JP4220305B2 - 有機エレクトロルミネセンス素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光状態が良好で、かつ発光効率の優れた有機エレクトロルミネセンス素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機エレクトロルミネセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と略す）は、電界を印加させることにより、陽極から注入された正孔と、陰極から注入された電子の再結合エネルギーにより蛍光物質が発光する原理を利用した自発光素子である。この有機ＥＬ素子の代表的な研究例としては、Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇらが報告した積層型素子による低電圧駆動有機ＥＬ素子（例えば非特許文献１参照）が挙げられ、この積層型素子の開発により有機ＥＬ素子における発光特性が飛躍的に改善した。そして、この高性能な有機ＥＬ素子の開発が発端となって、近年、実用化に向けた有機ＥＬ素子の研究・開発が活発に行われてきている。
【０００３】
Ｔａｎｇらによる２層積層型構造は、発光層にトリス(8-キノリノール)アルミニウム(ＡｌＱ)、正孔輸送層にトリフェニルジアミン誘導体(ＴＰＤ)を用いたものである。この２層構造が優れた特性を示すのは、発光層への正孔の注入効率が高まること、陰極より注入された電子をブロックして再結合により生成する励起子の生成効率が高まること、生成した励起子を発光層内に閉じこめることができることによる。また、更に、この２層構造を発展させた例として、正孔輸送(注入)層、発光層、電子輸送(注入)層の３層積層型構造が報告されており、この３層構造は上記の正孔輸送(注入)層、電子輸送性発光層からなる２層構造とともに有機ＥＬ素子の代表的な素子構造としてよく知られている。なお、このような積層型素子における課題の一つとして、正孔と電子の再結合効率を改善することが望まれており、これを解決するために数多くの工夫がなされている。
【０００４】
ところで、有機ＥＬ素子は高い応答速度を持ち、自発光素子であることから、携帯端末やテレビ用の高精細ディスプレイとしてその実用化が期待されているが、高精細有機ＥＬディスプレイの製品化を実現するには、有機ＥＬ発光体の光取出し効率の改善が不可欠と考えられている。そこで、有機ＥＬ素子における光取り出し効率の改善の必要性について以下に詳細に説明する。
【０００５】
まず、有機ＥＬ素子におけるキャリア再結合原理を考えた場合、電極から発光層に注入された電子と正孔はクローン相互作用により電子−正孔対となり、一部は一重項励起子となり、他の一部は三重項励起子を形成し、その生成割合は量子力学的密度によって１：３となってしまう。つまり、３重項状態からの燐光が観察されないとすると、発光の量子収率は最高でも２５％となり、このことは有機ＥＬ素子では最高でも２５％の効率しか得られないことを示している。また、有機ＥＬ素子では、発光体の屈折率の影響をうけるため、臨界角以上の出射角の光は全反射を起こし、外部に取り出すことが出来ない問題点もある。すなわち、発光体の屈折率が１．６であるとすると、発光量は全体の２０％程度しか有効にならず、更に上述の一重項の生成比率（生成効率：２５％）を併せると、全体では５％程度となり、有機ＥＬ素子の光取り出し効率はかなりの低効率となってしまう（例えば非特許文献２参照）。このため、有機ＥＬ素子では、この致命的な低下をもたらす光取出し効率の改善が不可欠である。
【０００６】
そこで、光取り出し効率の改善への施策として、無機ＥＬの技術を発展させる方向でいくつか検討されてきた。その研究例として、基板に集光性を持たせる手法（例えば特許文献１参照）や、素子の側面に反射面を形成させる手法（例えば特許文献２参照）がある。
【０００７】
なお、従来構成として、特許文献４に、基板と、カラーフィルター層と、バリア層と、ホール注入電極と、有機発光層と、電子注入電極を順次有する有機ＥＬ素子が開示されており、バリア層は通常、酸化ケイ素が用いられる旨の記載がある。また特許文献５には、微小レンズ上全面にＳｉＯ₂等からなる下地層が形成され、その上にＩＴＯ膜を形成した有機ＥＬ発光素子も開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６３−３１４７９５号
【特許文献２】
特開平１−２２０３９４号
【特許文献３】
特開昭６２−１７２６９１号
【特許文献４】
特開２００１−６０４９５号
【特許文献５】
特開２００２−２６０８４５号
【非特許文献１】
Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ、Ｓ．Ａ．ＶａｎＳｌｙｋｅ、アプライドフィジックスレターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、５１巻、９１３頁、１９８７年など
【非特許文献２】
筒井哲夫、「有機エレクトロルミネセンスの現状と動向」、月刊ディスプレイ、Ｖｏｌ．１、Ｎｏ.３、ｐ１１、１９９５年９月
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ここに挙げる手法は、大面積基板では有用であるが、微少な画素面積で構成される高精細ディスプレイでは、集光性を持たせるレンズの作製や、側面の反射面の形成等が困難である問題点を持つ。そして、その上に発光層の厚さが数ミクロン以下である有機ＥＬ素子において、素子の側面に反射鏡を形成することは超微細加工技術を用いても非常に難しく、反射鏡が形成できたとしても、製造コストが大幅にアップしてしまい、実用化に大きな障害となる。
【００１０】
一方、集光性や、側面の反射面を形成する手法と異なる研究例として、基板ガラスと発光体との間に、基板ガラスと発光体における各々の屈折率の中間値を持つ平坦層を導入し、これを反射防止膜に利用する例（例えば特許文献３参照）が報告されているが、この方法では前方への光取り出し効率を改善することは可能であるが、全反射を防止することが出来ないと考えられる。すなわち、この反射防止膜の原理では無機ＥＬのような屈折率が大きな発光体では有効であるが、無機ＥＬ素子に比べて屈折率が低い発光体である有機ＥＬ素子では光取り出し効率を大きく改善することが出来ない問題点がある。
【００１１】
以上、前述で示してきたように有機ＥＬ素子での光取り出し効率については数多くの研究例が報告されているが、未だ要求される性能を満たしておらず、新規な概念を持った改善施策の開拓が望まれてきた。
【００１２】
そこで、光取出し効率を改善する新しい手法として、回折格子などといった光学要素を基板上に形成するという研究例（例えば上記の特許文献３参照）が報告されており、この手法は有機ＥＬ素子の光取出し効率の改善されるに有効であると考えられている。しかしながら、ここで示すような回折格子型有機ＥＬ素子については、光取り出し効率を大幅にできるものの、その製造が非常に困難とされ、特に、回折格子を埋め込むための溝加工プロセスや、素子形成前の基板を平坦にさせるための平坦化技術、および、基板への電極形成、更には基板面内で発光特性のバラツキ抑制などは現状の最先端な製造技術を用いても難しいとされている。
【００１３】
そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、発光特性が良好で、かつ高い発光効率を有する有機エレクトロルミネセンス素子を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前述の課題を鋭意検討した結果、有機エレクトロルミネセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と略す）において、回折格子、散乱部、グレーティングまたは偏光フィルターである光学要素を有する基板の上に中間層を介して、陽極と陰極の間に発光層を含む１層以上の有機層を設けることで、良好な発光状態を有し、発光効率の高い有機ＥＬ素子を安定的に製造出来ることを見出した。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
本発明の有機ＥＬ素子は、回折格子、散乱部、グレーティングまたは偏光フィルターである光学要素を有する基板の上に中間層を介して、陽極と陰極の間に発光層を含む１層以上の有機層を有することを特徴とする。本発明における光学要素とは、有機ＥＬ発光体から発せられた光の回折・散乱・反射・屈折現象に定量的もしく定性的に影響をもたらす光学的な構成要素である。そして、この光学要素の一例としては、回折格子、散乱構造、グレーティング、レンズ、カラーフィルター、偏光フィルターが挙げられる。本発明における回折格子は光の回折を利用してスペクトルを得る素子で、周期的に溝を刻んで、溝の間の滑らかな面で反射される光線の間の干渉で生ずる回折像を利用することからなる光学構造であり、散乱構造は散乱現象、すなわち１方向に進んできた波（光）が障害物に出会った時、光がその障害物を中心にさまざまな方向に拡がっていく現象をもたらす光学構造で、膜内に屈折率が異なる材料の微粒子や突起などをランダム状に散りばめることで作製でき、またレンズは一方の表面が曲面になっている等方均質な透明体で、基板や膜表面を曲面にすることで作製できる。一方、偏光フィルターは、偏光現象すなわち進行方向に垂直な面内で互いに直角方向で振動する成分が合成される現象をもたらす光学構造であり、市販の偏光フィルムなどを用いることが出来る。
【００１７】
本発明における有機ＥＬ素子では、光学要素が回折格子であることが望ましい。回折格子が有する基板を用いること、さらにこの回折格子において回折ピッチを可視光と同程度に調整することで、更に発光効率の高い有機ＥＬ素子を得ることが出来る。
【００１８】
また、本発明における有機ＥＬ素子では、光学要素からその上に厚さ５０ｎｍ以内に中間層を設けるのが好ましい。これは光学要素と、有機層を一対の電極間に挟んで構成した有機ＥＬ層との距離を縮めることで、中間層上に電極を安定的に作製することが出来るうえに、良好な発光状態を持つ有機ＥＬ素子を安定的に製造することが可能となる。
【００１９】
本発明において、中間層を形成する材料の屈折率が、その中間層上に形成される電極材料の屈折率よりも小さい場合は、中間層の膜厚が１０〜２００ｎｍの範囲であることが好ましい。中間層を形成する材料の屈折率がその中間層上に形成される電極材料の屈折率よりも小さい場合において、中間層の膜厚が１０ｎｍ未満では中間層の上に平坦な電極を形成することが困難で、素子の寿命が大幅に低下してしまう問題点がある。また、中間層の屈折率が電極材料の屈折率よりも小さい場合で、中間層の膜厚を２００ｎｍより越える量にした場合、発光体の中間層での全反射を抑制することが出来ず、発光効率が大幅に低下してしまう問題点がある。
【００２０】
本発明において、中間層を形成する材料の屈折率が、その中間層上に形成される電極材料の屈折率と同等かもしくはそれ以上の場合、中間層の膜厚が３００ｎｍ以下であることが望ましい。この条件で中間層の膜厚が３００ｎｍを超える量である場合、中間層を含む基板の透過率が大きく低下してしまい、素子の発光効率のかなり低下をもたらしてしまう問題点がある。
【００２１】
本発明の有機ＥＬ素子において、中間層を形成する材料が光学要素を構成する材料と同一、もしくは異なる材料でもよいが、中間層を形成する材料の透過率が７０％以上であることが好ましい。すなわち、中間層の材料は基板の材質に関わらず、透過率が上記で規定した透過率条件を満たすものであれば、すべての材料を選択できる。なお、この透過率は、中間層材料を２００ｎｍ厚で形成させた石英ガラスにおける波長６３０ｎｍでの透過率であり、中間層材料の成膜はスパッタリング法、真空蒸着法、スピンコート法、ＣＶＤ法などで可能である。また、透過率の測定には、市販の分光光度計（Ｓｈｉｍａｚｕ ＵＶ４０００など）を使用することが出来る。
【００２２】
本発明において、中間層を形成する材料が酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ₂）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、５酸化２タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、薄膜ダイアモンドのいずれかであることが望ましい。ここで挙げられる材料は透過率も高いうえに、基板上に安定的に均質な膜を形成することが可能である。従って、中間層材料に上記の材料を用いることで有機ＥＬ素子の製造が容易になる。
【００２３】
本発明において、中間層を形成するプロセスとして、スピンコート法を用いるのが好ましい。ここで示すスピンコート法により中間層を成膜することによって、平坦性の高く、均質な薄膜を容易に作製することが出来できる。均質な中間層を用いることにより、有機ＥＬ素子の寿命などの信頼性が向上し、さらには、製造容易性が向上し、量産化の観点から非常に有利となる。なお、本発明におけるスピンコート法とは、中間層材料を溶剤中に分散させたいわゆるゾルゲル塗布液を基板上でスピンコートし、焼成工程により硬質な膜を形成する手法であるが、塗布液を用いる成膜方法であれば、いかなる方法でも構わず、特にこれに限定されるものでない。なお、このスピンコート法の代表的なものとして、ゾルゲルガラスを塗布材料として用いたスピン・オン・グラス法（ＳＯＧ法）が挙げられる。
【００２４】
本発明の有機ＥＬ素子では、中間層を付着させる基板表面に平坦化工程が施すことが望ましい。すなわち、中間層を付着する表面平坦化工程を施すことで、基板面内で膜厚や膜質のバラツキがない中間層を形成することが可能となり、これによって中間層上に良好な特性を持つ有機ＥＬ層を積層させることが可能となる。
【００２５】
また、本発明の有機ＥＬ素子では、中間層を付着させる基板表面への平坦化工程が、研磨プロセスまたは、リアクテイブ・イオン・エッチング（以下、ＲＩＥと略す）のいずれかであることが望ましい。平坦化工程に、研磨プロセス、ＲＩＥ工程を用いることによって基板面内の平坦性のバラツキや膜厚のバラツキを抑制することが可能となり、大面積基板においても全面に均一な発光特性を有する有機ＥＬ素子を容易に製造することが可能となる。なお、本明細書での研磨工程には、通常、半導体製造プロセスで用いられるケミカル・メカニカル・ポリッシング（ＣＭＰ）法などが使用できる。このＣＭＰ法は、機械的な研磨と化学的なエッチングを同時に進行させる研磨方式で、研磨スラリーとしてシリカ等の微粒子をアルカリ溶液に懸濁させたもの用いる。そして、この研磨プロセスでは、研磨パッドを貼り付けた研磨定盤と基板との摺り合わせを研磨スラリー滴下条件で促進させることで研磨が可能となり、微粒子が機械的な研磨、アルカリ液がエッチング過程を受け持っている。なお、研磨機としては市販の装置が使用できるが、代表的な装置として、ＮＦ３００（ナノファクター社製）がある。また、研磨パッドは市販の研磨パッドを使用することが可能で、一例としてＩＣ１０００、Ｓｕｂａ４００などがあるが、特にこれに限定されるものではない。さらに、研磨スラリーには微粒子成分としてシリカ粉末、ダイアモンド粉末を使用し、アルカリ金属系やアンモニア系、アミン系などの化学物質の溶液に懸濁させた溶液などを用いることが出来る。一方、ＲＩＥ工程（反応性イオンエッチング工程）はハロゲン化合物を含むフロンガスなどを用いるエッチング手法で、通常のアルゴンガスを用いるスパッタエッチングに比べ数十倍のエッチング速度を再現することが出来る。これは、プラズマ中に出来たイオンと励起活性種が共存することで、これらが試料に作用することによって、物理的かつ化学的にエッチングを行うことができるためであると考えられている。本発明では、一般的な製造ラインで使用されているＲＩＥ装置を用いることが可能で、エッチング対象となる材料、すなわち中間層を形成する材料の種類によって最適な材料ガスを用いることが出来る。材料ガスの代表例として、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃などの含ハロゲン原子ガスが挙げられるが、特に限定されるものではない。
【００２６】
本発明の有機ＥＬ素子では、光学要素が屈折率の異なる２種類の材料から形成され、その２種材料での屈折率差が０．３以上であることが好ましい。光学要素を構成する材料の屈折率差を利用することで、低屈折率、高屈折率の材料の組み合わせによる光学要素の作製が可能となり、光学特性効率を大幅な向上ができる。例えば、回折格子では、２種材料の屈折率差を拡大することで回折効率の大幅な向上が期待できる。このように、光学要素の光学特性効率を向上させることで、有機ＥＬ素子の発光効率の著しい改善が可能となる。
【００２７】
続いて、本発明における有機ＥＬ素子における有機ＥＬ層について説明する。本発明の有機ＥＬ素子の構造は、陽極と陰極との間に有機層を１層、もしくは２層以上積層した構造であり、その基本構造として、陽極、発光層、陰極という順で積層した構造や、陽極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極という順で積層した構造や、陽極、正孔輸送層、発光層、陰極という順で積層した構造、さらには、陽極、発光層、電子輸送層、陰極という順で積層した構造が挙げられる。
【００２８】
まず、本発明における正孔輸送剤は通常の正孔輸送材料として使用されている材料であれば構わず、その代表例として、ビス（ジ（Ｐ−トリル）アミノフェニル）−１，１−シクロヘキサン（１）、Ｎ−Ｎ’−ジフェニル−Ｎ−Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１−１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（２）、Ｎ−Ｎ’−ジフェニル−Ｎ−Ｎ−ビス（１−ナフチル−１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（３）等のトリフェニルジアミン類や、スターバースト型分子（（０４）〜（０６））などが挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【００２９】
本発明における電荷輸送材料は通常使用されている電荷輸送材料であれば構わず、その代表例として、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（０７）、ビス｛２−８４−ｔ−ブチルフェニル｝−１，３，４−オキサジアゾール｝−ｍ−フェニレン（０８）などのオキサジアゾール誘導体（（０９）、（１０））、トリアゾール誘導体、キノリノール金属錯体（（１１）〜（１４））などが挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【００３０】
本発明の有機ＥＬ素子に用いられる有機ＥＬ発光物質は、通常に使用されている発光材料であれば構わず、その代表例として、ジスチリルアリーレン誘導体、クマリン誘導体、ジシアノメチレンピラン誘導体、ペリレン誘導体、及び特開平８−２９８１８６号公報や特開平９−２６８２８４号公報で開示される芳香族系材料、特開平９−１５７６４３号公報や特開平９−２６８２８３号公報で開示されるアントラセン系材料、特開平５−７０７７３号公報で開示されるキナクリドン誘導体などが挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【００３１】
本発明の有機ＥＬ素子で使用される陽極は、正孔輸送材料または発光材料に正孔を注入する機能を持つものであり、その仕事関数が４．５ｅＶ以上であることが好ましい。仕事関数が４．５ｅＶ未満の陽極を有機ＥＬ素子に使用した場合、十分な正孔注入特性が得られず、充分な発光効率が得られない問題点がある。なお、代表的な陽極材料としては、酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛合金（ＩＺＯ）、酸化錫、金、銀、白金、銅などが挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【００３２】
本発明の有機ＥＬ素子で使用される陰極は、電荷輸送体または発光材料に電子を注入することを目的とするもので、仕事関数が小さい材料が好ましい。仕事関数の大きな材料を陰極に使用した場合、良好な発光特性を再現することが困難になる。なお、代表的な陰極材料としては、インジウム、アルミニウム、マグネシウム、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−スカンジウム−リチウム合金、マグネシウム−銀合金などが挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【００３３】
本発明の有機ＥＬ素子における各層は、公知の方法により形成することが出来る。その代表的な手法として、真空蒸着法、分子線蒸着法（ＭＢＥ法）や、層を構成する材料を溶剤に溶かし、その溶液を用いて塗布する手法であるディッピング法、スピンコート法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法などが挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【００３４】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されない。
【００３５】
（実施例１）
実施例１の構造は図１の通りである。５０ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板（ＨＯＹＡ製 ＮＡ４５、１．１ｍｍ厚）の上に図２に示す回折格子を作製した。まず、上記ガラスの基板１上にｉ線レジスト（東京応化製 ＴＨＭＲ−ｉＰ１７００）をスピンコートにより２μｍ厚に形成し、ｉ線ステッパーを用いて幅０．１μｍ、間隔０．１μｍのパターンを形成した。次に、パターン形成した基板１をフッ化水素酸溶液に浸漬し、深さ１００ｎｍの溝を形成した後、残存レジストを専用の剥離液で除去し、回折格子２を得た。続いて、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）をターゲットとして用いるスパッタリング法により行い、３００ｎｍ厚のＳｉ₃Ｎ₄膜を形成した。更に、Ｓｉ₃Ｎ₄膜上に、中間層３として酸化シリコン（ＳｉＯ₂）を５０ｎｍ厚でスパッタリング法により形成した後、中間層３上に陽極４、有機ＥＬ層５、陰極６という順で積層し、有機ＥＬ素子を作製した。
【００３６】
なお、有機ＥＬ層５（図３に示すように陽極４、正孔注入層８、発光層９、陰極６という順で積層した層）の作製方法は以下の通りである。基板１上に酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）をスパッタリング法により成膜し、これを陽極４とした。ここでのＩＴＯの膜厚は１００ｎｍで、シート抵抗は２０Ω／□であった。そして、形成したＩＴＯを２ｍｍ×５０ｍｍの帯になるように、メタルマスクを用いてパターンニングした。なお、２ｍｍ×５０ｍｍの帯は図４中のＩＴＯパターン部１１で示すように基板１上に５本作製した。
【００３７】
続いて、陽極４であるＩＴＯ層上に、正孔注入層８、発光層９、陰極６の順で各層を抵抗加熱式真空蒸着法により成膜した。この有機ＥＬ層５の作製で使用した真空蒸着装置（不図示）は、真空槽上部に設置した基板に対し、この下方２５０ｍｍの距離に、蒸着する材料を充填したモリブテン製のボートを設置し、基板への入射角が３８度になるように配置した。基板回転数は毎分３０回転とした。また、本実施例における成膜（蒸着）条件は、圧力が５×１０^-7Ｔｏｒｒに到達した時点で蒸着を開始させ、基板横に装着した水晶振動子式膜厚制御装置により蒸着速度を制御させたものである。なお、蒸着速度を毎秒０．１５ｎｍとし、正孔注入層としてＮ,Ｎ’−ジフェニル−Ｎ−Ｎ−ビス（１−ナフチル）−１,１’−ビフェニル）−４,４’−ジアミン（以下、α−ＮＭＰと略す）を５０ｎｍ、発光材料としてトリス（８−キノリノール）アルミニウム（以下、ＡｌＱと略す）を７０ｎｍ、そして、陰極としてマグネシウム銀合金を蒸着速度比１０：１で共蒸着により１５０ｎｍと、順次形成して、有機ＥＬ素子を作製した。なお、陰極はメタルマスクを用いて、図５で示されるパターン（陰極パターン１２）を形成した。従って、陰極４と陽極６のパターン形状から、本実施例の有機ＥＬ素子では、図６で示すように基板１内に２ｍｍ×２ｍｍサイズの有機ＥＬ発光部１３が５個形成されることになる。
【００３８】
（実施例２）
実施例２は、実施例１の構造、作製プロセスの中で、回折格子２のピッチのみ変更したもので、ピッチを幅０．０５μｍ、間隔０．０５μｍ、深さ１００ｎｍとした。
【００３９】
（実施例３）
実施例３は、実施例１の構造、作製プロセスの中で、５０ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板（ＨＯＹＡ製 ＮＡ４５、１．１ｍｍ厚）を、フッ化水素酸標準液に浸漬し、基板表面を荒らすことで、散乱部の形成を行った。
【００４０】
続いて、この散乱部の埋め込み、中間層３の作製、有機ＥＬ層５の作製を実施例１と同じ条件で行い、有機ＥＬ素子を作製した。
【００４１】
（実施例４）
実施例４は、実施例１の構造、作製プロセスの中で、５０ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板（ＨＯＹＡ製 ＮＡ４５、１．１ｍｍ厚）の表面を紙ヤスリ＃３００で擦ることによって、基板表面を荒らして、散乱部の形成を行った。
【００４２】
続いて、この散乱部の埋め込み、中間層３の作製、有機ＥＬ層５の作製を実施例１と同じ条件で行い、有機ＥＬ素子を作製した。
【００４３】
（実施例５）
実施例５の有機ＥＬ素子の構造を図７に示す。
【００４４】
実施例１と同じ条件で回折格子を作製し、回折格子の埋め込みを行った。そして、Ｓｉ₃Ｎ₄膜の平坦化を行った。この平坦化工程は機械研磨によるもので、Ｓｉ₃Ｎ₄膜の回折格子２直上から残膜量が１０ｎｍ以内になるようにＳｉ₃Ｎ₄膜を削り落とした。この後、実施例１と同じ条件で、Ｓｉ₃Ｎ₄膜上に中間層３としてＳｉＯ₂膜を厚さ５０ｎｍになるように形成し、このＳｉＯ₂膜上に、図７に示すように陽極４、有機層５、陰極６という順で形成し、有機ＥＬ素子を作製した。有機層５は陽極４の上に正孔注入層８、発光層９、陰極６という順で積層した層である。
【００４５】
（実施例６）
実施例６は、実施例５の構造、作製プロセスの中で、中間層３であるＳｉＯ₂膜の膜厚を２０ｎｍに変更したものである。
【００４６】
（実施例７）
実施例７は、実施例５の構造、作製プロセスの中で、中間層３であるＳｉＯ₂膜の膜厚を２００ｎｍに変更したものである。
【００４７】
（実施例８）
実施例８は、実施例５の構造、作製プロセスの中で、中間層３の材料を窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）膜にしたものである。なお、Ｓｉ₃Ｎ₄膜の膜厚は５０ｎｍとした。
【００４８】
（実施例９）
実施例９は、実施例８の構造、作製プロセスの中で、中間層３であるＳｉ₃Ｎ₄膜の膜厚を１００ｎｍに変更したものである。
【００４９】
（実施例１０）
実施例１０は、実施例８の構造、作製プロセスの中で、中間層３であるＳｉ₃Ｎ₄膜の膜厚を３００ｎｍに変更したものである。
【００５０】
（実施例１１）
実施例１１は、実施例５の構造、作製プロセスの中で、中間層３の材料を酸化チタン（ＴｉＯ₂）膜にしたものである。なお、ＴｉＯ₂膜の膜厚は５０ｎｍとした。
【００５１】
（実施例１２）
実施例１２は、実施例５の構造、作製プロセスの中で、中間層３の材料を酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）膜にしたものである。なお、ＺｒＯ₂膜の膜厚は５０ｎｍとした。
【００５２】
（実施例１３）
実施例１３は、実施例５の構造、作製プロセスの中で、中間層３の材料を５酸化２タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）膜にしたものである。なお、Ｔａ₂Ｏ₅膜の膜厚は５０ｎｍとした。
【００５３】
（実施例１４）
実施例１４は、実施例５の構造、作製プロセスの中で、中間層３の材料をインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜にしたものである。なお、ＩＴＯ膜の膜厚は５０ｎｍとした。
【００５４】
（実施例１５）
実施例１６は、実施例５の構造、作製プロセスの中で、中間層の製膜方法のみ変更したものである。中間層（ＳｉＯ₂）の成膜はＳｉＯ₂膜の成膜用ゾルゲル法塗布液（Ｓｉ−０５Ｓ 高純度化学研究所製）を用いてスピンコート法により行った。なお、スピンコートは回転数を２０００〜５０００ｒｐｍで行い、ゾルゲル塗布液の焼成は５００℃、４時間で行った。また、ＳｉＯ₂膜厚は５０ｎｍであった。
【００５５】
（実施例１６）
実施例１６は、実施例１１の構造、作製プロセスの中で、中間層３の製膜方法のみ変更したものである。中間層（ＴｉＯ₂）の成膜はＴｉＯ₂膜の成膜用有機金属分解法塗布液（Ｔｉ−０５ 高純度化学研究所製）を用いてスピンコート法により行った。なお、スピンコートは回転数を２０００〜５０００ｒｐｍで行い、塗布液の焼成は４００℃、２時間で行った。また、ＴｉＯ₂膜厚は５０ｎｍであった。
【００５６】
（実施例１７）
実施例１７は、実施例１２の構造、作製プロセスの中で、中間層の製膜方法のみ変更したものである。中間層（ＺｒＯ₂）の成膜はＺｒＯ₂膜の成膜用有機金属分解法塗布液（Ｚｒ−０５−Ｐ 高純度化学研究所製）を用いてスピンコート法により行った。なお、スピンコートは回転数を２０００〜５０００ｒｐｍで行い、塗布液の焼成は４００℃、２時間で行った。また、ＺｒＯ₂膜厚は５０ｎｍであった。
【００５７】
（実施例１８）
実施例１８は、実施例５の構造、作製プロセスの中で、中間層３の平坦化プロセスのみ変更したもので、溝加工膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）の平坦化にＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）プロセスを用いた。このＣＭＰプロセスでは、研磨パッドにＳｕｂａ４００、研磨スラリーに、粒径２００ｎｍのコロイダルシリカ研磨液を使用した。また、研磨機は市販のＣＭＰ装置を使用した。
【００５８】
（実施例１９）
実施例１９は、実施例５の構造、作製プロセスの中で、中間層３の平坦化プロセスのみ変更したもので、リアクティブ・イオン・エッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）プロセス（以下、ＲＩＥプロセスと略す）を用いた。このＲＩＥプロセスは、材料ガスにテトラフルオロメタン（ＣＦ₄）ガスを用いて、市販のＲＩＥ装置を用いて行った。
【００５９】
（実施例２０）
実施例２０は、実施例５の構造、作製プロセスの中で、回折格子２の溝加工膜の材料のみ変更したもので、溝加工膜として、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜を用いた。なお、ＩＴＯ膜の成膜はスパッタリング法で行い、膜厚は２００ｎｍで屈折率は１．８３であった。
【００６０】
（実施例２１）
実施例２１は、実施例５の構造、作製プロセスの中で、回折格子の溝加工膜の材料のみ変更したもので、埋め込み膜として、酸化チタン（ＴｉＯ₂）膜を用いた。なお、ＴｉＯ₂膜の成膜はスパッタリング法で行い、膜厚は２００ｎｍで屈折率は２．１であった。
【００６１】
（実施例２２）
実施例２２は、実施例５の構造、作製プロセスの中で、回折格子の溝加工膜の材料のみ変更したもので、埋め込み膜として、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）膜を用いた。なお、ＺｒＯ₂膜の成膜はスパッタリング法で行い、膜厚は２００ｎｍで屈折率は２．０４であった。
【００６２】
（比較例１）
比較例１に用いる有機薄膜エレクトロルミセント素子の作製手順を示す。図８に比較例１の構造図である。
【００６３】
図８において素子構成は、ガラス基板３１、陽極（ＩＴＯ）３２、正孔注入層（α−ＮＭＰ）３３、発光層（ＡｌＱ）３４、陰極（ＭｇＡｇ）３５という順で積層したものである。
【００６４】
５０ｍｍ×２５ｍｍのガラス基板３１（ＨＯＹＡ製 ＮＡ４５、１．１ｍｍ厚）上に酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）をスパッタリング法により成膜し、これを陽極３２とした。ＩＴＯの膜厚は１００ｎｍ、シート抵抗は２０Ω／□であった。そして、形成したＩＴＯを２ｍｍ×５０ｍｍの帯になるように、メタルマスクを用いてパターンニングした。
【００６５】
続いて、陽極３２のＩＴＯ層上に、正孔注入層３３、発光層３４、陰極３５の順で各層を積層した。なお、有機層（正孔注入層３３、発光層３４）と陰極３５との成膜は抵抗加熱式真空蒸着法を用いて行った。
【００６６】
以下に、真空蒸着法による成膜手順について詳しく説明する。使用した真空蒸着装置は、真空槽上部に設置した基板に対し、この基板の下方２５０ｍｍの距離に、蒸着する材料を充填したモリブテン製のボートを設置し、基板への入射角が３８度になるように配置されている。基板回転数は毎分３０回転とした。比較例１における成膜（蒸着）では、圧力が５×１０^-7Ｔｏｒｒに到達した時点で蒸着を開始させ、基板横に装着した水晶振動子式膜厚制御装置により蒸着速度を制御した。なお、蒸着速度を毎秒０．１５ｎｍとし、正孔注入層としてＮ,Ｎ’−ジフェニル−Ｎ−Ｎ−ビス（１−ナフチル）−１,１’−ビフェニル）−４,４’−ジアミン（以下、α−ＮＭＰと略す）を５０ｎｍ、発光材料としてトリス（８−キノリノール）アルミニウム（以下、ＡｌＱと略す）を７０ｎｍ、そして、陰極としてマグネシウム銀合金を蒸着速度比１０：１で共蒸着により１５０ｎｍと、順次積層して、有機ＥＬ素子を作製した。
【００６７】
（比較例２）
石英ガラス（１．１ｍｍ厚）上に陽極、正孔注入層、発光層、陰極を順次積層し、有機ＥＬ素子の作製を行った。なお、陽極以降の工程は、比較例１と同じ条件で行った。
【００６８】
（比較例３）
比較例３は、実施例１の構造、作製プロセスの中で、中間層のみ取り除いたものである。
【００６９】
（比較例４）
比較例４は、実施例２の構造、作製プロセスの中で、中間層のみ取り除いたものである。
【００７０】
（比較例５）
比較例５は、実施例３の構造、作製プロセスの中で、中間層のみ取り除いたものである。
【００７１】
（比較例６）
比較例６は、実施例４の構造、作製プロセスの中で、中間層のみ取り除いたものである。
【００７２】
（比較例７）
比較例７は、実施例５の構造、作製プロセスの中で、中間層のみ取り除いたものである。
【００７３】
（比較例８）
比較例８は、実施例１８の構造、作製プロセスの中で、中間層のみ取り除いたものである。
【００７４】
（比較例９）
比較例９は、実施例１９の構造、作製プロセスの中で、中間層のみ取り除いたものである。
【００７５】
（比較例１０）
比較例１０は、実施例２０の構造、作製プロセスの中で、中間層のみ取り除いたものである。
【００７６】
（比較例１１）
比較例１１は、実施例２１の構造、作製プロセスの中で、中間層のみ取り除いたものである。
【００７７】
（比較例１２）
比較例１２は、実施例２２の構造、作製プロセスの中で、中間層のみ取り除いたものである。
【００７８】
（評価）
実施例１〜２２、比較例１〜１２の有機ＥＬ素子について評価１〜評価６の特性評価を行った。なお、実施例、比較例の基板では、図９で示すように基板１上に２ｍｍ×２ｍｍサイズの５つの発光部（位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃ、位置Ｄ、位置Ｅ）を有している。
【００７９】
「評価１」発光効率
有機ＥＬ素子に１０Ｖの電圧を印加して電流密度（ｍＡ／ｃｍ²）と輝度（ｃｄ）を測定し、輝度／電流密度から発光効率（ｃｄ／ｍ²）を算出した。なお、測定は輝度計を用いて測定位置は基板の中心部とした。また、この発光効率の評価は、各基板上の４つの発光部（図９中の位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃ、位置Ｄ）について行った。
【００８０】
「評価２」発光特性
有機ＥＬ素子に１０Ｖの電圧印加して、発光部の発光状態を観察した。この観察は目視で行い、下記の指標により発光特性を判断した。また、この評価は、各基板上の４つの発光部（位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃ、位置Ｄ）にて行った。
○：すべての発光部全面で良好な発光を示す。
△：局部的な非発光部が観察される。
×：発光しない発光部が観察される。
【００８１】
「評価３」寿命評価
有機ＥＬ素子に５ｍＡ／ｃｍ²の直流電流を１００時間印加し、寿命を測定した。この評価は、印加後１００時間の時の発光効率（Ｅａ）と電流印加後２分以内の発光効率（Ｅｂ）との間の変化率（Ｅａ／Ｅｂ）を算出し、下記の指標により寿命性能を判断した。なお、この寿命測定は、発光部Ｅにて測定した。
○ ：Ｌａ／Lｂが０．９０以上
△ ：Lａ／Lｂが０．８０以上０．９０未満
× ：Lａ／Lｂが０．８０未満
「評価４」基板内での特性バラツキの評価
各実施例、各比較例における基板面内の発光効率のバラツキを評価した。この評価は、各基板での４つ発光部位（位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃ、位置Ｄ）のおける発光効率を測定して、４つの発光部の中で最大の値を示すものをＥmaｘ、最小の値を示すものをＥminとして、下記に示す判断指標を用いてのバラツキを判断した。なお、発光効率の評価は上記評価１と同様に１０Ｖの電圧印加時の発光効率を測定したものである。
○ ：Ｅmin／Ｅmaｘが０．９０以上
△ ：Ｅmin／Ｅmaｘが０．８０以上０．９０未満
× ：Ｅmin／Ｅmaｘが０．８０未満
「評価５」製造安定性１（良好な発光の再現性確認）
各実施例、各比較例で示す基板について同じ製造条件で各々３枚づつ作製し、製造安定性（良好な発光の再現性確認）を評価した。この評価は、製造再現性確認のために作製した３枚の基板における素子の発光状態を目視で観察し、下記の指標で評価した。また、この評価は、３枚の基板各々で４つの発光部（位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃ、位置Ｄ）を観察しており、合計１２個の発光部で観察している。
○：すべての発光部で良好な発光を示す。
△：局部的な非発光部が観察される。
×：発光しない発光部が観察される。
【００８２】
「評価６」製造安定性２（発光効率の再現確認）
各実施例、各比較例で示す基板について同じ製造条件で各々３枚ずつ作製し、製造安定性（発光効率の再現確認）を評価した。この評価は、製造安定性評価で作製した３枚の基板で４つの発光部位（位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃ、位置Ｄ）（合計１２個 ４個の発光部×３個の基板）で効率を測定した。再現性の判断は、１２個の発光部での測定値の中で、最大の値を示すものをＥmaｘ、最小の値を示すものをＥminとして、下記に示す指標を用いて行った。なお、発光効率の評価は上記評価１と同様に１０Ｖの電圧印加時の発光効率を測定したものである。
○ ：Ｅmin／Ｅmaｘが０．９０以上
△ ：Ｅmin／Ｅmaｘが０．８０以上０．９０未満
× ：Ｅmin／Ｅmaｘが０．８０未満
「評価７」製造安定性３（素子寿命の再現確認）
各実施例、各比較例で示す基板について同じ製造条件で各々３枚ずつ作製し、製造安定性（素子寿命の再現確認）を評価した。この寿命評価は、有機ＥＬ素子に５ｍＡ／ｃｍ²の直流電流を１００時間印加し、この時の発光効率を測定するもので、各基板の発光部Ｅにて評価した。なお、寿命再現性の判断は、各３枚の基板における評価値の中で、最大の値を示すものをＬmaｘ、最小の値を示すものをＬminとして、下記に示す指標により判断した。
○ ：Ｌmin／Ｌmaｘが０．９０以上
△ ：Ｌmin／Ｌmaｘが０．８０以上０．９０未満
× ：Ｌmin／Ｌmaｘが０．８０未満
【００８３】
【表１】

【００８４】
【表２】

【００８５】
【表３】

【００８６】
【表４】

【００８７】
以上の実施例、比較例の結果の通り、本発明の有機エレクトロルミネセンス素子は、発光状態が良好で、かつ高い発光効率を有する。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、有機エレクトロルミネセンス素子において、回折格子、散乱部、グレーティングまたは偏光フィルターである光学要素を有する基板の上に中間層を介して、陽極と陰極の間に発光層を含む１層以上の有機層を設けることにより、良好な発光特性を持ち、高い発光効率を有する有機エレクトロルミネセンス素子を安定的に作製することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機エレクトロルミネセンス素子の構成図である。
【図２】回折格子の断面図である。
【図３】本発明に関わる有機エレクトロルミネセンス層の概略図である。
【図４】本発明の有機エレクトロルミネセンス素子で用いたＩＴＯパターンの概略図である。
【図５】本発明の有機エレクトロルミネセンス素子での陽極形成マスクの概略図である。
【図６】本発明の有機エレクトロルミネセンス素子の発光部の概略図である。
【図７】実施例５の構造図である。
【図８】比較例１の構造図である。
【図９】評価で使用した発光部位置の概略図
【符号の説明】
１ 基板
２ 回折格子
３ 中間層
４ 陽極（ＭｇＡｇ）
５ 有機ＥＬ層
６ 陰極（ＩＴＯ）
８ 正孔注入層（α-ＮＭＰ）
９ 発光層（ＡｌＱ）
１１ ＩＴＯパターン部
１２ 陰極パターン
１３ 有機ＥＬ発光部
３１ ガラス基板
３２ 陽極（ＩＴＯ）
３３ 正孔注入層（α-ＮＭＰ）
３４ 発光層（ＡｌＱ）
３５ 陰極（ＭｇＡｇ）

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板上に位置する回折格子、散乱部、グレーティングまたは偏光フィルターである光学要素と、
   前記光学要素上に位置する溝加工膜と、
   前記溝加工膜上に位置し、前記溝加工膜とは異なる材料からなる中間層と、
   前記中間層上に位置する陽極と、
   前記陽極上に位置する発光層を含む有機層と、
   前記有機層上に位置する陰極と、を含み、
   前記中間層を構成する材料の屈折率が前記陽極を構成する材料の屈折率よりも小さく、かつ前記中間層の膜厚が１０〜２００ｎｍであ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。
2. 基板と、
   前記基板上に位置する回折格子、散乱部、グレーティングまたは偏光フィルターである光学要素と、
   前記光学要素上に位置する溝加工膜と、
   前記溝加工膜上に位置し、前記溝加工膜とは異なる材料からなる中間層と、
   前記中間層上に位置する陽極と、
   前記陽極上に位置する発光層を含む有機層と、
   前記有機層上に位置する陰極と、を含み、
   前記中間層を構成する材料の屈折率が前記陽極を構成する材料の屈折率よりも大きく、かつ前記中間層の膜厚が１０〜３００ｎｍであ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。
3. 前記中間層は前記光学要素からその上に厚さ５０ｎｍ以内にある、請求項１または２のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
4. 前記中間層を形成する材料が、前記光学要素を構成する材料と同一材料、もしくは異なる材料であり、前記中間層の透過率が７０％以上である、請求項１から３のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
5. 前記中間層を形成する材料が酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ_２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、５酸化２タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、薄膜ダイアモンドのいずれかである、請求項１から４のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
6. 前記中間層の形成方法がスピンコート法である、請求項１から５のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
7. 前記中間層を付着させる基板の表面に平坦化工程を施し、その平坦化工程が研磨プロセス、またはリアクテイブ・イオン・エッチングのいずれかである、請求項１から６のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
8. 前記光学要素が２種の屈折率が異なる材料から形成され、これら２種の材料における屈折率差が０．３以上である、請求項１から７のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス素子。

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