(57)【要約】【課題】  有機発光表示装置の光取出し効率向上を図る。【解決手段】  反射電極（下部電極２）と透明電極（上部電極８）との間に、有機材料からなる発光層（５）が挟持された有機発光素子を有する有機発光表示装置であって、前記透明電極（上部電極８）の前記発光層（５）側の面とは反対側の面に、前記透明電極（上部電極８）よりも高屈折率の微粒子と柱状形状の酸化亜鉛とから構成された光取出し層（９）が設けられている。【選択図】  図１
2011090942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射電極と透明電極との間に、有機材料からなる発光層が挟持された有機発光素子を有する有機発光表示装置であって、
前記透明電極の前記発光層側の面とは反対側の面に、前記透明電極よりも高屈折率の微粒子と柱状形状の酸化亜鉛とから構成された光取出し層が設けられていることを特徴とする有機発光表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の有機発光表示装置において、
前記光取出し層は、前記透明電極に接していることを特徴とする有機発光素子。
【請求項３】
請求項１に記載の有機発光表示装置において、
前記光取出し層と前記透明電極との間に、前記透明電極と同等以上の屈折率の材料からなる絶縁膜が設けられていることを特徴とする有機発光素子。
【請求項４】
請求項１に記載の有機発光表示装置において、
前記光取出し層の平均屈折率が１．７以上であることを特徴とする有機発光表示装置。
【請求項５】
請求項１に記載の有機発光表示装置において、
前記酸化亜鉛と前記高屈折率の微粒子が層分離され、前記高屈折率の微粒子が前記酸化亜鉛よりも前記透明電極側に位置することを特徴とする有機発光表示装置。
【請求項６】
請求項１に記載の有機発光表示装置において、
前記光取出し層の中に、少なくとも、酸化チタン、酸化ジルコニウム、チタン酸バリウムの中の何れか１種類の微粒子、或いは、複数の微粒子が含まれていることを特徴とする有機発光素子。
【請求項７】
請求項１に記載の有機発光表示装置において、
前記高屈折率の微粒子の平均粒径が７５ｎｍ以上であることを特徴とする有機発光表示装置。
【請求項８】
請求項１に記載の有機発光表示装置において、
前記柱状形状の酸化亜鉛の平均高さが７５ｎｍ以上、平均粒径が１５０ｎｍ以上であることを特徴とする有機発光表示装置。
【請求項９】
請求項１に記載の有機発光表示装置において、
前記有機発光素子は、複数有し、
前記複数の有機発光素子は、一の発光色を有する第一の有機発光素子と、前記第一の有機発光素子と異なる発光色を有する第二の有機発光素子と、前記第一及び前記第二の有機発光素子と異なる発光色を有する第三の有機発光素子とを含むことを特徴とする有機発光表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光表示装置に関し、特に、トップエミッション構造の有機発光表示装置に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自発光する有機エレクトロルミネセンス素子（以下「有機発光素子」という。）は、薄型表示装置、液晶表示装置の照明装置として期待されている。
【０００３】
有機発光表示装置は、基板上に画素を構成する複数の有機発光素子と、その有機発光素子を駆動する駆動層からなる。
この有機発光素子は、下部電極と上部電極との間に複数の有機層が挟まれた構造を有している。また、複数の有機層としては、少なくとも、正孔を輸送する輸送層と、電子を輸送する輸送層と、正孔と電子が再結合する発光層とを有している。そして、有機発光素子は、両電極間に電圧を印加することにより、電極から注入された正孔と電子が発光層で再結合して発光するようになっている。
【０００４】
この有機発光素子は、屈折率が２弱の発光層で発光した光を屈折率が１の空気層に取出す必要がある。屈折率の高い層から屈折率の低い層の界面では、界面法線方向に対して深い角度で入射した光が１００％反射する臨界角を有する。すなわち、臨界角より深い角度で入射した光は、空気層へ出射されず、有機発光素子の内部に反射されてしまう。一般に、有機発光素子の空気層へ取り出せる光の割合は２割程度であり、８割の光は有機発光素子の内部に留まってしまう。
そのため、有機発光素子の空気層への光取出し向上が課題となっていた。
【０００５】
この課題に対して、近年、光取出し側の電極と空気層との間に光取出し層を有する構造が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１の光取出し層においては、平均粒径１００から１０００ｎｍの透明粒子からなる透明粒子膜で構成される。同光取出し層により、正面方向での輝度が２倍程度向上した事が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１６４９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の光取出し層を構成する透明粒子の形状は球形である。光取り出し層へ入射された光は、粒子と空気界面で複数回反射して、一部は空気層内に出射され、一部は有機発光素子内部に戻ってしまう。そのため、光取出し層を構成する材料の形状は、柱状粒のような長手方向を有する形状で、光取出し側電極面に対して長手方向が立った配置が望ましい。
そこで、本発明者は、光取出し層を構成する材料の形状に着目し、本発明を成した。
【０００８】
本発明の目的は、有機発光表示装置の光取出し効率向上を図ることが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１０】
本発明は、光取出し効率の向上を図るため、柱状酸化亜鉛と高屈折率微粒子とで構成された光取出し層を有する有機発光素子構造を用いている。
具体的には、反射電極と透明電極との間に、有機材料からなる発光層が挟持された有機発光素子を有する有機発光表示装置であって、前記透明電極の前記発光層側の面とは反対側の面に、前記透明電極よりも高屈折率の微粒子と柱状形状の酸化亜鉛とから構成された光取出し層が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、有機発光表示装置の光取出し効率向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１である有機発光素子の断面構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例２である有機発光素子の断面構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例３である有機発光表示装置の断面構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。なお、本発明は、以下の例に限定されるものではない。
本明細書において、有機発光素子は、下記の構造をとるものをいう。すなわち、有機発光素子は、順次、基板／下部電極／第１注入層／第１輸送層／発光層／第２輸送層／第２注入層／上部電極／保護層又は封止基板（対向基板）から構成されている。
【００１５】
下部電極と上部電極には、２通りの組合せがある。
まず、下部電極が陽極、上部電極が陰極の構成である。この場合、第１注入層、第１輸送層は、それぞれ、正孔注入層、正孔輸送層となり、第２輸送層、第２注入層は、それぞれ、電子輸送層、電子注入層となる。
他の組合せは、下部電極が陰極、上部電極が陽極の構成である。この場合、第１注入層、第１輸送層は、それぞれ、電子注入層、電子輸送層となり、第２輸送層、第２注入層は、それぞれ、正孔輸送層、正孔注入層となる。
また、前記構成において、第１注入層、或いは第２注入層を有さない構造も考えられる。さらに、第１輸送層、或いは第２輸送層が発光層に兼ねられる構造も考えられる。
【００１６】
上部電極と下部電極には、一方の電極が発光光の透過性を有し、他方の電極が発光光の反射性を有する組合せが望ましい。その場合、透過性を有する電極から光を取出すため、同電極を光取出し電極と称する。
一方、反射性を有する電極を反射電極と称する。上部電極が光取出し電極となる場合を、トップエミッション構造と称している。一方、下部電極が光取出し電極となる場合を、ボトムエミッション構造と称している。
【００１７】
基板は、絶縁性の材料であれば広い範囲から選択することが可能である。
具体的には、ガラス、アルミナ焼結体等の無機材料、ポリイミド膜、ポリエステル膜、ポリエチレン膜、ポリフェニルレンスルフィド膜、ポリパラキシレン膜等の各種絶縁性プラスチック等が使用可能である。
また、上記絶縁性の材料を表面上に形成すれば、金属材料（例えば、ステンレス、アルミ、銅、上記金属が含まれた合金等）でも問題ない。
【００１８】
陽極は、正孔の注入効率を高める仕事関数の大きな導電膜が望ましい。
具体的には、金，白金、が挙げられるが、これらの材料に限定されるわけではない。また、陽極として、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化インジウムゲルマニウム等の２元系、或いは酸化インジウムスズ亜鉛等の３元系であってもよい。また、酸化インジウム以外にも酸化スズ、酸化亜鉛等を主成分とした組成であってもよい。また、ＩＴＯであれば、酸化インジウムに対して５−１０ｗｔ％の酸化スズを含む組成が良く用いられる。
酸化物半導体の製造法は、スパッタ法、ＥＢ蒸着法、イオンプレーティング法等が挙げられる。ＩＴＯ膜、ＩＺＯ膜の仕事関数は、それぞれ、４．６ｅＶ、４．６ｅＶであるが、ＵＶオゾン照射、酸素プラズマ処理、等により、５．２ｅＶ程度まで増大させることが可能である。
【００１９】
ＩＴＯ膜は、スパッタ法を用い、基板温度を２００℃程度まで高めた条件で作製すると多結晶状態になる。この多結晶状態では、結晶粒により、表面平坦性が悪いため、表面を研磨したものが望ましい。
また、他の方法として、アモルファス状態で形成したものを加熱して多結晶状態にしたものが望ましい。
【００２０】
また、陽極は、前記正孔注入層を設けることにより、仕事関数を大きい材料を用いる必要がなくなり、通常の導電膜でよくなる。具体的には、アルミニウム、インジウム、モリブテン、ニッケル、等の金属や、これら金属を用いた合金や、ポリシリコン、アモルファスシリコン、錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）等の無機材料が望ましい。
【００２１】
また、陽極を反射電極として用いる場合、金属膜の反射電極に透明導電膜を積層した積層膜も考えられる。各層は上記材料が望ましい。また、形成プロセスが簡便な塗布法を用いたポリアニリン，ポリチオフェン等の有機材料、導電性インクを用いてもよい。陽極はこれらの材料に限られるわけではなく、また、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
【００２２】
正孔注入層は、陽極と正孔輸送層の注入障壁を下げる役割を果たしている。したがって、正孔注入層には、適当なイオン化ポテンシャルを有する材料が望ましい。また、正孔注入層は、下地層の表面凹凸を埋める役割を果たすことが望ましい。
具体的には、銅フタロシアニン、スターバーストアミン化合物、ポリアニリン、ポリチオフェン、酸化バナジウム、酸化モリブテン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウム、等が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２３】
また、正孔輸送層は、正孔を輸送し、発光層へ注入する役割を有する。そのため、正孔輸送層は、正孔移動度が高い正孔輸送性材料からなることが望ましい。また、正孔輸送層は、化学的に安定であり、イオン化ポテンシャルが小さい、電子親和力が小さい、ガラス転移温度が高いなどの性質を備えることが望ましい。
具体的には、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’ジアミン（ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）、４，４’，４’’−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）フェニルアミノ］ベンゼン（ｐ−ＤＰＡ−ＴＤＡＢ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾール）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）、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）、４，４’，４’’−トリス［１−ナフチル（フェニル）アミノ］トリフェニルアミン（１−ＴＮＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［２−ナフチル（フェニル）アミノ］トリフェニルアミン（２−ＴＮＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［ビフェニル−４−イル−（３−メチルフェニル）アミノ］トリフェニルアミン（ｐ−ＰＭＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［９，９−ジメチルフルオレン−２−イル（フェニル）アミノ］トリフェニルアミン（ＴＦＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾイル）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）、１，３，５−トリス−［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）フェニルアミノ］ベンゼン（ｐ−ＤＰＡ−ＴＤＡＢ）、１，３，５−トリス｛４−［メチルフェニル（フェニル）アミノ］フェニル｝ベンゼン（ＭＴＤＡＰＢ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ビフェニル−４−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（ｐ−ＢＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルフルオレン−２，７−ジアミン（ＰＦＦＡ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−［１，１−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（ＦＦＤ）、（ＮＤＡ）ＰＰ、４−４’−ビス［Ｎ，Ｎ’−（３−トリル）アミノ］−３−３’−ジメチルビフェニル（ＨＭＴＰＤ）が例示される。もちろんこれらの材料に限られず、また、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
【００２４】
また、正孔輸送層は、陽極との障壁を低下させる、或いは電気伝導度を向上させるなどの目的で、前記のような正孔輸送性材料に酸化剤を添加して用いることができる。
酸化剤の具体例としては、塩化第２鉄、塩化アンモニウム、塩化ガリウム、塩化インジウム、五塩化アンチモン等のルイス酸化合物であり、トリニトロフルオレン等の電子受容性化合物である。もちろんこれらの材料に限られず、また、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
【００２５】
発光層は、注入された正孔、電子が再結合し、材料固有の波長で発光する層をさす。発光層には、発光層を形成するホスト材料自体が発光する場合とホストに微量添加したドーパント材料が発光する場合がある。
具体的なホスト材料としては、ジスチリルアリーレン誘導体（ＤＰＶＢｉ）、骨格にベンゼン環を有するシロール誘導体（２ＰＳＰ）、トリフェニルアミン構造を両端に有するオキソジアゾール誘導体（ＥＭ２）、フェナンスレン基を有するペリノン誘導体（Ｐ１）、トリフェニルアミン構造を両端に有するオリゴチオフェン誘導体（ＢＭＡ−３Ｔ）、ペリレン誘導体（ｔＢｕ−ＰＴＣ）、トリス（８−キノリノール）アルミニウム、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体が挙げられる。
また、発光層に用いる具体的なドーパント材料としては、キナクリドン、クマリン６、ナイルレッド、ルブレン、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（パラ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）、ジカルバゾール誘導体、ポルフィリン白金錯体（ＰｔＯＥＰ）、イリジウム錯体（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）が挙げられる。発光層はこれらの材料に限られず、また、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
【００２６】
電子輸送層は、電子を輸送し、発光層へ注入する役割を有する。そのため、電子輸送層は、電子移動度が高い電子輸送性材料からなることが望ましい。
具体的には、トリス（８−キノリノール）アルミニウム、オキサジアゾール誘導体、シロール誘導体、亜鉛ベンゾチアゾール錯体、バソキュプロイン（ＢＣＰ）が望ましい。
【００２７】
電子輸送層では、前記電子輸送性材料に還元剤を含有して陰極との障壁を低くしたり、電気伝導度を向上させることが望ましい。
還元剤の具体例としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類酸化物、希土類酸化物、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類ハロゲン化物、希土類ハロゲン化物、アルカリ金属と芳香族化合物で形成される錯体が挙げられる。
特に、好ましいアルカリ金属はＣｓ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋである。
【００２８】
電子注入層は、陰極から電子輸送層への電子注入効率を向上させるために用いるものである。
具体的には、電子注入層の材料としては、弗化リチウム、弗化マグネシウム、弗化カルシウム、弗化ストロンチウム、弗化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムが望ましい。
【００２９】
陰極には、電子の注入効率を高める仕事関数の小さな導電膜を使用することが望ましい。
具体的には、陰極の材料としては、マグネシウム・銀合金、アルミニウム・リチウム合金、アルミニウム・カルシウム合金、アルミニウム・マグネシウム合金，金属カルシウムが挙げられる。
【００３０】
一方、陰極に前述の電子注入層を設ければ、陰極の条件として、低仕事関数の材料を用いる必要がなくなり、一般的な金属材料を用いることが可能となる。
この場合の陰極の材料としては、具体的には、アルミニウム、インジウム、モリブテン、ニッケル、等の金属や、これら金属を用いた合金や、ポリシリコン、アモルファスシリコンを使用することができる。
【００３１】
保護層は、上部電極上に形成され、大気内Ｈ２Ｏ、Ｏ２が上部電極、或いはその下の有機層に入りこむことを防ぐ役割を有する。
具体的には、保護層の材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３等の無機材料やポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリイミド等の有機材料を使用することができる。
【００３２】
前記の有機発光素子を各画素に用いることにより、有機発光表示装置とすることができる。ここで有機発光表示装置といっているのは、有機発光素子を画素に用いた表示装置を指している。この有機発光表示装置には、単純マトリクス有機発光表示装置とアクティブマトリクス有機発光表示装置がある。
単純マトリクス有機発光表示装置は、複数の陽極ラインと陰極ラインが交差した位置に正孔輸送層、発光層、電子輸送層等の有機発光素子を構成する有機層が形成されており、各画素は１フレーム期間中、選択時間のみ点灯する。この選択時間は、１フレーム期間を陽極ライン数で除した時間幅となる。
アクティブマトリクス有機発光表示装置では、各画素を構成する有機発光素子に、２〜４個の薄膜トランジスタのスイッチング素子及び容量から構成される駆動素子が接続されており、１フレーム期間中の全点灯が可能となる。そのため、輝度を高くする必要がなく、有機発光素子の寿命を長くすることが可能となる。有機発光表示装置には、色変換層を用いることが望ましい。
【００３３】
画素は、表示装置の画面の縦横に多数配置されて、表示領域において文字やグラフィックを表示する最小単位のものである。
また、サブ画素というのは、カラー表示を行う表示装置において、画素をさらに分割する最小単位のものである。カラー画像においては、緑、赤、青の３色のサブ画素で構成される構造が一般的である。
また、表示領域というのは、表示装置において、画像が表示される領域をいっている。
【００３４】
電流供給線は、有機発光素子と電源を接続する配線である。アクティブマトリクス有機発光表示装置において、第１の電流供給線は、電源とスイッチング素子のソース、ドレイン電極を介して、有機ＥＬ素子の下部電極を接続する配線のことである。また、アクティブマトリクス有機発光表示装置において、第２の電流供給線は、電源と各画素の共通電極となる上部電極を接続する配線のことである。
【００３５】
〔実施例１〕
本発明に係る有機発光素子の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施例１である有機発光素子の断面構造を示す断面図である。
本実施例１では、有機発光表示装置の画素を構成するトップエミッション構造の有機発光素子に本発明を適用した例について説明する。
【００３６】
本実施例１の有機発光素子は、図１に示すように、ガラス基板１上に、陽極として機能する下部電極２と、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６を含む有機層ＯＧＮと、電子注入層として機能するバッファ層７と、陰極として機能する上部電極８とをこの順番で備えて構成されている。ここで、下部電極２は、例えば発光層５で発光した光を反射する機能を有する反射電極であり、上部電極８は、例えば発光層で発光した光を透過する機能を有する透明電極である。即ち、本実施例１の有機発光素子は、上部電極８が光取出し電極となるトップエミッション構造になっており、更に反射電極である下部電極２と透明電極である上部電極８との間に、有機材料からなる発光層５が挟持された構造になっている。
【００３７】
透明電極である上部電極８の発光層５側の面と反対側の面には、上部電極８よりも屈折率が高い高屈折率微粒子と柱状形状の酸化亜鉛とから構成された光取出し層９が設けられている。本実施例において、光取出し層９は、透明電極である上部電極８に接して設けられている。また、本実施例の光取出し層９は、柱状形状の酸化亜鉛と高屈折率微粒子とが層分離され、高屈折率微粒子が酸化亜鉛よりも上部電極８側（透明電極側）に位置している。また、高屈折率微粒子としては、例えば酸化チタンの微粒子が用いられている。
【００３８】
次に、本実施例１の有機発光素子の構成について、その製造方法と共に説明する。
まず、ガラス基板１の上に、スパッタ法を用いて、ＡｇとＩＺＯとの積層からなる下部電極２を形成する。膜厚は、それぞれ、１５０ｎｍ、２０ｎｍである。
【００３９】
次に、下部電極２上に、真空蒸着法により４，４’−ビス〔Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ〕ビフェニル（以下、α−ＮＰＤと称する。）と五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）とを共蒸着して膜厚が５０ｎｍ程度の第１の共蒸着膜を形成する。α−ＮＰＤとＶ２Ｏ５の混合比は、モル比で１：１となるよう、それぞれの蒸着速度を決定した。この第１の共蒸着膜は正孔注入層３として機能する。
【００４０】
次に、正孔注入層３上に、真空蒸着法により膜厚５０ｎｍのα−ＮＰＤ膜を形成する。α−ＮＰＤの蒸着速度は０．５ｎｍ／ｓｅｃとした。このα−ＮＰＤ膜は正孔輸送層４として機能する。
【００４１】
次に、正孔輸送層４上に、真空蒸着法により４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル（以下「ＣＢＰ」という。）及びビス〔２−（２’−ベンゾ［４，５−ａ］チエニル）ピリジネイト−Ｎ，Ｃ３’〕イリジウム（アセチラセトネイト）（以下「Ｂｒｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）」という。）を共蒸着して膜厚が４０ｎｍ程度の第２の共蒸着膜を形成する。このＣＢＰ、Ｂｒｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）の蒸着速度は、それぞれ０．２０ｎｍ／ｓｅｃ、０．０２ｎｍ／ｓｅｃとした。この第２の共蒸着膜は、発光層５として機能する。また、発光層５の中で、Ｂｒｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）が発光色を決定するドーパントとして機能する。
【００４２】
次に、発光層５の上に、真空蒸着法により、膜厚６０ｎｍのトリス（８−キノリノール）アルミニウム（以下「Ａｌｑ３」という。）膜を形成する。Ａｌｑ３の蒸着速度を０．２ｎｍ／ｓｅｃとした。このＡｌｑ３膜は電子輸送層６として機能する。
【００４３】
次に、電子輸送層６の上に、バッファ層７としてＭｇとＡｇの共蒸着膜を形成する。この場合、２元同時真空蒸着法を用いて蒸着速度を、それぞれ０．１４ｎｍ／ｓｅｃ、０．０１ｎｍ／ｓｅｃに設定し、膜厚１０ｎｍの膜を蒸着した。ＭｇとＡｇの共蒸着膜は、その上の上部電極形成時の下地有機膜保護と電子注入の両方の機能を有する。
【００４４】
次に、スパッタリング法により、膜厚５０ｎｍのＩｎ−Ｚｎ−Ｏ膜（以下「ＩＺＯ膜」という。）を形成する。この膜は上部電極８として機能し、非晶酸化物膜である。このときのターゲットには、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．８３であるターゲットを用いた。成膜条件は、Ａｒ：Ｏ２混合ガスを雰囲気として、真空度０．２Ｐａ、スパッタリング出力を２Ｗ／ｃｍ２とした。Ｍｇ：Ａｇ／ＩＺＯ積層膜の透過率は６５％であった。
【００４５】
次に、上部電極８上に、この上部電極８よりも高屈折率の微粒子と柱状の酸化亜鉛とからなる光取出し層９を形成する。形成方法は以下の通りである。硫酸亜鉛六水和物、平均粒径が１５０ｎｍの酸化チタンの微粒子（高屈折率の微粒子）、シリカゾルからなる水溶液に、エチレンジアミンを添加し、基板を６０℃に加熱した状態で、スピンコート法を用いて形成する。硫酸亜鉛六水和物はエチレンジアミンと反応し酸化亜鉛となる。酸化亜鉛は基板に垂直な方向に長手方向がむく柱状結晶となる（柱状形状の酸化亜鉛）。柱状結晶の平均高さは５００ｎｍ、平均直径は１５０ｎｍとなった。ここで、柱状結晶の高さとは、柱状結晶の長手方向において一番長い部分を指す。また、柱状結晶の直径とは、同結晶の長手方向に対して垂直の断面において、全ての断面が内側にはいる円の最小直径を指す。また、平均とは複数ある柱状結晶の高さ、直径の平均値の事をさす。柱状結晶の平均直径は、７５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲が望ましい。また、柱状結晶の平均高さは、平均直径に対して２倍以上の長さが必要であり、１５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲が望ましい。硫酸亜鉛六水和物以外には、塩化亜鉛、硫酸亜鉛を用いてもよい。また、エチレンジアミン以外には、ブチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキシレンジアミン等が挙げられる。水溶液に添加した酸化チタンの微粒子は比重が大きいため、柱状結晶となる酸化亜鉛と層分離して、酸化亜鉛よりも上部電極８側に選択的に形成される。シリカゾルは酸化チタン微粒子の表面をコートするバインダーとして機能する。酸化チタン微粒子は光取り出し層９の平均屈折率を高くさせる事が目的であり、屈折率が２以上の微粒子材料であればどんな材料でもよい。例えば、チタン酸バリウム、ジルコニア酸が挙げられる。微粒子の平均粒径は、７５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲が望ましい。
【００４６】
以上より、ＯＬＥＤ基板１０が完成する。次に、ＯＬＥＤ基板１０を大気に曝すことなく、乾燥窒素ガスを循環させて、高露点を保った封止室に移動させる。封止室にガラス基板を導入する。このガラス基板は、対向基板１１（封止基板）となる。ガラス基板による対向基板１１のエッジ部分に、シールディスペンサ装置を用いて光硬化樹脂を描画した（図示省略）。この対向基板１１とＯＬＥＤ基板１０を封止室内で貼り合せて圧着させた。対向基板１１の外側に、発光素子全体にＵＶ光が当たらないよう遮光板を置き、対向基板１１側からＵＶ光を照射させて光硬化樹脂を硬化させた。以上のような構成、製造方法により、有機発光素子を提供できる。
【００４７】
上記の有機発光素子では、上部電極８の上、即ち上部電極８の発光層５側の面とは反対側の面に、酸化チタン、酸化亜鉛からなる光取出し層９が形成されている。酸化チタンの屈折率は２．７であり、酸化亜鉛の屈折率は１．８である。そのため、光取出し層９の平均屈折率は１．７程度になる。発光層５であるＣＢＰとＢｒｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）の共蒸着膜の屈折率は１．８である。そのため、発光層５で発光した光は、透明電極である上部電極８と光取出し層９との界面で全反射を起こさず、光取出し層９の中に入射される。
【００４８】
一方、光取出し層９を構成する酸化チタンの平均粒径が１５０ｎｍ程度の球状形状であり、酸化亜鉛は平均径が１５０ｎｍ、平均高さが５００ｎｍ程度の柱状形状であった。また、図１に示した様に、比重の高い酸化チタンが下側に配置し、酸化亜鉛が上側に配置する相分離構造となった。光取出し層９に入射された光は、酸化チタン微粒子、柱状形状の酸化亜鉛内を伝播して、光取出し層９と対向基板１１の間にある空気層へ取出された。正面方向における輝度、電流密度―電圧特性、及び定電流におけるＥＬスペクトル放射パターンの極角角度依存性を測定し、量子効率を算出した。その結果、光取出し層９を積層しない素子に比べて２．１倍の光取出し効率が向上した。
【００４９】
ここで、光取出し層に適用する記述はないが、光取り出し層として形状が最適な酸化亜鉛の構造が例えば非特許文献（Crystal Growth & Design, Vol. 8, p.p. 2633-2637 (2008年)）に開示されている。この非特許文献では、硝酸亜鉛六水和物とエチレンジアミンを混合して、加熱することにより、高さが1μｍ以下の柱状の酸化亜鉛が形成される事が開示されている。
【００５０】
上記の非特許文献に記載の柱状酸化亜鉛は、光取り出し層を構成する材料として望ましい形状である。しかし、酸化亜鉛の屈折率は１．８程度であり、酸化亜鉛と空気が混在する柱状酸化亜鉛では、平均屈折率が１．５程度まで低下してしまう。その場合、光取出し側電極と光取出し層との界面で全反射が起こり、光取出し層へ入射される発光光量が低下し、その結果、光取出し効率が低下するという問題が生じる。
【００５１】
これに対し、本実施例の光取出し層９は、高屈折率微粒子である酸化チタンと、柱状形状の酸化亜鉛とで構成されている。酸化チタンの屈折率は２．７であり、酸化亜鉛の屈折率は１．８であるため、光取出し層９の平均屈折率は１．７程度になる。発光層５であるＣＢＰとＢｒｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）の共蒸着膜の屈折率は１．８である。そのため、発光層５で発光した光は、透明電極である上部電極８と光取出し層９との界面で全反射を起こさず、光取出し層９の中に入射される。即ち、本実施例のように、透明電極である上部電極８よりも高い屈折率の高屈折率微粒子である酸化チタンと、柱状形状の酸化亜鉛とで光取出し層９を構成することにより、非特許文献に記載の柱状酸化亜鉛で光取出し層を構成した場合と比較して、有機発光素子の光取出し効率向上、換言すれば有機発光表示装置の光取出し効率向上を図ることが可能となる。
【００５２】
また、前述の特許文献１に記載の光取出し層を構成する透明粒子の形状は球形である。この場合、光取り出し層へ入射された光は、粒子と空気界面で複数回反射して、一部は空気層内に出射され、一部は有機発光素子内部に戻ってしまう。
【００５３】
これに対し、本実施例の光取出し層９は、高屈折率微粒子である酸化チタンと柱状形状の酸化亜鉛とが層分離され、前記酸化チタンが前記酸化亜鉛よりも透明電極である上部電極８側に位置した構成になっている。このような構成とすることにより、特許文献１の場合と比較して、光取出し層へ入射した光が有機発光素子内部に戻ってしまうという不具合を抑制できるため、有機発光素子の光取出し効率向上、換言すれば有機発光表示装置の光取出し効率向上を図ることが可能となる。
【００５４】
〔実施例２〕
実施例２においては、上部電極と光取出し層の間に、封止機能を有する絶縁膜を設けた有機発光素子の例について説明する。図２は、本発明の実施例２である有機発光素子の断面構造を示す断面図である。
【００５５】
ガラス基板１上の下部電極２、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、バッファ層７、上部電極８の形成法は、実施例１と同様である。
【００５６】
上部電極の上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、厚さ５０ｎｍの窒化シリコン膜を形成する。この窒化シリコン膜は絶縁膜（保護層）２１として機能する。
【００５７】
保護層の上に、光取出し層９を形成する。形成方法は、実施例１と同様である。これにより、ＯＬＥＤ基板２０が形成される。実施例１と同様に、ＯＬＥＤ基板２０と対向基板を用いた封止構造を用いてもよい。また、絶縁膜（保護層）２１を用いているため、ＯＬＥＤ基板２０を最終構造として用いてもよい。
【００５８】
本実施形態の有機発光素子は、実施例１の有機発光素子と比べて、上部電極８と光取出し層９の間に、透明電極である上部電極８と同等若しくはそれ以上の屈折率の材料からなる絶縁膜２１が設けられている事が異なる。絶縁膜２１としては、例えば窒化シリコン膜が用いられている。絶縁膜２１を構成する窒化シリコン膜の屈折率は２．０である。そのため、発光層５で発光した光は、実施例１と同様、光取出し層９の中に入射される。光取出し層９中に入射された光は、実施例１と同様、空気層へ取り出され、光取出し効率が向上した。正面方向における輝度、電流密度―電圧特性、及び定電流におけるＥＬスペクトル放射パターンの極角角度依存性を測定し、量子効率を算出した。その結果、光取出し層を積層しない素子に比べて２．１倍の光取出し効率が向上した。
【００５９】
また、絶縁膜２１を設ける事により、光取出し層形成時に、溶媒等が有機層、上部電極内にしみこむ事が防止され、発光画素全体で均一に発光するようになった。
【００６０】
本実施例においても、前述の実施例１と同様に、前述の非特許文献や特許文献１の場合と比較して、有機発光素子の光取出し効率向上、換言すれば有機発光表示装置の光取出し効率向上を図ることが可能となる。
【００６１】
〔実施例３〕
本発明に係る有機発光表示装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図３は、本発明の実施例３である有機発光表示装置の画素の断面図である。
【００６２】
図３に示すように、ガラス基板１と各有機発光素子の下部電極３３〜３５との間には、駆動層３２が形成されている。すなわち、図３には示されていないが、複数の走査線が一定の間隔で配置されているとともに、各走査線に対して交差する方向に、画像情報を伝送するための信号線（映像信号線）が一定の間隔で配置されている。すなわち、各走査線と各信号線は格子状に配置され、各走査線と各信号線で囲まれた領域が、１画素分或いは１サブ画素分の表示領域になっている。
さらに、ガラス基板１上には、電源に接続された複数の第１電流供給線が、信号線と平行になって配置されている。走査線、信号線、第１電流供給線は、配線層に属する配線として、層間絶縁膜を介してガラス基板１上に形成されている。
【００６３】
また、この駆動層３２には、駆動素子としての第１トランジスタと第２トランジスタと容量とを備えて構成されている。
第１トランジスタのゲート電極は、走査線に接続され、ソース電極は信号線に接続され、ドレイン電極は、第２トランジスタのゲート電極と容量の下部電極に接続されている。
第２トランジスタのドレイン電極は、容量の上部電極と第１電流供給線に接続され、ソース電極は、下部電極３３〜３５に接続されている。
【００６４】
また、基板上には、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタのソース電極、ドレイン電極、信号線、及び第１電流供給線の上に、平坦化機能を有する層間絶縁膜として、膜厚２μｍのアクリル絶縁膜を形成する。なお、本実施例では層間絶縁膜にアクリル絶縁膜を用いたが、これに限定されず、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリイミド等の他の有機絶縁材料を用いることができる。
また、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３等の無機材料を用いることも可能である。また、これらを適宜組み合わせ、有機絶縁膜上に無機絶縁膜を積層した構成も可能である。
【００６５】
配線層の上部側には、カラー画像の最小単位となる画素を構成する複数の有機発光素子が配置されている。
各有機発光素子は、サブピクセル（サブ画素）として、図３に示すように、正孔注入層３７、正孔輸送層３８〜４０と発光層４１〜４３と電子輸送層４４〜４６を含む有機層と、有機層を挟む下部電極３３〜３５、バッファ層４７と上部電極４８の積層膜を備えて構成されている。
各画素に属する有機発光素子の下部電極３〜５は、駆動素子としてのトランジスタを介して、第１電流供給線に接続され、各画素に属する有機発光素子の上部電極４８は、電源に接続された第２電流供給線に接続されている。
【００６６】
まず、層間絶縁膜の上に、下部電極３３〜３５を形成する。作製方法並びに作製条件は、実施例１と同様である。次に、下部電極のエッジを隠すために、バンク層３６を形成する。なお、このバンク層３６には、層間絶縁膜同様、アクリル絶縁膜を用いたが、層間絶縁膜で述べた他の材料を採用する事も可能である。
【００６７】
次に、下部電極３３〜３５上に正孔注入層３７を形成した。作製方法並びに作製条件は、実施例１と同様である。
【００６８】
次に、下部電極３３上の赤色発光色のサブ画素（以下「Ｒサブ画素」という。）での、正孔輸送層３８から電子輸送層４４までの形成について説明する。正孔注入層３７上に、正孔輸送層３８、赤色発光層４１、電子輸送層４４を形成した。各層の成膜法は真空蒸着法であり、サブ画素と同等のサイズの開口パターンを有する精密マスクを基板に密着させ、各有機層をパターン化した。各有機層の作製条件は、実施例１と同様である。
【００６９】
次に、下部電極３４上に形成された、緑色発光色のサブ画素（以下「Ｇサブ画素」という。）の正孔輸送層３９から電子輸送層４５までの形成について説明する。正孔注入層３７の上に真空蒸着法により膜厚３０ｎｍのα−ＮＰＤ膜を形成した。α−ＮＰＤの蒸着速度は０．５ｎｍ／ｓｅｃとし、サブ画素と同等のサイズの開口パターンを有する精密マスクを基板に密着させパターン化した。このα−ＮＰＤ膜は正孔輸送層３９として機能する。
【００７０】
次に、正孔輸送層３９の上に、真空蒸着法により膜厚４０ｎｍのＣＢＰ及びイリジム錯体（以下「Ｉｒ（ｐｐｙ）３」という。）を共蒸着して膜厚が４０ｎｍ程度の第１の共蒸着膜を形成する。このＣＢＰ、Ｉｒ（ｐｐｙ）３の蒸着速度は、それぞれ０．２０ｎｍ／ｓｅｃ、０．０２ｎｍ／ｓｅｃとした。上記第１の共蒸着膜は緑色発光層４２として機能する。また、緑色発光層４２の中で、Ｉｒ（ｐｐｙ）３が発光色を決定するドーパントとして機能する。また、ＣＢＰとＩｒ（ｐｐｙ）３の第１の共蒸着膜は、サブ画素と同等のサイズの開口パターンを有する精密マスクを用いてパターン化した。
【００７１】
次に、緑色発光層４２の上に、真空蒸着法により、膜厚が６０ｎｍ程度のＡｌｑ３膜を形成する。Ａｌｑ３の蒸着速度を０．１５ｎｍ／ｓｅｃとし、サブ画素と同等のサイズの開口パターンを有する精密マスクを基板に密着させパターン化した。このＡｌｑ３膜は電子輸送層４５として機能する。
【００７２】
次に、下部電極３５上に形成された、青色発光色のサブ画素（以下「Ｂサブ画素」という。）の正孔輸送層４０から電子輸送層４６までの形成について説明する。
正孔注入層３７の上に真空蒸着法により膜厚１０ｎｍのα−ＮＰＤ膜を形成した。α−ＮＰＤの蒸着速度は０．５ｎｍ／ｓｅｃとし、サブ画素と同等のサイズの開口パターンを有する精密マスクを基板に密着させパターン化した。このα−ＮＰＤ膜は正孔輸送層４０として機能する。
【００７３】
次に、正孔輸送層４０の上に、真空蒸着法により、膜厚が３０ｎｍ程度の９，１０−ジ−（２−ナフチル）アントラセン（以下「ＡＤＮ」という。）と２，５，８，１１−テトラ−ｔ−ブチルペリレン（以下「ＴＢＰ」という。）からなる第２の共蒸着膜を形成する。このＡＤＮとＴＢＰの蒸着速度は、それぞれ、０．２０ｎｍ／ｓｅｃ、０．０１ｎｍ／ｓｅｃとしサブ画素と同等のサイズの開口パターンを有する精密マスクを基板に密着させパターン化した。この第２の共蒸着膜は青色発光層４３として機能する。
【００７４】
次に、青色発光層４３の上に、真空蒸着法により、膜厚が６０ｎｍ程度のＡｌｑ３膜を形成する。Ａｌｑ３の蒸着速度を０．２ｎｍ／ｓｅｃとし、サブ画素と同等のサイズの開口パターンを有する精密マスクを基板に密着させパターン化した。このＡｌｑ３膜は電子輸送層４６として機能する。
【００７５】
次に、電子輸送層４４〜４６の上に、バッファ層４７、上部電極４８、及び光取出し層４９を形成した。作製方法及び作製条件は、実施例１と同様である。以上より、ＯＬＥＤ基板３０が形成された。
【００７６】
次に、ＯＬＥＤ基板３０を、対向基板３１を用いて封止した。作製方法及び作製条件は、実施例１と同様である。以上のような構成、製造方法により、カラー有機発光表示装置を提供できる。
【００７７】
上記の有機発光表示装置では、上部電極４８の上に、酸化チタン、酸化亜鉛からなる光取出し層４９が形成されている。酸化チタンの屈折率は２．７であり、酸化亜鉛の屈折率は１．８である。そのため、光取出し層４９の平均屈折率は１．７程度になる。発光層４１、４２、４３の屈折率は１．８程度である。そのため、発光層で発光した光は、発光波長によらず、上部電極４８と光取出し層４９の界面で全反射を起こさず、光取出し層の中に入射される。
【００７８】
一方、光取出し層４９を構成する酸化チタンの平均粒径が１５０ｎｍ程度の球状形状であり、酸化亜鉛は平均径が１５０ｎｍ、平均高さが５００ｎｍ程度の柱状形状であった。また、図３に示した様に、比重の高い酸化チタンが下側に配置し、酸化亜鉛が上側に配置する相分離構造となった。光取出し層に入射された光は、柱状形状の酸化亜鉛内を伝播して、光取出し層４９と対向基板３１の間にある空気層へ取り出され、光取出しが向上した。正面方向における輝度、電流密度―電圧特性、及び定電流におけるＥＬスペクトル放射パターンの極角角度依存性を測定し、量子効率を算出した。その結果、各画素を発光させて得られた白色光は、光取出し層４９を積層しない素子に比べて、１．６倍光取出し効率が向上した。
【００７９】
本実施例においても、前述の実施例１と同様に、前述の非特許文献や特許文献１の場合と比較して、有機発光素子の光取出し効率向上、換言すれば有機発光表示装置の光取出し効率向上を図ることが可能となる。
【符号の説明】
【００８０】
１……………………………………………………ガラス基板
２，３３，３４，３５……………………………下部電極
３，３７……………………………………………正孔注入層
４，３８，３９，４０……………………………正孔輸送層
５……………………………………………………発光層
６，４４，４５，４６……………………………電子輸送層
７，４７……………………………………………バッファ層
８，４８……………………………………………上部電極
９，４９……………………………………………光取出し層
１０，２０，３０…………………………………ＯＬＥＤ基板
１１，３１…………………………………………対向基板
２１…………………………………………………絶縁膜
３２…………………………………………………駆動層
３６…………………………………………………バンク層
４１…………………………………………………赤色発光層
４２…………………………………………………緑色発光層
４３…………………………………………………青色発光層
【図１】
2011090942.tif 000003
【図２】
2011090942.tif 000004
【図３】
2011090942.tif 000005