WO2008032557A1

WO2008032557A1 - Organic electroluminescence element, and illuminating device and display device provided with the organic electroluminescence element

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Publication number: WO2008032557A1
Application number: PCT/JP2007/066613
Authority: WO
Inventors: Mitsuru Yokoyama
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2008-03-20
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Description

明細書

有機エレクト口ルミネッセンス素子並びにこれを備えた照明装置及び表示装置

技術分野

[0001] 本発明は、白色光を発する有機エレクト口ルミネッセンス素子並びにこれを備えた照明装置及び表示装置に関する。

背景技術

[0002] 発光素子である有機エレクト口ルミネッセンス素子（以下有機 EL素子とする）は、発光材料を選択することによって適当な色彩に発光させることができる。また、発光材料を適当に組み合わせることにより白色光を得ることもできるため、液晶表示装置において照明装置であるバックライト、また低消費電力かつ高輝度であるため蛍光灯やタングステン球に代わる照明光源として利用することが期待されている。

[0003] 有機 EL素子が液晶表示装置のバックライトとして用いられる場合、液晶パネルの裏面に配置され、その照射光が液晶パネルの液晶層によって変調されることで画像表示がなされる。ノックライトとしては、有機 EL素子の他に発光ダイオード（以下 LEDとする）や陰極管が現在広く用いられている。 LEDは点光源、陰極管は線光源であるため、これらの光源から発した光を導光板によって液晶パネルの背面に導く必要があり、装置が厚くなる、光量にムラを生じる、などの欠点がある。しかし、有機 EL素子は面光源であるため、導光板は不要であり、また光量にムラがなく一様な照射光が得られる。

[0004] ここで、図 20を用いて一般的な有機 EL素子の構成について説明する。有機 EL素子 110は、ガラスなどからなる透明基板 111に、第 1の電極 112、発光層 114および第 2の電極 115が順に設けられている。第 1の電極 112は、透明基板 111にスパッタリングなどによって ITO (Indium Tin Oxide)または IZO (Indium Zinc Oxide) 膜を成膜して形成した、透明なものである。発光層 114は、第 1の電極 112に有機発光材料を成膜して形成する。第 2の電極 115は、発光層 114に真空蒸着法などによつて金属を蒸着して形成する。 [0005] 発光層 114では、第 1の電極 112と第 2の電極 115との間に電圧を印加することによって陽極である第 1の電極 112から注入された正孔と陰極である第 2の電極 115から注入された電子とが再結合して発光する。この光が第 1の電極 112および透明基板 111を透過することで、使用者には有機 EL素子 110が発光して見える。発光層 1 14は添加するドーパントによって発する光の波長を変化させることが可能である。

[0006] 有機 EL素子 110で白色の光を得る方法としては、 2波長の光を混合する方法（2波長型）と、 3波長の光を混合する方法（3波長型）とがある。

[0007] 2波長型としては、

1.発光層 114に青色およびその補色である橙色を発光させる方法 (EL + EU

2.青色に発光する単層の発光層 114の近傍にその発光を吸収して橙色の蛍光を発する蛍光体またはリン光を発するリン光体を設ける方法 (EL + PL)

とが挙げられる。 1.の EL + ELの場合、発光層 114は、各色に発光する層を別の層としてもよいし、単層に各色に発光するドーパントを混合して、 2色の光の混合により白色に発光するものとしてもよい。なお、 ELは Electro Luminescenceを、 PLは P hoto Luminescenceを,き、味す。

[0008] 3波長型としては、

1.発光層 114に青色、緑色および赤色を発光させる方法（EL + EL + EU

2.青色に発光する単層の発光層 114の近傍にその発光を吸収して緑色および赤色に発光する蛍光体またはリン光体を設ける方法 (EL + PL + PL)

3.紫外線を発する単層の発光層 114の近傍にその発光を吸収して青色、緑色および赤色に発光する蛍光体またはリン光体を設ける方法（EL + PL + PL + PU とが挙げられる。 1.の EL + EL + ELの場合、発光層 114は、各色に発光する層を別の層としてもよいし、単層に各色に発光するドーパントを混合して、 3色の光の混合により白色に発光するものとしてもよい。

[0009] また、演色性を向上させるために青色、緑色、赤色の 3色に青緑色を加える 4波長型なども考えられる。

[0010] 発光層 114の発光には、添加するドーパントによって一般に蛍光とリン光の 2種類があるが、現在の技術水準において、それぞれ発する色の発光効率および発光寿命について表 1に示すような特徴がある。表 1において、「可」は「優良」、「良好」よりは劣るが実用は不可能ではなレ、レベルであることを示して!/、る。

[表 1]

[0011] 表 1から分かるように、蛍光、リン光とも緑色の発光については他の色と比べて発光効率、発光寿命ともほぼ優れている。しかし、蛍光では青色の発光寿命、赤色の発光効率および発光寿命については緑色より劣っており、リン光では青色の発光寿命が他の色と比べて非常に短い。

[0012] 有機 EL素子の場合、発光輝度と電流密度がほぼ比例するため、発光輝度を高めるためには印加電圧を高くし、注入電流を増やして電流密度を上げればよい。しかし、発光寿命は電流密度の 1. 5〜2乗に反比例して悪くなるため、できるだけ電流密度を下げて、すなわち印加電圧を低くして、発光した光はできるだけ効率よく使いたいという要求がある。

[0013] また、液晶表示装置のバックライトには、一般に 2000〜4000cd/m²程度の正面輝度が必要である。しかし、白色光源としての有機 EL素子では前述のように各色の発光効率、発光寿命にばらつきがあるため、十分な発光寿命が得られる電流密度とした場合、 1000〜； 1500cd/m²程度の正面輝度しか得られないという問題があった

[0014] 図 20の有機 EL素子 110のような層構成を備える有機 EL素子は、発光層 114で発生した光のうち透明基板 111から外部に出ることができるものの割合、すなわち光の取り出し効率が 15〜20%程度と非常に少ないという問題がある。これは、臨界角以上の角度で透明基板 111と空気との界面、すなわち観察面に入射する光は全反射を起こすため透明基板 111の観察面からは外部に出られないことや、透明基板 111 と第 1の電極 112との界面および第 1の電極 112と発光層 114との界面でも入射角の大きな光が全反射によって第 1の電極 112および発光層 114で導波して透明基板 1 11の観察面から外部に出られず、有機 EL素子 110の側面方向に逃げるためと考えられている。

[0015] この光の取り出し効率を向上させる方法として、特許文献 1では透明基板の光を導出する面を多数の凸レンズ形状として透明基板に集光性を付与する方法、特許文献 2では発光層の光取り出し側の反対側にミラーを設ける方法が提案されている。これらの方法では、微少な素子においては凸レンズ形状の形成が困難、薄い発光層にテ一パー上の加工を施してミラーを形成するのが困難といった問題点がある。また、特許文献 3では基板上に透明電極と、第 1の誘電体層と、発光層と、第 2の誘電体層と背面電極とを順次積層した有機 EL素子にお!/、て透明電極と第 1の誘電体層の間に両者の中間の屈折率を有する第 3の誘電体層を設けて外部への光の透過率を改善する方法が提案されて!/、る力全反射を防ぐことができな!/、。

[0016] これらの問題を解決すベぐ特許文献 4では、上述の有機 EL素子における透明基板と第 1の電極との界面、第 1の電極と発光層との界面などに回折格子を形成し、回折格子で臨界角以上の入射角の光の出射角を臨界角以下に変化させることによつて光の取り出し効率を向上させる方法が提案されている。

[0017] また、特許文献 5では背面金属電極上に発光層と透明導電性膜とガラス板とを順に備えた有機 EL素子において透明導電性膜とガラス板との間に低屈折率体を設け、低屈折率体およびガラス板からの光の取り出し率を向上させる方法が提案されてい

[0018] 特許文献 1 :特開昭 63— 314795号公報 (第 2頁、第 1図）

特許文献 2 :特開平 1 220394号公報 (第 2頁、第 3頁、第 1図）

特許文献 3 :特開昭 62— 172691号公報 (第 2頁、第 3頁、第 1図）

特許文献 4 :特開平 11 283751号公報 (第 3頁、第 4頁、図 2)

特許文献 5：特開 2001— 202827号公報（第 2頁〜第 5頁、図 3)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0019] 特許文献 5で提案された有機 EL素子では、界面の全反射により光が閉じこめられやすい高い屈折率を有する有機層と透明電極層の合わせた層厚を、光の波長よりも十分に小さくしないと、効果が現れにくぐ有機層の設計の自由度が失われるという欠点がある。

[0020] また、特許文献 4で提案された有機 EL素子において用いられた回折格子は、その格子の形状および格子定数によって決定される特定の波長範囲の光だけ回折を起こすため、広い範囲の波長の光が同時に発する白色光源としての有機 EL素子に用いられた場合、光の取り出し効率が特定の波長だけ突出してしまい、色のバランスが崩れ、白色の品位を低下させてしまう可能性がある。

[0021] また、白色光源の有機 EL素子としては、前述のように 2波長型または 3波長型のものがある。液晶のバックライトなどで使用する際の演色性を考慮すると、最低でも赤色 •緑色 ·青色の 3色以上の混色により白色を得ることが望まし!/、。

[0022] ここで、図 3に示す発光スペクトルを有し、白色に発光する有機 EL素子に、 1次元の回折格子を設けて、回折により複数の波長の光の取り出し効率を向上させる場合について説明する。図 3のスペクトルでは、 630nm (赤色）、 520nm (緑色）、 475nm (青緑色）、 450nm (青色）の近傍に発光強度の極大値を有する。よって、回折させても白色の品位を低下させないため、これらの全ての極大値での波長の光について取り出し効率を向上させるには、発光層で発生した光が有機 EL素子中で感じる実効屈折率が 1. 7である場合、例えば、

( 1 )格子定数 d = 4. 08〃mで 1 1次、 13次、 14次、 15次

(2)格子定数 d= 7. 78〃mで 21次、 25次、 28次、 29次

(3)格子定数 d= 21. 86 で 59次、 71次、 77次、 83次

の回折を用いる方法が考えられる。なお、この場合の回折とは、素子を構成している各々の層のいずれかの層間界面で全反射することによって素子外に取り出すことができない光を、屈折率周期構造により基板に垂直な方向に回折させることをいう。この場合、各次数に対応する波長は各々の場合の各次数について前述の順に、 ( 1ノ 6dOnm、 53dnm、 495nm、 462nm

(2) 6dOnm 529nm、 473nm、 45り nm

(3) 630腹、 524腹、 483應、 448應

となる。 [0023] この方法では、

1.力、なり大きな次数の回折を利用しているので、大きな回折効率が期待できない上に、より次数の低い回折による不要な回折光が多ぐ光取り出しの効果が少ない、

2. 1次元格子であるため、光の進む方向が屈折率変調の方向（格子に垂直な方向 )からずれるにしたがって、回折される波長もずれ、回折効率も落ちる上に、光の進む方向が屈折率変調の方向に対して垂直な方向（格子と平行な方向）になると、回折そのものが起きなくなる、

といった欠点がある。

[0024] そこで、本発明は、可視光領域で 3色以上の波長の光に強く作用する 2次元回折格子を設けることによって、高輝度、高品位の白色光を得ることのできる白色有機 EL 素子並びにこれを備えた表示装置及び照明装置を提供することを目的とする。課題を解決するための手段

[0025] 上記目的を達成するために本発明は、白色光を発する有機エレクト口ルミネッセンス素子において、基板と、前記基板上に形成された第 1の電極と、前記第 1の電極上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された第 2の電極と、を備え、前記基板の内部の前記第 1の電極の近傍、前記基板と前記第 1の電極との界面、前記第 1の電極と前記発光層との界面および前記発光層と前記第 2の電極との界面のうち 1個以上の部分に、 2次元の並進対称性を有する屈折率分布を設け、前記屈折率分布の周期性により、前記発光層において発した白色光に含まれる可視光領域の 3個以上の波長の光を回折させることを特徴とする。

[0026] また本発明は、白色光を発する有機エレクト口ルミネッセンス素子において、基板と、前記基板上に形成された第 1の電極と、前記第 1の電極上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された第 2の電極と、を備え、前記基板の内部の前記第 1の電極の近傍および前記基板と前記第 2の電極との間の各層間の界面のうち、 1個以上の部分に、 2次元の並進対称性を有する屈折率分布を設け、前記屈折率分布の周期性により、前記発光層において発した白色光に含まれる可視光領域の 3個以上の波長の光を回折させることを特徴とする。

[0027] また本発明は、白色光を発する有機エレクト口ルミネッセンス素子において、基板と、前記基板上に形成された第 1の電極と、前記第 1の電極上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された第 2の電極と、を備え、前記基板と前記第 2の電極との間に、 2次元の並進対称性を有する屈折率分布を設け、前記屈折率分布の周期性により、前記発光層において発した白色光に含まれる可視光領域の 3個以上の波長の光を回折させることを特徴とする。

発明の効果

[0028] 本発明によると、白色光を発する有機 EL素子において、内部に設けた 2次元の並進対称性を有する屈折率分布の周期性により、これらの界面に臨界角以上の入射角で入射する発光層からの光のうち可視光領域の 3個以上の波長の光を回折させることで、白色光の品位を下げることなく輝度を向上させることができる。

[0029] また本発明によると、上記構成の有機 EL素子を備えることによって、高輝度、長寿命の照明装置を得ることができる。また、液晶パネルと上記構成の有機 EL素子を備えることによって、高輝度、長寿命のバックライトを備えた表示装置を得ることができる

[0030] この照明装置または表示装置において、有機 EL素子の液晶パネルに対向する面に複屈折性を有するシートおよび光の拡散性を有するシートのうち少なくとも一方を設けること、または有機 EL素子の透明基板が複屈折性と光の拡散性のうち少なくとも一方を有するものとすることによって、液晶パネルによって有機 EL素子からの光が偏光しても白色のバランスが崩れないため、表示装置の表示画像を鮮明なものとすること力 Sできる。

図面の簡単な説明

[0031] [図 1]は、本発明の第 1の実施形態に力、かる有機 EL素子の概略構成図である。

[図 2]は、本発明の第 1の実施形態にかかる斜交格子の回折格子の拡大した部分平面図である。

[図 3]は、回折格子を設けていない有機 EL素子の発光スペクトルである。

[図 4]は、図 3の発光スペクトルを 510nm近傍で規格化したものである。

[図 5]は、本発明の第 2の実施形態にかかる正方格子の回折格子の拡大した部分平面図である。園 6]は、本発明の第 2の実施形態に力、かる別の正方格子の回折格子の拡大した部分平面図である。

[図 7]は、本発明の第 3の実施形態にかかる三角格子の回折格子の拡大した部分平面図である。

[図 8]は、本発明の別の実施形態にかかる単純長方格子の回折格子の拡大した部分平面図である。

園 9]は、本発明の別の実施形態に力、かる面心長方格子の回折格子の拡大した部分平面図である。

園 10]は、本発明の別の実施形態に力、かる有機 EL素子の概略構成図である。園 11]は、本発明の別の実施形態に力、かる有機 EL素子の概略構成図である。園 12]は、本発明の別の実施形態に力、かる有機 EL素子の概略構成図である。園 13]は、本発明に力、かる表示装置の斜視図である。

園 14]は、本発明にかかる照明装置の斜視図である。

[図 15]は、実施例に力、かる有機 EL素子の概略構成図である。

[図 16]は、参照用の有機 EL素子の発光スペクトルである。

[図 17]は、実施例 1にかかる有機 EL素子と参照用の有機 EL素子の発光スペクトルである。

[図 18]は、実施例 2にかかる有機 EL素子と参照用の有機 EL素子の発光スペクトルである。

[図 19]は、実施例 3にかかる有機 EL素子と参照用の有機 EL素子の発光スペクトルである。

園 20]は従来の有機 EL素子の概略構成図である。

符号の説明

10 有機 EL素子

11 透明基板

12 第 1の電極

13 回折格子

14 発光層 15 第 2の電極

20 液晶表示装置

21 液晶パネル

22 ノックライト

40 照明装置

41 枠体

発明を実施するための最良の形態

[0033] 〈第 1の実施形態〉

本発明の第 1の実施形態について、図を用いて説明する。図 1は、第 1の実施形態にかかる有機 EL素子の概略構成図、図 2は回折格子の拡大した部分平面図である

[0034] まず、有機 EL素子 10の構成について説明する。図 1に示すように、有機 EL素子 1 0は、透明基板 11に、第 1の電極 12、回折格子 13、発光層 14および第 2の電極 15 が順に設けられている。

[0035] 透明基板 11としては、透明であればガラスや樹脂などの材料を用いることができる。ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はないが、好ましく用いられるものとしては、ガラス、石英、透明樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましいものは、有機 EL素子 10にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。樹脂フィルムの表面には、無機物、有機物の被膜またはその両者のハイブリッド被膜が形成されていてもよく、水蒸気透過度が 0. 01g/m²' day atm以下のバリア性フィルムであること力 S好ましく、更には、酸素透過度 10_³g/m²/day以下、水蒸気透過度 10_⁵g/ m²/day以下の高バリア性フィルムであることが好ましい。

[0036] 該バリア膜を形成する材料としては、水分や酸素など素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよぐ例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素などを用いることができる。更に該膜の脆弱性を改良するためにこれら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることがより好ましい。無機層と有機層の積層順については特に制限はないが、両者を交互に複数回積層させることが好ましい。 [0037] 該ノリア膜の形成方法については、特に限定はなぐ例えば真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマ CVD 法、レーザー CVD法、熱 CVD法、コーティング法などを用いることができる力特開 2004— 68143号に記載されているような大気圧プラズマ重合法によるものが特に好ましい。

[0038] 陽極である第 1の電極 12としては、仕事関数の大きい (4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としては Au等の金属、 Cul、 ITO (Indium Tin Oxide )、 SnO、 ZnO等の導電性透明材料が挙げられる。第 1の電極 12はこれらの電極物

2

質を蒸着やスパッタリング等の方法により、透明基板 11上に薄膜を形成させ、フォトリソグラフィ等の手法で所望の形状のパターンを形成する。第 1の電極 12より発光を取り出す場合には、透過率を 10%より大きくすることが望ましぐまた陽極としてのシート抵抗は数百 Ω /口以下が好ましい。更に膜厚は材料にもよる力通常 10〜； 1000η m、好ましくは 10〜200nmの範囲で選ばれる。また、第 1の電極 12には、発光層 14 との界面に回折格子 13が形成されている。

[0039] 陰極である第 2の電極 15としては、仕事関数の小さい（4eV以下）金属（電子注入性金属と称する）、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム一力リウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム /酸化アルミニウム (Al O )混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希

2 3

土類金属等が挙げられる。第 2の電極 15はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製すること力 Sできる。また、陰極としてのシート抵抗は数百 Ω /口以下が好ましぐ膜厚は通常101 111〜5 111、好ましくは 5 0〜200nmの範囲で選ばれる。

[0040] 発光層 14は、第 1の電極 12、第 2の電極 15、後述する電子輸送層及び正孔輸送層から注入されてくる電子及び正孔が再結合して燐光もしくは蛍光を発する層であり、発光する部分は発光層 14の層内であっても発光層 14と隣接層との界面であってもよい。

[0041] 近年、プリンストン大から励起三重項からの燐光発光を用いる有機 EL素子の報告力 Sされて以来（M. A. Baldo et al. , nature, 395巻、 151〜； 154頁（1998年））、室温で燐光を示す材料の研究が活発になってきている（例えば、 M. A. Baldo et al. , nature, 403巻、 17号、 750〜753頁（2000年）、米国特許第 6, 097, 147 号明細書等）。励起三重項を使用すると、内部量子効率の上限が 100%となるため、励起一重項の場合に比べて原理的に発光効率が最大 4倍となり、発光効率を著しく向上させること力 Sでさる。

[0042] The 10th International Workshop on Inorganic and Organic Elect roluminescence (EL' 00,浜松）では、燐光性化合物についていくつかの報告がなされている。例えば、 Ikaiらはホール輸送性の化合物を燐光性化合物のホストとして用いている。また、 M. E. Tompsonらは各種電子輸送性材料を燐光性化合物のホストとして、これらに新規なイリジウム錯体をドープして用いている。更に、 Tsutsuiらはホールブロック層の導入により高い発光効率を得ている。

[0043] 燐光性化合物のホスト化合物については、例えば、 C. Adachi et al. , Appl. Ρ hys. Lett. , 77巻、 904頁（2000年）等 ίこ詳しく記載されてレヽる。

[0044] また、ホスト化合物、及びドーパント化合物として燐光性化合物を各々含有する発光層を有する素子において、前記ホスト化合物として力ルバゾール誘導体を適用した例としては、 4, 4' —Ν, N' —dicarbazole— biphenyKCBP)等が最も一般的である。 CBP以外の力ルバゾール誘導体としては、特開 2001— 257076号公報、同 2002— 105445号公幸等に高分子タイプ力同 2001— 313179号公幸 I同 2002 — 75645号公報等、中でも特定構造を有する力ルバゾール誘導体が記載されて!/ヽ

[0045] これら従来の化合物においては、発光輝度および耐久性を両立しうる構成が課題で、特に、緑色より短波な発光については緑より長波長に比べて発光効率が低いことが課題となっている。

[0046] 本発明の有機 EL素子 10の発光層 14においても、以下に示すホスト化合物とリン光性化合物（リン光発光性化合物とも!/、う）が含有されることが好まし!/、。

[0047] 公知のホスト化合物の具体例としては、以下の文献に記載されている化合物が挙げられる。特開 2001— 257076号公報、特開 2002— 308855号公報、同 2001— 313179号公報、同 2002— 319491号公報、同 2001— 357977号公報、同 2002

— 334786号公報、同 2002— 8860号公報、同 2002— 334787号公報、同 2002

— 15871号公報、同 2002— 334788号公報、同 2002— 43056号公報、同 2002

— 334789号公報、同 2002— 75645号公報、同 2002— 338579号公報、同 200 2— 105445号公報、同 2002— 343568号公報、同 2002— 141173号公報、同 2 002— 352957号公報、同 2002— 203683号公報、同 2002— 363227号公報、同 2002— 231453号公報、同 2003— 3165号公報、同 2002— 234888号公報、同 2003— 27048号公報、同 2002— 255934号公報、同 2002— 260861号公報、同 2002— 280183号公報、同 2002— 299060号公報、同 2002— 302516号公報、同 2002— 305083号公報、同 2002— 305084号公報、同 2002— 308837号公報等。

[0048] リン光性化合物は、有機 EL素子の発光層に使用される公知のものの中から適宜選択して用いることができる力 S、好ましくは元素の周期表で 8族〜 10族の金属を含有する錯体系化合物であり、更に好ましくはイリジウム化合物、オスミウム化合物、または白金化合物（白金錯体系化合物）、希土類錯体であり、中でも最も好ましいのはイリジゥム化合物である。

[0049] 発光層 14は上記化合物を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、 LB 法、インクジェット法等の公知の薄膜化法により製膜して形成することができる。

[0050] 本発明においては、発光層 14は発光極大波長が各々 430〜480nm、 490—540 nm、 600〜640nmの範囲にある発光スペクトルの異なる少なくとも 3層以上の層を含む。発光極大波長が 430〜480nmにある層を青色および青緑色発光層、 490〜 540nmにある層を緑色発光層、 600〜640nmの範囲にある層を赤色発光層と以下称する。発光層の積層順としては、特に制限はなぐまた各発光層間に非発光性の中間層を有していてもよい。本発明においては、少なくとも一つの青色および青緑色発光層力、全発光層中最も第 1の電極 12に近い位置に設けられていることが好ましい。

[0051] 発光層 14の膜厚の総和は特に制限はないが、通常 21 111〜5 111、好ましくは 2〜2 OOnmの範囲で選ばれる。本発明においては、更に 10〜20nmの範囲にあるのが好ましい。

[0052] 個々の発光層の膜厚は、好ましくは 2〜100nmの範囲で選ばれ、 2〜20nmの範囲にあるのが更に好ましい。青色および青緑色、緑色、赤色の各発光層の膜厚の関係については、特に制限はないが、 3発光層中、青色および青緑色発光層（複数層ある場合はその総和）が最も厚レ、ことが好まし!/、。

[0053] また、本発明に用いられる封止手段としては、例えば封止部材（不図示）と、透明基板 11と第 1の電極 12と第 2の電極、とを接着剤で接着する方法を挙げることができる。封止部材としては、有機 EL素子 10の表示領域を覆うように配置されておればよぐ凹板状でも、平板状でもよい。また、透明性、電気絶縁性は特に問わない。具体的には、ガラス板、ポリマー板'フィルム、金属板'フィルム等が挙げられる。

[0054] また、本発明に力、かる有機 EL素子 10の構成として、上記のものの他に、例えば陽極/発光層ユニット/電子輸送層/陰極からなるもの、陽極/正孔輸送層/発光層ユニット/電子輸送層/陰極からなるもの、陽極/正孔輸送層/発光層ユニット/ 正孔阻止層/電子輸送層/陰極からなるもの、陽極/正孔輸送層/発光層ユニット /正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極力なるもの、陽極/陽極バッファ一層/正孔輸送層/発光層ユニット/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極からなるものが挙げられる力本発明はこれらに限定されるものではない。また、正孔注入層、中間層、電子輸送層、電子注入層等のその他の層を備えていてもよい。

[0055] ここで、本発明の有機 EL素子の構成層として用いられる、注入層、阻止層、電子輸送層等について説明する。

[0056] 注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層のことで、必要に応じて設けられる。電子注入層（陰極バッファ一層）と正孔注入層

(陽極バッファ一層）があり、上記の如く陽極と発光層または正孔輸送層の間、及び陰極と発光層または電子輸送層との間に存在させてもよい。 [0057] 陽極バッファ一層（正孔注入層）は、銅フタロシアニンに代表されるフタロシアニンノッファー層、酸化バナジウムに代表される酸化物バッファ一層、アモルファスカーボンバッファ一層、ポリア二リン (ェメラルディン)やポリチォフェン等の導電性高分子を用いた高分子バッファ一層等が挙げられる。

[0058] 陰極バッファ一層（電子注入層）は、ストロンチウムやアルミニウム等に代表される金属バッファ一層、フッ化リチウムに代表されるアルカリ金属化合物バッファ一層、フッ化マグネシウムに代表されるアルカリ土類金属化合物バッファ一層、酸化アルミユウムに代表される酸化物バッファ一層等が挙げられる。上記バッファ一層（注入層）はごく薄い膜であることが望ましぐ素材にもよるがその膜厚は 0. 11 111〜5〃111の範囲が好ましい。

[0059] 正孔阻止（ホールブロック）層は、上記の如ぐ有機化合物薄膜の基本構成層の他に必要に応じて設けられるものである。正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい正孔阻止材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させること力 Sできる。また、後述する電子輸送層の構成を必要に応じて、本発明に係わる正孔阻止層として用いることができる。

[0060] 正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。正孔輸送材料としては、正孔の注入または輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであり、有機物、無機物のいずれであってもよいが、ポルフィリン化合物、芳香族第 3級ァミン化合物及びスチリルァミン化合物、特に芳香族第 3級ァミン化合物を用いることが好まし!/、。

[0061] 正孔輸送層は上記正孔輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、 LB法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成すること力できる。正孔輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は 51 111〜5 111程度、好ましくは 5〜200nmである。この正孔輸送層は上記材料の 1 種または 2種以上からなる一層構造であってもよい。

[0062] 電子輸送層とは電子を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層は単層または複数層設けること力 Sできる。

[0063] 発光層に対して陰極側に隣接する電子輸送層に用レ、られる電子輸送材料 (正孔阻止材料を兼ねる）としては、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよぐ例えば、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフエ二ルキノン誘導体、チオビランジオキシド誘導体、カルポジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、ォキサジァゾーノレ誘導体、チアジァゾ一ノレ誘導体、キノキサリン誘導体、等を用いること力 Sできる。更にこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。また、 8—キノリノール誘導体の金属錯体、例えば、トリス（8—キノリノール）アルミニウム（ Alq)、トリス（5, 7—ジクロロ一 8—キノリノール）アルミニウム、トリス（5, 7—ジブロモ —8 キノリノール）アルミニウム、トリス（2 メチル 8 キノリノール）アルミニウム、トリス（5—メチル 8—キノリノール）アルミニウム、ビス（8—キノリノール）亜鉛（Znq)等、及びこれらの金属錯体の中心金属が In、 Mg、 Cu、 Ca、 Sn、 Gaまたは Pbに置き替わった金属錯体も、電子輸送材料として用いることができる。

[0064] 電子輸送層は上記電子輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、 LB法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成すること力できる。電子輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は 51 111〜5 111程度、好ましくは 5〜200nmである。電子輸送層は上記材料の 1種または 2種以上からなる一層構造であってもよレ、。

[0065] 図 1では有機 EL素子として透明基板 11側から光が出射するボトムェミッションタイプのものを示している力 S、透明または不透明の基板上に金属からなる陽極、発光層、透明な陰極を順に備え、透明な陰極力も光が出射するトップェミッションタイプのものであってもよい。

[0066] 有機 EL素子 10は、第 1の電極 12と第 2の電極 15との間に電圧を印加することによつて、第 1の電極 12から注入された正孔と第 2の電極 15から注入された電子とが発光層 14で再結合して発光する。

[0067] 透明基板 11として屈折率が 1. 5程度のガラス、第 1の電極 12として屈折率が 2. 0 程度の ITO、発光層 14として屈折率が 1. 9程度の有機物質が用いられた場合、発光層 14で発生した光が有機 EL素子 10中で感じる実効屈折率 ηは 1. 7程度となる。よって、この屈折率が 1. 7であるとき、発光層 14で発生した光の有機 EL素子 10中での実効波長え aと空気中での波長え bとの関係は、 a = b/n= b/l . 7となる。ここで、実効波長とは伝搬媒質すなわち有機 EL素子 10の透明基板 11、第 1の電極 12および発光層 14内での光の波長をいう。また、実効屈折率 nは、各部に用いる材料等によって変化し、ここで用いる値である 1. 7は一例である。 nは通常 1. 6〜； 1. 9程度の値を取り得るものであり、好ましくは 1. 7〜； 1. 8である。

[0068] 回折格子 13は、図 2に示すように第 1の電極 12と発光層 14との界面の、斜交格子

(平行四辺形格子）の各格子点上に形成された円柱状、角柱状などの形状の凹凸からなる 2次元的な周期屈折率分布を有する、表面レリーフ型と呼ばれるものであり、凹凸は第 1の電極 12側が突出していても、発光層 14側が突出していても構わない。

[0069] ここで、有機 EL素子 10と同じ構成であり、回折格子 13が設けられていない点のみが異なる有機 EL素子の可視光領域での発光スペクトルを図 3に示す。これは、演色性に優れる白色の一般的なスペクトルであり、 630nmの赤色、 510nmの緑色、 475 nmの青緑色、 450nmの青色近傍にそれぞれ極大値を持つ。白色を得るには、赤色、緑色、青色の三原色で足りるが、演色性を向上させるために青緑色の光も加えてい

[0070] 図 2に示す回折格子 13は、 a = 438nm、 b = 379nm、 c = 313nmの斜交格子であり、 Α= 77· 9。、Β = 57· 8。、 C = 44. 3。である。ここで、図 2 ίこ示すよう ίこ x車由、 y 軸およびベクトル p、ベクトル qを定義すると、ベクトル p、ベクトル qはこの斜交格子の基本並進ベクトルであり、

ヘクトノレ p = (p , p ) = ccosB, csinB)

x y

= (313cos57. 8° , 313sin57. 8° )

= (167, 265)、

ベクトノレ = (q , q ) = (bcosC, — bsinC)

x y

= (379cos44. 3° , — 379sin44. 3° )

= (271 , - 265) となる。

[0071] ここで、ベクトル p、ベクトル qおよび整数 M、 Nを用いて回折格子 13上の変調構造の周期 d を表すことができる。この周期 d は、回折格子 13上の（M, N)で表され

MN MN

る線の間隔であり、

d = | p q -p q I /^{(Mq -Np )²+(Np -Mq )²}

MN x y y x y y x x

と表すこと力 sでさる。

[0072] 例えば、図 2において（0, 1)線は、ベクトル pに平行かつ格子点を通る直線であり、その間隔 d は

01

d = I 167X (— 265)— 265X271 | (0 X (― 265)— 1 X 265) ²+ (1

01

X 167-0 X 271) ²}=371nm

である。

[0073] 同様に、図 2において（1, 0)線は、ベクトル qに平行かつ格子点を通る直線であり、その間隔 d は 306nmである。また、（1, — 1)線は、図 2の x軸に平行かつ格子点を

10

通る直線であり、その間隔 d―は 265nmである。以下、（M, N)で表される線の周期性を（M, N)次の周期性と呼ぶこととする。したがって d は（M, N)次の周期性の

MN

周期である。

[0074] 発光層 14で発生した光のうち第 1の電極 12との界面への入射角の小さいものは、第 1の電極 12および透明基板 11を透過し、有機 EL素子 10の外部に出てくる。入射角の大きいものは、回折格子 13がない場合は、透明基板 11と第 1の電極 12との界面で全反射されるが、回折格子 13があることにより、次に説明するように回折格子 13 で回折され、第 1の電極 12および透明電極 11を透過し、有機 EL素子 10の外部に出てくる。

[0075] ここで、発光層 14と第 1の電極 12との界面への入射角の大きい光のうち実効波長 la = d のものが、図 2において矢印 D方向に進行する場合を考える。この光は、回

01

折格子 13の（0, 1)次の周期性を感じて、ブラッグ条件を満たすことにより進行方向に対して 180° 反対方向（矢印 D1方向）に回折される。同時に、回折格子 13に対して垂直な方向すなわち図 2において紙面に垂直な方向にもブラッグ条件を満たし、回折されるため、回折格子 13がない場合には第 1の電極 12との界面で全反射して発光層 14内部を導波し、有機 EL素子 10の側面方向に逃げてしまっていた光を有機 EL素子 10の透明基板 11の観察面から外部に取り出すことができ、光の取り出し効率を向上させることができる。

[0076] したがって、上記の（0, 1)次の周期性は、周期 d =371nmであることから、有機

01

EL素子 10中での実効波長 λ aが 371nm近傍の光、すなわち空気中での波長 λ b = laXl. 7 = d Xn = 371Xl. 7 = 630nmの近傍の赤色の光を回折させ取り出

01

し効率を向上させることができる。

[0077] 有機 EL素子 10から発せられる白色光の全波長域で、各光が感じる実効屈折率 n が 1. 7である場合、同様に、（1, 0)次および（1, 1)次の周期性は、 d Xn = 306

10

XI. 7 = 520應、 d― Χη = 265Χ1. 7 = 450腹より、それぞれ空気中での波長 bが 520nm近傍の緑色の光および 450nm近傍の青色の光の取り出し効率を向上させること力できる。これらの波長は、図 3のスペクトルに示す 4つの極大値のうち、 3つの極大値の波長の近傍である。すなわち、回折格子 13を設けることによって、混合により白色を構成する 3色の光の取り出し効率を向上させることができる。したがつて、白色光源である、有機 EL素子 10において、白色の品位を低下させることなく輝度を向上させることができる。

[0078] なお、実効屈折率 nが波長によって異なる場合、例えば上記の場合で有機 EL素子 10中での実効波長え aが 371nm、 306nm、 265nmの光の実効屈折率をそれぞれ n 、n 、n とすると、これらの光の空気中での波長え bはそれぞれ、 371 Xn 、 3

01 10 1-1 01

06Xn 、 265Xn となる。実際は、実効屈折率 nは材料の屈折率分散があるので

10 1-1

波長によって若干異なるものの、大きな差はなく実用上ほぼ同一と見なせる。

[0079] ここで、回折格子 13により回折させる光の波長について考える。例えば、図 3に示す発光スペクトルを有する有機 EL素子の場合、 4つの極大値の波長各々に相当する周期性をもつ回折格子 13を構成するのは困難である。しかし、発明者らの研究によれば、極大値近傍の、極大値の波長の光の強度の 65%以上の強度を有する波長領域の光であれば、回折格子によって回折させることにより有機 EL素子の輝度を向上させること力 Sでさること力 S確言忍されてレヽる。

[0080] これを図 4を用いて具体的に説明する。図 4は、図 3のスペクトルの 510nmの極大値を規格化したものである。図 4によれば 510nm近傍の、 510nmの光の強度の 65 %以上の強度を有する光の波長領域は約 485〜535nmである。したがって、回折格子によってこの波長領域の光の取り出し効率を上げることにより、 510nmの極大値を含むこの近傍の光の輝度を向上させ、有機 EL素子の輝度を向上させることができ

[0081] 同様に、図 3の発光スペクトルにおいて、各極大値の波長の強度の 65%以上の強度の波長領域は、 630nmの赤色では約 605〜660nm、 475nmの青緑色では約 4 50〜500nm、 450nmの青色では約 435〜465nmである。

[0082] これらのことから、赤色領域（605〜660nm)で 1つ以上、青色〜緑色領域（435〜 535nm)で 2つ以上の波長の光を、回折格子 13の周期性により回折させることができれば、図 3の発光スペクトルを有する有機 EL素子において、白色の品位を低下させることなく白色光全体の輝度を向上させること力 Sできること力 Sゎカゝる。

[0083] このように、回折格子 13を斜交格子として格子定数を適切に選択することにより、特定の次数の回折により、白色を構成する赤色、緑色、青色の光の取り出し効率を 1個の回折格子だけで向上させ、白色の品位を低下させることなく有機 EL素子 10の輝度を向上させること力 Sできる。また、有機 EL素子 10に印加する電圧を低くしても十分な輝度を得られるため、有機 EL素子 10を長期間に渡って使用可能とすることができ

[0084] 回折格子 13の斜交格子は図 2に示されたものに限られず、基本並進ベクトルであるベクトル pとベクトル qの大きさが異なり、ベクトル pとベクトル qとがなす角が 90° 以外であればよい。ベクトル pとベクトル qの大きさが等しい場合、後述する正方格子や三角格子、面心長方格子の場合に相当する。ベクトル pとベクトル qとがなす角が 90 ° の場合、正方格子や単純長方格子の場合に相当する。

[0085] なお、発明者らの実験によると、白色光を構成する光を回折させるのに用いる回折格子 13の次数 M、 Nは 6以上では光の取り出し効率向上の効果が小さいことがわかつている。したがって、 M、 Nは I M I ≤5かつ I N I≤ 5を満たすことが好ましい。

[0086] また、 1次元格子の場合、光の進む方向が屈折率変調の方向に対して垂直な方向だと回折が起きなくなった力 2次元格子では例えば図 2の（0, 1)次の周期性に垂直な方向に進む 630nm近傍の光でも、より高次の周期性において回折を生じるため、全く回折が生じなくなることはない。

[0087] 〈第 2の実施形態〉

本発明の第 2の実施形態について図を用いて説明する。図 5は、第 2の実施形態にかかる回折格子の拡大した部分平面図である。第 2の実施形態は、第 1の実施形態と有機 EL素子 10の構成は同様であるが、回折格子が正方格子である点で異なり、実質上同一の部分には同一の符号を付してある。

[0088] 本実施形態では、図 5に示すように回折格子 13は正方格子である。ここで、この正方格子の格子定数を rとし、図 5に示すように X軸、 y軸および基本並進ベクトルであるベクトル p、ベクトル qを定義すると、

ベタ卜ノレ p = (r, 0)

ベタ卜ノレ q= (0, r)

となる。

[0089] したがって、斜交格子で用いた回折格子 13上の変調構造の周期 d を表す式に、

MN

(p , p ) = (r, 0)、（q , q ) = (0, r)を代入すると、

d =r/^ (M² + N²)

MN

となる。

[0090] 例えば、図 5の正方格子の格子定数 rを 772nmとし、有機 EL素子 10力も発せられる白色光の全波長域で、各光が感じる実効屈折率 nを 1. 7とすると、図 5に示す（2, 0)次の周期性の周期 d は、 d = 772/^ (2² + 0²) = 386nmであり、同様に（2, 2

20 20

)次および（3, 0)次の周期性の周期はそれぞれ d = 273nmおよび d = 257nmで

22 30

ある。

[0091] 図 5の回折格子 13は正方格子であり、その対称性により、（2, 0)次の周期性の周期 d は（一 2, 0)次、（0, 2)次、（0, — 2)次の周期性の周期 d 、 d 、 d と等し

20 - 20 02 0- 2 い。よって、本実施形態ではこれらの周期性をまとめて（2, 0)次系の周期性と呼ぶこととする。なお、（一 2, 0)次、（0, — 2)次の周期性はそれぞれ（2, 0)次、（0, 2)次の周期性と方向が反対である。

[0092] 同様に、周期が d に等しい（2, 2)次、（一 2, 2)次、（一 2, — 2)次、（2, — 2)次の周期性をまとめて（2, 2)次系と呼び、周期が d に等しい（3, 0)次、（ 3, 0)次、（0

30

, 3)次、（0, — 3)次の周期性をまとめて（3, 0)次系と呼ぶこととする。

[0093] (2, 0)次系、（2, 2)次系および（3, 0)次系の周期性は、それぞれ有機 EL素子 10 中での実効波長え aが 386nm、 273nmおよび 257nm近傍の光、すなわち空気中での波長え bが 657nm近傍の赤色の光、 465nm近傍の緑色の光および 438nm近傍の青色の光の取り出し効率を向上させることができる。すなわち、混合により白色を構成する 3色の光の取り出し効率を向上させることができる。したがって、白色光源である、有機 EL素子 10において、白色の品位を低下させることなく輝度を向上させること力 Sできる。

[0094] また、本実施形態において、正方格子の格子定数 rを 842nmとし、有機 EL素子 10 から発せられる白色光の全波長域で、各光が感じる実効屈折率 nを 1. 7とする。この場合、図 6に示す（2, 1)次の周期性の周期 d は、 d = 842/^ (2²+ l²) = 376n

21 21

mであり、同様に（3, 1)次の周期性の周期 d は d = 266nmである。

31 31

[0095] 周期 d は正方格子の対称性により、図 6に示す（一 2, 1)次、（1 , 2)次、（一 1 , 2)

21

次の周期性およびこれらと方向が反対の（一 2, 1)次、（2, 1)次、（一 1 , —2)次、（1 , 2)次の周期性の周期と等しい。よって、本実施形態ではこれらの周期性をまとめて（2, 1)次系の周期性と呼ぶこととする。

[0096] 同様に、周期 d は（— 3, 1)次、（1 , 3)次、（ 1 , 3)次の周期性およびこれらと方

31

向が反対の（一 3, 1)次、（3, 1)次、（一 1 , 3)次、（1 , 3)次の周期性の周期と等しい。よって、本実施形態ではこれらの周期性をまとめて（3, 1)次系の周期性と呼ぶこととする。（2, 2)次系および（3, 0)次系の周期性の周期はそれぞれ d =

22

298nmおよび d = 281nmである。

30

[0097] (2, 1)次系、（2, 2)次系、（3, 0)次系および（3, 1)次系の周期性は、それぞれ有機 EL素子 10中での実効波長え aが 376nm、 298nm、 281nmおよび 266nm近傍の光、すなわち空気中での波長え bが 640nm近傍の赤色の光、 506nm近傍の緑色の光、 477nm近傍の青緑色の光および 453nm近傍の青色の光の取り出し効率を向上させること力 Sできる。すなわち、混合により白色を構成する 4色の光の取り出し効率を向上させることができる。したがって、白色光源である、有機 EL素子 10において、白色の品位を低下させることなく輝度を向上させることができるのみならず、演色十生あ向上させること力 Sでさる。

[0098] 本実施形態において、 M、 Nは斜交格子の場合と同様に、 I M I ≤5かつ | N | ≤ 5を満たすことが好ましい。表 2には有機 EL素子 10から発せられる白色光の全波長域で、各光が感じる実効屈折率 nを 1. 7とした場合の正方格子の格子定数 rと周期性の次数 (M, N)と、その次数によって取り出し効率を向上させることができる中心波長を示す。下線を付した波長が赤色領域（605〜660nm)または青色〜緑色領域（ 435〜535nm)に属する波長である。また、格子定数 rは表 2の最下段に記載している。波長および格子定数の単位は nmである。なお、表 2中の Lは L = M² + N²であり、 Lの大きいものほど周期 d 力 S小さくなる。

MN

[0099] 表 2において、 r = 371nmおよび 524nmの場合、下線を付した波長が赤色領域で 1つ、青色〜緑色領域で 1つの合計 2つしかない。したがって、この格子定数の回折格子 13では有機 EL素子の輝度を向上させることができるものの、白色の品位は低下してしまう。そのため、赤、青、緑のドーパントのバランスを調整して、元の白色バランスを調整するなどの、余分な調整が必要となる。それ以外の格子定数の場合、赤色領域で 1つ以上、青色〜緑色領域で 2つ以上の波長の光を回折させることができるため、白色の品位を低下させることなく有機 EL素子 10の輝度を向上させることができる。

[表 2]

[0100] 〈第 3の実施形態〉

本発明の第 3の実施形態について図を用いて説明する。図 7は、第 2の実施形態にかかる回折格子の拡大した部分平面図である。第 3の実施形態は、第 1の実施形態と有機 EL素子 10の構成は同様であるが、回折格子が三角格子である点で異なり、実質上同一の部分には同一の符号を付してある。

[0101] 本実施形態では、図 7に示すように回折格子 13は三角格子である。ここで、この三角格子の格子定数 rとし、図 7に示すように軸、 y軸および基本並進ベクトルであるべクトノレ、ベクトル qを定義すると、

ベタ卜ノレ p= (r, 0)

ベクトノレ = (一 r/2, ^3Xr/2)

となる。

[0102] したがって、斜交格子で用いた回折格子 13上の変調構造の周期 d を表す式に、 d = 3Xr/{2X (M² + MN + N²) }

となる。

[0103] 例えば、図 7の三角格子の格子定数 rを 894nmとし、有機 EL素子 10力も発せられる白色光の全波長域で、各光が感じる実効屈折率 nを 1. 7とすると、図 7に示す（2, 0)次の周期性の周期 d は、 d =1. 73X894/{2X^(2² + 2X0 + 0²)}=387n

20 20

mであり、同様に（2, 1)次および（3, 0)次の周期性の周期はそれぞれ d =292nm

21

および d =258nmである。

30

[0104] 図 7の回折格子 13は三角格子であり、その対称性により、（2, 0)次の周期性の周期 d は図 7に示す（一 2, 2)次、（0, 2)次の周期性およびこれらの周期性と方向が

20

反対の（一 2, 0)次、（2, — 2)次および（0, — 2)次の周期性の周期 d 、 d 、 d

-22 02 -20

、 d 、 d と等し!、。よって、本実施形態ではこれらの周期性をまとめて（2, 0)次系

2-2 0-2

の周期性と呼ぶこととする。

[0105] 同様に、周期が d に等しい（一 2, 3)次、（1, 2)次、（一 3, 2)次、（3, — 1)次、（

21

1, 3)次の周期性およびこれらの周期性と方向が反対の（一 2, — 1)次、（2, — 3) 次、 (一 1, 2)次、（3, — 2)次、（一 3, 1)次、 (1, 3)次の周期性をまとめて（2, 1 )次系と呼び、周期が d に等しい（3, 0)次、（一 3, 3)次、（0, 3)次の周期性および

30

これらの周期性と方向が反対の（一 3, 0)次、（3, — 3)次、（0, — 3)次の周期性をまとめて（3, 0)次系と呼ぶこととする。

[0106] (2, 0)次系、（2, 1)次系および（3, 0)次系の周期性は、それぞれ有機 EL素子 10 中での実効波長え aが 387nm、 292nmおよび 258nm近傍の光、すなわち空気中での波長え bが 658nm近傍の赤色の光、 497nm近傍の青緑色の光および 439nm 近傍の青色の光の取り出し効率を向上させることができる。すなわち、混合により白色を構成する 3色の光の取り出し効率を向上させることができる。したがって、白色光源である、有機 EL素子 10において、白色の品位を低下させることなく輝度を向上させること力 Sでさる。

[0107] また、本実施形態において、三角格子の格子定数 rを 1132nmとし、有機 EL素子 1 0から発せられる白色光の全波長域で、各光が感じる実効屈折率 nを 1. 7とする。この場合、図 7に示す（2, 1)次の周期性の周期 d は、 d =1. 73X1132/{2X^(

21 21

2² + 2Xl + l²)}=370nmであり、同様に（2, 2)次および（3, 1)次の周期性の周期は d =283nm、 d =272nmである。

22 31

[0108] 周期 d は、前述のように（2, 1)次系の周期性である、（ 2, 3)次、（1, 2)次、（一

21

3, 2)次、（3, — 1)次、（一 1, 3)次の周期性およびこれらの周期性と方向が反対の（ 2, — 1 )次、 (2, — 3)次、 (一 1 , 2)次、（3, — 2)次、（一 3, 1 )次、 ( 1 , 3)次の周期性の周期と等しい。

[0109] 同様に、周期 d は（2, — 4)次、（一 4, 2)次の周期性およびこれらと方向が反対の

22

(— 2, —2)次、（一 2, 4)次、（4, —2)次の周期性の周期と等しい。よって、本実施形態ではこれらの周期性をまとめて（2, 2)次系の周期性と呼ぶこととする。

[0110] 周期 d についても、（一 3, 4)次、 ( 1 , 3)次、（一 4, 3)次、（4, — 1 )次、 (一 1 , 4)

31

次の周期性およびこれらの周期性と方向が反対の（一 3, 1 )次、（3, — 4)次、（一 1 , —3)次、（4, —3)次、（一 4, 1 )次、（1 , —4)次の周期性の周期と等しぐ本実施形態ではこれらの周期性をまとめて（3, 1 )次系の周期性と呼ぶ。

[0111] (2, 1 )次系、（2, 2)次系および（3, 1 )次系の周期性は、それぞれ有機 EL素子 10 中での実効波長え aが 370nm、 282nmおよび 271nm近傍の光、すなわち空気中での波長え bが 630nm近傍の赤色の光、 481nm近傍の緑色の光および 462nm近傍の青色の光の取り出し効率を向上させることができる。すなわち、混合により白色を構成する 3色の光の取り出し効率を向上させることができる。したがって、白色光源である、有機 EL素子 10において、白色の品位を低下させることなく輝度を向上させること力 Sできる。

[0112] 本実施形態において、 M、 Nは斜交格子の場合と同様に、 I M I ≤5かつ I N | ≤ 5を満たすことが好ましい。表 3には有機 EL素子 10から発せられる白色光の全波長域で、各光が感じる実効屈折率 nを 1. 7とした場合の三角格子の格子定数 rと周期性の次数 (M, N)と、その次数によって回折させることができる波長を示す。下線を付した波長が赤色領域（605〜660nm)または青色〜緑色領域（435〜535nm)に属する波長である。また、格子定数 rは表 3の最下段に記載している。波長および格子定数の単位は nmである。なお、表 3中の Lは L = M² + MN + N²であり、 Lの大きいものほど周期 d 力 S小さくなる。

MN

[0113] 表 3において、 r = 428nmおよび 741nmの場合、下線を付した波長が赤色領域で 1つ、青色〜緑色領域で 1つの合計 2つしかない。したがって、この格子定数の回折格子 13では有機 EL素子 10の輝度を向上させることができるものの、白色の品位は低下してしまう。そのため、赤、青、緑のドーパントのバランスを調整して、元の白色バランスを調整するなどの、余分な調整が必要となる。それ以外の格子定数の場合、赤色領域で 1つ以上、青色〜緑色領域で 2つ以上の波長の光を回折させることができるため、白色の品位を低下させることなく有機 EL素子 10の輝度を向上させることができる。

[表 3]

[0114] 上述の第 1〜第 3の実施形態では、回折格子 13が斜交格子、正方格子または三角格子の場合について説明した力回折格子 13は並進対称性を持つものであればよいため、他に図 8に示す単純長方格子や図 9に示す面心長方格子であってもよい。

[0115] 図 8に示す単純長方格子の場合、図 8に示すように格子定数を rおよび sとし、 x軸、 y軸および基本並進ベクトルであるベクトル p、ベクトル qを定義すると、

ベタ卜ノレ p = (r, 0)

ベタ卜ノレ q= (0, s)

となる。したがって、斜交格子で用いた回折格子 13上の変調構造の周期 d を表す

MN

式に、 (p , p ) = (r, 0)、（q , q ) = (0, s)を代入すると、

2 2

d =rs/^ {M s

MN ■NV]

となる。 [0116] 同様に、図 9に示す面心長方格子の場合、図 9に示すように格子定数を rおよび sとし、 X軸、 y軸および基本並進ベクトルであるベクトル p、ベクトル qを定義すると、ベクトノレ = 2, s/2)

ベクトノレ = (― r 2, s/2)

となる。したがって、変調構造の周期 d は、

MN

d 二 s/f {. (M-N) ²s²+ (M + N)

MN V}

となる。

[0117] これらの場合においても、次数 (M, N)の周期性によって回折する光の空気中での波長え bは

l b=n X d

MN

である。

[0118] また、第 1〜第 3の実施形態では回折格子 13を第 1の電極 12と発光層 14との界面に設けた場合について説明した力 S、回折格子 13は図 10に示すように透明基板 11と第 1の電極 12との界面に設けられていても構わない。また、発光層 14と第 2の電極 1 5との界面、または透明基板 11の内部の第 1の電極 12の近傍に設けられていても構わない。回折格子 13の各格子点上に形成された凹凸は、いずれの側が突出するものであっても構わない。さらに、図 11および図 12に示すように、これらの界面のうち 2 つ以上に設けられてレ、ても構わな!/、。図 11は回折格子 13を透明基板 11と第 1の電極 12との界面、第 1の電極 12と発光層 14との界面および発光層 14と第 2の電極 15 との界面の 3箇所に設けた場合の有機 EL素子 10の概略構成図であり、図 12は回折格子 13を第 1の電極 12と発光層 14との界面および発光層 14と第 2の電極 15との界面の 2箇所に設けた場合の有機 EL素子 10の概略構成図である。

[0119] (有機 EL素子の使用例）

上述の実施形態における有機 EL素子を装置に使用した例を以下に示す。なお、本例においては、バックライトとして有機 EL素子を設置した液晶表示装置を例に挙げる。図 13は、この有機 EL素子をバックライトの白色光源として備えた液晶表示装置の斜視図である。液晶表示装置 20は液晶パネル 21およびバックライト 22を備えるものである。液晶パネル 21は、一対の電極付き基板間（各基板には必要に応じて、配光膜、絶縁膜、カラーフィルタ、ブラックマトリクス、偏光素子などが設けられる）に液晶層を挟持してなる透過型あるレ、は半透過型のものである。上下基板の各電極間に電圧を印加して、液晶層をスイッチングするための駆動回路も備えている。ノックライト 22は上述の実施形態で説明した有機 EL素子 10からなり、透明基板 11が液晶パネル 21側になるように設けられている。このように構成することにより、バックライト 22 力、らの高輝度の白色光が液晶パネル 21から透過して、液晶パネル 21の表示画像を鮮明にすること力 Sできる。また、バックライト 22は有機 EL素子であるため、長寿命である。この液晶表示装置 20では、バックライト 22として有機 EL素子を備えることで、白色光源に使用する電力が抑制されるので、その結果、装置全体の消費電力を抑制すること力 Sでさる。

[0120] なお、液晶表示装置 20に用いるバックライト 22において、透明基板 11として屈折率異方性と光の拡散性とを有するものを用いる力、、透明基板 11の液晶パネル 21に対向する面に光の偏光の方向を変化させることができる複屈折性を有するシートおよび光の拡散性を有するシートうち少なくとも一方を貼り付けるのが好ましい。この理由について説明する。

[0121] ノ^クライト 22を構成している電極層、有機層、基板などの層間の全反射によりバックライト 22の中に閉じこめられている光には、 S偏光の光と P偏光の光とが存在している。 S偏光の光は、その電界成分が、進行方向に垂直かつ透明基板 11に平行な方向にしか存在しない光であり、 P偏光の光は、その磁界成分が、進行方向に対して垂直かつ透明基板 11に平行な方向にしか存在しな!/、光である。回折格子 13で回折されてバックライト 22の外に取り出された光は、反応した周期性の方向に応じて偏光している。偏光の方向は、 S偏光の場合は周期の変調方向に垂直な方向であり、 P偏光の場合は周期の変調方向に平行な方向である。したがって、回折格子 13によって外部に取り出される光は、波長に応じて、それぞれ、異なる方向の、異なる周期性に反応しているため、外部に取り出されたとき、波長ごとに偏光方向に偏りが生じてしまう。よって、この偏光の方向が液晶パネル 21の偏光方向と垂直な場合、液晶パネル 2 1を透過しないため、バックライト 22の白色のバランスが崩れることとなる。

[0122] この問題を解決するためには、何らかの手段を用いて偏光の向きを変えることが必要となる。偏光の向きを変えるとは、この場合、直線偏光の偏光方向が変わることや、直線偏光が例えば楕円偏光や円偏光といった直線偏光以外の偏光に変わること、楕円偏光や円偏光といった直線偏光以外の偏光が直線偏光に変わることを指す。このような偏光の向きを変える方法としては、複屈折性を利用する方法や、散乱を利用する方法が考えられる。そこで、透明基板 11として光の偏光の方向を変化させることができる複屈折性と光の拡散性のうち少なくとも一方を有するものを用いる力、、光出射面である透明基板 11の液晶パネル 21に対向する面に上述の複屈折性を有するシートおよび光の拡散性を有するシートのうち少なくとも一方を貼り付けることによつて、液晶パネル 21に進入する光の偏光が解消され、白色のバランスを崩すことなく液晶パネル 21の表示画像を鮮明にすることができる。この回折格子 13による偏光は対称性の低い斜交格子で特に顕著であるため、このシートの貼り付け等は回折格子 13 が斜交格子の場合により効果的である。

[0123] 本例において、液晶表示装置のバックライトに有機 EL素子を使用した場合を説明したが、これに限ることなぐ例えば有機 EL素子を所望の大きさに形成して、室内や野外で用いられる、高輝度、長寿命の白色の照明装置として使用しても構わない。この場合、図 14の照明装置の外観斜視図に示すように、所望の大きさの有機 EL素子 10に枠体 41を設けて照明装置 40を構成し、例えば室内の天井に取り付けて使用すること力 Sできる。この場合も、透明基板 11として光の偏光の方向を変化させることができる複屈折性と光の拡散性のうち少なくとも一方を有するものを用いる力、、光出射面である透明基板 11の液晶パネル 21に対向する面に上述の複屈折性を有するシートおよび光の拡散性を有するシートのうち少なくとも一方を貼り付けてもよい。

[0124] また、液晶表示装置だけでなく他の表示装置のバックライトとしても用いることができる。例えば、特開 2003— 200612号公報に示されるような高分子電解質膜からなる可動部を機械的に動力、して透過光の透過および遮断を行うようなタイプの表示装置にもノックライトとして用いること力 Sできる。

[0125] 以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。なお、特に断りない限り、実施例中の「％」は「膜厚比（％)」を表す。また、実施例で用いる化合物の構造を以下に示す。実施例 1

[0126] 実施例の有機 EL素子について説明する前に、参照用の有機 EL素子について説明する。

[0127] 参照用の有機 EL素子として、図 15に示す構成の有機 EL素子 30を用いる。まず、縦、横 30mm X 30mm、厚さ 0. 7mmで屈折率が 1. 52のガラス基板からなる透光性基板 31の上に、厚さ約 120nmの ITO (インジウム—スズ酸化物）からなる透明な正孔注入電極 32を形成する。正孔注入電極 32が形成された透光性基板 31をイソプ口ピルアルコールで超音波洗浄した後、これを乾燥窒素ガス中で乾燥させ、さらに U Vオゾン洗浄を 5分間行う。

[0128] そして、 UVオゾン洗浄を施した透光性基板 31を真空蒸着装置内にセットし、真空度 4 X 10— ⁶Paの条件で、上記の正孔注入電極 32の上に、 m—MTDATAからなる厚さ 40nmの正孔注入層 33aと、 a—NPDからなる厚さ 40nmのホール輸送層 33b と、 97重量％のホスト化合物 Aに 3重量％のドーパント Aがドープされた厚さ 15nmの青色および青緑色発光層 34aと、化合物 Bからなる厚さ 5nmの第 1中間層 35aと、 92 重量％の CBPからなるホスト化合物に 8重量％のドーパント Bがドープされた厚さ 10 nmの赤色発光層 34bと、 CBPからなる厚さ 3nmの第 2中間層 35bと、 95重量％の C BPからなるホスト化合物に 5重量％のドーパント Cがドープされた膜厚が 3nmの緑色発光層 34cと、化合物 Cからなる厚さ 10nmの第 3中間層 35cと、 Alq3からなる厚さ 2 Onmの電子輸送層 36aと、 LiFからなる厚さ lnmの電子注入層 36bとを形成した後、この電子注入層 36bの上にアルミニウムからなる厚さ l l Onmの電子注入電極 37を形成して有機 EL素子 30を作製した。その後、窒素雰囲気下において、この有機 EL 素子 30の露出部をガラスケース（図示せず）で被覆した。

[0129] 上述の各層の材料および厚さを表 4に示す。

[表 4] 層名材料厚さ

正孔注入層 m- T DA TA 40nm

正孔輸送層ひ一 N P D 40nm

青色および青綠色卜一パン h Cド一パント A) 3%

15nm

発光層ホスト (化合物 A) 97%

第 1中間層 (化合物 B) 5nm

ドーパント Cド一パン B) 8%

赤色発光層 lOnm

ホスト CB P 92%

第 2中間層 CB P 3nm

ドーパント Cドーパント C) 5%

緑色発光層 3nm

ホスト CB P 95%

第 3中間層 (化合物 B) lOnm

電子輸送層 A I q 3 20nm

電子注入層し i F Inm 表 4中の化合物の化学式は次の通りである。 m— MTDATA (化 1)、 α—NPD (化 2)、化合物 A (化 3)、ドーパント A (化 4)、化合物 B (化 5)、 CBP (化 6)、ドーパント B ( 化 7)、ドーパント C (化 8)、 Alq3 (化 9)。

[化 1]

m—MTDATA

[化 2]

剛

CT9990/.00Zdf/X3d 38 .SSZC0/800Z OAV

[6 ]

]

£19990/ LOOZdT/lDd εε .SSZC0/800Z OAV

A 1 q 3

[0131] そして、このように作製した参照用の有機 EL素子の分光特性を市販の分光放射輝度計で測定した結果、図 16に示すような発光スぺ外ルを得た。

[0132] 次に実施例 1にかかる有機 EL素子について説明する。実施例 1にかかる有機 EL 素子は、透光性基板 31の正孔注入電極 32に対向する面に回折格子が形成されている点を除いて、参照用の有機 EL素子と同様の図 15の有機 EL素子 30に示す構成である。回折格子は、図 2で示した、 a = 438應、 b = 379腹、 c = 313腹の格子定数を有する斜交格子であり、透光性基板 31の格子点に相当する位置に深さ 180nm の円孔が設けられている。

[0133] このようにして作成した実施例 1にかかる有機 EL素子について、参照用の有機 EL 素子と同様に分光特性を市販の分光放射輝度計で測定した結果、図 17に示すような発光スペクトルを得た。図 17において、実線が実施例 1の素子、点線が参照用の素子の発光スペクトルである。また、電流輝度特性を測定したところ、 1. 35倍の輝度向上が確認された。

実施例 2

[0134] 次に実施例 2にかかる有機 EL素子について説明する。実施例 2にかかる有機 EL 素子は、回折格子が正方格子である点を除いて実施例 1にかかる有機 EL素子と同様の構成である。回折格子は、格子定数が 772nmの正方格子であり、透光性基板 3 1の格子点に相当する位置に深さ 180nmの円孔が設けられて!/、る。

[0135] このようにして作成した実施例 2にかかる有機 EL素子について、参照用の有機 EL 素子と同様に分光特性を市販の分光放射輝度計で測定した結果、図 18に示すような発光スペクトルを得た。図 18において、実線が実施例 1の素子、点線が参照用の素子の発光スペクトルである。また、電流輝度特性を測定したところ、 1. 65倍の輝度向上が確認された。

実施例 3

[0136] 次に実施例 3にかかる有機 EL素子について説明する。実施例 3にかかる有機 EL 素子は、回折格子が正方格子である点を除いて実施例 1にかかる有機 EL素子と同様の構成である。回折格子は、格子定数が 842nmの正方格子であり、透光性基板 3 1の格子点に相当する位置に深さ 180nmの円孔が設けられて!/、る。

[0137] このようにして作成した実施例 2にかかる有機 EL素子について、参照用の有機 EL 素子と同様に分光特性を市販の分光放射輝度計で測定した結果、図 19に示すような発光スペクトルを得た。図 19において、実線が実施例 1の素子、点線が参照用の素子の発光スペクトルである。また、電流輝度特性を測定したところ、 1. 52倍の輝度向上が確認された。

産業上の利用可能性

[0138] 本発明は、白色光源としての有機 EL素子一般に用いることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 白色光を発する有機エレクト口ルミネッセンス素子において、

基板と、

前記基板上に形成された第 1の電極と、

前記第 1の電極上に形成された発光層と、

前記発光層上に形成された第 2の電極と、を備え、

前記基板の内部の前記第 1の電極の近傍、前記基板と前記第 1の電極との界面、前記第 1の電極と前記発光層との界面および前記発光層と前記第 2の電極との界面のうち 1個以上の部分に、 2次元の並進対称性を有する屈折率分布を設け、前記屈折率分布の周期性により、前記発光層において発した白色光に含まれる可視光領域の 3個以上の波長の光を回折させることを特徴とする有機エレクト口ルミネッセンス素子。

[2] 前記発光層において発した白色光のうち、前記各界面への入射角が臨界角以上である可視光領域の 3個以上の波長の光を外部方向へ回折させることを特徴とする請求項 1に記載の有機エレクト口ルミネッセンス素子。

[3] 前記 2次元の並進対称性を有する屈折率分布の基本並進ベクトルをベクトル p = ( p , p )、ベクトル q= (q , q )とし、前記発光層で発生した光が前記基板、前記第 1の電極、前記発光層および前記第 2の電極の内部で実効的に感じる屈折率を n、任意の整数を M、 Nとしたとき、

λ =n X I p q— p q | / { (Mq Np ) ² + (Np Mq ) ²}

x y y x y y x x

で表される数値え力異なる（M, N)の組に対して赤色領域の波長に 1個以上、緑色から青色領域の波長に 2個以上存在す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口ルミネッセンス素子。

[4] 前記赤色領域が 605nm以上 660nm以下であり、前記緑色から青色領域が 435η m以上 535nm以下であることを特徴とする、請求項 3に記載の有機エレクト口ルミネッセンス素子。

[5] 前記屈折率 nが 1. 6以上 1. 9以下であることを特徴とする請求項 3に記載の有機ェレクト口ルミネッセンス素子。

[6] 前記屈折率 nが 1. 7以上 1. 8以下であることを特徴とする請求項 3に記載の有機ェレクト口ルミネッセンス素子。

[7] 前記整数 M、 Nが I M I≤5かつ I N I≤ 5を満たすことを特徴とする請求項 3に記載の有機エレクト口ルミネッセンス素子。

[8] 前記屈折率分布の 2次元の並進対称性が斜交格子であり、ベクトル pとベクトル qの大きさが異なり、ベクトル pとベクトル qのなす角が 90° 以外であることを特徴とする請求項 3に記載の有機エレクト口ルミネッセンス素子。

[9] 前記屈折率分布の 2次元の並進対称性が格子定数 rの正方格子で、基本並進べクトルが

ベクトル p=(r, 0)、ベクトル q=(0, r)であり、前記数値えカ

λ =nXr/^(M² + N²)

で表されることを特徴とする請求項 3に記載の有機エレクト口ルミネッセンス素子。

[10] 前記屈折率分布の 2次元の並進対称性が格子定数 rの三角格子で、基本並進べクトルがベクトル p=(r, 0)、ベクトル q= (— r/2, 3 Xr/2)であり、前記数値えが λ =nX 3Xr/{2X (M² + MN + N²) }

[11] 前記屈折率分布の 2次元の並進対称性が格子定数 r、 sの単純長方格子で、基本並進ベクトルがベクトル p=(r, 0)、ベクトル q=(0, s)であり、前記数値えが

λ =nXrs/^{M²s² + N²r²}

[12] 前記屈折率分布の 2次元の並進対称性が格子定数 r、 sの面心長方格子で、基本並進ベクトルがベクトル p= (r/2, s/2)、ベクトル q= (— r/2, s/2)であり、前記数値 λが

λ =nXrs/ { (M-N)²s²+ (M + N)V}

[13] 請求項 1〜； 12のいずれかに記載の有機エレクト口ルミネッセンス素子を備えたことを特徴とする照明装置。

[14] 液晶パネルと、バックライトとして請求項 1〜； 12のいずれかに記載の有機エレクト口ノレミネッセンス素子とを備えたことを特徴とする表示装置。

[15] 前記有機エレクト口ルミネッセンス素子の光出射面に光の偏光の方向を変化させることができる複屈折性を有するシートおよび光の拡散性を有するシートのうち少なくとも一方を備えたことを特徴とする請求項 13に記載の照明装置。

[16] 前記有機エレクト口ルミネッセンス素子の光出射面に光の偏光の方向を変化させることができる複屈折性を有するシートおよび光の拡散性を有するシートのうち少なくとも一方を備えたことを特徴とする請求項 14に記載の表示装置。

[17] 白色光を発する有機エレクト口ルミネッセンス素子において、

基板と、

前記基板上に形成された第 1の電極と、

前記第 1の電極上に形成された発光層と、

前記発光層上に形成された第 2の電極と、を備え、

前記基板の内部の前記第 1の電極の近傍および前記基板と前記第 2の電極との間の各層間の界面のうち、 1個以上の部分に、 2次元の並進対称性を有する屈折率分布を設け、前記屈折率分布の周期性により、前記発光層において発した白色光に含まれる可視光領域の 3個以上の波長の光を回折させることを特徴とする有機エレクト口ルミネッセンス素子。

[18] 白色光を発する有機エレクト口ルミネッセンス素子において、

基板と、

前記基板上に形成された第 1の電極と、

前記第 1の電極上に形成された発光層と、

前記発光層上に形成された第 2の電極と、を備え、

前記基板と前記第 2の電極との間に、 2次元の並進対称性を有する屈折率分布を設け、前記屈折率分布の周期性により、前記発光層において発した白色光に含まれる可視光領域の 3個以上の波長の光を回折させることを特徴とする有機エレクト口ルミネッセンス素子。