(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射金属膜を有する第１電極と、半透過金属膜からなる第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に配置された、少なくとも発光層を含む有機化合物層とを有する赤色を発する有機ＥＬ素子であって、
前記第２電極の光取り出し側には可干渉な膜厚からなる光学調整層が配置されており、前記発光層の発光位置から前記第１電極の反射面までの光学距離Ｌ1が下記式（Ｉ）を満たしており、前記発光層から前記光学調整層を含めた第２電極方向における反射率が発光スペクトルの最大ピーク波長において６０乃至７５％であり、吸収率が６％未満であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
式（Ｉ）
（−１−（２φ1／π））×（λ／８）＜Ｌ1＜（１−（２φ1／π））×（λ／８）
（λは発光スペクトルの最大ピーク波長、φ1は前記第１電極における反射時の位相シフト［ｒａｄ］）
【請求項２】
前記発光層の発光位置から前記第２電極の反射面までの光学距離Ｌ2が下記式（ＩＩ）を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
式（ＩＩ）
（−１−（２φ2／π））×（λ／８）＜Ｌ2＜（１−（２φ2／π））×（λ／８）
（λは発光スペクトルの最大ピーク波長、φ2は前記第２電極における反射時の位相シフト［ｒａｄ］）
【請求項３】
前記第１電極の反射面における反射率は発光スペクトルの最大ピーク波長において８５％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記有機ＥＬ素子は発光スペクトルの最大ピーク波長が６００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記光学調整層の光取り出し側に、前記光学調整層よりも屈折率が低く、可干渉な膜厚からなる反射調整層が配置されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の赤色を発する有機ＥＬ素子と、緑色を発する有機ＥＬ素子と、青色を発する有機ＥＬ素子と、を備えたことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子とこれを用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、数ボルト程度の低駆動電圧で自己発光する有機ＥＬ素子が注目を集めている。有機ＥＬ素子は、面発光特性、軽量、視認性といった優れた特徴を活かし薄型ディスプレイや照明器具、ヘッドマウントディスプレー、また電子写真方式プリンタのプリントヘッド用光源など発光装置としての実用化が進みつつある。
【０００３】
特に表示装置の低消費電力化の要求は高まりつつあり、有機ＥＬ素子の発光効率のさらなる改善が期待されている。発光効率を飛躍的に改善させるデバイス構造の一つに、マイクロキャビティ方式がある。発光分子は、光の「強めあう干渉」が起きる空間に向かって光を強く放射する性質がある。つまり、光学干渉を用いることで、放射パターンを制御することが可能となる。マイクロキャビティ方式では、発光分子からみて光取り出し方向に「強めあう干渉」が生じるようにデバイスパラメータ（膜厚や屈折率）を設計する。
【０００４】
マイクロキャビティ方式を採用した有機ＥＬ素子は、光取り出し側の電極には半透過金属膜を形成し、光取り出し側とは逆側には電極の機能を兼ねた反射金属膜を有するのが一般的である。特許文献１では反射金属膜として高反射金属である銀（Ａｇ）を用いると同時に、反射金属膜と発光層の発光位置との光学距離Ｌに関して
Ｌ＝（２ｍ−（φ／π））×（λ／４）
を満たすことで、取り出したい波長λの光を正面方向に集光させている。さらには、光取り出し側の電極として厚さ１０ｎｍのＭｇＡｇ合金からなる半透過金属膜を形成することで、両電極間でキャビティ構造を作っている。尚、上記式中、φは反射金属膜における反射時の位相シフト［ｒａｄ］、干渉次数ｍは０又は正の整数でありｍ＝０の時に光学距離Ｌは上記式を満足する正の最小値をとる。
【０００５】
また、マイクロキャビティ方式では光取り出し側電極近傍の構成も重要となる。特許文献２では、光取り出し電極としてＭｇを主成分とする金属薄膜を１７乃至２０ｎｍで形成することが好適であるとしている。また特許文献３では、光取り出し側の電極である金属薄膜上部に、光学調整層として１．７以上の屈折率を有する有機キャッピング層を形成することを特徴としている。有機キャッピング層は、有機ＥＬ素子の保護と同時に、光取り出し側電極での全反射を抑制することによる発光効率の向上を目的としている。
【０００６】
ここで、有機ＥＬ素子内での光の挙動は、光学シミュレーションで計算可能であり、非特許文献１に詳しい。また、光学多層薄膜の反射率、透過率、位相シフト等の計算手法に関しては非特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−７７６８１号公報
【特許文献２】特開２００６−２５３１１３号公報
【特許文献３】特開２００６−１５６３９０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｓ．Ｎｏｗｙ  ｅｔ．ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  １０４，１２３１０９（２００８）
【非特許文献２】小檜山光信著，「光学薄膜の基礎理論」，（日本），第２版，オプトロニクス社，２００３年７月２３日，ｐ．８３−１１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来、光取り出し側電極に用いられる半透過金属膜の膜厚は１０乃至２０ｎｍ程度で実施されていることが多い。しかしながら最適な膜厚は、反射金属膜と発光層との間の干渉次数や半透過金属膜の吸収によって異なるにも関わらず、ほぼ一様に規定されてきた。
【００１０】
本発明の課題は、反射金属膜と発光層との間の干渉次数や半透過金属膜の吸収を考慮し、最適な条件を設定して従来よりも高効率な有機ＥＬ素子を備えた表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の課題は、干渉次数の影響及び半透過金属膜と光学調整層との組み合わせに関して有機ＥＬ素子内での光の挙動を鋭意解析し、本発明を達成した。
【００１２】
本発明は、反射金属膜を有する第１電極と、半透過金属膜からなる第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に配置された、少なくとも発光層を含む有機化合物層と、を有する赤色を発する有機ＥＬ素子であって
前記第２電極の光取り出し側には可干渉な膜厚からなる光学調整層が配置されており、前記発光層の発光位置から前記第１電極の反射面までの光学距離Ｌ1が下記式（Ｉ）を満たしており、前記発光層から前記光学調整層を含めた第２電極方向における反射率が発光スペクトルの最大ピーク波長において６０乃至７５％であり、吸収率が６％未満であることを特徴とする。
【００１３】
式（Ｉ）
（−１−（２φ1／π））×（λ／８）＜Ｌ1＜（１−（２φ1／π））×（λ／８）
（λは発光スペクトルの最大ピーク波長、φ1は前記第１電極における反射時の位相シフト［ｒａｄ］）
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、有機ＥＬ素子のマイクロキャビティの強度及び反射金属膜と発光層との間の干渉次数を最適化することで、発光効率が向上した有機ＥＬ素子を備えた表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の表示装置の第１の実施形態の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における赤色発光の有機ＥＬ素子の発光効率に関する反射率依存性を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における赤色発光の有機ＥＬ素子の反射率及び吸収率のＡｇ膜厚依存性を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における赤色発光の有機ＥＬ素子の発光効率に関する反射率依存性を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における赤色発光の有機ＥＬ素子の反射率の第２電極膜厚及び光学調整層膜厚依存性を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における赤色発光の有機ＥＬ素子の発光効率に関する反射率依存性を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態における赤色発光の有機ＥＬ素子の反射率及び吸収率のＭｇＡｇ膜厚依存性を示す図である。
【図８】本発明の表示装置に用いられる有機ＥＬ素子の第２の実施形態の構成を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における赤色発光の有機ＥＬ素子の発光効率及び反射率に関する光学調整層膜厚依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の表示装置について図面を参照して説明する。尚、本明細書で特に図示または記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知または公知技術を適用する。また以下に説明する実施形態は、発明の一つの実施形態であって、これらに限定されるものではない。
【００１７】
(第１の実施形態)
図１（ａ）は、本発明の表示装置の一実施形態の構成を模式的に示す斜視図である。本実施形態の表示装置は、有機ＥＬ素子を備える画素１００を複数有している。そして、複数の画素１００はマトリックス状に配置され、表示領域１０１を形成している。尚、画素とは、１つの有機ＥＬ素子の発光領域に対応した領域を意味している。本実施形態の表示装置では、有機ＥＬ素子は画素１００のそれぞれに１つの発光色の有機ＥＬ素子が配置された表示装置である。有機ＥＬ素子の発光色としては、色の３原色である、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）が代表的であるが、その他に白色、黄色、シアンなどでもよい。また、本実施形態の表示装置には、発光色の異なる複数の画素（例えば赤色を発光する画素、緑色を発光する画素、及び青色を発光する画素）からなる画素ユニットが複数配列されている。画素ユニットとは、各画素の混色によって所望の色の発光を可能とする最小の単位を示す。
【００１８】
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線における部分断面模式図であり、各有機ＥＬ素子は絶縁性の隔壁（不図示）で分離されている。基板１上に陽極として機能する反射金属膜からなる第１電極２が形成されている。第１電極２の上部には、発光層４Ｒ，４Ｇ，４Ｂのいずれかを少なくとも含む有機化合物層６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ、陰極として機能する半透過金属膜を有する第２電極７、光学調整層８が順に積層されている。有機化合物層６Ｒ，６Ｇ，６Ｂは、正孔輸送層３、発光層４、電子輸送層５からなる各種機能層を積層したものである。尚、正孔輸送層３及び電子輸送層５は配置しなくてもよく、また、これら以外に正孔注入層や電子注入層、正孔ブロック層や電子ブロック層などを適宜設けても良い。
【００１９】
本実施形態は、基板とは逆側から光を取り出すトップエミッション方式である。以下詳細に述べる。
【００２０】
基板１としては、各種のガラス基板、Ｐｏｌｙ−Ｓｉやａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）等で半導体を形成したＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等の駆動回路（図示省略）を形成したガラス基板が用いられる。また、シリコンウエハー上に駆動回路を形成したガラス基板、シリコンウエハー上に駆動回路を設けたもの等も挙げることができる。
【００２１】
第１電極２は基板１上に形成されたＴＦＴ等の駆動回路と導通がとられており、有機ＥＬ素子の発光効率向上のために反射金属膜を有する。反射金属膜としては高反射性の金属が好適であり、具体的には可視光における反射率が８５％以上である、ＡｌやＡｇ等の金属やその合金が挙げられる。また、第１電極２は反射金属膜単層でもよいし、バリア層を兼ねる仕事関数の大きい材料との積層体でもよい。積層材料の具体例としては酸化インジウム錫（ＩＴＯ）や酸化インジウム亜鉛などの透明電極やＴｉ，Ｍｏ，Ｗ等の薄膜金属、ＭｏＯ3等の酸化膜が挙げられる。
【００２２】
正孔輸送層３には正孔注入層や電子ブロック層といった機能や層も含まれる。また電子輸送層５には電子注入層や正孔ブロック層といった機能や層も含まれる。本発明は有機化合物層６における機能層の積層数や各層に含まれる材料には限定されない。例えば、発光層４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを構成する発光材料は蛍光材料もしくは燐光材料のいずれでもよく、ホスト材料の中にドーピングされた形態でもよい。さらには、発光材料の他に少なくとも一種類以上の化合物が素子性能向上のために含まれていてもよい。
【００２３】
光取り出し側の第２電極７には半透過金属膜が用いられる。具体的には、ＡｇやＭｇが挙げられるが、光吸収の観点からＡｇが好適である。従来、電子注入性の観点からＭｇを主成分とする半透過金属膜が用いられることが多かったが、電子注入性に優れるアルカリ金属と組み合わせることで、Ａｇを用いた半透過金属でも優れた電子注入性が実現できる。具体的には電子注入層としてアルカリ金属を用いる、半透過金属膜中にアルカリ金属を添加する、といった手法が挙げられる。
【００２４】
さらに第２電極７の上部には、第２電極７の保護を兼ねる光学調整層８が配置されている。光学調整層８の膜厚が可視光波長（６５０ｎｍ）以下の場合、光学調整層８は可干渉な膜厚であり、赤色発光の発光層４Ｒから第２電極方向への反射率に影響を及ぼすことになる。つまり、第２電極７と光学調整層８を組み合わせた実効的な反射率で赤色発光の有機ＥＬ素子を評価することが重要になる。尚、光学調整層８は反射率調整の観点から屈折率の高い材料が好ましいが、有機材料、無機材料、どちらでもよい。
【００２５】
赤色発光の発光層４Ｒから第１電極２の方向へのマイクロキャビティ条件としては反射率が高いことと所望の波長において位相の整合がとれていることが重要である。特に反射率の高い第２電極２方向の位相の整合条件は重要であり、発光層４Ｒの発光位置から第１電極２の反射面までの光学距離Ｌ1について
式（１）
Ｌ1＝（２ｍ−（φ1／π））×（λ／４）
を満たすことで、取り出したい波長λの光は正面方向の強度が強まる。ここで、φ1は第１電極２での反射時の位相シフト［ｒａｄ］であり、干渉次数ｍは０又は正の整数であり、ｍ＝０の時に光学距離Ｌ1は（１）を満足する正の最小値をとる。位相シフトφ1の値は金属種によって異なるが、概ね−２．７９ｒａｄ乃至−１．７５ｒａｄ程度である。また、光学距離Ｌ1は、発光層４Ｒから第１電極２の反射面との間における各層の屈折率ｎ×厚さｄの総和である。尚、薄膜を積層した場合の位相シフト［ｒａｄ］や反射率は一般的な光学多層薄膜の計算により求めることができる（例えば非特許文献２を参照）。但し、本発明においては広波長帯域にマイクロキャビティ効果を発現させ発光効率を向上させるためにｍ＝０が望ましい。よって、上記式は下記式（２）を満たすことが好ましい。
【００２６】
式（２）
Ｌ1＝（−φ1／π）×（λ／４）
【００２７】
但し、実際の有機ＥＬ素子では、正面の取り出し効率とトレードオフの関係にある視野角特性等も考慮すると、必ずしも上記膜厚と厳密に一致させる必要はない。具体的には、Ｌ1が式（２）を満たす値から±λ／８以内の誤差があってもよい。よって、本発明の有機ＥＬ素子において、下記式（Ｉ）を満たすことが好ましい。
【００２８】
式（Ｉ）
（−１−（２φ1／π））×（λ／８）＜Ｌ1＜（１−（２φ1／π））×（λ／８）
【００２９】
また、発光層４Ｒから第２電極７の方向への位相の整合条件も同様にして、発光層４Ｒの発光位置から第２電極７の反射面までの光学距離Ｌ2について
式（ＩＩ）
（−１−（２φ2／π））×（λ／８）＜Ｌ2＜（１−（２φ2／π））×（λ／８）
を満たすことで、取り出したい波長λの光は正面方向の強度が強まる。ここで、φ2は第２電極７よりも上部における構造を１つのミラーとした場合の反射時の位相シフト［ｒａｄ］である。従って位相シフトφ2の値は半透過金属膜の金属種や膜厚だけでなく、光学調整層８の屈折率や膜厚にも依存することになる。
【００３０】
より好ましくは、±λ／１６以内の誤差内に収まっているのがよい。つまり、有機ＥＬ素子は下記式（ＩＩＩ）、式（ＩＶ）を満たすことが好ましい。
【００３１】
式（ＩＩＩ）
（−１−（４φ1／π））×（λ／１６）＜Ｌ1＜（１−（４φ1／π））×（λ／１６）
式（ＩＶ）
（−１−（４φ2／π））×（λ／１６）＜Ｌ2＜（１−（４φ2／π））×（λ／１６）
【００３２】
また、発光層４Ｒから第２電極７の方向への反射率に関しても第２電極７よりも上部における構造を１つのミラーとして考えることが重要である。第２電極７の方向への反射率が低過ぎるとキャビティ効果が薄いため正面方向の発光効率は向上しない。一方、第２電極７の方向への反射率が高過ぎると、有機ＥＬ素子内における多重反射回数が増えると同時に有機ＥＬ素子内吸収も増えるため正面方向の発光効率は向上しない。従って、有機ＥＬ素子の発光効率極大値を与える第２電極７の方向への最適反射率が存在することになるが、最適反射率は素子構造によって変化する。
【００３３】
本発明は赤色発光の発光層４Ｒから第１電極２方向における干渉次数の違いによって、第２電極７の方向への最適反射率が異なることを見出した。具体的には、干渉次数が最も小さい式（Ｉ）を満たす条件において、第２電極７の方向への反射率が従来よりも高い領域において発光効率の極大値を得る。
【００３４】
以下、第２電極７の半透過金属膜としてＡｇを用いた場合の、第２電極７方向への反射率と発光効率の関係について解析した結果を説明する。以下のシミュレーションでは、特に記述がない限り、本実施形態における光学距離Ｌ1、Ｌ2はそれぞれ式（Ｉ）、（ＩＩ）を満たす範囲で発光効率の最適化を行っている。シミュレーションは非特許文献１、非特許文献２と同様の手法で実施し、内部量子効率は７０％とした。
【００３５】
〔赤色発光の有機ＥＬ素子の発光効率に対する第２電極７方向の反射率依存性〕
図２は本実施形態において、最大ピーク波長が５７０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の赤色発光の有機ＥＬ素子(以下、赤色素子)について、発光層４Ｒから第２電極７の方向への反射率による発光効率変化を示したものである。反射率に関しては、光学調整層８に一般的に用いられる屈折率ｎ＝１．７程度の有機材料を８５ｎｍの膜厚として、第２電極７としてＡｇからなる半透過金属膜の膜厚を１０乃至５０ｎｍまで変化させた場合の値である。第１電極２には厚膜のＡｌを用いている。第２電極７の膜厚と反射率、吸収率の関係を図３に示す。尚、本発明の赤色素子の発する光のスペクトルの最大ピーク波長は５７０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下であり、表示装置として使用する場合は、６００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下がよく、露光装置に使用する場合は、５７０ｎｍ以上６２０ｎｍ以下がよい。
【００３６】
図２から分かる通り、式（１）のｍ＝１の場合は反射率が５５％近傍で発光効率の極大値をとる。それに対してｍ＝０の場合は、反射率が７０％近傍で発光効率の極大値をとり、さらに、ｍ＝１の場合の１．２倍程度の発光効率となる。ｍ＝１の場合、正面へ光を取り出すためのキャビティ効果が狭い波長帯域でしか保てないため、反射率を大きくしても発光効率の向上率は小さく、さらに、発光効率の極大値は反射率が比較的低いところになる。それに対してｍ＝０の場合、正面へ光を取り出すためのキャビティ効果が広い波長帯域で保てるため、反射率を上げた時の発光効率向上率は大きく、さらに、発光効率の極大値は反射率が比較的高いところになる。尚、反射率の値は発光スペクトルのピーク波長λ＝６２０ｎｍでの値である。
【００３７】
本実施形態におけるｍ＝０の条件においては、発光層４Ｒから第２電極７の方向への反射率が７０％近傍で発光効率の極大値をとるが、反射率が６０乃至７５％の範囲であれば、極大値との発光効率差は５％以内であり好適であることが分かる。
【００３８】
また、本実施形態において、光学調整層８の膜厚を７０ｎｍ、８５ｎｍ、１００ｎｍとした場合において、発光層４Ｒから第２電極７の方向への反射率による発光効率変化を示したものが図４である。図４から分かる通り、発光効率の変化は発光層４Ｒから第２電極７の方向への反射率で規定されており、全ての構成において発光効率の極大値は反射率が７０％近傍でとっている。本質的に発光層４Ｒから第２電極７の方向への反射率が重要であることが分かる。尚、各構成において第２電極７の膜厚と反射率の関係を図５に示すが、同一の反射率を示す第２電極７の膜厚は光学調整層８の膜厚によって異なる。各構成において発光効率の極大値を示す構成を表１にまとめたが、発光効率の極大値は第２電極７の膜厚及び光学調整層８の膜厚から求められる反射率で決定されていることが分かる。尚、発光層４Ｒから第２電極７の方向への反射率計算に関しては、入射媒質を有機化合物層６Ｒ、出射媒質を空気として、表２に示す光学定数を用いて非特許文献２に記載の計算を行った。
【００３９】
【表１】
0005425242.tif 000002
【００４０】
【表２】
0005425242.tif 000003
【００４１】
従来、第２電極７の膜厚が２０ｎｍ以下で、発光層４Ｒから第２電極７の方向への反射率が低い領域で実施されていることが多い。理由として、短絡対策として有機化合物層６Ｒの膜厚を厚くできるｍ＝１の条件で検討されていることが多いのと、１０％以上の吸収率を有するＭｇを主成分とする半透過金属膜を用いて検討を行っているためだと考えられる。第２電極７における吸収が大きいと、キャビティ効果よりも多重反射による吸収増大の方が大きくなるため、本実施形態のような高い反射率の領域では発光効率の低下を起こしてしまう。図６にｍ＝０の条件で光学調整層８の膜厚を８５ｎｍとし、半透過金属膜にＡｇを用いた場合とＭｇＡｇを用いた場合の発光効率の比較を示す。図６に示すように吸収率の大きいＭｇＡｇを半透過金属膜に用いた場合、発光層４Ｒから第２電極７の方向への反射率が７０％だと発光効率の低下が起きており、さらに、発光効率の最大値で比較しても半透過金属膜にＡｇを用いたほうが高効率である。半透過金属膜にＭｇＡｇを用いた場合の反射率、吸収率を図７に示すが、吸収率は１０％以上あることが分かる。それに対して図３に示したように、半透過金属膜にＡｇを用いた場合の吸収率は６％未満であるため発光効率を高く上げることができる。尚、吸収率の定義は１００％から反射率と透過率の和を差し引いたものである。
【００４２】
発光層４Ｒから第２電極７の方向への反射率は第２電極７に用いられる金属種の光学定数、膜厚、及び光学調整層８の屈折率、膜厚によって決まる。光学調整層８の屈折率は現実的には屈折率ｎが１．５乃至２．２程度の材料が多く、発光層４Ｒから第２電極７の方向への反射率として好適な６０乃至７５％を出すためには、半透過金属膜の膜厚は２０ｎｍよりも厚いことが好ましい。また、本発明は発光層４Ｒから第２電極７の方向への吸収率が低いほど効果的であるため、可視波長帯域における吸収が少ない長波長領域に属する有機ＥＬ素子に特に効果的である。
【００４３】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の表示装置の第２の実施形態の赤色発光の有機ＥＬ素子の構成を模式的に示す断面図である。図中、図１（ｂ）と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。本実施形態は有機ＥＬ素子を水分、酸素から保護するための保護膜１０が有機ＥＬ素子の光取り出し側に設けられており、光学調整層８と保護膜１０との間に、光学調整層８よりも屈折率の低い部材からなる反射調整層９が形成されている。保護膜１０は光透過率が高く防湿性に優れた材料が好ましく、具体的には窒化シリコン、酸化窒化シリコン等が好適である。保護膜１０は防湿性を保つために１μｍ以上の膜厚を有することが一般的であり、可干渉膜厚よりも十分に厚い非干渉層とし考えることができる。本実施形態は、基板１とは逆側から光を取り出すトップエミッション方式である。以下詳細に述べる。
【００４４】
正面における発光効率を向上させるマイクロキャビティ構造においては、前述した通り反射電極である第１電極２側の反射率及び位相条件、光取り出し側の第２電極７側の反射率、及び、位相条件が重要である。第１電極２側における反射金属膜としては高反射性の金属が好適であり、発光層４Ｒの発光位置から第１電極２における反射面までの光学距離Ｌ1については前述の式（Ｉ）を満たすこととする。第２電極７側における位相条件は式（ＩＩ）を満足することとする。ここでφ2は第２電極７よりも光取り出し側における構造を１つのミラーとした場合の反射時の位相シフト［ｒａｄ］であるため、第２電極７及び可干渉膜厚を有する光学調整層８、反射調整層９、の光学定数、膜厚、そして、保護層１０の屈折率によって決まる。第２電極７側における反射率も、第２電極７から保護層１０までを１つのミラーとした時の反射率であり、第２電極７及び可干渉膜厚を有する光学調整層８、可干渉膜厚を有する反射調整層９の光学定数、膜厚、そして、保護層１０の屈折率によって決まる。尚、第２電極７側における反射率計算については、干渉層である保護層１０を出射媒質とし、入射媒質は発光層４Ｒである。
【００４５】
〔赤色発光の有機ＥＬ素子の発光効率に対する第２電極７方向の反射率依存性〕
本実施形態における赤色素子は、第１電極２として厚膜のＡｇ合金、第２電極７として厚さ２６ｎｍのＡｇ膜、反射調整層９として厚さ１００ｎｍで屈折率１．４程度のＬｉＦ膜、保護層１０として屈折率２．０程度の窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を設けた。光学調整層８に一般的に用いられる屈折率１．７程度の有機材料を採用し、光学調整層８の膜厚を変化させた場合の発光層４Ｒから第２電極７の方向への反射率の変化及び発光効率の変化を図９示す。図９より、光学調整層８の膜厚が１００ｎｍの時に反射率が７０％近傍で発光効率の極大値をとることがわかる。本実施形態では光学調整層８で反射率の調整を行ったが、第１の実施形態と同様に反射率が６０乃至７５％であれば好適であることが分かる。尚、反射率の値は発光スペクトルのピーク波長λ＝６２０ｎｍでの値であり、計算は入射媒質を有機化合物層６Ｒ、出射媒質を非干渉層である保護層１０として、表３に示す光学定数を用いた。
【００４６】
【表３】
0005425242.tif 000004
【００４７】
本発明の表示装置の用途として、高輝度による視認性の向上が重要なモバイル用途、例えばデジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置の背面モニタ、電子ビューファインダー、携帯電話用ディスプレイなどが挙げられる。また、同じ輝度でも低消費電力が期待されるので、屋内で使用する用途にも有用である。本発明は、上述した趣旨を逸脱しない限り、以上説明した構成に限られることはなく、種々の応用・変形が可能である。
【００４８】
また、本発明の赤色を発する有機ＥＬ素子は、露光光源や照明のような発光装置として用いることができる。また、露光光源は電子写真方式の画像形成装置に使用することができる。画像形成装置は、露光光源と、露光光源によって潜像が形成される感光体と、感光体を帯電する帯電手段と、を有している。
【実施例】
【００４９】
（実施例１）
実施例１として、図１に示す構成の表示装置を以下に示す方法で作製した。
【００５０】
先ずガラス基材上に、低温ポリシリコンからなるＴＦＴ駆動回路（不図示）を形成し、その上にアクリル樹脂からなる平坦化膜（不図示）を形成して基板１とした。
【００５１】
次に、第１電極２（陽極）としてＡｌＮｄ合金をスパッタリング法により形成した後にＭｏＯ3を蒸着し、各画素の発光領域に合わせてパターニングした。そして、絶縁層としてポリイミド系樹脂をスピンコートし、フォトリソグラフィによって画素に応じた発光領域となるようにパターニングした。
【００５２】
次に、各有機化合物層を順次、真空蒸着法により成膜し有機化合物層６Ｂ，６Ｇ，６Ｒを形成した。尚、Ｒ，Ｇ，Ｂの発光色を示すそれぞれの有機ＥＬ素子において所望の色度・発光効率が出るよう正孔輸送層３の膜厚を各発光色で変えて形成した。電子注入層に関しては第２電極７からの注入性確保のためにＢｐｈｅｎとＣｓを共蒸着により形成した。
【００５３】
次に第２電極７として、厚さ２６ｎｍのＡｇ膜を真空蒸着法により各発光色の有機ＥＬ素子にわたって成膜した後に、光学調整層８として有機化合物Ａｌｑ３を８５ｎｍの厚さで成膜した。
【００５４】
最後に、窒素雰囲気中のグローブボックスにて、乾燥剤を入れた封止ガラス（不図示）とガラス基板の成膜面とをＵＶ硬化樹脂を用いて封止した。
【００５５】
本発明の条件を満足する赤色素子の構成及び特性に関して比較を行った結果を表４に示す。相対効率は本実施例における発光効率［ｃｄ／Ａ］を１とした時の効率比を示している。また、反射率、吸収率に関しては、発光スペクトルの最大ピーク波長であるλ＝６２０ｎｍにおいて、光学多層薄膜の計算により求めた計算値である。
【００５６】
表４に示す素子構成に関して説明する。実施例１と比較例１とでは、第１電極２と発光層４Ｒとの間における干渉条件が異なっており、実施例１が式（１）においてｍ＝０の条件なのに対して比較例１はｍ＝１となっている。また、実施例１と比較例２とでは第２電極７の材料が異なっており、実施例１ではＡｇを採用しているのに対して、比較例３ではＭｇとＡｇを９：１の質量比で共蒸着した金属薄膜を採用している。
【００５７】
実施例１と比較例１との比較から分かる通り、第１電極２と発光層４Ｒとの間における干渉条件はｍ＝０の条件の方が高効率である。また、実施例１と比較例２との比較から、発光層４Ｒから第２電極７の方向への反射率が好適であっても、吸収率が低い実施例１の方が高効率である。以上の結果はシミュレーション結果と整合がとれており、実験結果と矛盾しないことが確認された。
【００５８】
また、実施例１と比較例３とでは、第２電極７のＡｇ膜厚が異なっており、実施例１ではＡｇ膜の厚さが３０ｎｍなのに対し、比較例２ではＡｇ膜の厚さが１８ｎｍと薄いため発光層４Ｒから第２電極７の方向への反射率が低い。また、実施例１と比較例４とでは、第２電極７のＡｇ膜厚が異なっており、実施例１ではＡｇ膜の厚さが３０ｎｍなのに対し比較例２ではＡｇ膜の厚さが３８ｎｍと厚いため、発光層４Ｒから第２電極７の方向への反射率が高い。実施例１と比較例３、比較例４との比較から分かる通り、式（１）においてｍ＝０の条件下では発光層４Ｒから第２電極７の方向への反射率が６０乃至７５％以内である実施例１の方が高効率である。以上の結果はシミュレーション結果と整合がとれており、実験結果と矛盾しないことが確認された。
【００５９】
尚、第１電極２（陽極）における反射時の位相シフトは発光スペクトルの最大ピーク波長であるλ＝６２０ｎｍにおいて約−２．６２ｒａｄである。従って、光学距離Ｌ1に関する式（Ｉ）の条件は５２ｎｍ＜Ｌ1＜２０７ｎｍとなる。発光位置を発光層４Ｒの中心とすると、有機化合物層６Ｒの屈折率は約１．７のため、実施例１における発光位置から第１電極２の反射面までの光学距離Ｌ1は約１０６ｎｍであり、式（Ｉ）を満たしている。但し、ＭｏＯ3膜については膜厚が１ｎｍ以下と薄いため光学距離Ｌ1に含めていない。
【００６０】
【表４】
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【００６１】
（実施例２）
実施例２として、図８に示す構成の表示装置を作製した。正孔輸送層３から第２電極７までの作製プロセスは実施例１とほぼ同様であるため詳細な説明は省く。本実施例と実施例１との差異は、第１電極２としてＡｇＰｄＣｕ合金とＩＴＯの積層膜を使用している点と、第２電極７の光取り出し側の構成である。本実施例では第２電極７に接して光学調整層８として厚さ１００ｎｍのＡｌｑ３膜、次いで反射調整層９として厚さ１００ｎｍのＬｉＦ膜を形成し、さらにその外側に保護層１０としてＳｉＮ膜をＣＶＤ法により６μｍの厚さに形成した。
【００６２】
本実施例における赤色素子の構成及び特性に関して比較を行った結果を表５に示す。比較例５は光学調整層８の膜厚が６０ｎｍであることを除いて実施例２と同一である。相対効率は本実施例における発光効率［ｃｄ／Ａ］を１とした時の効率比を示している。また、反射率、吸収率に関しては光学多層薄膜の計算により求めた計算値である。表５の結果より、光学調整層８の膜厚を変化させた場合においても反射率が６０乃至７５％以内に入っている本実施例の方が高効率であることが示された。以上の結果はシミュレーション結果と整合がとれており、実験結果と矛盾しないことが確認された。
【００６３】
尚、第１電極２（陽極）における反射時の位相シフトは発光スペクトルの最大ピーク波長であるλ＝６２０ｎｍにおいて約−２．２７ｒａｄである。従って光学距離Ｌ1に関する式（Ｉ）の条件は３４ｎｍ＜Ｌ1＜１８９ｎｍとなる。発光位置を発光層４Ｒの中心とすると、有機化合物層６Ｒの屈折率は約１．７でＩＴＯの屈折率は約２．０であるため、実施例２における発光位置から第１電極２の反射面までの光学距離Ｌ1は約９２ｎｍであり式（Ｉ）を満たしている。
【００６４】
【表５】
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【符号の説明】
【００６５】
１：基板、２：第１電極、４：発光層、６：有機化合物層、７：第２電極、８：光学調整層、９：反射調整層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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