(57)【要約】【課題】作製プロセスが単純であり、かつ、より高い発光の外部取出効率が得られる基板、およびそれを用いた有機ＥＬ素子の提供。【解決手段】基板と、基板上に設けられた透明電極、有機ＥＬ層、有機ＥＬ層を囲む透明無機絶縁層、および反射電極とを含み、該透明無機絶縁層は好ましくは、透明電極の屈折率より大きい屈折率を有する有機ＥＬ素子及びその製造方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、基板上に設けられた透明電極、有機ＥＬ層および反射電極とを含んでなる有機ＥＬ素子であって、前記有機ＥＬ層は透明無機絶縁層で囲まれてなる有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記透明無機絶縁層の屈折率は透明電極の屈折率より大きい、請求項１に記載された有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記透明無機絶縁層は、透明金属酸化物層、または透明無機粒子とマトリクスとを有する層である、請求項１または２に記載された有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記透明無機絶縁層は２．３以上の屈折率を有する、請求項１〜３のいずれか１つに記載された有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記透明金属酸化物層は、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｔａ、ＬａおよびＩｎのいずれか一種の金属の酸化物、またはＴｉ酸化物とＳｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、ＣｏおよびＺｒのいずれか一種の第二金属の酸化物とからなる複合金属酸化物の層である、請求項３または４に記載された有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記透明無機粒子は、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｔａ、ＬａおよびＩｎのいずれか一種の金属の酸化物、またはＴｉ酸化物とＳｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、ＣｏおよびＺｒのいずれか一種の第二金属の酸化物とからなる複合金属酸化物である、請求項３または４に記載された有機ＥＬ素子。
【請求項７】
有機ＥＬ素子を製造する方法であって、
基板上に設けられた透明電極上に、有機ＥＬ層を囲むこととなる透明無機絶縁層を形成する工程、
前記透明電極上に有機ＥＬ層を形成する工程、および
前記有機ＥＬ層上に反射電極を形成する工程
を含んでなる、有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項８】
前記透明無機絶縁層は、透明電極の屈折率より大きい屈折率を有する、請求項７に記載された製造方法。
【請求項９】
前記透明無機絶縁層は２．３以上の屈折率を有する、請求項７または８に記載された製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種ディスプレイ、表示素子、液晶用バックライト等に用いられる面発光体、詳しくは、面発光体からの光取り出し効率（外部量子効率）を向上させる素子の構造とその製造方法、ならびに該構造を有する有機ＥＬ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報化社会の進展に伴って、薄膜型の発光体としては無機ＥＬ、無機ＬＥＤ、バックライトを有した透過型液晶など各種のディスプレイが開発されている。このようなディスプレイに用いられる薄膜型の発光素子の代表的なもの一つとして、例えば有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子がある。
【０００３】
有機ＥＬ素子は自発光素子であり、視認性が高く無機ＥＬ素子に比べて低消費電力化が図れるなどの大きな利点がある。ディスプレイパネル等の表示装置の画素、または面光源としての利用を目的に開発が活発に進められている。有機ＥＬ素子を画素として用いる場合、複数の有機ＥＬ素子を同一平面状に配置し、電圧を印加する配線をマトリックスに構成し独立に駆動させることで、所望の表示を行う。また薄膜状で面光源を構成できるため、例えばプリンタの読み取り光源や書き込み光源などの発光源を備えた素子や装置に用いることで、容易に小型化及び軽量化が図れる。
【０００４】
図１は従来技術の有機ＥＬ素子の構造を断面図にて概略的に示す。有機ＥＬ素子は、図１の基板１００／透明電極２００／有機ＥＬ層３００／反射電極４００の積層構造を有し、有機ＥＬ発光源からの光は基板１００を通して基板１００の大気側表面から出射されることによって、大気に取り出されるようになっている。具体的には、図１に示す有機ＥＬ素子においては、基板１００と透明電極２００の屈折率が異なるために、それらの界面において約４５％の光が全反射によって透明電極２００内を導波される光５０４または基板１００／透明電極２００界面を横方向に導波される光５０３として失われる。次いで、基板１００内へと透過した光は、基板１００／空気の界面において、臨界角よりも小さい入射角を有する光５０１が外部に取り出されるものの、臨界角以上の入射角を有する光５０２は基板／空気界面を横方向に導波されて外部へと取り出すことができない。実際、基板１００から外部に出射する光は、有機ＥＬ層３００において発光した光の２０％程度に過ぎない。この現象は、有機ＥＬ素子の発光の外部取出効率を低く留めている大きな原因の１つである。
【０００５】
従来、そのような現象を回避して基板１００の露出表面からの光の取り出し効率を高めるための工夫が種々為されている。
【０００６】
基板の表示側最外表面および積層表面に凹凸を施して、光の取り出し効率を向上させることが提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、この構成においては、凹凸を有する積層表面上に一対の電極（陽極および陰極）および有機ＥＬ層を積層するために、一対の電極間に形成される有機ＥＬ層の膜厚が不均一となり、陽極および陰極間の短絡、有機ＥＬ層の絶縁破壊などの欠陥が発生するおそれがある。
【０００７】
可視光のカットオフ波長よりも小さい光学膜厚を有し、および超微細構造を有する低屈折率多孔体（１．００３〜１．３００の屈折率）からなる透明層（たとえば、エアロゲル層）をガラス基板とＩＴＯ透明電極の間に挿入した有機ＥＬ素子が提案されている（非特許文献１参照）。また、基板の表面に、基板の屈折率より低い屈折率の充填剤と、充填剤の屈折率より屈折率の高いバインダーとからなる複合薄膜が形成されている複合薄膜保持基板を用いて、発光の外部取り出し効率を向上させることが提案されている（特許文献２および３参照）。最近では、有機ＥＬ素子において、透明電極層と基板との間に、低屈折率材料からなるマトリックス中に光を散乱させる粒子を含有させた浸み出し光拡散層を設けることにより、発光の外部取出効率を向上する提案もなされている（特許文献４〜６参照）。
【０００８】
あるいはまた、ガラス基板上に複数のメサ型構造を形成し、該メサ型構造の上表面に有機ＥＬ素子を形成することで、ガラス基板内の導波モードを抑制する方法が提案されている（非特許文献２参照）。この提案においては、光線解析の結果から、メサ型構造のテーパ角が３５〜４０°、アスペクト比を０．７としたパネルにおいて、電流輝度効率は約２倍に改善された。
【０００９】
発光層から基板面に対して斜めに出射された光を、基板の出射面に設けられたマイクロレンズアレイで基板面に対して垂直方向に屈折させて装置の外部に出射させて、発光の外部取出効率を向上させることが提案されている（特許文献７、非特許文献３参照）。したがって、発光層から出射された光のほとんど全てを有機ＥＬ装置の外へ出射させることができ、その光を肉眼へ到達させることができる。
【００１０】
波長オーダーの二次元的な周期構造（フォトニックアレイ）を基板の片面に形成し、基板内導波光の回折効果を利用して、光波の反射角度を前面方向へ変換することで、基板内導波光を外部に取り出すことが提案されている（非特許文献４参照）。
【００１１】
２つの反射電極と、該電極に挟持された有機ＥＬ層からなる有機ＥＬ発光部からの発光を有機ＥＬ層の端面から取り出し、基板上に形成した三角形状のマイクロミラーにより基板前面方向へ出射させて、発光の外部取出効率の改善を図る方法が提案されている（非特許文献５参照）。
【００１２】
基板と有機ＥＬ発光素子を構成している下部透明電極との間に、有機ＥＬ発光素子と平面視上１対１に対応するように集光用レンズを設けることが提案されている（特許文献８参照）。ここで、「有機ＥＬ発光素子と集光用レンズとが平面視上１対１に対応する」とは、（ａ）１つの有機ＥＬ発光素子は１つの集光用レンズとしか重ならないこと、（ｂ）集光用レンズの光軸と有機ＥＬ発光素子の平面視上の中心とが実質的に一致していること、（ｃ）有機ＥＬ発光素子の大きさが当該有機ＥＬ発光素子に重なっている集光用レンズに外接する大きさ以下、好ましくは互いに重なる大きさ以下、さらに好ましくは内接する大きさ以下であることを、同時に満たすことを意味する。さらに、基板と下部透明電極との間に下地層を設けて、下部透明電極基板を形成するための実質的に平坦な面を提供し、同時に集光用レンズと下部透明電極との間の距離を調整して、正面から見た際に高い発光輝度を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−２５８３８０号公報
【特許文献２】特開２００３−２１６０６１号公報
【特許文献３】特開２００５−２７４７４１号公報
【特許文献４】特開２００４−２９６４３７号公報
【特許文献５】特開２００１−２０２８２７号公報
【特許文献６】特開２００２−２６０８４５号公報
【特許文献７】特開２００４−３９５００号公報
【特許文献８】特開平１０−１７２７５６号公報
【特許文献９】特開２００２−３５２９５６号公報
【特許文献１０】特開平１１−７１１０３号公報
【特許文献１１】特開平１１−２２８１３９号公報
【特許文献１２】特開平１１−７９７４６号公報
【特許文献１３】特開２００２−２０６０６２号公報
【特許文献１４】特開平５−３３０８２５号公報
【特許文献１５】特開平１１−２６３６２０号公報
【特許文献１６】特表平１１−５１２３３６号公報
【特許文献１７】欧州特許公開第０３３５７７３号公報
【特許文献１８】特開２００３−２８８０２９号公報
【特許文献１９】特開平１１−２３３２６２号公報
【特許文献２０】特開２０００−１８２７７４号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】横川、有機分子バイオエレクトロニクス分科会、２００１.３.９.；T.Tsutsui, M.Yahiro, H.Yokogawa, Advanced materials, 13, No.15, P.1149 (2001)
【非特許文献２】G.Gu, D.Z.Garbuzov, P.E.Burrows, S.Venkatesh, S.Venkatesh, S.R.Forrest, Optics Lett., 22,No.6, P.396 (1997)
【非特許文献３】C.F.Madigan, M.H.Lu, J.C.Sturm, Appl. Phys. Lette., 76, p.1650 (2000)
【非特許文献４】T.Yamadaki, K.Sumioka, T.Tsutsui, Appl.Phys.Lett., 76, No. 10, p,1243 (2000)
【非特許文献５】W.M.Cranton, C.B.Thomas, R.Steavens, Information Display, 4&5/02, p.22 (22)
【非特許文献６】田部浩三等編、「金属酸化物と複合酸化物」（（株）講談社、１９７８年刊行）
【非特許文献７】Jpn. J. Appl. Phys., 32, 4158-4162 (1993)
【非特許文献８】権田俊一、石川順三、上条栄治編、「イオンビーム応用技術」（（株）シーエムシー）、１９８９
【非特許文献９】青木 康、表面科学、１８（５），２６２，１９９８
【非特許文献１０】安保正一等、表面科学、２０（２），６０，１９９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
発光の外部取出効率向上を達成するために提案されている先行技術の有機ＥＬ素子構成は、作製プロセスが複雑である、または発光の外部取り出し効率がさらなる改良を要する等の問題点を有する。
【００１６】
従って、本発明は、作製プロセスが単純で、より高い発光の外部取出効率が得られる有機ＥＬ素子構成、その構成を含む有機ＥＬ素子、及びその製造方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、基板と、基板上に設けられた透明電極、有機ＥＬ層および反射電極とを含んでなる有機ＥＬ素子であって、前記有機ＥＬ層は、透明無機絶縁層で囲まれてなる有機ＥＬ素子に関するものである。
【００１８】
本発明の有機ＥＬ素子において、前記透明無機絶縁層の屈折率は透明電極の屈折率より大きいことが好ましい。
【００１９】
本発明はまた、有機ＥＬ素子を製造する方法であって、
基板上に設けられた透明電極上に、有機ＥＬ層を囲むこととなる透明無機絶縁層を形成する工程、
前記透明電極上に有機ＥＬ層を形成する工程、および
前記有機ＥＬ層上に反射電極を形成する工程
を含んでなる、有機ＥＬ素子の製造方法に関するものである。
【発明の効果】
【００２０】
以上のような構成を採ることによって、本発明の有機ＥＬ素子は、高い光取り出し効率を実現することができ、正面から見たときの輝度を向上させた高品質な表示が可能となる。また、上記の製造方法においては、製造プロセスが単純であり、製造コスト的に有利に有機ＥＬ素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、従来型構造の有機ＥＬ素子における光の伝播を模式的に説明する断面図である。
【図２】図２は、本発明の有機ＥＬ素子における光の伝播を模式的に説明する断面図である。
【図３】図３は、本発明の有機ＥＬ素子の有機ＥＬ層での平面模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施例１の有機ＥＬ素子を模式的に説明する断面図に、各層の構成成分を記載した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ層が透明無機絶縁層で囲まれてなることを特徴とする。また、本発明の透明無機絶縁層は、透明電極の屈折率より大きい屈折率を有することが好ましい。このような素子構成とすることで、有機ＥＬ層からの発光取り出し効率が大幅に向上したことは、驚くべき効果である。
【００２３】
前記透明無機絶縁層は、好ましくは、透明電極の屈折率より大きい屈折率を有する透明金属酸化物層、または透明無機粒子とマトリクスとからなる、透明電極の屈折率より大きい屈折率を有する層から構成されてよい。前記透明無機絶縁層は、好ましくは無色であってよい。
【００２４】
前記透明無機絶縁層は、好ましくは、２．３以上の屈折率を有してよい。
【００２５】
より具体的には、前記透明金属酸化物は、周期表第２族〜第１５族の金属、例えば、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｔａ、ＬａおよびＩｎのいずれか一種の金属の酸化物、またはＴｉ酸化物と周期表第２族〜第１５族金属、例えば、Ｓｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、ＣｏおよびＺｒ、のいずれか一種の第二金属酸化とからなる複合酸化物であってよい。
【００２６】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明で用いる基板は、ガラス、ＰＥＴなどの熱可塑性樹脂、または光硬化性樹脂等であってよい。基板は、透明無機絶縁層の屈折率よりも小さい屈折率を有することが好ましく、例えば、１．３〜１．７の屈折率を有してよい。
【００２７】
有機ＥＬ層を囲む透明無機絶縁層は、透明電極よりも大きな屈折率つまり２．３以上の屈折率を有することが好ましい。この範囲の屈折率とすることによって、有機ＥＬ層内で発生した光を透明無機絶縁層内に簡単に導波することを防ぐ事ができる。つまり、有機ＥＬ層および透明無機絶縁層界面での光の反射、伝搬および閉じ込めが円滑に行われる機構によって、発光の外部取出効率を向上させることができるものと推定されるが、本発明はこの機構に何ら囚われるものではない。
【００２８】
有機ＥＬ層を囲む透明無機絶縁層は、透明金属酸化膜層または透明無機粒子とマトリクスとを有する層である。ここで云う透明とは、ＪＩＳ−Ｒ−３１０６規格に準じて測定して、可視光に対する透過率が、例えば、７０％以上、好ましくは８０％以上、更には９０％以上であってよい。ここで云う絶縁層とは、その電気抵抗率が、通常、１０５Ω・ｍ以上、例えば、１０１０Ω・ｍ以上の値を示す層であってよい。
【００２９】
本発明における透明金属酸化膜層は、好ましくは２．３以上の屈折率を有し、好ましくは無色の透明金属酸化物であってよい。または、複数の金属から形成される金属ドープ複合金属酸化物であってよい。用いることができる透明金属酸化物は、高い酸素含有率を有するＴｉ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｔａ、Ｌａ及びＩｎ等の高抵抗性の酸化物を含んでよい。これらの内、Ｔｉ酸化物が特に好ましい。また、用いることができる金属ドープ複合酸化物は、チタン酸化物と少なくとも１種の第２金属の酸化物とを含む複合酸化物に、少なくとも１種のドープ金属をドーピングしたものである。ここで、少なくとも１種の第２金属は、当該第２金属の酸化物が、好ましくは２．３以上の屈折率を呈する金属から選択される。本発明において、非ドープの複合酸化物は、好ましくは２．３以上の屈折率を有してよい。透明金属複合酸化物中のチタン酸化物の含有量は、二酸化チタン換算で、複合酸化物の質量を基準として６０〜９９質量％、好ましくは７０〜９５質量％、より好ましくは７５〜９０質量％である。用いることができる第２金属は、Ｓｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、ＣｏおよびＺｒを含む。複合酸化物は、ルチル結晶構造、ルチル／アナターゼ混晶構造、アナターゼ結晶構造またはアモルファス構造を有してもよく、特にルチル結晶構造を有することが好ましい。複合酸化物層は、焼結法、ゾルゲル法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などの当該技術において公知の方法によって形成することができる（特許文献１０〜１３、非特許文献６および７参照）。
【００３０】
本発明における透明無機粒子は、好ましくは２．３以上の屈折率を有し、透明金属酸化物であってよい。または、複数の金属から形成される金属ドープ複合酸化物であってよい。用いることができる透明金属酸化物は、高い酸素含有率を有するＴｉ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｔａ、Ｌａ及びＩｎ等の高抵抗性の酸化物を含んでよい。また、用いることができる金属ドープ複合酸化物は、チタン酸化物と少なくとも１種の第２金属の酸化物とを含む複合金属酸化物に、少なくとも１種のドープ金属をドーピングしたものである。ここで、少なくとも１種の第２金属は、当該第２金属の酸化物が、好ましくは２．３以上の屈折率を有する金属から選択される。本発明において、非ドープの複合酸化物は、好ましくは２．３以上の屈折率を有してよい。透明無機複合酸化物中のチタン酸化物の含有量は、二酸化チタン換算で、複合酸化物の質量を基準として６０〜９９質量％、好ましくは７０〜９５質量％、より好ましくは７５〜９０質量％である。用いることができる第２金属は、Ｓｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、ＣｏおよびＺｒを含んでよい。複合酸化物は、ルチル結晶構造、ルチル／アナターゼ混晶構造、アナターゼ結晶構造またはアモルファス構造を有してよく、特にルチル結晶構造を有することが好ましい。複合酸化物層は、焼結法、ゾルゲル法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などの当該技術において公知の方法によって形成することができる（特許文献１０〜１３、非特許文献６および７参照）。
【００３１】
本発明における金属酸化物または複合金属酸化物のドーピングに用いられる少なくとも１種のドープ金属は、Ｃｏ、ＺｒまたはＡｌであり、好ましくはＣｏまたはＺｒであり、特に好ましくはＣｏである。ドープ金属は、金属ドープ複合酸化物中で、金属単体または金属イオンのいずれとして存在してもよい。また、ドープ金属は、金属ドープ複合酸化物の表面または内部のいずれかに偏在してもよいが、好ましくは該表面および内部に均質に存在する。ドープ金属は、金属ドープ複合酸化物を構成する全金属（チタンおよび第２金属）の質量を基準として２５質量％以下、好ましくは０．０５〜１０質量％、より好ましくは０．１〜５質量％、最も好ましくは０．３〜３質量％の量で含まれ得る。このような範囲内のドーピング量を用いることによって、波長３８０〜６５０ｎｍの範囲における透明性が良好であり、屈折率が高く、かつ望ましくないチタンの光触媒活性を抑制ないし排除した金属ドープ複合酸化物粒子が得られる。得られる金属ドープ複合金属酸化物の屈折率は、ドーピング量に依存して２．３〜２．６０、より詳細には２．４〜２．６０の範囲内で調製することができる。複合金属酸化物にドープ金属をドープする方法としては、イオン注入法など当該技術において公知の方法を用いることができる（特許文献１４〜１７、非特許文献８〜１０参照）。
【００３２】
本発明における透明無機絶縁層において、透明無機粒子のマトリクスとして用いられる材料は、透明無機粒子を分散させ、透明電極と接触する上面を平坦にするための成膜性を透明無機絶縁層に付与する材料である。用いることができるマトリクス用材料は、フルオレン系エポキシ樹脂（たとえば、ビスアリールフルオレンを基本骨核とするエポキシ樹脂（長瀬産業株式会社製）など）を含む。金属ドープ複合酸化物およびマトリクスの含有量は、それぞれの材料の屈折率および得られる透明無機絶縁層の所望の屈折率などに依存して変化する。あるいはまた、屈折率が高い無機高分子を、直接的にマトリクスとして使用することができる。例えば、ラサ工業製の透明無機ポリマーを用いることができる。該無機ポリマーの塗布液をスピンコート法によって製膜し、ポストベーク時の温度を制御することにより、得られる膜の屈折率を２．３〜２．４の間で調整することが可能である。ここで、より大きな膜厚の透明膜を形成するために、製膜工程を繰り返して行うこともできる。
【００３３】
透明無機粒子としての高屈折無機粒子とマトリクスとを有する層は、例えば、金属ドープ複合金属酸化物およびマトリクスを溶媒中に分散させた塗布液を、スピンコート、ナイフコート、ロールコートなどの当該技術において知られている任意の方法で両表面に凹凸を有する支持体の片面に塗布し、次いで、溶媒を揮発させることによって形成することができる。塗布液の塗布の前に、支持体の塗布面の表面処理を実施してもよい。用いることができる表面処理は、ＵＶ処理、プラズマ処理、界面活性剤処理、研磨などを含む。これらの表面処理は、得られる透明無機絶縁層上面の平坦性の向上、あるいはパーティクルの低減などに有効であり、さらに有機ＥＬ素子製造における歩留まりの向上、および得られる有機ＥＬ素子の品質向上に寄与する。
【００３４】
本発明の特徴である透明無機絶縁層は、有機発光層を囲む複数の区画を有することが好ましく、例えば、透明電極上の有機発光層が形成され得る部分をマスクで覆った後に、透明無機絶縁層を構成する材料を、例えば蒸着法、スパッタ法（反応性スパッタ法を含む）、化学気相堆積（ＣＶＤ）法、又はスピンコート法等の方法で適用して透明無機絶縁層を形成する。
【００３５】
マスクは種々の形態のものが使用し得るが、例えば、メタル（ステンレス、アルミニウム等）製マスク、リソグラフィにより基板上に形成されたレジスト又は金属製パターン等である。マスク中の有機発光層を囲む複数の区画の形状、数、寸法も特に限定されない。例えば、区画の形状は、多角形、楕円、扇形、ルーローの多角形、数は、１個以上、寸法は、有機発光層の陰極及び陽極の大きさ等により決定される。ここで、本発明の要旨の１つが有機発光層および透明無機絶縁層界面での光の反射、伝搬および閉じ込めを円滑に行ない、発光の外部取出効率を向上させることにあることを勘案すれば、マスク中の有機発光層を囲む複数の区画の形状としては、四角形等の多角形または円形や楕円形とすることができる。区画の数は１個以上、例えば４個以上、好ましくは１０個以上とすることができる。区画の寸法は、有機発光層の陰極の大きさ等で決めることが好ましい。
【００３６】
透明無機絶縁層の膜厚も、本発明の要旨の１つが有機発光層および透明無機絶縁層界面での光の反射、伝搬および閉じ込めを円滑に行ない、発光の外部取出効率を向上させることにあることを勘案すれば、透明無機絶縁層の膜厚は有機発光層の膜厚と同等かそれ以上であることが好ましいが、素子構造全体の最適効率を勘案して定めることができる。例えば、透明無機絶縁層の膜厚は、通常、１００〜１００００ｎｍ、好ましくは、１００〜２０００ｎｍ、特に好ましくは、１００〜１０００ｎｍであってよい。
【００３７】
例示としての図２、３および４を用いて、本発明における透明無機絶縁層を説明すると、透明無機絶縁層は酸化チタンからなり、パターニングしたＩＴＯ電極上に開口部分（２ｍｍ×２ｍｍ）を３カ所およびＩＴＯ電極と導線をつなぐコンタクト部分を残す形で形成されている。なお、酸化チタンの屈折率は、約２．３である。
【００３８】
実施態様の１つを例示すると、陽極部、発光部以外をマスクしたＩＴＯ電極付きガラス基板に、スパッタリング法により酸化チタンの透明無機絶縁層を形成し、マスクをはがし、洗浄したITO電極付きガラス基板上に、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシ）−２，５−チオフェン／ポリスチレンスルホン酸）をスピンコート法により製膜して正孔注入層を得ることができる。次いで、正孔移動層用としてのＰＶＣｚ（ポリビニルカルバゾール）、電子輸送性材料としてのＰＢＤ（２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール）、及び蛍光性発色色素としての化合物を溶媒（トルエン等）に溶解させ、スピンコート法により発光層を得ることができる。さらにその上に、フッ化リチウム蒸着して電子注入層とした後、アルミニウムを蒸着して陰極としての反射電極を形成して有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００３９】
次に、有機ＥＬ素子を構成する各構成要素について説明する。
透明電極は、有機ＥＬ素子の陽極（正孔注入電極）として機能する電極であり、正孔注入障壁を低減するために大きい仕事関数を有する材料で作製される。透明電極を形成するための材料としては、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ２、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴｉＯｘ、ＶＯｘ、ＣｕＩ、ＩｎＮ、ＧａＮ、ＣｕＡｌＯ２、ＣｕＧａＯ２、ＳｒＣｕ２Ｏ２、ＬａＢ６、ＲｕＯ２などの導電性無機化合物を用いることができる。これらの中で、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ２が好ましく用いられ、より好ましくは、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）が用いられる。透明電極は、蒸着法、スパッタ法（反応性スパッタ法を含む）または化学気相堆積（ＣＶＤ）法を用いて形成され、好ましくはスパッタ法（反応性スパッタ法を含む）を用いて形成される。透明電極は、通常５０ｎｍ以上、好ましくは５０ｎｍ〜１μｍ、より好ましくは１００〜３００ｎｍの範囲内の厚さを有することが望ましい。また、後述するように複数の部分電極からなる透明電極が必要になる場合には、導電性無機化合物を全面にわたって均一に形成し、その後に所望のパターンを与えるようにエッチングを行って、複数の部分電極からなる透明電極を形成してもよい。あるいはまた、所望の形状を与えるマスクを用いて複数の部分電極からなる透明電極を形成してもよい。
【００４０】
反射電極は、有機ＥＬ素子の陰極（電子注入電極）として機能する電極であり、電子注入障壁を低減するために小さい仕事関数を有する材料で作製される。反射電極を形成するための材料としては、Ｌｉなどのアルカリ金属、Ｍｇ、Ｃａなどのアルカリ土類金属、Ｅｕなどの希土類金属の金属単体；前述のアルカリ金属、アルカリ金属、希土類金属とＡｌ、ＡｇまたはＩｎなどとの合金；Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙ、ＳｃまたはＳｉなどの金属／半導体、およびこれらの金属／半導体を含有する合金を用いることができる（特許文献１９および２０参照）。あるいはまた、反射性金属／透明導電性酸化物（ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯなど）／バッファ層（アルカリ金属、アルカリ土類金属またはそれらを含む合金、希土類金属、あるいはそれら金属のフッ化物など）の積層体を反射電極として用いてもよい。これらの中で、好ましくは、Ｍｇ、Ｃａなどのアルカリ土類金属、前述のアルカリ土類金属とＡｌ、Ａｇとの合金、Ａｌ、Ａｇなどの金属、反射性金属／透明導電性酸化物（ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯなど）／バッファ層（アルカリ金属、アルカリ土類金属またはそれらを含む合金、希土類金属、あるいはそれら金属のフッ化物など）の積層体が用いられ、より好ましくは、Ｍｇ、Ｃａなどのアルカリ土類金属とＡｌ、Ａｇとの合金、Ａｌ、Ａｇなどの金属、反射性金属／透明導電性酸化物（ＩＴＯ、ＩＺＯ）／バッファ層（アルカリ金属、アルカリ土類金属またはそれらを含む合金、希土類金属、あるいはそれら金属のフッ化物など）の積層体が用いられる。
【００４１】
本実施の形態における有機ＥＬ層３０としては、発光物質を含む単層膜、あるいは多層膜で形成することができる。多層膜で形成する場合の構成例としては、正孔輸送層、電子輸送性発光層または正孔輸送性発光層、電子輸送層からなる２層構造や正孔輸送層、発光層、電子輸送層からなる３層構造、さらには、必要に応じて正孔（又は、電子）注入機能と正孔（又は、電子）輸送機能を分けたり、正孔（又は、電子）の輸送をブロックする層などを挿入することにより、さらに多層に形成することがより好ましい。具体的な素子構造を次に例示する。発光層が単層膜の場合、陽極／発光層／陰極となる。多層膜の場合は、陽極／正孔輸送層／電子輸送性発光層／陰極、陽極／正孔輸送性発光層／電子輸送層／陰極からなる２層構造型素子、陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極からなる３層構造型素子、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極、陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極からなる多層構造型素子等である。なお、それぞれの層構造において正孔の輸送をブロックする層（正孔ブロッキング層）は、発光層と陰極との間に、電子の輸送をブロックする層（電子ブロッキング層）は、発光層と陽極との間に挿入することができる。
正孔輸送材料の例としては、銅フタロシアニン、テトラ（ｔ−ブチル）銅フタロシアニン等の金属フタロシアニン類及び無金属フタロシアニン類、キナクリドン化合物、１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）シクロヘキサン、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン等の芳香族アミン系低分子正孔注入輸送材料や、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリビニルカルバゾール、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）とポリスチレンスルホン酸との混合物などの高分子正孔輸送材料、ポリチオフェンオリゴマー材料、その他既存の正孔輸送材料の中から選ぶことができる。
【００４２】
発光材料としては、９，１０−ジアリールアントラセン誘導体、ピレン、コロネン、ペリレン、ルブレン、１，１，４，４−テトラフェニルブタジエン、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム錯体、トリス（４−メチル−８−キノリノラート）アルミニウム錯体、ビス（８−キノリノラート）亜鉛錯体、トリス（４−メチル−５−トリフルオロメチル−８−キノリノラート）アルミニウム錯体、トリス（４−メチル−５−シアノ−８−キノリノラート）アルミニウム錯体、ビス（２−メチル−５−トリフルオロメチル−８−キノリノラート）［４−（４−シアノフェニル）フェノラート］アルミニウム錯体、ビス（２−メチル−５−シアノ−８−キノリノラート）［４−（４−シアノフェニル）フェノラート］アルミニウム錯体、トリス（８−キノリノラート）スカンジウム錯体、ビス〔８−（パラ−トシル）アミノキノリン〕亜鉛錯体及びカドミウム錯体、１，２，３，４−テトラフェニルシクロペンタジエン、ペンタフェニルシクロペンタジエン、ポリ−２，５−ジヘプチルオキシ−パラ−フェニレンビニレン、クマリン系蛍光体、ペリレン系蛍光体、ピラン系蛍光体、アンスロン系蛍光体、ポルフィリン系蛍光体、キナクリドン系蛍光体、Ｎ，Ｎ’−ジアルキル置換キナクリドン系蛍光体、ナフタルイミド系蛍光体、Ｎ，Ｎ’−ジアリール置換ピロロピロール系蛍光体等、Ｉｒ錯体等の燐光性発光体などの低分子系発光材料や、ポリフルオレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリスピロ、ポリビニルカルバゾールなどの高分子材料や、これら高分子材料に前記低分子材料の分散または共重合した材料や、その他既存の発光材料を用いることができる。
【００４３】
電子輸送材料の例としては、２−（４−ビフィニルイル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール、２，５−ビス（１−ナフチル）−１，３，４−オキサジアゾール、オキサジアゾール誘導体やビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリノラート）ベリリウム錯体、トリアゾール化合物等を用いることができる。
有機ＥＬ層３０の膜厚は、単層または積層により形成する場合においても通常、１０００ｎｍ以下であり、好ましくは、３０〜１０００ｎｍ、より好ましくは、５０〜５００ｎｍ、特に好ましいのは５０〜１５０ｎｍであってよい。特に、高分子ＥＬ素子の正孔輸送材料は、基材や陽極層の表面突起を覆う効果が大きく、好ましくは、１０〜２００、より好ましくは、２０〜１００ｎｍ程度の厚い膜を成膜することがより好ましい。
有機ＥＬ層３０の形成方法としては、材料に応じて、真空蒸着法や、スピンコート、スプレーコート、ノズルコート、フレキソ、グラビア、マイクログラビア、凹版オフセットなどのコーティング法や印刷法、インクジェット法などを用いることができる。
【００４４】
図２に、本発明の有機ＥＬ素子の例を示す。図２の例においては、基板１０においては、透明電極２０と反射電極４０は有機ＥＬ層３０を挟み、透明電極２０と反射電極４０が重ならない部分には、透明電極２０よりも高い屈折率を有する透明無機絶縁層１２が形成されている。
図３に、本発明の有機ＥＬ素子の有機ＥＬ層３０と透明無機絶縁層１２の配列例を示す。図３の例においては、透明無機絶縁層１２は有機ＥＬ層３０を挟み、透明無機絶縁層１２と有機ＥＬ層３０は重ならないように形成されている。
図４は、本願実施例１及び２の有機ＥＬ素子構造及び各構成要素の内容を模式的に示す。有機ＥＬ層（膜厚120nm）は、PVCz+OBDからなる正孔移動層、透明無機絶縁層で囲まれた蛍光発光色素を含む有機発光層、および電子輸送性材料層からなる。そして、有機ＥＬ層は、陰極（反射電極：Al：膜厚200nm）及び陽極（透明電極：ITO）によって挟持されている。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明を実施例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４６】
実施例において、蒸着物質の成膜速度の制御や膜厚の制御は該蒸着機に取付けている。水晶振動子を使用した成膜モニターＣＲＴＭ−８０００（株式会社アルバック製）を使用した。また、成膜後の実質膜厚の測定には、テンコール（Ｔｅｎｃｏｒ）社製Ｐ１０触針式段差計を用いた。素子の特性評価には、ケースレー（ＫＥＩＴＨＬＥＹ）社ソースメータ２４００、トプコンＢＭ−８輝度計を使用した。
実施例においては、特に断りのない限り、混合比は全て重量比を示す。真空蒸着法は１０−４Ｐａの真空中で行った。また、素子の発光特性評価においては、電極面積２ｍｍ×２ｍｍの有機EL素子の特性を測定した。
【００４７】
実施例１
陽極部、発光部以外をマスクしたＩＴＯ電極付きガラス基板に、スパッタリング法により酸化チタンの透明無機絶縁層を形成した（膜厚２００ｎｍ）。マスクをはがし、洗浄したITO電極付きガラス基板上に、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシ）−２，５−チオフェン／ポリスチレンスルホン酸）をスピンコート法により製膜し、膜厚４０ｎｍの正孔注入層を得た。次いで、正孔移動層用としてのＰＶＣｚ（ポリビニルカルバゾール）を６９．７ｗｔ％、電子輸送性材料としてのＰＢＤ（２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール）を３０ｗｔ％、蛍光性発色色素としての化合物１を０．３ｗｔ％の濃度でトルエンに溶解させ、スピンコート法により１２０ｎｍの膜厚の発光層を得た。さらにその上に、フッ化リチウムを０．５ｎｍ蒸着して電子注入層とした後、アルミニウムを２００ｎｍ蒸着して陰極としての反射電極を形成して有機ＥＬ素子を得た。この素子について通電試験を行ったところ、最大発光輝度３１２５ｃｄ／ｍ２の緑色発光が得られた。
【００４８】
【化１】
2011154809.tif 000003
ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ
【００４９】
【化２】
2011154809.tif 000004
ＰＶＣｚ
【００５０】
【化３】
2011154809.tif 000005
ＰＢＤ
【００５１】
【化４】
2011154809.tif 000006
化合物１
【００５２】
実施例２
陽極部、発光部以外をマスクしたＩＴＯ電極付きガラス基板に、スパッタリング法により酸化チタンの透明無機絶縁層を形成した（膜厚２００ｎｍ）。マスクをはがし、洗浄したITO電極付きガラス基板上に、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシ）−２，５−チオフェン／ポリスチレンスルホン酸）をスピンコート法により製膜し、膜厚４０ｎｍの正孔注入層を得た。次いで、正孔移動層用としてのＰＶＣｚ（ポリビニルカルバゾール）を６９．７ｗｔ％、電子輸送性材料としてのＰＢＤ（２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール）を３０ｗｔ％、蛍光性発色色素としての化合物１を０．３ｗｔ％の濃度でトルエンに溶解させ、スピンコート法により１２０ｎｍの膜厚の発光層を得た。さらにその上に、フッ化セシウムを１ｎｍ蒸着して電子注入層とした後、アルミニウムを２００ｎｍ蒸着して陰極としての反射電極を形成して有機ＥＬ素子を得た。この素子について通電試験を行ったところ、最大発光輝度９２４６ｃｄ／ｍ２の緑色発光が得られた。
【００５３】
比較例１
実施例１の酸化チタンのスパッタリングをしない他は、実施例１と同様にして有機ＥＬを作製した。この素子について通電試験を行ったところ、最大発光輝度２７８１ｃｄ／ｍ２の緑色発光が得られた。
【００５４】
比較例２
実施例２の酸化チタンのスパッタリングをしない他は、実施例２と同様にして有機ＥＬを作製した。この素子について通電試験を行ったところ、最大発光輝度６８６５ｃｄ／ｍ２の緑色発光が得られた。
これらの素子の評価結果を表１に示す。
【００５５】
表１
【表１】
2011154809.tif 000007
【００５６】
実施例３
実施例２における蛍光性発色色素としての化合物１に代えてイリジウム錯体 Ir-1を用いる他は、実施例２と同様にして有機ＥＬを作製した。この素子について通電試験を行ったところ、最大発光輝度７８４２ｃｄ／ｍ２の緑色発光が得られた。
【００５７】
【化５】
2011154809.tif 000008
【００５８】
比較例３
実施例３の酸化チタンのスパッタリングをしない他は、実施例３と同様にして有機ＥＬを作製した。この素子について通電試験を行ったところ、最大発光輝度６８９７ｃｄ／ｍ２の緑色発光が得られた。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 基板
１２ 透明無機絶縁層
２０、２００ 透明電極
３０、３００ 有機ＥＬ層
４０、４００ 反射電極
１００ 基板
５０１、５０２，５０３、５０４ 光
【図１】
2011154809.tif 000009
【図２】
2011154809.tif 000010
【図３】
2011154809.tif 000011
【図４】
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