はホスト材料にドーパント材料を含有させることにより形成されている。有機層３８における発光位置３３ｃは、一般に発光層におけるホスト材料のキャリア輸送性により異なる。本発明においては、発光層のホスト材料が電子輸送性の場合、発光層と正孔輸送層の界面を発光位置３３ｃとする。また、発光層のホスト材料が正孔輸送性の場合、電子輸送層と発光層の界面を発光位置３３ｃとする。発光層が電子輸送性と正孔輸送性の両方の性質を有する、いわゆるバイポーラのときには、発光層の厚み方向の中心位置を発光位置３３ｃとする。
【００１４】
有機層３８の上には第２の電極３２が設けられている。本実施例において、第２の電極３２は素子の最上層であり、第２の電極３２の上は空気層となっている。
【００１５】
Ｌ1は、発光位置３３ｃから反射層３４までの光学距離であり、Ｌ2は、第２の電極３２の上方端部３２ａから反射層３４までの光学距離である。第２の電極３２の外側は空気層となっており、第２の電極３２と空気層の間に屈折率差があるため、第２の電極３２と空気層との界面で反射が起こる。従って、第２の電極３２の上方端部３２ａが素子端部の反射界面となる。
【００１６】
第１の干渉４０は、発光位置３３ｃから第２の電極３２側に出射する光４１と、発光位置３３ｃから第１の電極３１側に出射し、反射層３４で反射し第２の電極３２側に出射される光４２との干渉で生じる。
【００１７】
第２の干渉５０は、発光位置３３ｃから出射した光５１が、第２の電極３２と空気層の間の界面３２ａでの光の反射と反射層３４での光の反射により、多重反射することによって生じる干渉である。
【００１８】
第１の干渉４０は、発光位置３３ｃから反射層３４までの光学距離Ｌ1に依存する。また、第２の干渉５０は、素子端部の反射界面３２ａから反射層３４までの光学距離Ｌ2に依存する。素子からの光の取り出し効率は、上記第１の干渉４０及び第２の干渉５０の両方の影響を受ける。
【００１９】
本発明においては、Ｌ1を波長λの光が干渉により強めあう光学距離としている。従って、第１の干渉は波長λを共振する干渉となっている。一方、Ｌ2については、波長λの光が干渉により弱めあう光学距離としている。このため、第２の干渉は、波長λに対して非共振となっており、λの短波長側と長波長側にそれぞれ共振波長を持つ干渉となっている。実際の取り出し効率は、第１の干渉と第２の干渉の両方の効果を受けるため、これらを合わせると、取り出し効率は、白色の広い波長域全体に渡ってほぼ等しいスペクトルとなる。従って、本発明によれば、バラスンの良い良好な白色色度を得ることができる。
【００２０】
本発明において、光学距離Ｌ1及びＬ2は、以下の式（１）〜（５）を満足することが好ましい。
【００２１】
２Ｌ1−λ1φ1／２π＝ｍλ1 …（１）
２Ｌ2−λ2（φ1＋φ2）／２π＝（ｎ＋１／２）λ2 …（２）
５１５ｎｍ＜λ＜５７５ｎｍ …（３）
λ−１５＜λ1＜λ＋１５ …（４）
λ−１５＜λ2＜λ＋１５ …（５）
（λの単位ｎｍ）
ｍ及びｎ：自然数
Ｌ1：発光位置から反射層までの光学距離
Ｌ2：素子端部の反射界面から反射層までの光学距離
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
φ2：光が素子端部の反射界面で反射する際の位相変化
φ1は、第１の電極の屈折率をｎe、反射層の屈折率をｎm、反射層の消衰係数をｋmとしたとき以下の式で示される。
【００２２】
φ1＝ｔａｎ-1｛２ｎeｋm／（ｎe2−ｎm2−ｋm2）｝
ただし２ｎeｋm／（ｎe2−ｎm2−ｋm2）＞０のとき、０＜φ1＜π／２
２ｎeｋm／（ｎe2−ｎm2−ｋm2）＜０のとき、π／２＜φ1＜π
また、φ2は、第２の電極の屈折率が素子外部の層より大きいときは０であり、第２の電極の屈折率が素子外部の層よりも小さいときはπである。
【００２３】
一般に、第２の電極は透明性電極であるため、導電性金属酸化物や金属薄膜の薄い層から形成される。従って、第２の電極の外側が、空気層、樹脂層、ガラス層である場合、第２の電極とこの外部層との界面が反射界面となる。一方、第２の電極の外側に無機保護層などを設ける場合、第２の電極と無機保護層との屈折率の差が小さいため、第２の電極の外側が反射界面とならない場合がある。このような場合、無機保護層の外側が反射界面となる。
【００２４】
発光層による発光位置は、上述のように、発光層の構成により定めることができる。
【００２５】
本発明において、発光層を含む有機層と、第２の電極の間に金属層が設けられる場合、金属層の厚みは５ｎｍ以下であることが好ましい。金属層の厚みを５ｎｍ以下にすることにより、この金属層による光の反射が、第１の干渉及び第２の干渉に与える影響を少なくすることができる。
【００２６】
本発明における発光層は、上述のように、例えば青色発光層とオレンジ色発光を積層させた２層から構成されていてもよいし、１層のみから構成されていてもよい。本発明における発光層は、ホスト材料とドーパント材料から形成されていることが好ましい。発光層のホスト材料としては、アントラセン誘導体、アルミニウム錯体、ルブレン誘導体、アリールアミン誘導体などが挙げられる。
【００２７】
ドーパント材料としては、一重項発光材料を用いてもよいし、三重項発光材料を用いてもよい。高い発光効率を得るためには、燐光発光材料である三重項発光材料を用いることが好ましい。一重項発光材料としては、ペリレン誘導体、クマリン誘導体、アントラセン誘導体、テトラセン誘導体、スチルベン誘導体などが挙げられる。また、三重項発光材料（燐光発光材料）としては、イリジウム錯体、白金錯体などが挙げられる。
【００２８】
本発明においては、発光層以外の有機層が設けられていてもよい。有機層としては正孔輸送層及び電子輸送層などのキャリア輸送層が挙げられる。正孔輸送層に用いる正孔輸送性材料としては、アリールアミン誘導体などが挙げられる。また、電子輸送層に用いる電子輸送性材料としては、ペリレン誘導体、アントラキノン誘導体、アントラセン誘導体、ルブレン誘導体などが挙げられる。
【００２９】
本発明において、第２の電極は、一般に透明性電極から形成される。このような透明性電極としては、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）や、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）や、錫酸化物などの透明導電性金属酸化物が挙げられる。
【００３０】
本発明において、第１の電極は、第２の電極と同様に、導電性金属酸化物などの透明性電極から形成されていてもよいし、金属薄膜などから形成されていてもよい。第１の電極が金属薄膜から形成される場合、本発明における反射層を兼ねていてもよい。
【００３１】
本発明において反射層は、光を反射することができるものであれば特に限定されるものではなく、一般には金属薄膜から形成される。金属薄膜としては、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒなどが挙げられる。反射層の膜厚は特に限定されるものではないが、一般に１００〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００３２】
本発明の有機エレクトロルミネッセント表示装置は、陽極と陰極に挟まれた素子構造を有する有機エレクトロルミネッセント素子と、表示画素毎に対応した表示信号を有機エレクトロルミネッセント素子に供給するための能動素子が設けられたアクティブマトリックス駆動基板と、該アクティブマトリックス駆動基板と対向して設けられる透明な封止基板とを備え、有機エレクトロルミネッセント素子をアクティブマトリックス駆動基板と封止基板の間に配置し、陰極及び陽極のうち封止基板側に設けられる電極を透明電極としたトップエミッション型の有機エレクトロルミネッセント表示装置であって、有機エレクトロルミネッセント素子が、上記本発明に従う有機エレクトロルミネッセント素子であることを特徴としている。
【００３３】
封止基板と有機エレクトロルミネッセント素子の間には、カラーフィルターを配置することが好ましい。
【００３４】
本発明の有機エレクトロルミネッセント表示装置は、トップエミッション型の表示装置であるので、有機エレクトロルミネッセント素子で発光した光は、アクティブマトリックスが設けられている側と反対側の封止基板から出射される。一般にアクティブマトリックス回路は多数の層を積層して形成するものであり、ボトムエミッション型の場合はこのようなアクティブマトリックス回路の存在により出射光が減衰するが、本発明の有機エレクトロルミネッセント表示装置はトップエミッション型であるため、このようなアクティブマトリックス回路による影響を受けることなく光を出射することができる。特に、本発明の有機エレクトロルミネッセント素子は複数の発光ユニットを有するものであるため、トップエミッション型の場合ボトムエミッション型に比べ発光した光が通過する膜数が少なくて済むので、光の干渉による出射光の減衰あるいは出射光の視野角の減衰を制御するための設計の自由度を高めることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に従えば、白色の広い波長域全体からほぼ等しく光を取り出すことができるようになる。従って、良好な色度の白色発光を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３７】
（実施例１）
図１に示す素子構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。図１に示すように、ガラス基板３７の上にＡｇからなる反射層３４（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の電極３１（膜厚６５ｎｍ）を形成し、その上に正孔輸送層３５（膜厚１００ｎｍ）を形成した。
【００３８】
正孔輸送層３５の上に、オレンジ色発光層３３ｂ（膜厚１５ｎｍ）及び青色発光層３３ａ（膜厚２５ｎｍ）をこの順序で形成した。青色発光層３３ａ及びオレンジ色発光３３ｂから白色発光層３３が構成されており、この白色発光層３３の上に電子輸送層３６（膜厚１０ｎｍ）を形成した。電子輸送層３６の上に、第２の電極３２を形成した。第２の電極３２は、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）（膜厚３０ｎｍ）から形成した。第２の電極３２と電子輸送層３６の間には、金属層として、Ｌｉ層（膜厚０．３ｎｍ）とＡｕ層（膜厚１．５ｎｍ）を形成した。従って、電子輸送層３６の上には、Ｌｉ層／Ａｕ層／ＩＺＯ層が形成されている。
【００３９】
本実施例において、白色発光層３３は、青色発光層３３ａとオレンジ色発光層３３ｂから構成されているので、青色発光層３３ａとオレンジ色発光層３３ｂの界面が発光位置３３ｃとなる。
【００４０】
オレンジ色発光層３３ｂは、ホスト材料としてＮＰＢを用い、ドーパント材料としてＤＢｚＲを３重量％含有させて形成した。ＮＰＢは、Ｎ，Ｎ′−ジ（ナフタセン−１−イル）−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。
【００４１】
【化１】
【００４２】
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。
【００４３】
【化２】
【００４４】
青色発光層３３ａは、ホスト材料としてＴＢＡＤＮを用い、ドーパント材料としてＴＢＰを２重量％含有させて形成した。
【００４５】
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。
【００４６】
【化３】
【００４７】
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。
【００４８】
【化４】
【００４９】
正孔輸送層３５は、ＮＰＢから形成されている。
【００５０】
電子輸送層３６は、ＢＣＰから形成している。ＢＣＰは、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリンであり、以下の構造を有している。
【００５１】
【化５】
【００５２】
（比較例１）
上記実施例１において、正孔輸送層３５の膜厚を４５ｎｍとし、オレンジ色発光層３３ｂの膜厚を３０ｎｍとし、青色発光層の膜厚を４０ｎｍとする以外は、上記実施例１と同様にして比較例１の有機ＥＬ素子を作製した。
【００５３】
〔共振波長λ1及びλ2の算出〕
実施例１及び比較例１の第１の干渉による共振波長λ1及び第２の干渉による共振波長λ2を式（１）及び（２）を用いて計算した。計算結果を表１に示す。なお、屈折率ｎ及び消衰係数ｋなどの光学定数は、波長依存性があるので、実施例１のλ1及びλ2については、表２に示す５２５ｎｍにおける光学定数を用い、比較例１のλ1については４４０ｎｍの光学定数を用い、比較例１のλ2については４８０ｎｍにおける光学定数をそれぞれ用いて計算した。なお、５２５ｎｍ、４４０ｎｍ、及び４８０ｎｍは、それぞれ別途計算したおよそのλ1及びλ2の値から想定したものである。より正確な計算は、コンピューターによるシミュレーションで行うことができる。
【００５４】
【表１】
【００５５】
【表２】
【００５６】
実施例１は、取り出したい白色発光の波長域の中心波長λ５２０ｎｍに対し、λ1が５２２ｎｍ、λ2が５１６ｎｍであり、本発明の範囲内のものである。
【００５７】
図３に、実施例１の可視光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３に示すように、第１の干渉では、５２０ｎｍ付近の緑色領域の取り出し効率が大きくなっており、第２の干渉では、青色と赤色の取り出し効率が大きくなっている。この素子のトータルの取り出し効率は、これら２つの干渉の両方の影響を受け、この結果可視光域の広い範囲においてほぼ等しい取り出し効率となっている。従って、図５に示すように、実施例１の素子からは白色発光が得られており、色度は、（０．３２，０．４２）であった。図５に示すスペクトルを素子内部の発光スペクトルで割ったものが実際の取り出し効率となる。図６に実施例１の実際の取り出し効率を示す。なお、内部発光のスペクトルとしては、反射層のＡｇがなく、その他の構造が同じである素子から得られたスペクトルを用いた。反射層がない場合は、干渉の効果が小さくほぼ内部発光と等しいと考えることができる。図６に示すように、図３のシミュレーションと同様に、実際の実験においても幅広い取り出し効率が得られている。
【００５８】
比較例１は、取り出したい白色発光の波長域の中心波長λ５２０ｎｍに対し、λ1が４４０ｎｍであり、λ2が４７８ｎｍである。式（４）及び式（５）から明らかなように、λ1及びλ2が本発明の範囲から外れており、比較例１の有機ＥＬ素子が、本発明の範囲外のものであることが明らかである。
【００５９】
図４は、比較例１の取り出し効率のシミュレーション結果を示す図である。図４から明らかなように、トータルの取り出し効率は短波長領域において大きくなっている。従って、この比較例１の素子からは図５に示すように、青色成分の強い発光が得られ、良好な色度の白色発光は得られなかった。なお、色度は、（０．１８，０．２８）であった。
【００６０】
図６に比較例１の素子の実験から得られた取り出し効率を示している。図６から明らかなように、比較例１においても、図４に示すシミュレーション結果と同様に、短波長領域の取り出し効率が高いスペクトルとなっている。
【００６１】
以上のことから、本発明に従えば、良好な色度の白色発光が得られることがわかる。
【００６２】
図７は、本発明に従う実施例の有機ＥＬ素子を備えた有機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なども用いることができる。また、この有機ＥＬ素子においては、カラーフィルターが設けられている。この有機ＥＬ表示装置は、矢印で示しているように基板１の下方に光を出射して表示するボトムエミッション型の表示装置である。
【００６３】
図７を参照して、ガラスなどの透明基板からなる基板１の上には、第１の絶縁層２が設けられている。第１の絶縁層２は、例えばＳｉＯ2及びＳｉＮXなどから形成されている。第１の絶縁層２の上には、ポリシリコン層からなるチャネル領域２０が形成されている。チャネル領域２０の上には、ドレイン電極２１及びソース電極２３が形成されており、またドレイン電極２１とソース電極２３の間には、第２の絶縁層３を介してゲート電極２２が設けられている。ゲート電極２２の上には、第４の絶縁層４が設けられている。第２の絶縁層３は、例えばＳｉＮX及びＳｉＯ2から形成されており、第３の絶縁層４は、ＳｉＯ2及びＳｉＮXから形成されている。
【００６４】
第３の絶縁層４の上には、第４の絶縁層５が形成されている。第４の絶縁層５は、例えば、ＳｉＮXから形成されている。第４の絶縁層５の上の画素領域の部分には、カラーフ
ィルター層７が設けられている。カラーフィルター層７としては、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、またＢ（青）などのカラーフィルターが設けられる。カラーフィルター層７の上には、第１の平坦化膜６が設けられている。ドレイン電極２１の上方の第１の平坦化膜６にはスルーホール部が形成され、第１の平坦化膜６の上に形成されているＩＴＯ（インジウムースズ酸化物）からなるホール注入電極８がスルーホール部内に導入されている。画素領域におけるホール注入電極（陽極）８の上には、ホール注入層１０が形成されている。画素領域以外の部分においては、第２の平坦化膜９が形成されている。
【００６５】
ホール注入層１０の上には、本発明に従う白色発光の発光素子層１１が設けられている。発光素子層１１の上には、電子輸送層１２が設けられ、電子輸送層１２の上には、電子注入電極（陰極）１３が設けられている。
【００６６】
以上のように、本実施例の有機ＥＬ素子においては、画素領域の上に、ホール注入電極（陽極）８と、ホール注入層１０と、本発明に従う構造を有する発光素子層１１と、電子輸送層１２と、電子注入電極（陰極）１３とが積層されて有機ＥＬ素子が構成されている。
【００６７】
発光素子層１１からは白色の発光がなされる。この白色の発光は、基板１を通り外部に出射するが、発光側にカラーフィルター層７が設けられているので、カラーフィルター層７の色に応じて、Ｒ、ＧまたはＢの色が出射される。
【００６８】
図８は本発明に従う実施例の有機ＥＬ表示装置を示す断面図である。本実施例の有機ＥＬ表示装置は、矢印で図示してるように基板１の上方に光を出射して表示するトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置である。
【００６９】
基板１から陽極８までの部分は、図７に示す実施例とほぼ同様にして作製されている。但し、カラーフィルター層７は、第４の絶縁層５の上に設けられておらず、有機ＥＬ素子の上方に配置されている。具体的には、ガラスなどからなる透明な封止基板１０の上にカラーフィルター層７を取り付け、この上にオーバーコート層１５をコーティングし、これを透明接着剤層１４を介して陽極８の上に貼り付けることにより取り付けられている。また、本実施例では、陽極と陰極の位置を図７に示す実施例とは逆にしている。
【００７０】
陽極８として、透明な電極が形成されており、例えば、膜厚１００ｎｍ程度のＩＴＯと膜厚２０ｎｍ程度の銀とを積層することにより形成されている。陰極１３としては、反射電極が形成されており、例えば、膜厚１００ｎｍ程度のアルミニウム、クロム、または銀の薄膜が形成されている。オーバーコート層１５は、アクリル樹脂などにより厚み１μｍ程度に形成されている。カラーフィルター層７は、顔料タイプのものであってもよいし染料タイプのものであってもよい。その厚みは１μｍ程度である。
【００７１】
発光素子層１１から発光された白色光は、封止基板１６を通り外部に出射されるが、発光側にカラーフィルター層７が設けられているので、カラーフィルター層７の色に応じてＲ、ＧまたはＢの色が出射される。本実施例の有機ＥＬ表示装置はトップエミッション型であるので、薄膜トランジスタが設けられている領域も画素領域として用いることができ、図７に示す実施例よりも広い範囲にカラーフィルター層７が設けられている。発光素子層１１は本発明に従う有機ＥＬ素子から形成されており、発光効率の高い発光素子層であるが、本実施例によればより広い領域を画素領域として用いることができるので、発光効率の高い発光素子層の利点を十分に活用することができる。また、複数の発光ユニットを有する発光素子層の形成も、アクティブマトリックスによる影響を考慮せずに行うことができるので、設計の自由度を高めることができる。
【００７２】
上記実施例では、封止基板としてガラス板を用いているが、本発明において封止基板はガラス板に限定されるものではなく、例えば、ＳｉＯ2などの酸化膜やＳｉＮxなどの窒化膜などの膜状のものも封止基板として用いることができる。この場合、素子上に膜状の封止基板を直接形成できるので、透明接着剤層を設ける必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】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２】本発明における第１の干渉及び第２の干渉を説明するための模式的断面図。
【図３】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４】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５】実施例１及び比較例１の有機ＥＬ素子の発光スペクトルの変化を示す図。
【図６】実施例１及び比較例１の実際の取り出し効率を示す図。
【図７】本発明に従う実施例の有機ＥＬ素子を用いたボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【図８】本発明に従う実施例の有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【符号の説明】
【００７４】
１…基板
２…第１の絶縁層
３…第２の絶縁層
４…第３の絶縁層
５…第４の絶縁層
６…第１の平坦化膜
７…カラーフィルター層
８…ホール注入電極
９…第２の平坦化膜
１０…ホール注入層
１１…発光素子層
１２…電子輸送層
１３…電子注入電極
１４…透明接着剤層
１５…オーバーコート層
１６…封止基板
２０…チャネル領域
２１…ドレイン電極
２２…ゲート電極
２３…ソース電極
３１…第１の電極
３２…第２の電極
３３…発光層
３３ａ…青色発光層
３３ｂ…オレンジ色発光層
３３ｃ…発光位置
３４…反射層
３５…正孔輸送層
３６…電子輸送層
４０…第１の干渉
５０…第２の干渉
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と第２の電極の間に白色の発光層が設けられ、前記発光層から発光された光を反射して前記第２の電極から出射させるための反射層が前記第１の電極側に設けられた有機エレクトロルミネッセント素子において、
前記発光層による発光位置から前記反射層までの光学距離をＬ1とし、前記第２の電極側の素子端部の反射界面から前記反射層までの光学距離をＬ2とし、取り出したい白色発光の波長域の中心波長をλとしたとき、Ｌ1を波長λの光が干渉により強めあう光学距離とし、Ｌ2を波長λの光が干渉により弱めあう光学距離とすることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項２】
Ｌ1及びＬ2が以下の式（１）〜（５）を満足す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ト素子。
２Ｌ1−λ1φ1／２π＝ｍλ1 …（１）
２Ｌ2−λ2（φ1＋φ2）／２π＝（ｎ＋１／２）λ2 …（２）
５１５ｎｍ＜λ＜５７５ｎｍ …（３）
λ−１５＜λ1＜λ＋１５ …（４）
λ−１５＜λ2＜λ＋１５ …（５）
（λの単位ｎｍ）
ｍ及びｎ：自然数
Ｌ1：発光位置から反射層までの光学距離
Ｌ2：素子端部の反射界面から反射層までの光学距離
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
φ2：光が素子端部の反射界面で反射する際の位相変化
【請求項３】
前記発光層と前記第２の電極の間に厚さ５ｎｍ以下の金属層が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項４】
前記素子端部の反射界面の外側が、空気層、樹脂層、またはガラス層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項５】
陽極と陰極に挟まれた素子構造を有する有機エレクトロルミネッセント素子と、表示画素毎に対応した表示信号を前記有機エレクトロルミネッセント素子に供給するための能動素子が設けられたアクティブマトリックス駆動基板と、該アクティブマトリックス駆動基板と対向して設けられる透明な封止基板とを備え、前記有機エレクトロルミネッセント素子を前記アクティブマトリックス駆動基板と前記封止基板の間に配置し、前記陰極及び前記陽極のうち前記封止基板側に設けられる電極を透明電極としたトップエミッション型の有機エレクトロルミネッセント表示装置であって、
前記有機エレクトロルミネッセント素子が、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ト素子であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント表示装置。
【請求項６】
前記有機エレクトロルミネッセント素子と前記封止基板との間に、カラーフィルターが配置されていることを特徴とする請求項５に記載の有機エレクトロルミネッセント表示装置。
【請求項１】
第１の電極と第２の電極の間に白色の発光層が設けられ、前記発光層から発光された光を反射して前記第２の電極から出射させるための反射層が前記第１の電極側に設けられた有機エレクトロルミネッセント素子において、
前記発光層による発光位置から前記反射層までの光学距離をＬ1とし、前記第２の電極側の素子端部の反射界面から前記反射層までの光学距離をＬ2とし、取り出したい白色発光の波長域の中心波長をλとしたとき、Ｌ1を波長λの光が干渉により強めあう光学距離とし、Ｌ2を波長λの光が干渉により弱めあう光学距離とすることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項２】
Ｌ1及びＬ2が以下の式（１）〜（５）を満足す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ト素子。
２Ｌ1−λ1φ1／２π＝ｍλ1 …（１）
２Ｌ2−λ2（φ1＋φ2）／２π＝（ｎ＋１／２）λ2 …（２）
５１５ｎｍ＜λ＜５７５ｎｍ …（３）
λ−１５＜λ1＜λ＋１５ …（４）
λ−１５＜λ2＜λ＋１５ …（５）
（λの単位ｎｍ）
ｍ及びｎ：自然数
Ｌ1：発光位置から反射層までの光学距離
Ｌ2：素子端部の反射界面から反射層までの光学距離
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
φ2：光が素子端部の反射界面で反射する際の位相変化
【請求項３】
前記発光層と前記第２の電極の間に厚さ５ｎｍ以下の金属層が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項４】
前記素子端部の反射界面の外側が、空気層、樹脂層、またはガラス層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項５】
陽極と陰極に挟まれた素子構造を有する有機エレクトロルミネッセント素子と、表示画素毎に対応した表示信号を前記有機エレクトロルミネッセント素子に供給するための能動素子が設けられたアクティブマトリックス駆動基板と、該アクティブマトリックス駆動基板と対向して設けられる透明な封止基板とを備え、前記有機エレクトロルミネッセント素子を前記アクティブマトリックス駆動基板と前記封止基板の間に配置し、前記陰極及び前記陽極のうち前記封止基板側に設けられる電極を透明電極としたトップエミッション型の有機エレクトロルミネッセント表示装置であって、
前記有機エレクトロルミネッセント素子が、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ト素子であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント表示装置。
【請求項６】
前記有機エレクトロルミネッセント素子と前記封止基板との間に、カラーフィルターが配置されていることを特徴とする請求項５に記載の有機エレクトロルミネッセント表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−２４４７１２（Ｐ２００６−２４４７１２Ａ）
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５４１４７（Ｐ２００５−５４１４７）
【出願日】平成１７年２月２８日（２００５．２．２８）
【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１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２８日（２００５．２．２８）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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