(57)【要約】【課題】赤色の画素の有機膜の膜厚を小さくしつつ赤色の光取出し効率を増大することができ、有機ＥＬ素子の製造コストの増加及び駆動電圧の上昇を抑制する。【解決手段】本発明の一実施形態として、赤色発光領域と緑色発光領域とを有する有機ＥＬ素子を提供する。この有機ＥＬ素子において、前記赤色発光領域と前記緑色発光領域とのそれぞれは、光透過性を有する第１電極と、前記第１電極の上に形成された有機膜と、が積層した構造を有し、赤色発光領域の有機膜と緑色発光領域との有機膜の上に光反射性を有する第２電極がそれぞれ配置される。また、波長５５０ｎｍの光の反射率について、前記赤色発光領域の第２電極の反射率が前記緑色発光領域の第２電極の反射率よりも小さく、波長６２０ｎｍの光の反射率について、前記赤色発光領域の第２電極の反射率が前記緑色発光領域の第２電極の反射率よりも大きいことを特徴とする。【選択図】図１
2014110143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤色発光領域と緑色発光領域とを有する有機ＥＬ素子であり、
前記赤色発光領域と前記緑色発光領域とのそれぞれは、光透過性を有する第１電極と、前記第１電極の上に形成された有機膜と、が積層した構造を有し、
前記赤色発光領域の有機膜と前記緑色発光領域の有機膜との上に光反射性を有する第２電極がそれぞれ配置され、
波長５５０ｎｍの光の反射率について、前記赤色発光領域の第２電極の反射率が前記緑色発光領域の第２電極の反射率よりも小さく、
波長６２０ｎｍの光の反射率について、前記赤色発光領域の第２電極の反射率が前記緑色発光領域の第２電極の反射率よりも大きいことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記赤色発光領域の第２電極は、前記有機膜の上に形成された銅を含む材料により形成されている膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記赤色発光領域の第２電極の、前記有機膜の上に形成された銅を含む材料により形成されている膜の厚さは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記赤色発光領域の第２電極は、前記有機膜の上に形成された銅を含む材料により形成されている膜の上にアルミニウム又は銀を含む材料により形成された膜を含むことを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記赤色発光領域と緑色発光領域とのそれぞれの有機膜は、発光層以外の膜を共通に有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【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）素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子として、有機ＥＬ素子が注目されている。有機ＥＬ素子は、アノード電極及びカソード電極間に発光膜を含む有機膜を配置し、２つの電極に電圧を印加することにより発生する正孔及び電子が発光膜にて結合し発光する自発光素子である。
【０００３】
有機ＥＬ素子に関しては、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）を発光する画素を用いて画像表示などを行う場合に、ＲＧＢの画素ごとの特性が均一とする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−５３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１などに開示されている技術においては、ＲＧＢの画素ごとに有機膜を塗り分ける必要がある。この場合、特に赤色の画素においては有機膜の厚さが増大し、製造費用の増加及び駆動電圧の上昇を招いている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態として、赤色発光領域と緑色発光領域とを有する有機ＥＬ素子を提供する。この有機ＥＬ素子において、前記赤色発光領域と前記緑色発光領域とのそれぞれは、光透過性を有する第１電極と、前記第１電極の上に形成された有機膜と、が積層した構造を有し、赤色発光領域の有機膜と緑色発光領域との有機膜の上に光反射性を有する第２電極がそれぞれ配置される。また、波長５５０ｎｍの光の反射率について、前記赤色発光領域の第２電極の反射率が前記緑色発光領域の第２電極の反射率よりも小さく、波長６２０ｎｍの光の反射率について、前記赤色発光領域の第２電極の反射率が前記緑色発光領域の第２電極の反射率よりも大きいことを特徴とする。
【０００７】
この有機ＥＬ素子により、赤色発光領域の有機層により発生した光を効率よく第２電極により反射することができ、光の取出し効率を向上させることができる。また、赤色発光領域の有機層の厚さを従来よりも小さくすることができ、有機ＥＬ素子の製造コストの増加及び駆動電圧の上昇を抑制することができる。
【０００８】
前記赤色発光領域の第２電極は、前記有機膜の上に形成された銅を含む材料により形成されている膜を含むことができる。
【０００９】
この場合、銅を含む材料により、赤色光の取出し効率をさらに向上させることができる。
【００１０】
前記赤色発光領域の第２電極の、前記有機膜の上に形成された銅を含む材料により形成されている膜の厚さは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記赤色発光領域の第２電極は、前記有機膜の上に形成された銅を含む材料により形成されている膜の上にアルミニウム又は銀を含む材料により形成された膜を含むことができる。
【００１１】
この場合、銅を含む材料により形成されている膜の厚さを５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることにより、アルミニウム又は銀を含む材料により形成された膜のみの場合よりも赤色光の取出し効率をさらに向上させることができる。
【００１２】
前記赤色発光領域と前記緑色発光領域とのそれぞれの有機膜は、発光層以外の膜を共通に有することができる。
【００１３】
この場合、有機層の成膜工程を簡略化することが可能となり、有機ＥＬ素子の製造コストの上昇を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、赤色の画素の有機膜の膜厚を小さくしつつ赤色の光取出し効率を増大することができ、有機ＥＬ素子の製造コストの増加及び駆動電圧の上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子の断面図
【図２】銅膜の厚さと波長が６２０ｎｍの光の反射率との関係を示すグラフ
【図３】銅膜の厚さと波長が５５０ｎｍの光の反射率との関係を示すグラフ
【図４】比較例に係る有機ＥＬ素子の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。なお、図面においては、長さ、厚さなどの寸法を実際のものよりも誇張して示す場合がある。また、本発明は以下に説明する形態に限定されることはなく、種々に変形を加えて実施することも可能である。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子の断面図を示す。図１において、画素の領域１２１、１２２及び１２３を有する基板１０１上に素子が形成されている。以下の説明においては、画素の領域１２１に赤色を発光する素子が形成され、画素の領域１２２に緑色を発光する素子が形成され、画素の領域１２３に青色を発光する素子が形成されるとして説明を行う。なお、画素の領域１２１を赤色発光領域といい、画素の領域１２２を緑色発光領域といい、画素の領域１２３を青色発光領域という場合がある。
【００１８】
ただし、画素の領域の並び順は任意であってもよい。なお、この場合には、図１に示すように、赤色を発する画素の領域１２１と緑色を発する画素の領域１２２とが隣接することが好ましい。図１に示すように、発光膜を除く有機膜を、赤色を発する画素の領域１２１と緑色を発する画素の領域１２２とにおいて同じとすることができるからである。また、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子においては、青色を発する画素の領域１２３は必須ではなく、赤色を発する画素の領域１２１と緑色を発する画素の領域１２２との２つの領域のみが存在していてもよい。
【００１９】
基板１０１としては、プラスチックや石英などを用いた絶縁性を有する基板を用いることができる。また、以下の説明においては、本発明の一実施形態としてボトムエミッションタイプの有機ＥＬ素子について主に説明を行うので、基板１０１は透明な材料により形成されていることが好ましい。
【００２０】
基板１０１の上には、各発光領域に対応して、第１電極１０２−１、１０２−２及び１０２−３が形成されている。本発明の一実施形態として、ボトムエミッションタイプの有機ＥＬ素子を実施する場合には、第１電極１０２−１、１０２−２及び１０２−３は透明な導電性の材料により形成されていることが好ましい。例えば、ＩＴＯやＩＺＯなどの材料を第１電極１０２−１、１０２−２及び１０２−３の材料として用いることができる。
【００２１】
基板１０１の上には、また、画素分離用の絶縁膜１０３が配置されていてもよい。絶縁膜１０３により、第１電極１０２−１、１０２−２及び１０２−３が分離され、また、画素の領域１２１、１２２及び１２３の範囲が定義される。絶縁膜１０３としては、有機絶縁膜を用いることが可能である。有機絶縁膜の材料としては、アクリル樹脂を一例として挙げることができる。
【００２２】
第１電極１０２−１、１０２−２及び１０２−３と絶縁膜１０３との上に有機膜が形成される。具体的には、第１電極１０２−１、１０２−２及び１０２−３の上に第１正孔輸送膜１０４が形成され配置される。第１正孔輸送膜１０４は、第１電極１０２−１、１０２−２及び１０２−３に印加される電圧に応じて正孔を、第１正孔輸送膜１０４の上に形成される有機膜の画素の領域１２１、１２２及び１２３のそれぞれの部分に注入する。例えば、ＮＰＢ（ナフチル・フェニル・ベンジン）を第１正孔輸送膜１０４の材料として用いることができる。本発明の一実施形態においては、図１に示すように、第１正孔輸送膜１０４は、画素の領域１２１、１２２及び１２３に共通して形成することができる。
【００２３】
本発明の一実施形態においては、第１正孔輸送膜１０４の上の領域の部分のうち画素の領域１２１及び１２２の部分には、さらに第２正孔輸送膜１０５を形成し、また、画素の領域１２３の部分には、青色発光膜１０８を形成する。第２正孔輸送膜１０５の材料は第１正孔輸送膜１０４の材料と同じであっても異なっていてもよい。したがって、画素の領域１２１及び１２２の部分には、画素の領域１２３よりも、第２正孔輸送膜の厚さに応じて正孔輸送膜の材料が厚く堆積される。この目的の一つは、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子が光共振器構造を有するようにするために、膜厚を緑色の光取出し条件に適合させることである。
【００２４】
正孔輸送膜１０５の上には、画素の領域１２１の部分には、赤色発光膜１０６が形成され、画素の領域１２２の部分には、緑色発光膜１０７が形成される。
【００２５】
赤色発光膜１０６、緑色発光膜１０７及び青色発光膜１０８の上には、電子輸送膜１０９が形成される。電子輸送膜１０９は、後に説明する第２電極から供給される電子を赤色発光膜１０６、緑色発光膜１０７及び青色発光膜１０８に供給する。例えば、ＢＣＰ（パソクプロイン）を電子輸送膜１０９の材料として用いることができる。本発明の一実施形態においては、図１に示すように、電子輸送膜１０９は、画素の領域１２１、１２２及び１２３に共通して形成することができる。
【００２６】
上述したように、本発明の一実施形態においては、赤色発光領域と緑色発光領域とのそれぞれは、光透過性を有する第１電極と、第１電極の上に形成された有機膜と、光反射性を有する第２電極と、が積層した構造を、共通して有することができる。特に有機膜のうち、正孔輸送膜と電子輸送膜とを同じ材料を用いて形成することができ、有機膜の形成の工程を簡略化することができる。
【００２７】
電子輸送膜１０９の上には、第２電極１１１が画素の領域１２１、１２２及び１２３に共通して配置される。第２電極１１１の材料としては、本発明の一実施形態としてボトムエミッションタイプの有機ＥＬ素子を実施する場合には、光を反射する反射性を有する材料を用いることが可能である。例えば、金属材料を第２電極１１１の材料として用いることができる。具体的には、Ａｌ（アルミニウム）を用いることができる。
【００２８】
なお、本発明の一実施形態においては、画素の領域１２１の部分の、電子輸送膜１０９の上に第２電極１１１とは異なる材料の反射性を有する材料の膜１１０を配置してもよい。膜１１０は、第２電極１１１の反射性を有する材料と組み合わされることにより、赤色の反射率が向上する材料を用いることが好ましい。
【００２９】
特に、赤色の反射率を向上させるためには、波長６２０ｎｍの光の反射率が、膜１１０と第２電極１１１とを組み合わせた場合が第２電極１１１の場合よりも大きくなり、波長５５０ｎｍの光の反射率が、膜１１０と第２電極１１１とを組み合わせた場合が第２電極１１１の場合よりも小さくなるようにすることが好ましい。
【００３０】
赤色の反射率を向上させるためには、具体的に例えば、第２電極１１１の材料としてＡｌを用い、膜１１０の材料として、Ｃｕ（銅）を用いることが好ましい。
【００３１】
図２は、Ａｌ膜にＣｕ膜を組み合わせた場合とＡｌ膜のみの場合とにおける波長６２０ｎｍにおける光の反射率の測定結果を示す。
【００３２】
符号２０１は、Ａｌ膜の片面にＣｕ膜を形成し、Ｃｕ膜の側から波長６２０ｎｍの波長の光を照射した場合の光の反射率を測定した結果を示す。この場合、Ａｌ膜の厚さは、ほぼ可視光の透過が無くなる１２０ｎｍとした。また、Ｃｕ膜の厚さを５ｎｍから５０ｎｍまで変化させて測定した。
【００３３】
一方、符号２０２は、Ａｌ膜のみの場合の波長６２０ｎｍにおける光の反射率を測定した結果を示す。なお、この場合、Ａｌ膜の厚さは、ほぼ可視光の透過が無くなる１２０ｎｍとした。なお、比較のため、Ｃｕ膜が存在しないので、横軸のＣｕ膜の厚さによらず、反射率が一定値となるグラフを描いた。
【００３４】
一般に、Ｃｕは波長６３０ｎｍ以上の光の領域での反射率がＡｌよりも高くなり、緑色及び青色の光の領域での反射率は低くなる。ただし、通常の赤色発光膜の発光ピーク波長は６２０ｎｍ付近であるため、Ｃｕ膜のみを用いた場合には、赤色の反射率を向上させることは困難であると考えられる。
【００３５】
しかし、図２に示すように、Ａｌ膜とＣｕ膜とを組み合わせる場合、Ｃｕ膜の厚さを５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすると、Ａｌ膜のみに比べて波長６２０ｎｍの光の反射率が大きくなることが判明した。特に、Ｃｕ膜の厚さが３０ｎｍの場合には、Ａｌ膜のみの場合に比べて１２％の反射率が向上することとなる。
【００３６】
また、図３は、Ａｌ膜にＣｕ膜を組み合わせた場合とＡｌ膜のみの場合とにおける波長５５０ｎｍにおける光の反射率の測定結果を示す。
【００３７】
符号３０２は、Ａｌ膜の片面にＣｕ膜を形成し、Ｃｕ膜の側から波長５５０ｎｍの光を照射した場合の光の反射率を測定した結果を示し、符号３０１は、Ａｌ膜のみとした場合の波長５５０ｎｍの光の反射率を測定した結果を示す。Ａｌ膜及びＣｕ膜の厚さは図２と同じである。
【００３８】
図３によれば、Ｃｕの厚さが大きくなるにつれ、波長５５０ｎｍの光の反射率が低下することが判明した。
【００３９】
そこで、本発明の一実施形態においては、第２電極１１１の材料としてＡｌを含む場合には、赤色の発光膜１０６の上の電子輸送膜１０９の上にＣｕ膜１１０を形成する。一方、緑色の発光膜１０７及び青色の発光膜１０８の上の電子輸送膜１０９の上には、Ｃｕ膜１１０を形成しない。
【００４０】
この場合において、第２電極１１１の厚さは上述のようにほぼ可視光の透過が無くなる１２０ｎｍとするのが好ましい。また、Ｃｕ膜１１０の厚さは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とするのが好ましい。Ｃｕ膜１１０の厚さが５ｎｍ未満となるとＣｕ膜の反射率が十分とならず、Ｃｕ膜１１０を導入した効果が減少する。実際、Ｃｕ膜１１０の厚さを５ｎｍ未満とした場合には、Ｃｕ膜１１０の厚さを１０ｎｍとした場合に比べてＣＩＥ１９３１（ｘ，ｙ）色度におけるｘの値が小さくなるにもかかわらず、輝度が小さくなることが認められた。
【００４１】
また、Ｃｕ膜１１０の厚さが５０ｎｍを超えると、波長６２０ｎｍの光の反射率がＡｌのみの場合と比較して小さくなる。また、Ｃｕ膜１１０を赤色の発光膜１０６の上の電子輸送膜１０９の上に形成するための塗り分けの工程に要する時間や、材料の消費量、成膜装置のメンテナンスを考えると、Ｃｕ膜１１０の厚さは小さいのが好ましい。
【００４２】
なお、本発明の他の実施形態として、第２電極１１１の材料としてＡｇ（銀）を用い、膜１１０の材料としてＣｕを用いることができる。また、第２電極１１１の材料としてＡｌを用い、膜１１０の材料としてＡｕ（金）を用いることもでき、別の場合にとしては、第２電極１１１の材料としてＡｇを用い、膜１１０の材料としてＡｕを用いることもできる。また、第２電極１１１及び膜１１０には、マイグレーションや欠陥の発生を防止するために他の金属との合金を用いることもできる。
【００４３】
なお、以上において、ボトムエミッションタイプの有機ＥＬ素子の実施形態について説明したが、トップエミッションタイプの有機ＥＬ素子に本発明を適用することもできる。
【００４４】
（測定例）
以下に、本発明の一実施例に係る有機ＥＬ素子を作成し、発光効率などを測定した結果と、従来の有機ＥＬ素子を作成し、発光効率などを測定した結果とを示す。
【００４５】
以下に示す表１は、基板１０１として石英基板を用い、第１電極１０２−１、１０２−２及び１０２−３として厚さが７０ｎｍのＩＴＯ膜を用い、第１正孔輸送膜１０４として厚さが１５５ｎｍのＮＰＢ膜を用い、第２正孔輸送膜１０５として８５ｎｍのＮＰＢ膜を用い、赤色の発光膜１０６の膜厚を４０ｎｍとし、緑色の発光膜１０７の膜厚を２０ｎｍとし、青色の発光膜１０８の膜厚を２０ｎｍとし、電子輸送膜１０９として３０ｎｍの厚さのＢＣＰ膜及び１ｎｍの厚さのＬｉＦ膜を用い、第２電極１１１として１２０ｎｍの厚さのＡｌ膜を用いた場合の発光輝度、ＣＩＥ１９３１（ｘ，ｙ）色度、１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度となる駆動電圧及び１００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度となる駆動電圧を測定した結果を示す。この場合、膜１１０として用いるＣｕ膜の厚さを０ｎｍ（膜１１０が存在しない場合）から５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍとした。なお、駆動電圧の欄が空白であることは、駆動電圧の測定が行われていないことを示す。
【００４６】
【表１】
2014110143.tif 000003
一方、以下に示す表２は、図４に断面図を示す従来の有機ＥＬ素子について、表１と同様に発光輝度、ＣＩＥ１９３１（ｘ，ｙ）色度、１０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度となる駆動電圧及び１００ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度となる駆動電圧を測定した結果を示す。
【００４７】
なお、図４が図１と異なる部分は、赤色の発光膜１０６の下にさらに正孔輸送膜１０５−２が形成されている部分である。また、図４において、正孔輸送膜１０５−２の厚さは４０ｎｍである。また、図４においては、膜１１０が用いられていない。
【００４８】
【表２】
2014110143.tif 000004
【００４９】
表１と表２とを比較すると、Ｃｕ膜の厚さが５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲において、特に、２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲において、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子の発光輝度が従来の有機ＥＬ素子の発光輝度よりも大きくなっている。また、同じ電流密度とするための駆動電圧が本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子において０．８Ｖ低減していることがわかる。これは、有機膜の厚さが従来の有機ＥＬ素子よりも小さくなっているためと考えらえる。
【００５０】
近年の有機ＥＬ素子を用いる表示装置においては、解像度及び表示輝度を大きくすることが要求されており、電流密度は、ピーク値として１００ｍＡ／ｃｍ２ｍを考慮しておく必要がある。このような状況下において、本発明により、駆動電圧を１０．３Ｖから８．５Ｖへと１．８Ｖ低くすることができることにより、表示装置の低消費電力化、長寿命化が可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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