(57)【要約】【課題】外部取り出し効率を向上させることが可能な有機ＥＬパネルを提供する。【解決手段】支持基板１上に形成される第一電極２と、少なくとも有機発光層４ｃを含む機能層４と、第二電極５と、を順次積層してなる有機ＥＬパネルであって、第一電極２と機能層４との間に半透過半反射性を有するハーフミラー３を形成してなることを特徴とする。また、支持基板１上に形成される第一電極２と、少なくとも有機発光層４ｃを含む機能層４と、第二電極２と、を順次積層してなる有機ＥＬパネルであって、機能層４内に半透過半反射性を有するハーフミラー６を形成してなることを特徴とする。【選択図】  図１
2010010054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板上に形成される第一電極と、少なくとも有機発光層を含む機能層と、第二電極と、を順次積層してなる有機ＥＬパネルであって、
前記第一電極と前記機能層との間に半透過半反射性を有するハーフミラーを形成してなることを特徴とする有機ＥＬパネル。
【請求項２】
支持基板上に形成される第一電極と、少なくとも有機発光層を含む機能層と、第二電極と、を順次積層してなる有機ＥＬパネルであって、
前記機能層内に半透過半反射性を有するハーフミラーを形成してなることを特徴とする有機ＥＬパネル。
【請求項３】
前記機能層は、正孔注入層及び正孔輸送層の少なくとも一方を含み、
前記ハーフミラーは、前記正孔注入層あるいは前記正孔輸送層内に形成されてなることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬパネル。
【請求項４】
前記第一電極及び前記第二電極は、少なくとも一方が透光性であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機ＥＬパネル。
【請求項５】
前記ハーフミラーは、金属，金属合金，導電性ポリマー，電気導電性を有する半導体あるいはそれらの積層体からなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイあるいは照明装置に用いられる有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機材料によって形成される自発光素子である有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬパネルは、例えば、陽極となるインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等からなる第一電極と、少なくとも有機発光層を有する機能層と、陰極となるアルミニウム（Ａｌ）等からなる非透光性の第二電極と、を順次積層するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、有機発光層から発せられた光を外部へ取り出す場合、素子が形成される支持基板，光取り出し側の透明電極，あるいは機能層を構成する各層の屈折率で一意的に定められる全反射臨界角以上の光は全反射してしまい、導波光として損失し外部へ取り出すことができない。取り出し面の対向側に反射性電極を用いる有機ＥＬ素子においても、直接透明電極から外部に取り出される光及び反射性電極での反射を経由して外部に取り出される光も同様に全反射臨界角を超える光は導波光として損失する。そのため、外部に取り出すことができる光の比率（外部取り出し効率）は２０％程度であることが知られている（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
外部取り出し効率を向上させることができれば、有機ＥＬパネルを用いたディスプレイや照明装置などの発光輝度を飛躍的に高めることができるため、各所で盛んに研究開発が行われている。有機ＥＬ素子のアプリケーション面、製造コスト面からの期待も大きい。すなわち、例えば外部取り出し効率を現状の２倍（約４０％）とすることができれば、駆動用ＩＣの出力電流容量を半分にできたり、配線に用いる電極の配線巾を半分にすることができ、モジュールの小型化や同一面積の多面取り基板で形成できる素子の数量増加あるいは駆動ＩＣチップの低コスト化などが期待できる。
【０００５】
外部取り出し効率を向上させるための方法としては、従来透明基板上層に形成する第一電極を半透明膜とし、対向する第二電極を反射電極として機能させることで光共振を発生させる方法（例えば特許文献２，３参照）や、第二電極も半透明膜としてその上層に光路長を増加させるためのバッファー層を設け、このバッファー層上に反射電極機能を有する第三電極を形成する方法（例えば特許文献４参照）が知られている。また、特許文献５には、第一電極と第二電極との間に金属粒子有する光散乱層を設け、光散乱によって外部取り出し効率を向上させる方法が開示されている。また、特許文献６には、正孔注入層と正孔輸送層との間に反射層を形成する方法が開示されている。
【特許文献１】特開昭５９−１９４３９３号公報
【特許文献２】特開２００４−１２７７２５号公報
【特許文献３】特開２００５−１１６５１６号公報
【特許文献４】特開２００４−１２７５８８号公報
【特許文献５】特開２００７−１６５２８４号公報
【特許文献６】特開２００５−１５００４２号公報
【非特許文献１】「有機ＥＬハンドブック」リアライズ理工センター  ２００４年６月発行、Ｐ２０３
【非特許文献２】「有機ＥＬディスプレイ」オーム社  ２００４年８月発行、Ｐ２７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２〜４に開示される電極をハーフミラーとする構成においては、陽極をハーフミラーとする場合、ＩＴＯやインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料からなる陽極の透過率をスパッタリング製膜条件で制御して半透過半反射性を得つつ電極としての電気導電特性を両立させることとなるが、例えばスパッタリング製膜の酸素分圧を調整して陽極の透過・反射率スペクトルを変化させると、低波長側での透過率が長波長側と比較して低下する傾向にあり、発光スペクトルを同時に調整して所望の発光色を得ることが困難であり、生産性に問題点があった。また、陰極をハーフミラーとする場合、陰極膜厚を薄くする必要があるが、特に照明装置に用いられるような大電流を印加する有機ＥＬパネルにあっては陰極を薄膜化すると発熱によって陰極や機能層が破損したり、エレクトロマイグレーションが発生するなどして短絡など電極としての機能を失うことがあるという問題点があった。
【０００７】
また、特許文献５に開示される金属粒子を有する光散乱層を設ける構成においては、光学設計できないという問題点があった。また、金属粒子の粒形を均一にし、光散乱層内に均一あるいは設計通りに均等に分布させることは、生産上非常に困難である。また、この金属粒子によって、第一，第二電極と金属粒子とが短絡を引き起こす場合があるという問題点があった。
【０００８】
また、特許文献６に開示される正孔注入層と正孔輸送層との間に反射層を形成する構成においては、本願発明者らの実験結果では発光特性が著しく悪い結果となった。一般的に正孔注入層から正孔輸送層へのキャリア輸送は双方の伝導準位（イオン化ポテンシャル）が近い、あるいは正孔輸送層の伝導準位が正孔注入層の伝導準位より深いことで電極から正孔注入層へ注入されたキャリアが正孔輸送層へ運ばれることが知られている（例えば非特許文献２参照）。しかしながら、正孔注入層と正孔輸送層との間に反射層を形成する場合、反射層の伝導準位を正孔注入層と正孔輸送層の中間あるいは同等の値としなければならない。また、アルミニウム（Ａｌ）などの金属材料によって反射層を形成する場合、その素子特性は透明電極上にＡｌ薄膜を形成しこのＡｌ薄膜上に正孔輸送層を形成するものと同様となり、正孔注入層が機能しないことを本願発明者は見いだした。すなわち、特許文献６に開示される方法では、または外部取り出し効率が全く向上しないあるいは発光しないという問題点があった。
【０００９】
本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、外部取り出し効率を向上させることが可能な有機ＥＬパネルを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するために、支持基板上に形成される第一電極と、少なくとも有機発光層を有する機能層と、第二電極と、を順次積層してなる有機ＥＬパネルであって、前記第一電極と前記機能層との間に半透過半反射性を有するハーフミラーを形成してなることを特徴とする。
【００１１】
本発明は、前記課題を解決するために、支持基板上に形成される第一電極と、少なくとも有機発光層を有する機能層と、第二電極と、を順次積層してなる有機ＥＬパネルであって、前記機能層内に半透過半反射性を有するハーフミラーを形成してなることを特徴とする。
【００１２】
また、前記機能層は、正孔注入層及び正孔輸送層の少なくとも一方を含み、前記ハーフミラーは、前記正孔注入層あるいは前記正孔輸送層内に形成されてなることを特徴とする。
【００１３】
また、前記第一電極及び前記第二電極は、少なくとも一方が透光性であることを特徴とする。
【００１４】
また、前記ハーフミラーは、金属，金属合金，導電性ポリマー，電気導電性を有する半導体あるいはそれらの積層体からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明はディスプレイあるいは照明装置に用いられる有機ＥＬパネルに関し、外部取り出し効率を向上させることが可能となるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を有機ＥＬパネルに適用した実施形態について添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第一の実施形態を示す図である。第一の実施形態である有機ＥＬパネルは、支持基板１と、第一電極２と、ハーフミラー層３と、機能層４と、第二電極５と、を有するものである。
【００１８】
支持基板１は、例えば透光性のガラス材料からなる矩形状の基板である。支持基板１上には、第一電極２，ハーフミラー層３，機能層４及び第二電極５が順に積層形成される。
【００１９】
第一電極２は、機能層４に正孔を注入する陽極となるものであり、支持基板１上にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）あるいは酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の透光性導電材料をスパッタリング法等の手段によって層状に形成してなり、フォトエッチング等の手段によって所定の形状にパターニングされる。
【００２０】
ハーフミラー層３は、第一電極２上に例えばアルミニウム（Ａｌ）等の導電材料を真空蒸着法等の手段によって薄膜状に形成してなり、半透過半反射性を有するものである。なお、ハーフミラー３は、透過率の高いインジウム（Ｉｎ）及び銀（Ａｇ）や、ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），コバルト（Ｃｏ），銅（Ａｕ），マグネシウム（Ｍｇ）及びリチウム（Ｌｉ）等の金属，これら金属の合金，導電性ポリマー，シリコンを代表とする電気導電性を有する半導体あるいはそれら金属，金属合金及び半導体の積層体からなるものであってもよい。また、ハーフミラー層３の製膜は、第一電極２と同様のスパッタリング法やインクジェット法などの他の製膜方法によるものであってもよい。特に第一電極２上にハーフミラー層３を形成する場合は、スパッタリング法にて製膜すると均一かつ薄膜に形成できるため好適である。
【００２１】
機能層４は、少なくとも有機発光層を含む発光を得るための各機能を有する複数の層からなり、ハーフミラー層３上に形成されるものである。本実施形態においては、第一電極２側から順に正孔注入層４ａ，電子輸送層４ｂ，有機発光層４ｃ，電子輸送層４ｄ及び電子注入層４ｅが順に積層形成されてなる。
【００２２】
正孔注入層４ａは、第一電極２からの正孔を取り込む機能を有し、例えば酸化モリブデン（ＭｏＯ↓３）や五酸化バナジウム（Ｖ↓２Ｏ↓５）等の無機材料あるいはアミン系化合物等の有機材料を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなるものである。
【００２３】
正孔輸送層４ｂは、正孔を有機発光層４ｃへ伝達する機能を有し、例えばアミン系化合物であるα−ＮＰＤ等の正孔輸送材料を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなる。
【００２４】
有機発光層４ｃは、正孔及び電子の輸送が可能であり、正孔及び電子が輸送されて再結合することで所定色の発光を示す機能を有し、所望の発光色に応じて種々の有機材料を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなるものである。なお、有機発光層４ｃは単一材料からなるものであってもよく、また、ホスト材料に発光ドーパントを添加してなるものであってもよい。
【００２５】
電子輸送層４ｄは、電子を有機発光層４ｃへ伝達する機能を有し、例えばアルミキノリノール（Ａｌｑ３）等の電子輸送材料を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなる。
【００２６】
電子注入層４ｅは、第二電極６からの電子を取り込む機能を有し、電子輸送層４ｄ上にフッ化リチウム（ＬｉＦ）等を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなるものである。
【００２７】
第二電極５は、機能層４に電子を注入する陰極となるものであり、電子注入層４ｅ上に例えばアルミニウム（Ａｌ）等の低抵抗の導電材料を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなる反射電極である。なお、第二電極５としては、Ａｇ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ａｕ，Ｍｇ及びＬｉ等の金属及びＡｇＭｇ等のこれら金属の合金であってもよい。
【００２８】
以上の各部によって有機ＥＬパネルが構成されている。有機ＥＬパネルは支持基板１側の第一電極２を透明電極とし、支持基板１の対向側の第二電極５を反射電極として支持基板１側から光を取り出すいわゆるボトムエミッション型の有機ＥＬパネルである。
【００２９】
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。図２は、第二の実施形態である有機ＥＬパネルを示す図である。なお、前述の第一の実施形態と同一あるいは相当個所には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３０】
第二の実施形態である有機ＥＬパネルは、支持基板１と、第一電極２と、機能層４と、第二電極５と、ハーフミラー層６と、を有するものである。
【００３１】
ハーフミラー層６は、正孔注入層４ａ内に例えばＡｌ等の導電材料を真空蒸着法等の手段によって薄膜状に形成してなり、半透過半反射性を有するものである。なお、ハーフミラー３は、透過率の高いＩｎ及びＡｇや、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ａｕ，Ｍｇ及びＬｉ等の金属，これら金属の合金，導電性ポリマー，シリコンを代表とする電気導電性を有する半導体あるいはそれらの積層体からなるものであってもよい。また、ハーフミラー６は、正孔輸送層４ｂ内に形成されるものであっても良い。
【００３２】
以上の各部によって有機ＥＬパネルが構成されている。有機ＥＬパネルは支持基板１側の第一電極２を透明電極とし、支持基板１の対向側の第二電極５を反射電極として支持基板１側から光を取り出すいわゆるボトムエミッション型の有機ＥＬパネルである。
【実施例１】
【００３３】
以下、さらに本発明の実施例について説明する。実施例１として、図１に示す有機ＥＬパネルを作製した。すなわち、ガラス材料からなる支持基板１上に、第一電極２としてＩＴＯを膜厚１５０ｎｍで形成した。その後、支持基板１を蒸着装置に導入し、ハーフミラー層３，機能層４及び第二電極５を順次積層形成して有機ＥＬパネルを作製した。ハーフミラー層３としては真空蒸着法により半透過半反射性を有する膜厚５ｎｍのＡｌ薄膜を形成した。機能層４のうち、正孔注入層４ａとしてはＭｏＯ↓３を真空蒸着法により膜厚２０ｎｍで形成した。正孔輸送層４ｂとしてはアミン系化合物を真空蒸着法により膜厚４０ｎｍで形成した。発光層４ｃとしては橙色に発光する発光層を真空蒸着法により膜厚４０ｎｍで形成した。電子輸送層４ｄ及び電子注入層４ｅとしては、それぞれＡｌｑ及びＬｉＦを真空蒸着法により合わせて膜厚２０ｎｍで形成した。なお、電子注入層４ｅ単層の膜厚は極めて薄く、数ｎｍ程度である。第二電極５としては真空蒸着法により膜厚１００ｎｍのＡｌ薄膜を形成し、反射電極とした。
【実施例２】
【００３４】
また、実施例２として、図２に示す有機ＥＬパネルを作製した。すなわち、ガラス材料からなる支持基板１上に、第一電極２としてＩＴＯを膜厚１５０ｎｍで形成した。その後、支持基板１を蒸着装置に導入し、機能層４，第二電極５及びハーフミラー層６を形成して有機ＥＬパネルを作製した。ハーフミラー層６は、正孔注入層４ａの製膜工程において正孔注入層４ａを約１０ｎｍ形成した後にハーフミラー層６として真空蒸着法により半透過半反射性を有する膜厚５ｎｍのＡｌ薄膜を形成し、さらにこのＡｌ薄膜上に正孔注入層４ａを約１０ｎｍ形成した。正孔注入層４ａとしてはＭｏＯ↓３を真空蒸着法により形成した。正孔輸送層４ｂとしてはアミン系化合物を真空蒸着法により膜厚４０ｎｍで形成した。発光層４ｃとしては橙色に発光する発光層を真空蒸着法により膜厚４０ｎｍで形成した。電子輸送層４ｄ及び電子注入層４ｅとしては、それぞれＡｌｑ及びＬｉＦを真空蒸着法により合わせて膜厚２０ｎｍで形成した。なお、電子注入層４ｅ単層の膜厚は極めて薄く、数ｎｍ程度である。第二電極５としては真空蒸着法により膜厚１００ｎｍのＡｌ薄膜を形成し、反射電極とした。
【００３５】
また、比較例１として、ハーフミラー層３を形成しないほかは、実施例１と同様の条件で有機ＥＬパネルを作製した。なお、比較例１は正孔注入層４ａの材料にアミン系化合物を使用した。
【００３６】
実施例１，２及び比較例１の発光スペクトルを図３に示す。また、実施例１，２及び比較例１の発光特性を図４に示す。なお、図３の特性Ｓ１，Ｓ２は、それぞれ実施例１，２の発光スペクトルを示しており、特性Ｓ３は比較例１の発光スペクトルを示している。図３及び図４によれば、実施例１，２は、半値幅が比較例１に比べて減少し、またその外部に出射される光が比較例１に比べて正面輝度で大幅に増大していることが分かる。実施例１，２は従来例１と比べて外部取り出し効率が１．６倍に向上し、また半値幅が減少していることから色純度が向上している。本願発明者らの実験結果では、特許文献６のような正孔注入層と正孔輸送層の間にハーフミラーを形成した場合、伝導準位に起因したキャリア輸送の抑制により発光しない結果となったが、実施例１のように第一電極２と機能層４との間にハーフミラー層３を設ける、あるいは実施例２のように機能層４内にハーフミラー層６を設けることで外部取り出し効率を大きく改善することに成功した。そのことは図３及び図４から明らかである。実施例２は、正孔注入層４ａはハーフミラー層６によって第一電極２側と正孔輸送層４ｂ側とに分離されている。そのため、第一電極２から正孔注入層４ａの第一電極２側に注入されたキャリアは、ハーフミラー層６が有する伝導準位へと移動するが、その後さらに正孔注入層４ａの正孔輸送層４ｂ側の伝導準位に移動し、結果として正孔注入層４ａから正孔輸送層４ｂへのキャリア移動が妨げられずに良好なキャリア注入性を得ることができ、外部取り出し効率が向上したと推測される。同様に本願発明者らは、正孔輸送層４ｂ内にハーフミラー層６を形成する構成においても外部取り出し効率が向上する結果を得ることに成功した。
【００３７】
なお、有機ＥＬパネルが照明用途である場合には視野角による色度依存性は特に重要視されないが、ディスプレイ用途である場合では色度の視野角依存性を考慮する必要がある。その場合、ハーフミラー層３，６の材料や膜厚設計をすることでハーフミラー層３，６の透過率を向上させ最適化を図ることができる。そのほか、ハーフミラー層３，６は電極としての機能を要しないため、発光部内にハーフミラー層３，６を部分的に形成することで色度の視野角依存性を制御してもよい。図５は、ハーフミラー層３を部分的に形成した構成を示している。本手法によれば、マスク製膜によって容易に実行することができるため、膜厚を数ｎｍの範囲で制御する方法と比較して容易かつ安価に最適化を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第一の実施形態である有機ＥＬパネルを示す図。
【図２】本発明の第二の実施形態である有機ＥＬパネルを示す図。
【図３】本発明の実施例１，２及び比較例１の発光スペクトルを示す図。
【図４】本発明の実施例１，２及び比較例１の発光特性を示す図。
【図５】本発明の第一の実施形態である有機ＥＬパネルの別例を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１  支持基板
２  第一電極
３  ハーフミラー層
４  機能層
４ａ  正孔注入層
４ｂ  正孔輸送層
４ｃ  有機発光層
４ｄ  電子輸送層
４ｅ  電子注入層
５  第二電極
６  ハーフミラー層
【図１】
2010010054.tif 000003
【図２】
2010010054.tif 000004
【図３】
2010010054.tif 000005
【図４】
2010010054.tif 000006
【図５】
2010010054.tif 000007