JP2008210665A - 有機発光素子及びそれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な発光特性を示し、また素子を構成する各層の膜厚変動があっても影響を受け難く、安定した発光特性を示す薄型有機発光素子を提供する。
【解決手段】基板と、前記基板の上に第１の電極と、有機化合物層と、光取り出し側の電極である第２の電極と、前記第２の電極の前記光取り出し側にある第１の封止層とを有し、前記有機化合物層より基板側にある第１の反射面と、前記有機化合物層より封止層側にある第２の反射面との間の光学距離が、前記有機化合物層で発光した光を共振させる共振器構造の共振部となるように調整されている有機発光素子において、前記第２の反射面は、前記第１の封止層の光取り出し側の界面で構成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機化合物を用いた発光素子及びそれを用いた表示装置に関するものであり、さらに詳しくは、有機化合物からなる薄膜に電界を印加することにより光を放出する有機発光素子（以下、単に素子という場合がある。）及びそれを用いた表示装置に関する。

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ＥＬ素子は、主に外部環境の水分や酸素の影響により、有機化合物の変質、電極−有機界面の変質や剥離、電極の酸化等が生じる。これにより、発光輝度の低下、駆動電圧の上昇や例えばダークスポットと呼ばれる非発光部の発生及び成長等が発生するため、表示装置の信頼性に関し課題があった。

この課題の解決に向け、特許文献１では、水分吸湿特性の異なる無機材料膜を多層に積層して構成した封止層を上面発光型素子の光取り出し側へ接合した表示装置が開示されている。

図９には、特許文献１で開示される表示装置における一実施例を示す。図９において、１は基板、２は有機発光素子、３は窒化シリコン膜、４は酸化シリコン膜、５は窒化シリコン膜、６は封止層とガラス基板を接着する樹脂、７はガラス基板を示す。封止層は、窒化シリコン膜３、酸化シリコン膜４、窒化シリコン膜５の３層で構成される。

特許文献１において開示される封止層の膜厚としては、窒化シリコン膜３が、２〜３ｕｍ、酸化シリコン膜４、窒化シリコン膜５がそれぞれ１ｕｍ程度であり、封止層の総厚としては、４〜５ｕｍ程度である。また、ガラス基板７は、キャップ状の成型加工が不要のため、比較的薄いガラス基板を選択することが可能となる。そのため、無機材料を多層積層した封止層と薄板ガラス基板との組み合わせにより、従来の封止カバーを用いる技術に比べ、より薄型の表示装置が実現可能となる。

このように封止層を上面発光型素子の光取り出し側に形成して水分や酸素の浸入を防ぐ構成において、光取り出し効率を向上させるため、あるいは所望の色度の光を発光させるために、微小共振器構造を有する有機発光素子が開示されている。

特許文献２では、光取り出し電極（第２の電極）を半透明反射層及び透明導電層で構成している。前記電極上に電極を構成する材料と同程度の屈折率を有するパシベーション膜を５００〜１００００ｎｍの厚さで設け、素子表面の保護を行った有機発光素子が開示されている。この有機発光素子では、光取り出し電極の一部を構成する半透明反射層は、銀又は銀を主成分とする合金の薄膜により構成される。このとき、基板側に設ける反射性の第１の電極と光取り出し電極の一部を構成する半透明反射層との間で、微小共振器構造が形成され、第１の電極及び半透明反射層で挟持される有機化合物層が共振部となる。

この有機発光素子において、第１の電極と半透明反射層との間の光学距離、すなわち共振部の光学的膜厚をＬ、発光層からの発光が第１の電極及び半透明反射層で反射する際に生じる位相シフトをφ（ラジアン）とする。そして、微小共振器構造の共振波長をλとすると、以下の式１を満たす。

式１より、共振波長λは、共振部の光学的膜厚Ｌにより変化し、微小共振器構造の共振効果を調整することができる。なお光学的膜厚Ｌは、第１の電極と半透明反射層とで挟持される各有機化合物層の光学的膜厚（＝屈折率（ｎ）×膜厚（ｄ））の総和（ｎ１ｄ１＋ｎ２ｄ２＋・・・）である。
＜式１＞ λ＝１／２Ｌ×（ｍ−φ／２π） （ｍは、整数）

このような微小共振器構造を備えた有機発光素子において素子外部へ出射する発光は、式１で表される共振器による効果を受け、発光輝度や、色度といった発光特性が変化する。すなわち、共振効果の調整で、素子の発光特性をコントロールすることが可能である。

図１０は、微小共振器構造を備えた有機発光素子の概略断面図である。図１０において、１は基板、８は陽極である反射電極、９は透明導電層、１０は正孔輸送層、１１は発光層、１２は電子輸送層、１３は電子注入層を示す。さらに、１４は半透明反射層である銀、１５は透明電極であるＩＺＯ、４は窒化シリコン膜（封止層）、Ｅは有機発光素子からの発光を示す。ここで、透明電極１５上に設けられる窒化シリコン膜４は、特許文献２におけるパシベーション膜に相当する。この有機発光素子は、反射電極８と半透明反射層１４との間で微小共振器構造が形成され、発光Ｅは、透明電極１５側より、封止層４を透過して外部へと出射する。

ここで、汎用の計算ソフトウエアにより、図１０に示す特許文献２で開示される封止層を有する有機発光素子と、図１１に示す封止層及び半透明反射層を有していない有機発光素子の発光色についてシミュレーション解析を行った。図１０は、特許文献２で開示される有機発光素子、図１１は、封止層及び半透明反射層を有していない有機発光素子の概略断面図をそれぞれ示す。

このような微小共振器構造を備え、青色の発光を示す有機発光素子の正孔輸送層及び電子注入層の膜厚を種々変化させ、その発光特性をシミュレーション解析により見積もった。解析した有機発光素子の各層の膜厚及び発光色の色度変化を表１、表２に示す。

表２より、微小共振器構造を備える有機発光素子では、膜厚による共振効果の調整により、色度座標ＣＩＥｙ値にて０．０６６程度の発光が可能となる。すなわち、図１１に示した有機発光素子の場合よりも深い青色を再現できる。

このように特許文献２にある微小共振器構造を備える有機発光素子では、例えば封止層等の光学的に影響を与える部材が設けられている場合においても、発光色の調整が可能である。また、調整の自由度は、従来の封止層を有していない有機発光素子に比べ高い。

このような発光特性の調整は、微小共振器構造による強い共振効果により達成される。なお、図１１の有機発光素子においても、透明電極１５と外部環境（乾燥空気）との屈折率差に起因し、界面にて一部の発光が反射する。この界面での反射光は、基板側の反射電極との間で共振する、すなわち図１１の有機発光素子も、微小共振器構造を備えていると言える。

ただし、その共振効果は、図１１の有機発光素子と、図１０にある特許文献２の素子とでは違いがある。これは、光取り出し側反射部の反射率の差異に起因する。

図１２は、図１１の有機発光素子の透明電極１５（ＩＺＯ）と空気との界面での反射率及び、図１０の有機発光素子の電子注入層１３―半透明反射層１４（２０ｎｍ）−透明電極１５の界面の反射率を、汎用の計算ソフトウエアにより見積もった結果である。

図１２より、半透明反射層を用いた特許文献２に記載の反射率は、透明電極１５と空気との界面での反射率に比べ、高く、これによりそれぞれの微小共振器構造での共振効果に違いを生じる。

特許文献２の有機発光素子では、光取り出し側にある半透明反射層での反射率が十分高く、封止層を有する場合においても、その強い共振効果を用いて、発光特性の調整が可能になる。これにより、薄型でかつ、その発光特性を自在にコントロールすることが可能な有機発光素子を実現できる。

特開２００１−３５７９７３号公報（図１） 特開２００３−１０９７７５号公報（図１）

しかしながら、上記特許文献２で開示される微小共振器構造を備えた有機発光素子において、その共振効果は、有機化合物層の膜厚や屈折率より決定されるため、それらパラメータに変化があると、素子の発光特性に影響を生じる。そのため、有機発光素子を形成する基板面内に膜厚ムラや、複数の有機発光素子間で膜厚にばらつきがあると、その膜厚差に応じて、発光特性が変動し、同一の発光特性を示す素子を繰り返し再現よく作製することが難しいといった課題があった。

表３及び表４は、図１１に示す通常の有機発光素子と、図１０に示す微小共振器構造を備えた有機発光素子を構成する有機化合物層及び封止層を含む各層の膜厚を−１０％〜＋１０％の範囲で一律に変化させた場合の発光色度の変化を示す。このときの各有機発光素子の膜厚は、表１に示すとおりである。なお、表中の変化範囲とは、各色度座標の上限値と下限値との差である。

表３及び表４より、微小共振器構造を備えた素子（微小共振器型素子）からの発光色度は、同様な膜厚変化を与えた有機発光素子に比べ、より大きく変化する。すなわち、微小共振器構造を備えた素子の発光特性は、各層の膜厚変化に敏感で、発光特性の安定化のためには、通常よりも膜厚の制御性を高めた成膜プロセスや、より精度の高い膜厚の管理システムや工程が必要になる。そのため、微小共振器型素子を大量に生産する場合、素子作製のスループットが低くなる等の課題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、良好な発光特性を示し、また素子を構成する各層の膜厚変動があっても影響を受け難く、安定した発光特性を示す薄型有機発光素子を提供することにある。また、本発明の別な目的は、それら有機発光素子を複数有する表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の有機発光素子は、
基板と、前記基板の上に第１の電極と、有機化合物層と、光取り出し側の電極である第２の電極と、前記第２の電極の前記光取り出し側にある第１の封止層とを有し、
前記有機化合物層より基板側にある第１の反射面と、前記有機化合物層より封止層側にある第２の反射面との間の光学距離が、前記有機化合物層で発光した光を共振させる共振器構造の共振部となるように調整されている有機発光素子において、
前記第２の反射面は、前記第１の封止層の光取り出し側の界面で構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、微小共振器構造の光取り出し側に形成する反射面を、第１の封止層と第２の封止層との界面での屈折率差を利用して形成するため、従来の金属材料を用いて形成した反射面に比して、その反射効果は弱い。これにより微小共振器構造の共振効果は、従来の発光素子に比べ、緩和されるため、有機発光素子や封止層の膜厚分布や、膜厚ばらつきに起因する発光特性の変動を抑制できる。

また、本発明によれば、第１の封止層が１０００ｎｍ以下の膜厚に設定されているため、共振効果を利用した発光特性の調整も効果的に行うことができる。

これにより、汎用のプロセスにおいて高い生産のスループットが期待でき、かつ薄型で高い信頼性を備えた有機発光素子を実現できる。また、それら有機発光素子を複数有する表示装置を実現できる。

以下、本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明の有機発光素子の一例であり、図１は、トップエミッション型の有機発光素子の概略断面図である。図１において、２１は基板、２２は反射電極（第１の電極）、２３は透明導電層、２４は正孔輸送層、２５は発光層、２６は電子輸送層、２７は電子注入層を示す。さらに、２８は透明電極（第２の電極）、２９は第１の封止層、３０は第２の封止層、３１は第３の封止層、３２は樹脂層、３３はガラス基板を示す。

本発明で用いる基板２１としては、特に限定するものではないが、金属、セラミックス、ガラス、石英等が用いられる。また、プラスティックシート等のフレキシブルシートを用いたフレキシブル表示装置とすることをも可能である。

この基板２１の上に陽極として、反射電極２２と透明導電層２３とを形成している。反射電極２２としては、透明導電層２３との界面での反射率が少なくとも５０％以上、好ましくは、８０％以上であることが望ましい。この反射電極２２と、その上に設けられる透明導電層２３との界面が本有機発光素子における微小共振器構造を形成する、有機化合物層より基板側にある第１の反射面となっている。

反射電極２２を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば銀やアルミニウム、クロム等の金属や、それらの合金等が用いられる。透明導電層２３としては、酸化物導電膜、具体的には、酸化インジウムと酸化錫の化合物膜（ＩＴＯ）や、酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物膜（ＩＺＯ）等を用いることができる。

なお、ここで用いる「透明」とは、可視光に対して７０〜１００％透過率を有していることであり、より具体的には、消衰係数のκが０．０５以下、好ましくは、０．０１以下であることが、透明導電層での発光の減衰を抑える観点で好ましい。

本発明における透明導電層２３の厚さは、その屈折率や発光色にも依存するが、正孔輸送層２４の厚さが１０〜２００ｎｍ、好ましくは１０〜１５０ｎｍの範囲に設定されるように、選択されることが望ましい。これは、正孔輸送層２４の膜厚を比較的薄く設定することで、駆動電圧の低減が図れ、消費電力の観点から有利となるからである。

また、反射電極２２の仕事関数が比較的高く、正孔輸送層２４へのキャリア注入障壁が小さい場合や、反射電極２２と正孔輸送層２４との間にホール注入層等を設ける場合は、特に透明導電層２３を設けなくてもよい。

有機化合物層を成す正孔輸送層２４、発光層２５、電子輸送層２６、電子注入層２７に用いられる有機化合物としては、低分子材料で構成されても、高分子材料で構成されても、両者を用いて構成されてもよく、特に限定されるものではない。必要に応じてこれまで知られている材料を使用できる。

また、電子注入材料としては、電子輸送性の有機化合物材料に、アルカリ金属やアルカリ土類金属、若しくはその化合物を０．１〜数十％含有させることにより、電子注入性を付与することができる。電子注入層２７は、必要不可欠な層ではないが、この後に透明電極２８を形成する際の成膜時に受けるダメージを考慮すると、良好な電子注入性を確保するために１０〜１００ｎｍ程度挿入した方が好ましい。

本発明の有機化合物層は、一般には真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング、プラズマあるいは、適当な溶媒に溶解させて公知の塗布法（例えば、スピンコーティング、ディッピング、キャスト法、インクジェット法等）により薄膜を形成する。

透明電極２８は、陰極と発光の取り出し電極の機能とを兼ね備える。透明電極２８としては、前記透明導電層２３と同様な酸化物導電膜を用いることができる。透明電極２８の膜厚としては、特に限定はないが、１０〜１０００ｎｍ、好ましくは３０〜３００ｎｍの範囲で設定されると、電極のシート抵抗と光学透過率との観点から望ましい。また、透明電極２８は、如何なる方法で成膜されてもよく、例えばスパッタリング等により形成することができる。

第１の封止層２９、第２の封止層３０、第３の封止層３１は、有機発光素子を外部環境の酸素や水分等から保護する目的で設けられる。有機発光素子を構成する各有機化合物材料は、外部環境の酸素や水分に触れると変化し、所望の特性が発揮できなくなる。そのため、封止層２９、３０、３１には、酸素や水分の遮断効果が高い材料を用いことが好ましい。

本発明の有機発光素子の封止層２９、３０、３１として用いられる材料としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の金属窒化物膜や、酸化タンタル等の金属酸化物膜、ダイヤモンド薄膜、また、シリコン樹脂、ポリスチレン樹脂等の高分子膜が挙げられる。さらには、光硬化性樹脂等が挙げられる。

なお、本実施形態では、第１の封止層２９の光取り出し側に接して第２の封止層３０が形成され、さらに前記第２の封止層３０の光取り出し側に接して第３の封止層３１が形成された３層構成の事例に基づいて説明を行う。しかし、本発明の有機発光素子は少なくとも光取り出し側の電極である透明電極２８に接する封止層（第１の封止層２９）を有していれば良い。ただし、第２の封止層３０、さらには第３の封止層３１を有することによってより封止性能の高い構成にすることができる。また、封止層の積層数には、特に上限はなく、３層以上の複数層構成としてもよい。

本発明の有機発光素子では、第１の封止層２９と第２の封止層３０との界面での屈折率差は、透明電極２８と第１の封止層２９との界面での屈折率差よりも、大きくなるように各封止層の材料が選択されている。そのため第１の封止層２９としては、比較的高い屈折率を有する材料であることが好ましい。中でも窒化シリコン膜は、高い屈折率と水分や酸素の遮断効果を兼ね備えており、第１の封止層２９の材料として特に好適である。

第２の封止層３０としては、第１の封止層２９よりも屈折率が低い材料を用いる。例えば、第１の封止層２９が窒化シリコン膜の場合、第２の封止層３０としては、酸化シリコン膜や、窒化酸化シリコン膜を用いることができる。これにより、第１の封止層２９の屈折率は、第２の封止層３０の屈折率よりも大きくすることができる。

表５には、透明電極２８として広く一般的に用いられるＩＺＯ、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）の各波長における屈折率、消衰係数をまとめて示す。

表５より、第１の封止層２９として窒化シリコン、第２の封止層３０として酸化シリコンを選択すると、第１の封止層２９と第２の封止層３０との界面での屈折率差は、透明電極２８と第１の封止層２９との界面での屈折率差よりも大きくなる。

ここで、それぞれの界面での反射率を汎用の計算ソフトウエアにより見積もった。結果を、図２に示す。

図２より、屈折率差が大きい第１の封止層２９と第２の封止層３０との界面での反射率は、透明電極２８と第１の封止層２９との界面での反射率に比して、大きい。このとき、第１の封止層２９と第２の封止層３０との界面は、有機化合物層より封止層側にある第２の反射面となるため、基板２１側にある第１の反射面との間で有機化合物層からの発光を共振させる微小共振器構造の共振部を形成する。

図２の結果を、図１２に示した図１０及び図１１の有機発光素子の光取り出し側反射部の反射率と比べてみる。この第１の封止層２９と第２の封止層３０との界面での反射率は、従来の有機発光素子にある光取り出し側反射部の反射率に比べて十分小さいことが判る。

そのため、本発明の有機発光素子では、第１の封止層２９の光取り出し側の界面での反射を使った共振効果はあるものの、その効果は、従来の有機発光素子に比して緩和されている。

続いて、このような第１の封止層２９と第２の封止層３０との界面に大きな屈折率差を有する場合における、第１の封止層２９の膜厚について考えてみる。図３は、表６に示す膜厚を備える青色発光デバイスにおいて、第１の封止層２９である窒化シリコン層の膜厚を種々変化させた場合の、発光輝度と色度座標ＣＩＥｙ値の変化について調べた結果である。

図３より、第１の封止層２９の膜厚により素子部での共振効果が変わるため、発光輝度及び色度等の発光特性は、周期的に変化する。

この第１の封止層２９の膜厚による発光輝度への影響を、赤色（ピーク波長６１０ｎｍ）、緑色（ピーク波長５２５ｎｍ）、青色（ピーク波長４５０ｎｍ）の発光を示す素子で調査し、比較した。結果を図４に示す。

図４より、第１の封止層２９の膜厚による発光輝度の変動は、発光色により異なる。また、発光輝度の変化は、第１の封止層２９が比較的薄い領域で特に顕著であり、第１の封止層２９の膜厚をこのような膜厚範囲に設定すると、発光特性をより効果的に調整することが可能となり、好適である。このような発光特性を効果的に調整できる第１の封止層２９の膜厚範囲は、発光波長が長くなるにつれて、厚くなる。

ここで、最も発光波長の長い赤色の素子に関し、第１の封止層２９の膜厚による発光特性の調整効果について調べた。図５は、発光輝度及び発光色度（ＣＩＥｘ，ｙ値）の第１の封止層２９の膜厚による変化量を微分、平均化したものであり、第１の封止層２９の膜厚変化による各発光特性の変化率を示している。すなわち、この変化率が大きいほど、発光特性の調整効果が高いと言える。

図５より、第１の封止層２９の膜厚が１０００ｎｍ以下の領域では、発光輝度及び、発光色度ともその変化率が大きい。一方、第１の封止層２９の膜厚が１０００ｎｍ以上となると、発光輝度に関し、変化率が再び高まるものの、発光色に関する調整効果は低い。そのため、第１の封止層２９の膜厚を１０００ｎｍ以下とすると、発光輝度及び、発光色度の発光特性の調整をより効果的に行えるため、好ましい。

先に記したように、本発明の有機発光素子では、第１の封止層２９と第２の封止層３０との界面での反射率が低く、従来の有機発光素子に比して、発光特性を調整する微小共振器構造としての効果は小さい。

そこで、本発明の有機発光素子では、第１の封止層２９の膜厚に着目し、それを最も発光特性の調整効果が高い膜厚領域に設定した。つまり、反射電極２２と透明導電層２３との界面と、第１の封止層２９と第２の封止層３０との界面との間の光学距離を調整したのである。これにより、微小共振器構造としての効果は弱いが、発光特性の調整は可能で、所望の発光特性を示す有機発光素子を実現させることができる。

また、同一基板上にＲＧＢの発光を示す有機発光素子を複数有するフルカラー表示装置に本発明を適用する場合、第１の封止層２９の膜厚を１０００ｎｍ以下とすると、表示装置上で発光波長の長い赤色の素子の発光特性を調整できるため、好ましい。

さらに、表示装置の第１の封止層２９の膜厚を５００ｎｍ以下とすると、比較的波長の短い青色の素子においても発光特性の調整が可能となるため、好ましい。

また、表示装置の第１の封止層２９の膜厚を５０ｎｍよりも薄い膜厚に設定すると、最も高い発光特性の調整効果が期待できるため、好ましい。

次に、本発明の有機発光素子における膜厚変動の発光特性への影響について考えてみる。表７に示す膜厚で構成され青色の素子の有機化合物層及び封止層の膜厚を−１０％〜＋１０％の範囲で一律に変化させた場合の発光色度変化を調べた。結果を表８に示す。

表８、表３、表４の比較より、本発明の有機発光素子における膜厚変化時の発光色度の変化は、同様な膜厚変化を与えた場合の有機発光素子や微小共振器型素子に比して少ない。

先に記したように、本発明の有機発光素子では、従来の有機発光素子に比して、微小共振器構造としての効果が緩和されているため、膜厚変動に伴う特性変化を軽減できる。これにより本発明の有機発光素子は、従来の微小共振器型素子を作製する際、必要となっていた特別なプロセスや、管理システム・工程等を必要としない。そのため、発光特性の安定性に優れた有機発光素子を、簡便なプロセスで、またスループット良く作製することが可能となる。

このように本発明の有機発光素子は、膜厚に変動があった場合でも、その発光特性への影響が少なく、安定した発光特性を示す有機発光素子を実現できる。ところで、この膜厚変動に伴う発光特性の安定化は、本発明の有機発光素子が弱い共振効果を利用していることに起因する。膜厚変動に伴う発光特性の安定性は、素子の共振効果と関連し、共振効果を弱めていくほど、発光特性の安定性は向上するが、一方で共振効果による発光特性の調整効果は、小さくなる。

この共振効果の強弱は、第１の封止層２９と第２の封止層３０との界面での反射率により決まる。そのため、本発明ではこの封止層相互の界面での反射率に着目し、それを発光特性の調整に有効な範囲に設定する。ところで、封止層相互の界面での反射率Ｒは、各層における吸収を無視する場合、以下の数１より算出される。

ｎ₁：第１の封止層の屈折率， ｎ₂：第２の封止層の屈折率

数１より界面での反射率は、第１の封止層２９の屈折率と第２の封止層３０の屈折率とによって定まる。表５より、第１の封止層２９を窒化シリコン、第２の封止層３０を酸化シリコンとすると、その界面では波長により略０．４〜０．５の屈折率差がある。この界面での反射率は約１．５〜２％の反射率である（図２）。

そこで発光特性の調整効果における、界面での屈折率差の影響に関し調べた。表９の膜厚構成のデバイスにおいて、第１の封止層２９（窒化シリコン層）と第２の封止層３０（仮想材料層）との界面に０〜０．６の屈折率差がある場合を仮定した。そして、各屈折率差がある場合に、正孔輸送層２４及び電子注入層２７を表９に記載の範囲で変動させ、その発光特性の変化に関し、計算ソフトウエアにより見積もった。発光特性としては、ＣＩＥ色度座標に着目し、膜厚変動により調整可能なＣＩＥ色度座標の範囲を調べた。結果を、図６に示す。図６では、第１の封止層２９と第２の封止層３０との界面での屈折率差が０の場合の色度座標調整範囲を１としたＣＩＥｘ、ｙ値の調整範囲の相対変化を示す。すなわち、この相対調整範囲が大きいほど、封止層相互の界面での反射を利用した色度調整の自由度が高いといえる。

図６より、第１の封止層２９と第２の封止層３０との界面での屈折率差が０．３以上となる領域においてＣＩＥ色度座標の調整範囲は、広くなる。図７は、第１の封止層２９と第２の封止層３０との界面での屈折率差と界面反射率との関係を示しており、界面の屈折率差が０．３の場合、その反射率は約０．８％である。したがって界面反射率が０．８％以上となるよう、第１の封止層２９及び第２の封止層３０の材料を選択すると、発光特性調整の自由度が高く好ましい。

第１の封止層２９と第２の封止層３０との界面での反射率を０．８％以上とするには、第１の封止層２９と第２の封止層３０との界面での屈折率差が０．３以上になるよう、各封止層材料を選択するとよい。特に、第１の封止層２９として窒化シリコン、第２の封止層３０として酸化シリコンを選択すると、封止層相互の界面での屈折率差が０．４〜０．５となるため、好ましい。

また、第２の封止層３０としては、第１の封止層２９に比して屈折率が小さく、その差が０．３以上となる材料であれば、材料の選定に特に制限はない。第１の封止層２９の水分や酸素の遮断効果が十分高い場合には、第２の封止層３０として、水分や酸素の遮断効果に関わらず様々な材料の選択が可能で、本実施形態で示した酸化シリコンのような無機材料の他、例えば樹脂等の有機材料も適用可能である。

さらに、第２の封止層３０の膜厚は１５００ｎｍ以上とすると好ましい。これにより封止層形成時に例えば１０００ｎｍ程度の異物があっても、異物を第２の封止層３０中に取り込み、封じることができる。その際、第２の封止層３０の材料としては、可視の波長領域において光の吸収が少ない材料を用いると、封止層による発光の吸収損失を軽減でき、発光の利用効率向上が期待できるため、好ましい。

ところで、封止層の屈折率について考えてみると、一般に水分や酸素の遮断効果が高い材料は、比較的屈折率が高い材料が多く、遮断効果が低下するにつれて、その屈折率は低下する傾向がある。したがって、本発明の有機発光素子では、第１の封止層２９が高屈折率で水分、酸素の遮断効果が高く、第２の封止層３０は低屈折率で水分、酸素の遮断効果が比較的低い材料の組み合わせとなる場合がある。また、第１の封止層２９は、発光特性調整の目的から、封止層としては比較的薄い１０００ｎｍ以下の膜厚に設定され、そのため第１の封止層２９は、水分、酸素の遮断効果に関し不十分な場合がある。

そのため、第３の封止層３１は、水分や酸素の遮断効果の観点から、その材料や膜厚を選択するとよい。第３の封止層３１として、窒化シリコン等の防湿性無機材料を選択することが好ましい。その際、第２の封止層３０と第３の封止層３１との界面で、第１の封止層２９と第２の封止層３０との界面と同様な屈折率差が生じ、反射面が形成される。この第２の封止層３０と第３の封止層３１との界面での反射光も共振効果に関係するため、輝度や色度等の発光特性に悪影響を与える場合があり、より複雑な発光特性の調整が必要となる。

このとき、第２の封止層３０の膜厚を１５００ｎｍ以上、好ましくは２０００ｎｍ以上に設定すると、第２の封止層３０と第３の封止層３１との界面での反射光は、第１の封止層２９と第２の封止層３０との界面での反射光による共振効果と無関係になる。そのため、容易に良好な発光特性を得ることができ、好ましい。

また、第２の封止層３０と第３の封止層３１との界面に微小な凹凸があると、界面での反射光が散乱されるため、第２の封止層３０を厚膜化した場合と同様な効果を得ることができる。

これらの封止層２９、３０、３１は、如何なる方法で形成されてもよく、例えばスパッタリング、ＣＶＤや蒸着、樹脂材料により形成する場合では、適当な溶媒に溶解させて公知の塗布法により形成することも可能である。このとき第１の封止層２９は、透明電極２８に隙間無く接合される。これにより第１の封止層２９と透明電極２８との隙間を通じて水分や酸素が有機化合物層へ浸入することを防止でき、信頼性の高い有機発光素子が実現できる。

樹脂層３２に用いる材料としては、特に制限はないが、例えばアクリル系やエポキシ系の透明樹脂を用いることができる。樹脂層３２は、ガラス基板３３との間に隙間無く充填された状態で設けられる。

ガラス基板３３としては、特に制限はないが、ガラス等の無機材料からなる基板や、プラスティック基板、フレキシブルに湾曲するフィルム状基板等を用いることができる。

また、ガラス基板に代えて円偏光板やカラーフィルター等の光学部材を樹脂層の上に直接貼り付けても良い。ガラス基板を設けないことで、有機発光素子の更なる薄型化が実現できる。

以下に、本発明の有機発光素子の代表的な作製手順を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１＞
図１に示す構造の有機発光素子を以下に示す方法で作製した。ガラス基板２１上に、反射電極２２として銀合金（ＡｇＣｕＮｄ）を約１００ｎｍの膜厚で、透明導電層２３としてＩＺＯを１０ｎｍの膜厚でスパッタリング法にて形成した。これをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で超音波洗浄し、次いで煮沸洗浄後乾燥した。さらに、ＵＶ／オゾン洗浄を施した後、有機化合物層を真空蒸着法により成膜する。

始めに、正孔輸送層２４として下記構造式で示される化合物［Ｉ］を、１０ｎｍの膜厚で成膜した。この際の真空度は１×１０^-4Ｐａ、蒸着レートは０．２ｎｍ／ｓｅｃである。

続いて、青色の発光を示す発光層２５として、下記に示す化合物［ＩＩ］をホストとして、化合物［ＩＩＩ］を発光性ドーパンとし、共蒸着（重量比８０：２０）により、２０ｎｍの膜厚で成膜した。この際の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃである。

さらに、電子輸送層２６として、バソフェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）を真空蒸着法にて１０ｎｍの膜厚で成膜した。この際の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃである。

次に、共通の電子注入層２７として、ＢｐｈｅｎとＣｓ₂ＣＯ₃とを共蒸着（重量比９０：１０）により２５ｎｍの膜厚で成膜した。この際の真空度は３×１０^-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃである。

続いて、電子注入層２７まで成膜した基板を真空下でスパッタ室に移動させ、電子注入層２７上に透明電極２８としてＩＺＯを５０ｎｍの膜厚で成膜した。

その後、基板を真空下にて別なスパッタ装置へ移動させ、透明電極２８上に第１の封止層２９として窒化シリコンを２０ｎｍの膜厚で、第２の封止層３０として酸化シリコンを１０００ｎｍの膜厚で成膜した。さらに、第３の封止層３１として窒化シリコンを１０００ｎｍの膜厚で成膜した。

このときの第１の封止層２９と第２の封止層３０との界面での屈折率差を表１０に示す。

続いて、第３の封止層３１上に樹脂層３２としてアクリル樹脂を設け、その上にガラス基板３３を貼り合わせて有機発光素子を得た。

このようにして得た有機発光素子の発光特性を表１１に示す。

また、本有機発光素子を構成する有機化合物層及び封止層の膜厚を−１０％〜＋１０％の範囲で一律に変化させた際に発光色度が変化する範囲を表１２に示す。

さらに、本有機発光素子の正孔輸送層及び電子注入層を表１３の範囲で変化させた際の発光色度の調整範囲を表１４に示す。

表１１のように、本有機発光素子は、良好な発光効率、発光色度を示した。特に発光色度のＣＩＥｙ値は、略０．１程度であり、深い青色の良好な発光色を示した。

＜実施例２＞
本実施例では、第１の封止層の膜厚を１０００ｎｍとした。それ以外は、実施例１と同様にして有機発光素子を作製した。

表１２に示すように、本有機発光素子は、膜厚変動があった場合でも、その発光特性の安定性が高く、優れた発光を示す有機発光素子を、簡便なプロセスでスループット良く作製することができる。

＜比較例１＞
本比較例では、第１の封止層の膜厚を１５００ｎｍとした。それ以外は、実施例１と同様である。本比較例の有機発光素子が示す発光色は、色度座標ＣＩＥｙ値にて０．１６程度であり、実施例１及び２の素子で得られた深い青色発光は得られなかった。

＜比較例２＞
本比較例では、第２の封止層として実施例１に記載の酸化シリコンに代えて酸化窒化シリコンを用いた。それ以外は、実施例１と同様にして有機発光素子を作製した。

このときの第１の封止層と第２の封止層との界面での屈折率差を表１５に示す。

本比較例の有機発光素子は、その発光色度の調整範囲が、実施例１に記載の有機発光素子に比べ、狭かった。より効果的な発光特性の調整を行うためには、第１の封止層と第２の封止層との界面に０．３以上の屈折率差が必要である。

＜実施例３＞
図８に示す構造のＲＧＢ３色からなる表示装置を以下に示す方法で作製した。

支持体としてのガラス基板１０１上に、低温ポリシリコンからなるＴＦＴ駆動回路１０２を形成し、その上にアクリル樹脂からなる平坦化膜１０３を形成して基板とした。この上に反射性金属１０４としての銀合金（ＡｇＣｕＮｄ）をスパッタリング法にて約１００ｎｍの膜厚で形成してパターニングした。この反射性金属１０４は、コンタクトホール１０５により、ＴＦＴ駆動回路１０２と電気的に接続されている。続いて、透明導電層１０６としてのＩＺＯをスパッタリング法にて１０ｎｍの膜厚で形成してパターニングした。さらに、アクリル樹脂により素子分離膜１０７を形成した。これをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で超音波洗浄し、次いで、煮沸洗浄後乾燥した。さらに、ＵＶ／オゾン洗浄してから有機化合物を真空蒸着により成膜する。

始めに、全ての素子に共通の正孔輸送層１０８として上記構造式で示される化合物［Ｉ］を、１０ｎｍの膜厚で全ての素子（画素）に成膜した。この際の真空度は１×１０^-4Ｐａ、蒸着レートは０．２ｎｍ／ｓｅｃである。

次に、発光層として、シャドーマスクを用いて、ＲＧＢそれぞれの発光層を成膜した。赤色発光層としては、ホストとしてＡｌｑ３と、発光性化合物ＤＣＭ［４−（ｄｉｃｙａｎｏｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）−２−ｍｅｔｈｙｌ−６（ｐ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏｓｔｙｒｙｌ）−４Ｈ−ｐｙｒａｎ］と、を共蒸着（重量比９９：１）して膜厚８０ｎｍの発光層１０９を設けた。緑色発光層としては、ホストとしてＡｌｑ３と、発光性化合物クマリン６とを共蒸着（重量比９９：１）して膜厚６０ｎｍの発光層１１０を設けた。青色発光層としては、ホストとして上記構造式で示される化合物［ＩＩ］と化合物［ＩＩＩ］とを共蒸着（重量比８０：２０）して膜厚２０ｎｍの発光層１１１を設けた。この際の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃである。

さらに、共通の電子輸送層１１２として、バソフェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）を真空蒸着法にて１０ｎｍの膜厚で成膜した。この際の真空度は１×１０^-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃである。

次に、共通の電子注入層１１３として、ＢｐｈｅｎとＣｓ₂ＣＯ₃とを共蒸着（重量比９０：１０）により２５ｎｍの膜厚で成膜した。この際の真空度は３×１０^-4Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。

続いて、電子注入層１１３まで成膜した基板を真空下でスパッタ室に移動させ、電子注入層１１３上に透明電極１１４としてＩＺＯを５０ｎｍの膜厚で成膜した。

その後、基板を真空下にて別なスパッタ装置へ移動させ、透明電極１１４上に第１の封止層１１５として窒化シリコンを２０ｎｍの膜厚で、第２の封止層１１６として酸化シリコンを１０００ｎｍの膜厚で成膜した。さらに、第３の封止層１１７として窒化シリコンを１０００ｎｍの膜厚で成膜した。

続いて、第３の封止層１１７上に樹脂層１１８としてアクリル樹脂を設け、その上にガラス基板１１９を貼り合わせて表示装置を得た。

このようにして得た表示装置の発光特性を表１６に示す。表１６には、ＲＧＢ各色の発光色度、発光効率の他、表示装置の色再現範囲のＮＴＳＣ比及び、色度座標（０．３２，０．３３）の白色を輝度２５０ｃｄ／ｍ²にて表示させる際の消費電力を示す。

このように本表示装置は、色再現範囲７７％、消費電力３９７ｍＷの良好な発光特性を示した。

＜比較例３＞
本比較例では、第１の封止層の膜厚を１５００ｎｍとした。それ以外は、実施例３と同様である。本比較例の表示装置が示す発光特性を表１６に示す。表１６より、本表示装置の色再現範囲は、実施例３の表示装置よりも狭い。また、消費電力は、実施例３の表示装置に比べ、約２８％増加した。

本発明の有機発光素子の一実施形態を示す断面模式図である。 透明電極と第１の封止層との界面及び、第１の封止層と第２の封止層との界面での反射率を示す図である。 第１の封止層の膜厚による発光特性の変化を示す図である。 第１の封止層の膜厚によるＲＧＢ発光輝度特性の変化を示す図である。 第１の封止層の膜厚による発光特性の変化率を示す図である。 界面の屈折率差とＣＩＥ色度の調整範囲との関係を示す図である。 屈折率差と界面反射率の関係を示す図である。 本発明の表示装置の一実施形態を示す断面模式図である。 特許文献１に記載の表示装置の断面模式図である。 特許文献２に記載の表示装置の断面模式図である。 封止層を有しない有機発光素子を示す断面模式図である。 図１０の有機発光素子における光取り出し側反射部の反射率を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ 有機発光素子
３ 窒化シリコン膜
４ 酸化シリコン膜
５ 窒化シリコン膜
６ 樹脂
７ ガラス基板
８ 反射電極
９ 透明導電層
１０ 正孔輸送層
１１ 発光層
１２ 電子輸送層
１３ 電子注入層
１４ 半透明反射層
１５ 透明電極
２１ 基板
２２ 反射電極
２３ 透明導電層
２４ 正孔輸送層
２５ 発光層
２６ 電子輸送層
２７ 電子注入層
２８ 透明電極
２９ 第１の封止層
３０ 第２の封止層
３１ 第３の封止層
３２ 樹脂層
３３ ガラス基板
１０１ 基板
１０２ ＴＦＴ駆動回路
１０３ 平坦化膜
１０４ 反射性金属
１０５ コンタクトホール
１０６ 透明導電膜
１０７ 素子分離膜
１０８ 正孔輸送層
１０９ 赤色発光層
１１０ 緑色発光層
１１１ 青色発光層
１１２ 電子輸送層
１１３ 電子注入層
１１４ 透明電極
１１５ 第１の封止層
１１６ 第２の封止層
１１７ 第３の封止層
１１８ 樹脂層
１１９ ガラス基板

Claims (8)

1. 基板と、前記基板の上に第１の電極と、有機化合物層と、光取り出し側の電極である第２の電極と、前記第２の電極の前記光取り出し側にある第１の封止層とを有し、
   前記有機化合物層より基板側にある第１の反射面と、前記有機化合物層より封止層側にある第２の反射面との間の光学距離が、前記有機化合物層で発光した光を共振させる共振器構造の共振部となるように調整されている有機発光素子において、
   前記第２の反射面は、前記第１の封止層の光取り出し側の界面で構成されていることを特徴とする有機発光素子。
2. 前記第１の封止層の厚みは１０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
3. 前記第１の封止層の光取り出し側に接して第２の封止層が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の有機発光素子。
4. 前記第１の封止層の屈折率と前記第２の封止層の屈折率との差は０．３以上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素子。
5. 前記第１の封止層は窒化シリコンからなり、かつ第２の封止層は窒化酸化シリコンからな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素子。
6. 前記第２の封止層の光取り出し側に接して第３の封止層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５のいずれか１項に記載の有機発光素子。
7. 前記第３の封止層は窒化シリコンからな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素子。
8. 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素子を基板上に複数有することを特徴とする表示装置。

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