(57)【要約】【課題】トリアリールアミン誘導体やカルバゾール誘導体などを含むキャッピング層を設けることにより、光の取出し効率を大幅に向上した発光素子、その発光素子を備えた発光装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】発光素子１は、トップエミッション構造の発光素子であり、ガラス基板１０上に、金属からなる陽極１１、正孔輸送層１２、発光層１３、電子輸送層１４、半透明陰極１５、及びキャッピング層１６が順次積層されている。半透明陰極１５よりも屈折率が高いキャッピング層１６を有するので、光の取出し効率を大幅に向上することができる。また、キャッピング層をあまり高くない温度で成膜することができるので、発光素子にダメージを与えない。【選択図】    図１
2006302878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、該第１電極の上方に配置され、発光層を含んで構成される有機層と、該有機層上に配置され、前記発光層の光を透過する第２電極と、該第２電極上に配置され、前記第２電極の構成材料よりも屈折率の大きな材料から成るキャッピング層とを備え、
前記キャッピング層を構成する材料は、トリアリールアミン誘導体、カルバゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体及びトリアゾール誘導体からなる群から選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記キャッピング層を構成する材料は、バンドギャップが３．２ｅＶ以上である材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記キャッピング層を構成する材料は、トリフェニルアミン誘導体を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記キャッピング層を構成する材料は、４，４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＴＰＤ）、４，４'，４''−トリス［（３−メチルフェニル）フェニルアミノ］トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ビス（２−メチルフェニル）−アミノ］−ベンゼン（ｏ−ＭＴＤＡＢ）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ビス（３−メチルフェニル）−アミノ］−ベンゼン（ｍ−ＭＴＤＡＢ）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ビス（４−メチルフェニル）−アミノ］−ベンゼン（ｐ−ＭＴＤＡＢ）及び４，４’−ビス［Ｎ，Ｎ−ビス（３−メチルフェニル）−アミノ］−ジフェニルメタン（ＢＰＰＭ）からなる群から選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
前記キャッピング層を構成する材料は、４，４’−ジカルバゾリル−１，１’−ビフェニル（ＣＢＰ）、４，４'，４''−トリス（Ｎ−カルバゾール）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）、２，２'，２''−（１，３，５−ベンゼントリル）トリス−［１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾ−ル］（ＴＰＢＩ）、及び３−（４−ビフェニル）−４−フェニル−５−ｔ−ブチルフェニル−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）からなる群から選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項６】
前記キャッピング層の厚さは、３０ｎｍ〜１２０ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１から請求項５のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
【請求項７】
前記キャッピング層の屈折率は、少なくとも該キャッピング層を透過する光の波長が３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲内において、１．７５以上であることを特徴とする請求項１から請求項６のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
【請求項８】
前記キャッピング層の消衰係数は、少なくとも該キャッピング層を通過する光の波長が３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲内において、０．１２以下であることを特徴とする請求項１から請求項７のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
【請求項９】
請求項１から請求項８のうち、いずれか１項に記載の発光素子を複数備え、
該複数の発光素子は、第１発光素子と、該第１発光素子とは異なる色に発光する第２発光素子と、前記第１及び第２発光素子とは異なる色に発光する第３発光素子とに少なくとも分類され、
前記第１乃至第３発光素子の前記キャッピング層は、互いに膜厚が異なることを特徴とする発光装置。
【請求項１０】
前記第１乃至第３発光素子の前記キャッピング層は、互いに同質の材料から成ることを特徴とする請求項９に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記第１発光素子は赤色に、前記第２発光素子は緑色に、前記第３発光素子は青色にそれぞれ発光し、前記第１発光素子の前記キャッピング層の膜厚ｄR、前記第２発光素子の前記キャッピング層の膜厚ｄG、及び前記第３発光素子の前記キャッピング層の膜厚ｄBは、ｄR＞ｄG＞ｄBの関係式を満足することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の発光装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の発光装置の製造方法であって、
前記第１及び第２発光素子に対応する前記第２電極上に、前記キャッピング層の構成材料を積層することにより、前記第１発光素子に対応する前記第２電極上に中間層を、前記第２発光素子に対応する前記第２電極上に前記キャッピング層をそれぞれ形成する工程と、
前記第１発光素子に対応する前記中間層上、及び前記第３発光素子に対応する前記第２電極上に、前記キャッピング層の構成材料をそれぞれ積層することにより、前記第１及び第３発光素子に対応する前記第２電極上に前記キャッピング層を形成する工程と
を含み、これにより、前記第１乃至第３発光素子の前記キャッピング層を形成することを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第２及び前記第３発光素子に対応する前記キャッピング層の厚みの和は、前記第１発光素子に対応する前記キャッピング層の厚みに略等しいことを特徴とする請求項１２に記載の発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス表示装置に使用される発光素子、その発光素子を備えた発光装置及びその製造方法に関し、特に、光の取り出し効率が大幅に改善された発光素子、その発光素子を備えた発光装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置は、薄型、広視野角、低消費電力、優れた動画表示特性などの特色を持ち、次世代の画像表示装置として期待されている。有機ＥＬ発光素子（以下、発光素子と記載する）は、このような有機ＥＬ表示装置に使用され、２つの電極の間に少なくとも一つの発光層を有し、電極間に電圧を印加することによって発光層が発光し、画像を表示することができる。
【０００３】
従来は、ガラス基板上に、陽極である透明電極、例えばＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、有機物からなる電荷輸送層や発光層、最後にＡｌ等の金属からなる陰極の順に成膜することにより、底部から発光するボトムエミッション構造の発光素子が一般的に作製されていた。
【０００４】
近年、高い仕事関数を持った金属を陽極に用い、上部から発光するトップエミッション構造の発光素子が用いられるようになってきた。画素回路によって発光部の面積が制限されてしまうボトムエミッション構造の発光素子とは違い、トップエミッション構造の発光素子では、発光部を広くとれるという利点がある。トップエミッション構造の発光素子では、陰極にＬｉＦ／Ａｌ／Ａｇ（非特許文献１）、Ｃａ／Ｍｇ（非特許文献２）、ＬｉＦ／ＭｇＡｇなどの半透明電極が用いられる。
【０００５】
このような発光素子では、発光層で発光した光が他の膜に入射する場合に、ある角度以上で入射すると、発光層と他の膜厚との界面で全反射されてしまう。このため、発光した光の一部しか利用できていない。近年、光の取出し効率を向上させるために、屈折率の低い半透明電極の外側に、屈折率の高い「キャッピング層」を設けた発光素子が提案されている（非特許文献１，２）。
【０００６】
トップエミッション構造の発光素子におけるキャッピング層の効果は、非特許文献２に示されている。非特許文献２において、Ｉｒ（ｐｐｙ）3（fac−トリス−（２−フェニルピリジナート）インジウム）を発光材料に用いた発光素子で、キャッピング層がない場合は電流効率が３８ｃｄ／Ａであったが、ＺｎＳｅ（膜厚６０ｎｍ）をキャッピング層に使用した発光素子では、６４ｃｄ／Ａと約１．７倍の効率であった。
【０００７】
また、非特許文献２において、半透明電極とキャッピング層の透過率の極大点と効率の極大点とが必ずしも一致しないことが示されており、光の取出し効率の最大点は干渉効果によって決められることが示されている。
【０００８】
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、アメリカ、２００１年、第７８巻、５４４−５４６頁
【非特許文献２】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、アメリカ、２００３年、第８２巻、４６６−４６８頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
キャッピング層の形成には、精細度の高いメタルマスクを用いることが提案されているが、かかるメタルマスクでは、熱による歪みによって位置合わせ精度が悪くなるという問題点があった。すなわち、非特許文献２で使用されているＺｎＳｅは、融点が１１００℃以上と高く、精細度の高いマスクでは正確な位置に蒸着することができない。無機物の多くは蒸着温度が高く、精細度の高いマスクの使用には適さず、発光素子そのものにもダメージを与える可能性がある。さらに、スパッタ法による成膜では、発光素子にダメージを与えてしまうため、無機物を構成材料とするキャッピング層は使用することができない。
【００１０】
非特許文献１では、屈折率を調整するキャッピング層として、トリス−（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム（Ａｌｑ3）が使用されているが、Ａｌｑ3は緑の発光を示す有機ＥＬ材料として知られおり、図８に示すように青色発光素子に使用される４５０ｎｍ付近に弱い吸収を持つ。なお、図８は、Ａｌｑ3を使用したキャッピング層における波長と屈折率及び消衰係数との関係を示す線図である。図中、実線は屈折率を示し、破線は消衰係数を示す。そのために、青色発光素子では、色純度の低下と、光の取り出し効率が共に低下するという問題点もあった。
【００１１】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、キャッピング層材料として、あまり高くない温度で安定して成膜することができると共に、青、緑及び赤それぞれの波長領域で吸収を持たない材料から構成されるキャッピング層を備えた発光素子、その発光素子を備えた発光装置及びその製造方法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】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の発光素子にあっては、第１電極と、該第１電極の上方に配置され、発光層を含んで構成される有機層と、該有機層上に配置され、前記発光層の光を透過する第２電極と、該第２電極上に配置され、前記第２電極の構成材料よりも屈折率の大きな材料から成るキャッピング層とを備え、前記キャッピング層を構成する材料は、トリアリールアミン誘導体、カルバゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体及びトリアゾール誘導体からなる群から選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の発光素子にあっては、前記キャッピング層を構成する材料は、バンドギャップが３．２ｅＶ以上である材料を含むことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の発光素子にあっては、前記キャッピング層を構成する材料が、トリフェニルアミン誘導体を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の発光素子にあっては、前記キャッピング層を構成する材料が、４，４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＴＰＤ）、４，４'，４''−トリス［（３−メチルフェニル）フェニルアミノ］トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ビス（２−メチルフェニル）−アミノ］−ベンゼン（ｏ−ＭＴＤＡＢ）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ビス（３−メチルフェニル）−アミノ］−ベンゼン（ｍ−ＭＴＤＡＢ）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ビス（４−メチルフェニル）−アミノ］−ベンゼン（ｐ−ＭＴＤＡＢ）及び４，４’−ビス［Ｎ，Ｎ−ビス（３−メチルフェニル）−アミノ］−ジフェニルメタン（ＢＰＰＭ）からなる群から選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の発光素子にあっては、前記キャッピング層を構成する材料が、４，４’−ジカルバゾリル−１，１’−ビフェニル（ＣＢＰ）、４，４'，４''−トリス（Ｎ−カルバゾール）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）、２，２'，２''−（１，３，５−ベンゼントリル）トリス−［１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾ−ル］（ＴＰＢＩ）、及び３−（４−ビフェニル）−４−フェニル−５−ｔ−ブチルフェニル−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）からなる群から選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の発光素子にあっては、前記キャッピング層の厚さが、３０ｎｍ〜１２０ｎｍの範囲であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の発光素子にあっては、前記キャッピング層の屈折率が、少なくとも該キャッピング層を透過する光の波長が３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲内において、１．７５以上であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の発光素子にあっては、前記キャッピング層の消衰係数が、少なくとも該キャッピング層を通過する光の波長が３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲内において、０．１２以下であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の発光装置にあっては、前記発光素子を複数備え、該複数の発光素子は、第１発光素子と、該第１発光素子とは異なる色に発光する第２発光素子と、前記第１及び第２発光素子とは異なる色に発光する第３発光素子とに少なくとも分類され、前記第１乃至第３発光素子の前記キャッピング層は、互いに膜厚が異なることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の発光装置にあっては、前記第１乃至第３発光素子の前記キャッピング層が、互いに同質の材料から成ることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の発光装置にあっては、前記第１発光素子は赤色に、前記第２発光素子は緑色に、前記第３発光素子は青色にそれぞれ発光し、前記第１発光素子の前記キャッピング層の膜厚ｄR、前記第２発光素子の前記キャッピング層の膜厚ｄG、及び前記第３発光素子の前記キャッピング層の膜厚ｄBは、ｄR＞ｄG＞ｄBの関係式を満足することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の発光装置の製造方法にあっては、前記発光装置の製造方法であって、前記第１及び第２発光素子に対応する前記第２電極上に、前記キャッピング層の構成材料を積層することにより、前記第１発光素子に対応する前記第２電極上に中間層を、前記第２発光素子に対応する前記第２電極上に前記キャッピング層をそれぞれ形成する工程と、前記第１発光素子に対応する前記中間層上、及び前記第３発光素子に対応する前記第２電極上に、前記キャッピング層の構成材料をそれぞれ積層することにより、前記第１及び第３発光素子に対応する前記第２電極上に前記キャッピング層を形成する工程とを含み、これにより、前記第１乃至第３発光素子の前記キャッピング層を形成することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の発光装置の製造方法にあっては、前記第２及び前記第３発光素子に対応する前記キャッピング層の厚みの和が、前記第１発光素子に対応する前記キャッピング層の厚みに略等しいことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の発光装置の製造方法にあっては、第１電極と、該第１電極の上方に配置され、発光層を含んで構成される有機層と、該有機層上に配置され、前記発光層の光を透過する第２電極と、該第２電極上に配置され、該第２電極の構成材料よりも屈折率の大きく、且つバンドギャップが３．２ｅＶ以上の材料から成るキャッピング層とをそれぞれ備えた第１乃至第３発光素子を基板上に複数有する発光装置の製造方法であって、前記第１及び第２発光素子に対応する前記第２電極上に、前記キャッピング層の構成材料を積層することにより、前記第１発光素子に対応する前記第２電極上に中間層を、前記第２発光素子に対応する前記第２電極上に前記キャッピング層をそれぞれ形成する工程と、前記第１発光素子に対応する前記中間層上、及び前記第３発光素子に対応する前記第２電極上に、前記キャッピング層の構成材料をそれぞれ積層することにより、前記第２及び第３発光素子に対応する前記第２電極上に前記キャッピング層を形成する工程とを含み、これにより、前記第１乃至第３発光素子の前記キャッピング層を形成することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の発光装置の製造方法にあっては、前記第２及び前記第３発光素子に対応する前記キャッピング層の厚みの和が、前記第１発光素子に対応する前記キャッピング層の厚みに略等しいことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の発光装置の製造方法にあっては、前記第１発光素子は赤色に、前記第２発光素子は青色及び緑色のいずれか一方の色に、前記第３発光素子は青色及び緑色のいずれか他方の色に、それぞれ発光することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の発光素子にあっては、第１電極と、該第１電極の上方に配置され、発光層を含んで構成される有機層と、該有機層上に配置され、前記発光層の光を透過する第２電極と、該第２電極上に配置され、該第２電極の構成材料よりも屈折率の大きく、且つバンドギャップが３．２ｅＶ以上の材料から成るキャッピング層とを備えた発光素子を複数有し、前記複数の発光素子は、赤色に発光する第１発光素子と、緑色に発光する第２発光素子と、青色に発光する第３発光素子とに分類され、前記第１発光素子の前記キャッピング層の膜厚ｄR、前記第２発光素子の前記キャッピング層の膜厚ｄG、及び前記第３発光素子の前記キャッピング層の膜厚ｄBは、互いに異なることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明の発光素子にあっては、前記第１発光素子の前記キャッピング層の膜厚ｄR、前記第２発光素子の前記キャッピング層の膜厚ｄG、及び前記第３発光素子の前記キャッピング層の膜厚ｄBが、ｄR＞ｄG＞ｄBの関係式を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、透明又は半透明電極の外側に設けた、半透明電極よりも屈折率の高いキャッピング層を有するために、光の取出し効率を大幅に向上することができる発光素子が得られる。また、キャッピング層にトリアリールアミン誘導体やカルバゾール誘導体などを使用することによって、５００℃以下の温度で成膜することができるので、発光素子にダメージを与えることなく、また高精細マスクを用いて各色の光取出し効率を最適化することができると共に、フルカラーディスプレイに好適に適用でき、色純度が良く鮮明で明るい画像を表示することができる。
【００３１】
また、本発明による発光装置によれば、複数の発光素子に対して同質の材料によりキャッピング層を形成することにより、キャッピング層の成膜工程に要する手間、コストを低減でき、発光装置の生産性向上やコストダウンに寄与することが可能となる。さらに、赤色、青色、緑色の異なる波長に対応させてキャッピング層の膜厚を設定することにより、各色に対応する発光素子の光の取り出し効率を更に向上させることができる。
【００３２】
また、本発明による発光装置の製造方法によれば、第１乃至第３発光素子におけるキャッピング層の材質が同一で膜厚が異なる場合に、各々のキャッピング層を別工程で形成する場合に比べて、成膜工程を簡略化でき、発光装置の生産性向上に寄与することが可能になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照して、本発明にかかる発光素子、その発光素子を備えた発光装置及びその製造方法の実施の形態及び実施例を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態及び実施例により本発明が限定されるものではない。
【００３４】
〔発光素子〕
まず、本発明による発光素子について説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる発光素子を示す概略側断面図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。図１において、発光素子１は、トップエミッション構造の発光素子であり、基板例えばガラス基板１０上に、金属からなる第１電極としての陽極１１、正孔輸送層１２、発光層１３、電子輸送層１４、第２電極としての半透明陰極１５、及びキャッピング層１６が順次積層されている。
【００３５】
発光素子１は、トップエミッション構造であるため、ガラス基板１０は必ずしも透明でなくてもよい。正孔輸送層１２は、陽極１１からの正孔を発光層１３に輸送し、電子輸送層１４は、半透明陰極１５からの電子を発光層１３に輸送する役目を果たす。発光層１３では、正孔輸送層１２からの正孔と、電子輸送層１４からの電子とが再結合することにより、発光層１３中における有機材料の電子状態が一重項励起状態又は三重項励起状態に励起され、これらの励起状態から安定な基底状態に戻る際に、蛍光又はリン光をそれぞれ発生する。
【００３６】
キャッピング層１６は、あまり高くない温度で安定して成膜することができると共に、青色、緑色及び赤色それぞれの色の波長領域で吸収を持たない材料から構成される。キャッピング層１６を構成する材料については、後述する。
【００３７】
以上のような陽極１１、正孔輸送層１２、発光層１３、電子輸送層１４及び半透明陰極１５における膜厚の合計は、２００ｎｍ〜６００ｎｍ程度である。また、キャッピング層１６の膜厚は、例えば、３０ｎｍ〜１２０ｎｍが好ましい。キャッピング層１６が上記の膜厚の範囲である場合、良好な光取り出し効率が得られる。なお、キャッピング層１６の膜厚は、発光素子に使用する発光材料の種類、キャッピング層１６以外の発光素子の厚さなどに応じて、適宜変更することができる。また、半透明陰極１５の例としては、Ｃａ／Ｍｇ、ＭｇＡｇ、ＭｇＡｌ、ＩＴＯ，ＩＺＯ等がある。
【００３８】
積層する各層の成膜は、膜の緻密性や、良好なステップカバレッジ（段差被覆性）を確保する観点から、成膜手法にはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの化学的手法が用いられる。また、ＣＶＤ法以外にも、例えば真空蒸着法などを適用することも可能である。さらに、加熱蒸着法、インクジェット法やグラビア印刷などを適用してもよい。
【００３９】
なお、図１では、トップエミッション構造の発光素子１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ボトムエミッション構造の発光素子や、上部及び底部の両方向から発光するデュアルエミッション構造の発光素子についても、同様に適用することができる。これらの場合、光が発光素子から外部に取り出される方向にある電極は、透明又は半透明である必要がある。
【００４０】
また、図１では陽極１１と半透明陰極１５との間に挟まれる層が正孔輸送層１２、発光層１３、電子輸送層１４からなる３層構造の発光素子にキャッピング層１６を形成した場合を一例として示しているが、発光素子の構造は、この３層構造に限定されるものではなく、諸条件に応じて、正孔注入層と電子注入層を追加した５層構造、４層構造や２層構造あるいは発光層のみの１層構造など、種々の構造を採用した発光素子も同様に使用することができる。
【００４１】
キャッピング層１６を構成する材料の屈折率は、隣接する電極の屈折率よりも大きいことが好ましい。すなわち、キャッピング層１６によって、発光素子１の光取り出し効率は向上するが、その効果は、キャッピング層１６と、キャッピング層１６に接している材料との界面での反射率が大きい方が、光干渉の効果が大きいために有効である。そのため、キャッピング層１６を構成する材料の屈折率は、隣接する電極の屈折率よりも大きい方が好ましく、屈折率が１．５以上であればより好ましい。
【００４２】
図２は、後述する構造式（７）で示されるＣＢＰを使用したキャッピング層における波長と屈折率及び消衰係数との関係を示す線図である。なお、図中、実線は屈折率を示し、破線は消衰係数を示す。屈折率は複素屈折率の実部の値であり、消衰係数は複素屈折率の虚部の値を意味している。屈折率及び消衰係数の測定方法としては、従来周知のｎ＆ｋ法を用いる。この図から明らかなように、どの波長においてもＣＢＰの屈折率は１．７５程度以上である。また、青色発光素子に使用される４５０ｎｍ付近で消衰が起こらない。また、他の波長においても同様に消衰が起こらず、キャッピング層の消衰係数は、少なくとも当該キャッピング層を通過する光の波長が３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲内において、０．１２以下である。従って、青色、緑色、赤色それぞれの波長領域で吸収が起こらないため、キャッピング層を備えた発光素子は、フルカラーディスプレイなどにも好適に使用することができる。
【００４３】
キャッピング層１６を構成する材料のバンドギャップは、３．２ｅＶ以上であることが好ましい。ここで、バンドギャップの３．２ｅＶは、光の波長の約３８７ｎｍに対応し、３．１ｅＶは約４００ｎｍに対応する。従って、可視部の波長である３８０ｎｍ〜７８０ｎｍのほぼ全域が透明であるためには、キャッピング層１６を構成する材料のバンドギャップが、３．２ｅＶ以上であることが好ましい。一方、バンドギャップが３．２ｅＶ未満であると、青色の波長に影響を与えるため好ましくない。
【００４４】
さらに詳細に説明すると、キャッピング層１６を構成する材料のバンドギャップが大きい程、バンドギャップを遷移する電子による光吸収端は短波長側に移動する。従って、材料のバンドギャップが大きい程、光吸収端は可視部から外れていくために、材料の光吸収は小さくなり透明となる。キャッピング層１６を構成する材料は、可視部のほぼ全域で透明であることが望ましいため、材料のバンドギャップが大きい程好ましく、バンドギャップが３．２ｅＶ以上であれば、光吸収端が可視部から外れるためにより好ましい。
【００４５】
キャッピング層１６を構成する材料のバンドギャップは、材料の光吸収スペクトルの長波長側吸収端波長を測定することで、算出することができる。
【００４６】
キャッピング層１６を構成する材料としては、トリアリールアミン誘導体を使用することができる。トリアリールアミン誘導体としては、例えば、構造式（１）で表される４，４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（以下、「ＴＰＤ」と記載する）、構造式（２）で表される４，４'，４''−トリス［（３−メチルフェニル）フェニルアミノ］トリフェニルアミン（以下、「ｍ−ＭＴＤＡＴＡ」と記載する）、構造式（３）で表される１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ビス（２−メチルフェニル）−アミノ］−ベンゼン（以下、「ｏ−ＭＴＤＡＢ」と記載する）、構造式（４）で表される１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ビス（３−メチルフェニル）−アミノ］−ベンゼン（以下、「ｍ−ＭＴＤＡＢ」と記載する）、構造式（５）で表される１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ビス（４−メチルフェニル）−アミノ］−ベンゼン（以下、「ｐ−ＭＴＤＡＢ」と記載する）、構造式（６）で表される４，４’−ビス［Ｎ，Ｎ−ビス（３−メチルフェニル）−アミノ］−ジフェニルメタン（以下、「ＢＰＰＭ」と記載する）などが挙げられる。これらの材料は、単独、又は複数の材料を混合して使用することができる。
【００４７】
【化１】
2006302878.tif 000003
【００４８】
【化２】
2006302878.tif 000004
【００４９】
【化３】
2006302878.tif 000005
【００５０】
【化４】
2006302878.tif 000006
【００５１】
【化５】
2006302878.tif 000007
【００５２】
【化６】
2006302878.tif 000008
【００５３】
キャッピング層１６として、トリフェニルアミン誘導体もまた、トリアリール誘導体と同様に使用することができる。
【００５４】
キャッピング層１６を構成する他の材料としては、カルバゾール誘導体を使用することができる。カルバゾール誘導体としては、例えば、構造式（７）で表される４，４’−ジカルバゾリル−１，１’−ビフェニル（以下、「ＣＢＰ」と記載する）、構造式（８）で表される４，４'，４''−トリス（Ｎ−カルバゾール）トリフェニルアミン（以下、「ＴＣＴＡ」と記載する）などが挙げられる。これらの材料は、単独、又は複数の材料を混合して使用することができる。
【００５５】
【化７】
2006302878.tif 000009
【００５６】
【化８】
2006302878.tif 000010
【００５７】
キャッピング層１６を構成する他の材料としては、ベンゾイミダゾール誘導体を使用することができる。ベンゾイミダゾール誘導体としては、例えば、構造式（９）で表される２，２'，２''−（１，３，５−ベンゼントリル）トリス−［１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾ−ル］（以下、「ＴＰＢＩ」と記載する）などが挙げられる。
【００５８】
【化９】
2006302878.tif 000011
【００５９】
キャッピング層１６を構成する他の材料としては、トリアゾール誘導体を使用することができる。トリアゾール誘導体としては、例えば、構造式（１０）で表される３−（４−ビフェニル）−４−フェニル−５−ｔ−ブチルフェニル−１，２，４−トリアゾール（以下、「ＴＡＺ」と記載する）などが挙げられる。
【００６０】
【化１０】
2006302878.tif 000012
【００６１】
なお、バンドギャップが３．２ｅＶ以上のキャッピング層１６の材料としては、ＴＰＤ（３．２ｅＶ）、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ（３．２ｅＶ）、ＴＡＺ（４．０ｅＶ）等がある。バンドギャップが３．２ｅＶ未満のキャッピング層１６の材料としては、Ａｌｑ3、Ａｌｍｑ3、ＣｕＰｃ等がある。
【００６２】
〔発光装置〕
次に、本発明による発光装置について説明する。図３は、本発明の実施の形態にかかる発光装置を示す概略側断面図である。図３において、発光装置５０は、同一の基板１０上に、上述した発光素子として、第１発光素子２０、第２発光素子３０及び第３発光素子４０を備えている。
【００６３】
第１発光素子２０、第２発光素子３０及び第３発光素子４０は、それぞれ第１電極としての陽極１１、正孔輸送層１２、発光層１３、電子輸送層１４、第２電極としての半透明陰極１５Ａ〜１５Ｃ、及びキャッピング層１６Ａ〜１６Ｃを備えており、これらは図１で説明した発光素子１と同様にして順次積層することができる。
【００６４】
第１発光素子２０、第２発光素子３０及び第３発光素子４０は、それぞれ赤色、緑色及び青色に発光し、キャッピング層１６Ａ〜１６Ｃは異なる材質の材料から形成されていても、或いは同じ材質の材料から形成されていてもよい。キャッピング層１６Ａ〜１６Ｃが同じ材質の材料から形成されている場合には、キャッピング層１６Ａ〜１６Ｃの成膜工程に要する手間、コストを低減でき、発光装置５０の生産性向上やコストダウンに寄与することが可能となる。
【００６５】
キャッピング層１６Ａ〜１６Ｃの膜厚は、同一であっても異なっていてもよい。特に、第１発光素子２０におけるキャッピング層１６Ａの膜厚をｄR、第２発光素子３０におけるキャッピング層１６Ｂの膜厚をｄG、第３発光素子４０におけるキャッピング層１６Ｃの膜厚をｄBとすると、ｄR＞ｄG＞ｄBの関係式を満足することが好ましい。赤色、青色、緑色の中で、発光波長は赤が最も長く、青が最も短いため、これらの発光波長に対応させてキャッピング層１６Ａ〜１６Ｃの膜厚を設定することにより、各色に対応する第１発光素子２０〜第３発光素子４０の光の取り出し効率をさらに向上させることができる。
【００６６】
なお、キャッピング層の材料、膜厚やバンドギャップ、屈折率など上述した発光素子における全ての記載は、発光装置５０における上記第１発光素子２０、第２発光素子３０及び第３発光素子４０についても同様に適用することができる。また、発光素子の個数は３個に限らず、さらに多数の発光素子を同一基板上に形成することができ、或いは異なる基板上に形成することも可能である。
【００６７】
〔発光装置の製造方法〕
次に、本発明による発光装置の製造方法について説明する。図４〜図６は、本発明の実施の形態にかかる発光装置の製造方法を説明する概略側断面図である。なお、これらの図において、説明を判り易くするために、半透明陰極１５Ａ〜１５Ｃから陽極１１までの間の図示を簡略化する。
【００６８】
図４において、発光装置５０は、同一の基板１０上に、第１発光素子２０、第２発光素子３０及び第３発光素子４０を備えている。第１発光素子２０、第２発光素子３０及び第３発光素子４０は、それぞれ第１電極としての陽極１１、正孔輸送層１２、発光層１３、電子輸送層１４、第２電極としての半透明陰極１５Ａ〜１５Ｃを備えており、これらは図１で説明した発光素子１と同様にして順次積層することができる。
【００６９】
キャッピング層１６Ａ〜１６Ｃを同質の材料により異なる膜厚で形成する場合、図５に示すように、まず、第１発光素子２０及び第２発光素子３０における半透明陰極１５Ａ及び１５Ｂ上に、それぞれキャッピング層の構成材料をシャドーマスクなどの蒸着マスク１９Ａを介してマスク蒸着により積層し、該構成材料からなる第１層１７を膜厚ｄ1で形成する。この時、第１発光素子２０における半透明陰極１５Ａ上に形成されたキャッピング層の構成材料から成る第１層１７は、次の工程でさらに上面に同じ材料が積層されるので、いわばキャッピング層の中間層１７として形成されていることになる。一方、第２発光素子３０における半透明陰極１５Ｂ上に形成されたキャッピング層の構成材料から成る層は、キャッピング層１６Ｂそのものとなる。
【００７０】
次に、図６に示すように、第１発光素子２０における中間層１７上と、第３発光素子４０における半透明陰極１５Ｃ上に、それぞれキャッピング層の構成材料から成る第２層１８を蒸着マスク１９Ｂを介してマスク蒸着により膜厚ｄ2で形成する。この時、第１発光素子２０では、中間層１７上とその上に形成された第２層１８とにより、キャッピング層１６Ａが形成される。一方、第３発光素子４０における半透明陰極１５Ｃ上に形成された第２層１８は、キャッピング層１６Ｃそのものとなる。
【００７１】
第１発光素子２０におけるキャッピング層１６Ａは、キャッピング層１７とその上に形成されるキャッピング層１８とから構成されるので、キャッピング層１６Ａの膜厚をｄRとすると、ｄR＝ｄ1＋ｄ2となる。すなわち、第１発光素子２０におけるキャッピング層１６Ａの膜厚は、第２発光素子３０におけるキャッピング層１６Ｂの膜厚ｄ1と、第３発光素子４０におけるキャッピング層１６Ｃの膜厚ｄ2との和に略等しい。但し、この膜厚の和は、キャッピング層の成膜条件等により厳密には加算した和にならない場合もあるが、キャッピング層１６Ａの膜厚ｄRに対して１０％以内まで許容される。
【００７２】
このように、膜厚の異なるキャッピング層１６Ａ〜１６Ｃを２工程で成膜しているので、第１発光素子２０〜第３発光素子４０におけるキャッピング層１６Ａ〜１６Ｃの材質が同一で膜厚が異なる場合に、各々のキャッピング層１６Ａ〜１６Ｃを別工程で形成する場合に比べて、成膜工程を簡略化でき、発光装置の生産性向上に寄与することが可能となる。
【００７３】
なお、上述した発光素子及び発光装置における記載は、図４〜図６に基づいて説明した発光装置の製造方法についても同様に適用できる。
【実施例】
【００７４】
以下、実施例に基づいて、本発明をさらに具体的に説明する。本発明による赤色の発光素子を、次のようにして作製した。まず、スパッタリング法により基板上に成膜された膜厚１００ｎｍのＮｉ陽極上に、正孔注入層である膜厚２０ｎｍの銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を蒸着法により成膜した。続いて、正孔輸送層である膜厚４０ｎｍのＮ、Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）を蒸着法により成膜した。そして、発光層であるＡｌｑ3と、４−（ジシアノメチレン）−２−ｔ−ブチル−６−（１，１，７，７，−テトラメチルジュロリジル−９−エニル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＪＴＢ）とを２源蒸着した。Ａｌｑ3の膜厚は３０ｎｍであり、体積比率で１％のＤＣＪＴＢを同時に蒸着した。
【００７５】
さらに、電子輸送層である膜厚４０ｎｍのＡｌｑ3と、陰極である膜厚１２ｎｍのＣａと膜厚１２ｎｍのＭｇを継続して蒸着法により成膜した。最後に、キャッピング層であるＣＢＰの膜厚を０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲で変更し、蒸着法により成膜した。なお、本実施例は、赤の画素形成方法について述べているが、緑色と青色の画素については膜厚及び材料が異なるものの、同様の方法によって形成する。赤色、緑色、青色の画素の形成においては、それぞれ位置を選択して形成するため、成膜位置に開口部を有するメタルマスクを基板に対して精密に位置合わせして、基板の成膜面側にメタルマスクを密着させて、蒸着を行っている。
【００７６】
異なるキャッピング層膜厚で作製した赤色の発光素子について、光の取り出し効率を測定した。結果を図７に示す。図７から明らかなように、キャッピング層の膜厚が７０ｎｍの場合に最も光取り出し効率が高く、キャッピング層が無い場合の１．９倍となった。キャッピング層の膜厚が５０〜９０ｎｍの場合には、キャッピング層が無い場合に比べて、光取り出し効率が１．６倍以上と改善しており、キャッピング層の膜厚が６０ｎｍ〜８０ｎｍの場合には、１．８倍以上とより大きく改善していることが判った。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上のように、この発明にかかる発光素子、その発光素子を備えた発光装置及びその製造方法は、キャッピング層材料として、あまり高くない温度で安定して成膜することができると共に、青色、緑色及び赤色それぞれの波長領域で吸収を持たない材料から構成されるキャッピング層を備えるので、フルカラーディスプレイに適用することができ、色純度が良く鮮明で明るい画像を表示したい場合に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施の形態にかかる発光素子の構造を示す概略断面図である。
【図２】ＣＢＰを使用したキャッピング層における波長と屈折率及び消衰係数との関係を示す線図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる発光装置を示す概略側断面図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる発光装置の製造方法を説明する概略側断面図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる発光装置の製造方法を説明する概略側断面図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる発光装置の製造方法を説明する概略側断面図である。
【図７】実施例におけるキャッピング層の厚さと光の取り出し効率との関係を示す線図である。
【図８】従来技術におけるＡｌｑ3を使用したキャッピング層における波長と屈折率及び消衰係数との関係を示す線図である。
【符号の説明】
【００７９】
１  発光素子
１０  ガラス基板
１１  陽極（第１電極）
１２  正孔輸送層
１３  発光層
１４  電子輸送層
１５，１５Ａ〜１５Ｃ  半透明陰極（第２電極）
１６，１６Ａ〜１６Ｃ  キャッピング層
１７  第１層、中間層
１８  第２層
１９Ａ，１９Ｂ  蒸着マスク
２０  第１発光素子
３０  第２発光素子
４０  第３発光素子
５０  発光装置
【図１】
2006302878.tif 000013
【図２】
2006302878.tif 000014
【図３】
2006302878.tif 000015
【図４】
2006302878.tif 000016
【図５】
2006302878.tif 000017
【図６】
2006302878.tif 000018
【図７】
2006302878.tif 000019
【図８】
2006302878.tif 000020