(57)【要約】【課題】広い視野角範囲にわたって色の変化が少なく明るい表示が可能な有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】反射層、陰極又は陽極である第１電極、発光層、陽極又は陰極である第２電極、及び反透過反射層をこの順に配置された状態で有し、発光層で発光した光のうち反射層と半透過反射層との間の光学的距離に応じた共振波長の光が増幅されて半透過反射層から出射される有機ＥＬ素子。この半透過反射層は第２電極の発光層側とは反対側の面に接して設けられた絶縁材料からなる光学調整層を含み、この光学調整層は、４５０ｎｍの波長での屈折率が１．９１５以上であり、且つ、この屈折率と膜厚との積である光学膜厚が７０．１７４ｎｍ以上１４０．３４７ｎｍ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射層、第１電極、発光層、第２電極、及び半透過反射層をこの順に配置された状態で有する有機ＥＬ素子であって、前記半透過反射層は、前記第２電極の前記発光層側とは反対側の面に接して設けられた絶縁材料からなる光学調整層を含み、前記光学調整層は、４５０ｎｍの波長での屈折率が１．９１５以上であり、且つ、前記屈折率と膜厚との積である光学膜厚が７０．１７４ｎｍ以上１４０．３４７ｎｍ以下である有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記光学調整層の前記屈折率は２．０７８以上である請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記光学調整層の光学膜厚は１２３．４９ｎｍ以下である請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記光学調整層は、一酸化ケイ素（ＳｉＯ），酸化タングステン（ＷＯ３），硫化亜鉛（ＺｎＳ），Ｎ，Ｎ‘−ビス（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）−ベンジジン、二酸化チタン（ＴｉＯ２）のうちのいずれかによって形成されている請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記反射層と前記半透過反射層との間の光学的距離は、青色の波長域に共振波長を有するように設定されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記発光層は、青色発光材料によって形成されている請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子が基板上に複数配列された有機ＥＬパネル。
【請求項８】
請求項６に記載の有機ＥＬ素子が基板上に複数配列された有機ＥＬパネル。
【請求項９】
前記基板上には、互いに異なる色の光を前記半透過反射層から出射する複数の有機ＥＬ素子が設けられ、前記複数の有機ＥＬ素子の前記光学調整層の屈折率および光学膜厚は互いに等しい請求項７に記載の有機ＥＬパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子および有機ＥＬパネルに関するものである。
本願は、２００９年１２月２８日に日本に出願された特願２００９−２９７２４０に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、基板上に第１電極、発光層、および第２電極をこの順に積層して構成され、第１電極および第２電極から発光層に正孔および電子が注入されることで、所望の発光を実現する。有機ＥＬ素子は、発光層に用いる有機発光材料を変更することによって発光色を調節することができるが、有機発光材料は材料ごとに発光効率が大きくばらつくため、所望の色特性および輝度特性を兼ね備えた発光材料を得ることは容易ではない。そのため、非特許文献１では、発光層を反射層と半透過反射層との間に配置し、反射層と半透過反射層との間の光学的距離に応じた共振波長の光を増幅することで所望の色の光を取り出す、いわゆる微小共振器構造を備えた有機ＥＬ素子が提案されている。
【０００３】
しかしながら、微小共振器構造を備えた有機ＥＬ素子では、有機ＥＬ素子を正面方向（基板法線方向）から見た場合と広角方向（基板法線に対して斜めに傾いた方向）から見た場合とで色の変化が生じ、広い視野角範囲にわたって十分な色再現性を得ることが難しいという問題があった。すなわち、微小共振器構造を備えた有機ＥＬ素子では、広角方向から見た光の波長が短波長側にシフトし、広角方向から見た場合に表示が青っぽく見えることが知られている。このような波長シフトは特に青色で顕著であり、青色の波長シフトを如何に抑えるかが重要な課題となっている。そのため、特許文献１では、有機ＥＬ素子の光出射側にカラーフィルタを設けることで、特定の波長域の光だけを選択的に透過させ、このような波長シフトによる色の変化を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２９５１０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「有機ＥＬ材料・デバイス研究の基礎から最前線まで」1993年12月16・17  応用物理学会有機分子・バイオエレクトロニクス分科会、JSAP Catalog Number:AP93 2376 P.135-143
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法では、追加的に設けるカラーフィルタの設置によって、有機ＥＬ素子ひいては有機ＥＬパネルの製造プロセスが煩雑になり、パネル全体の小型化も難しくなるという問題があった。また、有機ＥＬ素子から出射した光の大部分がカラーフィルタに吸収されるため、斜めから見たときの明るさが大幅に低下してしまうという問題もあった。すなわち、微小共振器構造を備えた有機ＥＬ素子では、出射される光のスペクトルが鋭いピークを持つため、そのピークがカラーフィルタの透過波長域からずれてしまうと、カラーフィルタを透過する光の輝度が急激に低下してしまう。正面方向から出射する光についても、カラーフィルタを透過することで大幅な輝度の低下を招く。
【０００７】
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、カラーフィルタを用いることなく、広い視野角範囲にわたって十分な色再現性を得ることができる有機ＥＬ素子および有機ＥＬパネル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】
【０００８】
本発明は、反射層、第１電極、発光層、陽極又は陰極である第２電極、及び半透過反射層をこの順に配置された状態で有する有機ＥＬ素子であって、前記半透過反射層は、前記第２電極の前記発光層側とは反対側の面に接して設けられた絶縁材料からなる光学調整層を含み、前記光学調整層は、４５０ｎｍの波長での屈折率が１．９１５以上であり、且つ、前記屈折率と膜厚との積である光学膜厚が７０．１７４ｎｍ以上１４０．３４７ｎｍ以下である有機ＥＬ素子を提供する。
【０００９】
すなわち、本発明の有機ＥＬ素子は、微小共振器構造を備え、所定の光学特性を有する光学調整層を設けたものであり、光学調整層の屈折率および光学膜厚を調節することにより、広角方向の色の変化を抑制する。
【００１０】
光学調整層の屈折率および膜厚と広角方向の色の変化（本明細書においては、これを視野角特性ということがある）との関係は後述の実施例で詳しく説明するが、本発明者が行った時間領域有限差分法（ＦＤＴＤ法）を用いたシミュレーションによれば、光学調整層の屈折率を大きくするほど広角方向の観測される色の変化は小さくなり、光学膜厚を所定の範囲に設計することで、その効果を十分に発揮させることができる。光学調整層による色変化の抑制効果は、光学調整層の光学膜厚のみによって決まるものではなく、光学調整層が所定の屈折率以上の屈折率を有していなければ、このような効果は十分に発揮されない。すなわち、光学調整層の屈折率と光学膜厚との双方を適切に設計しなければ、広角方向の色の変化は抑制されず、抑制されたとしてもその効果は限定的なものとなる。
【００１１】
本発明において、「色の変化が抑制される」とは、後述の実施例で説明する方法によって算出されるＭａｘΔｕ’ｖ’の値が０．０８１以下となることを意味する。この範囲にＭａｘΔｕ’ｖ’の値が収まっていれば、有機ＥＬディスプレイなどで求められる最も厳しい評価基準においても、実用上十分な視野角特性が得られる。
【００１２】
前記光学調整層の屈折率は２．０７８以上であることが望ましい。この構成によれば、ＭａｘΔｕ’ｖ’を０．０７以下にすることができる。また、光学調整層の屈折率を２．０７８以上として光学調整層の光学膜厚を１２３．４９ｎｍ以下とすると、ＭａｘΔｕ’ｖ’を０．０６１以下とすることができる。この構成によれば、さらに色の変化の少ない有機ＥＬ素子を提供することができる。
【００１３】
光学調整層は、例えば、一酸化ケイ素（ＳｉＯ），酸化タングステン（ＷＯ３），硫化亜鉛（ＺｎＳ），Ｎ，Ｎ‘−ビス（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）−ベンジジン（ＮＰＤ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）のうちのいずれかによって形成することができる。これらの材料は、屈折率が１．９１５以上であることから、色の変化を抑制する効果が高い。
【００１４】
前記反射層と前記半透過反射層との間の光学的距離は、青色の波長域に共振波長を有するように設定されていることが望ましい。前述のように、微小共振器構造を備えた有機ＥＬ素子では、青色の波長シフトが特に顕著である。そのため、青色の光を出射する有機ＥＬ素子に本発明を適用すれば、本発明の効果がよく発揮される。
【００１５】
前記発光層は、青色発光材料によって形成されていることが望ましい。
【００１６】
本発明の有機ＥＬパネルは、上述した本発明の有機ＥＬ素子が基板上に複数配列された有機ＥＬパネルである。この構成によれば、広い視野角範囲にわたって十分な色再現性を得ることができる有機ＥＬパネルを提供することができる。
【００１７】
前記基板上には、互いに異なる色の光を前記半透過反射層から出射する複数の有機ＥＬ素子が設けられ、前記複数の有機ＥＬ素子の前記光学調整層の屈折率および光学膜厚は互いに等しいことが望ましい。この構成によれば、各有機ＥＬ素子に対して共通のプロセスで光学調整層を形成することができるため、製造プロセスを簡略化することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、カラーフィルタを用いずに広い視野角範囲で色の変化の少ない有機ＥＬ素子を提供することができる。そのため、カラーフィルタを用いる特許文献１の構造に比べて、少ない消費電力で明るい表示を実現することができる。また、カラーフィルタを用いる場合には、カラーフィルタと有機ＥＬ素子との位置を合わせつつカラーフィルタの貼り付けを行う必要がある。しかし、本発明では光学調整層は有機ＥＬ素子の形成工程に付随して形成することができるので、プロセスが簡便であり、製造も容易である。したがって、本発明によれば、広い視野角範囲で色再現性に優れた小型で安価な有機ＥＬ素子および有機ＥＬパネルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】有機ＥＬ素子の概略構成を示す断面図である。
【図２】光学調整層を構成する材料の屈折率の測定結果を示す図である。
【図３】光学調整層を構成する材料の消光係数の測定結果を示す図である。
【図４】シミュレーションに用いた赤色有機発光材料、緑色有機発光材料、青色有機発光材料の蛍光スペクトルを示す図である。
【図５】光学調整層に用いる材料と視野角特性との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子１および有機ＥＬパネル１００の概略断面図である。有機ＥＬ素子１は、反射層１１と光学調整層１９との間に発光層１５が配置され、発光層１５で発光した光のうち反射層１１と光学調整層１９との間の光学的距離に応じた共振波長の光が増幅されて光学調整層１９から出射される、いわゆる微小共振器構造を備えた有機ＥＬ素子である。
【００２１】
光学調整層１９は、発光層１５で発光した光の一部を透過し、残りの一部を反射層１１に向けて反射する半透過反射層として機能する。半透過反射層は、陰極又は陽極からなる第２電極１８と接する絶縁材料からなる光学調整層１９を含んでいれば良く、光学調整層１９の表面を保護する保護層などを含んでいてもよい。すなわち、光学調整層１９は、第２電極１８上に配置される１つ又は複数の層のうち最も第２電極側に近い位置に配置される層であり、光学調整層１９上には、必要に応じて保護層等の１つ又は複数の層が形成される。
【００２２】
有機ＥＬパネル１００は、基板１０上に１つ又は複数の有機ＥＬ素子１を配置したものである。有機ＥＬパネル１００は、有機ＥＬ照明などの照明機器や有機ＥＬディスプレイなどのディスプレイパネルとして利用される。
【００２３】
基板１０は、電極１２，１８を形成し、また、有機物の層（例えば、発光層１５）を形成する際に化学的に変化しないものであればよく、例えば、ガラス、プラスチック、高分子フィルム、シリコン基板、もしくは、これらを積層したものなどを用いて構成される。また、ガラスなどからなる基材上にＴＦＴや配線などを含む回路層を形成したものを基板１０としても良い。
【００２４】
有機ＥＬ素子１は、一対の電極１２，１８の間に、低分子及び／又は高分子の有機発光材料からなる少なくとも１つの発光層を有する。発光層周辺の構成要素としては、第１電極１２、第２電極１８、発光層１５以外の層として、第２電極１８と発光層１５との間に設けるもの、第１電極１２と発光層１５との間に設けるものが挙げられる。
【００２５】
第２電極１８と発光層１５との間に設けるものとしては、電子注入層１７、電子輸送層１６、正孔ブロック層等が挙げられる。電子注入層１７および電子輸送層１６は、第２電極１８から発光層１５への電子注入効率を改善する機能を有する層である。電子注入層１７若しくは電子輸送層１６が正孔の輸送を堰き止める機能を有する場合には、これらの層１７，１６を正孔ブロック層と称することがある。正孔の輸送を堰き止める機能を有することは、例えば、ホール電流のみを流す素子を作製し、その電流値の減少で堰き止める効果を確認することが可能である。
【００２６】
第１電極１２と発光層１５との間に設けるものとしては、正孔注入層１３、正孔輸送層１４、電子ブロック層等が挙げられる。正孔注入層１３および正孔輸送層１４は、第１電極１１からの正孔注入効率を改善する機能を有する層である。正孔注入層１３若しくは正孔輸送層１４が電子の輸送を堰き止める機能を有する場合には、これらの層１３，１４を電子ブロック層と称することがある。電子の輸送を堰き止める機能を有することは、例えば、電子電流のみを流す素子を作製し、その電流値の減少で堰き止める効果を確認することが可能である。
【００２７】
ここで、正孔輸送層１４とは正孔を輸送する機能を有する層であり、電子輸送層１６とは電子を輸送する機能を有する層である。なお、電子輸送層１６と正孔輸送層１４とを総称して電荷輸送層と呼ぶことがある。発光層１５、正孔輸送層１４、電子輸送層１６は、それぞれ独立に２層以上用いてもよい。また、電極１２，１８に隣接して設けた電荷輸送層１４，１６のうち、電極１２，１８からの電荷注入効率を改善する機能を有し、素子の駆動電圧を下げる効果を有するものは、特に電荷注入層（正孔注入層１３、電子注入層１７）と一般に呼ばれることがある。
【００２８】
電極１２，１８と発光層との密着性向上や電極１２，１８からの電荷注入の改善のために、電極１２，１８に隣接して電荷注入層１３，１７又は膜厚２ｎｍ以下の絶縁層を設けてもよく、また、界面の密着性向上や混合の防止等のために電荷輸送層１４，１６や発光層１５の界面に薄いバッファー層を挿入してもよい。積層する層の順番や数、および各層の厚さについては、発光効率や素子寿命を勘案して適宜設定することができる。
【００２９】
第１電極１２としては、たとえば透明電極または半透明電極として、電気伝導度の高い金属酸化物、金属硫化物や金属の薄膜を用いることができ、中でも透過率が高いものが好適に利用でき、隣接する有機層（正孔注入層など）に応じて適宜、選択して用いることができる。
具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、およびそれらの複合体であるインジウム・スズ・オキサイド（ＩＴＯ）、インジウム・亜鉛・オキサイド等からなる導電性ガラスを用いて作製された膜（ＮＥＳＡなど）や、金、白金、銀、銅等が用いられ、ＩＴＯ、インジウム・亜鉛・オキサイド、酸化スズが好ましい。作製方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法等が挙げられる。また、第１電極１２として、ポリアニリンもしくはその誘導体、ポリチオフェンもしくはその誘導体などの有機の透明導電膜を用いてもよい。
【００３０】
第１電極１２の膜厚は、光の透過性と電気伝導度とを考慮して、適宜選択することができるが、例えば１０ｎｍ〜１０μｍであり、好ましくは２０ｎｍ〜１μｍであり、さらに好ましくは５０ｎｍ〜５００ｎｍである。
【００３１】
反射層１１は、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）などの高反射率の導電膜や、屈折率の異なる２以上の誘電体膜を交互に複数積層した高反射率の誘電体多層膜を用いることができる。反射層１１は、第１電極１２をアルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）などの高反射率の導電膜で形成した場合には、省略することができ、この場合、第１電極１２が反射層として機能する。
【００３２】
正孔注入層１３は、第１電極１２と正孔輸送層１４との間、または第１電極１２と発光層１５との間に設けることができる。正孔注入層１３を形成する材料としては、フェニルアミン系、スターバースト型アミン系、フタロシアニン系、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウム等の酸化物、アモルファスカーボン、ポリアニリン、ポリチオフェン誘導体等が挙げられる。
【００３３】
正孔輸送層１４を構成する材料としては、ポリビニルカルバゾール若しくはその誘導体、ポリシラン若しくはその誘導体、側鎖若しくは主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、ポリアリールアミン若しくはその誘導体、ポリピロール若しくはその誘導体、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）若しくはその誘導体、又はポリ（２，５−チエニレンビニレン）若しくはその誘導体などが例示される。
【００３４】
これらの中で、正孔輸送層１４に用いる正孔輸送材料として、ポリビニルカルバゾール若しくはその誘導体、ポリシラン若しくはその誘導体、側鎖若しくは主鎖に芳香族アミン化合物基を有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、ポリアリールアミン若しくはその誘導体、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）若しくはその誘導体、又はポリ（２，５−チエニレンビニレン）若しくはその誘導体等の高分子正孔輸送材料が好ましく、さらに好ましくはポリビニルカルバゾール若しくはその誘導体、ポリシラン若しくはその誘導体、側鎖若しくは主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体である。低分子の正孔輸送材料の場合には、高分子バインダーに分散させて用いることが好ましい。
【００３５】
発光層１５は、主として蛍光またはりん光を発光する有機物（低分子化合物および高分子化合物）を有する。発光層１５はドーパント材料を含んでいてもよい。本発明において用いることができる発光層形成材料としては、例えば、以下のものが挙げられる。
【００３６】
（発光層形成材料１：色素系材料）
色素系材料としては、例えば、シクロペンダミン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体化合物、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、ピロール誘導体、チオフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、トリフマニルアミン誘導体、オキサジアゾールダイマー、ピラゾリンダイマーなどが挙げられる。
【００３７】
（発光層形成材料２：金属錯体系材料）
金属錯体系材料としては、例えば、イリジウム錯体、白金錯体等の三重項励起状態からの発光を有する金属錯体、アルミキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾリル亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、アゾメチル亜鉛錯体、ポルフィリン亜鉛錯体、ユーロピウム錯体など、中心金属に、Ａｌ、Ｚｎ、ＢｅなどまたはＴｂ、Ｅｕ、Ｄｙなどの希土類金属を有し、配位子にオキサジアゾール、チアジアゾール、フェニルピリジン、フェニルベンゾイミダゾール、キノリン構造などを有する金属錯体などを挙げることができる。
【００３８】
（発光層形成材料３：高分子系材料）
高分子系材料としては、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、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、上記色素体や金属錯体系発光材料を高分子化したものなどが挙げられる。
【００３９】
上記発光層形成材料のうち青色に発光する材料としては、ジスチリルアリーレン誘導体、オキサジアゾール誘導体、およびそれらの重合体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体などを挙げることができる。なかでも高分子材料のポリビニルカルバゾール誘導体、ポリパラフェニレン誘導体やポリフルオレン誘導体などが好ましい。
【００４０】
また、上記発光層形成材料のうち緑色に発光する材料としては、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、およびそれらの重合体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体などを挙げることができる。なかでも高分子材料のポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体などが好ましい。
【００４１】
また、上記発光層形成材料のうち赤色に発光する材料としては、クマリン誘導体、チオフェン環化合物、およびそれらの重合体、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、ポリフルオレン誘導体などを挙げることができる。なかでも高分子材料の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、ポリフルオレン誘導体などが好ましい。
【００４２】
（発光層形成材料４：ドーパント材料）
発光層中に発光効率の向上や発光波長を変化させるなどの目的で、ドーパントを添加することができる。このようなドーパントとしては、例えば、ペリレン誘導体、クマリン誘導体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、スクアリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、スチリル系色素、テトラセン誘導体、ピラゾロン誘導体、デカシクレン、フェノキサゾンなどを挙げることができる。
【００４３】
電子輸送層１６を形成する材料としては、公知のものが使用でき、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン若しくはその誘導体、ベンゾキノン若しくはその誘導体、ナフトキノン若しくはその誘導体、アントラキノン若しくはその誘導体、テトラシアノアンスラキノジメタン若しくはその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン若しくはその誘導体、ジフェノキノン誘導体、又は８−ヒドロキシキノリン若しくはその誘導体の金属錯体、ポリキノリン若しくはその誘導体、ポリキノキサリン若しくはその誘導体、ポリフルオレン若しくはその誘導体等が例示される。
【００４４】
これらのうち、オキサジアゾール誘導体、ベンゾキノン若しくはその誘導体、アントラキノン若しくはその誘導体、又は８−ヒドロキシキノリン若しくはその誘導体の金属錯体、ポリキノリン若しくはその誘導体、ポリキノキサリン若しくはその誘導体、ポリフルオレン若しくはその誘導体が好ましく、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール、ベンゾキノン、アントラキノン、トリス（８−キノリノール）アルミニウム、ポリキノリンがさらに好ましい。
【００４５】
電子注入層１７は、先に述べたように、電子輸送層１６と第２電極１８との間、または発光層１５と第２電極１８との間に設けられる。電子注入層１７としては、発光層１５の種類に応じて、Ｃａ層の単層構造からなる電子注入層１７、または、Ｃａを除いた周期律表ＩＡ族とＩＩＡ族の金属であり且つ仕事関数が１．５〜３．０ｅＶの金属およびその金属の酸化物、ハロゲン化物および炭酸化物の何れか１種または２種以上で形成された層とＣａ層との積層構造からなる電子注入層を設けることができる。仕事関数が１．５〜３．０ｅＶの、周期律表ＩＡ族の金属、その酸化物、ハロゲン化物、及び炭酸化物の例としては、リチウム、フッ化リチウム、酸化ナトリウム、酸化リチウム、炭酸リチウム等が挙げられる。また、仕事関数が１．５〜３．０ｅＶの、Ｃａを除いた周期律表ＩＩＡ族の金属、その酸化物、ハロゲン化物、及び炭酸化物の例としては、ストロンチウム、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウム、酸化ストロンチウム、炭酸マグネシウム等が挙げられる。
【００４６】
第２電極１８としては、透明電極または半透明電極として、金属、グラファイトまたはグラファイト層間化合物、ＺｎＯ（亜鉛オキサイド）等の無機半導体、ＩＴＯ（インジウム・スズ・オキサイド）やＩＺＯ（インジウム・亜鉛・オキサイド）などの導電性透明電極、酸化ストロンチウム、酸化バリウム等の金属酸化物などが挙げられる。金属としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属；ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等のアルカリ土類金属；金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン等の遷移金属；錫、アルミニウム、スカンジウム、バナジウム、亜鉛、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウム；およびそれらのうち２つ以上の合金等があげられる。合金の例としては、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、インジウム−銀合金、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、カルシウム−アルミニウム合金などが挙げられる。また、陰極を２層以上の積層構造としてもよい。この例としては、上記の金属、金属酸化物、フッ化物、これらの合金と、アルミニウム、銀、クロム等の金属との積層構造などが挙げられる。
【００４７】
光学調整層１９は、第２電極１８の基板１０上で露出する面（発光層側１５とは反対側の面）を覆って形成されている。第２電極１８の基板１０上で露出する面は、第２電極１８において発光層１５からの光が出射する光出射面であり、光学調整層１９は第２電極１８の光出射面と接している。
【００４８】
光学調整層１９を形成する材料としては、屈折率が高く、消光係数の小さい絶縁材料を好適に用いることができる。無機材料としては例えば、金属酸化物、金属複合酸化物、金属硫化物、金属複合硫化物などが挙げられ、金属酸化物としては酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、一酸化珪素（ＳｉＯ）などが例示され、金属硫化物としては硫化亜鉛（ＺｎＳ）などが例示される。またこれらの材料群から選ばれる、少なくとも１種の材料を単独で用いてもよく、数種の材料を複合化して用いてもよい。
【００４９】
光学調整層１９を形成する材料として、有機材料を使用する場合にも、屈折率が高く、消光係数の小さい絶縁材料を好適に用いることができる。例えば、Ｎ，Ｎ‘−ビス（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）−ベンジジン（ＮＰＤ）などが挙げられる。有機チタン化合物などを用いてもよい。また、光学調整層１９を形成する有機材料を母材とし、これに屈折率の高い金属酸化物微粒子を分散させた材料なども好適に用いることができる。
【００５０】
光学調整層１９に混入される高屈折率材料が微粒子状である場合は、層内に均一に分散することが好ましい。有機層内に混入される微粒子状の高屈折率材料は、有機層の界面を乱さないように層内にのみ分散させてもよいし、界面から層外へはみ出して界面に凹凸ができるように分散させてもよい。有機層の界面に凹凸が生じることによって、さらに屈折率の調整がなされるので、総合的な屈折率の制御性が向上できるという観点から、好ましい。
【００５１】
これらの材料群からなる光学調整層１９を形成する方法としては、真空蒸着法、電子ビーム法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、メッキ法などが挙げられ、ウェット成膜可能な材料である場合にはスピンコート法、バーコート法、印刷法などが用いられる。
【００５２】
なお、図１の有機ＥＬ素子１では、第１電極１２を陽極とし、第２電極１８を陰極としているが、これを逆に配置してもよい。すなわち、基板側から陰極、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、陽極の順に配置してもよい。また、図１の有機ＥＬ素子１では、基板１０側から反射層１１、発光層１５、光学調整層１９を配置し、基板１０とは反対側から光を取り出すトップエミッション構造を採用しているが、基板１０側から光学調整層、発光層、反射層を配置し、基板１０側から光を取り出すボトムエミッション構造を採用してもよい。
【実施例】
【００５３】
以下に本発明の実施例を説明する。以下に示す実施例は、本発明を説明するための好適な例示であり、なんら本発明を限定するものではない。
【００５４】
図２および図３は、本実施例において用いた光学調整層を構成する材料の４５０ｎｍの波長での屈折率および消光係数をエリプソメーター（Ｗｏｏｌｍａｎ社製  Ｍ−２０００）によって測定した結果を示す図である。図４は、有機ＥＬ素子の発光層を構成する赤色有機発光材料、緑色有機発光材料、および青色有機発光材料の蛍光スペクトルの測定結果を示す図である。図５は、有機ＥＬ素子の視野角特性の評価結果を示す図である。視野角特性の評価には、電磁波解析の手法である時間領域有限差分法（ＦＤＴＤ法：Finite Difference Time Domain Method）を用いた。シミュレーションソフトは、ＦＬＵＸｉＭ社のＳＥＴＦＯＳを用い、このソフトに各材料の光学定数、発光スペクトルデータを入力してＦＤＴＤ計算した。
【００５５】
本実施例では、光学調整層の形成材料として一酸化ケイ素（ＳｉＯ），酸化タングステン（ＷＯ３），硫化亜鉛（ＺｎＳ），Ｎ，Ｎ‘−ビス（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）−ベンジジン（ＮＰＤ），フッ化マグネシウム（ＭｇＦ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）を用い、それらの実膜厚を１０ｎｍ〜１００ｎｍの間で１０ｎｍずつ変化させたものを構成例Ｂ１〜Ｂ６０，Ｇ１〜Ｇ６０，Ｒ１〜Ｒ６０として、視野角特性の評価を行った。
【００５６】
構成例Ｂ１〜Ｂ６０は、発光層に青色発光材料を適用し、反射層と半透過反射層との間の光学的距離を青色の波長域に共振波長を有するように設定した場合である。構成例Ｇ１〜Ｇ６０は、発光層に緑色発光材料を適用し、反射層と半透過反射層との間の光学的距離を緑色の波長域に共振波長を有するように設定した場合である。構成例Ｒ１〜Ｒ６０は、発光層に赤色発光材料を適用し、反射層と半透過反射層との間の光学的距離を赤色の波長域に共振波長を有するように設定した場合である。構成例Ｂ１〜Ｂ６０，Ｇ１〜Ｇ６０，及びＲ１〜Ｒ６０は、発光層を異なる発光材料および実膜厚で形成した点、光学調整層を異なる材料および実膜厚で形成した点以外は、全て同じ構成である。
【００５７】
構成例Ｂ１〜Ｂ６０において、光学調整層以外の構成は全て同じである。すなわち、ガラス基板上に、第１電極としてＡｇ金属電極を１００ｎｍ、ＩＴＯ電極を１５ｎｍ積層し、正孔注入層としてポリ（３，４）エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴと称す）を１５ｎｍ積層し、正孔輸送層として正孔輸送材料（サメイション社製、商品名  ＨＴ１１００）を２０ｎｍ積層し、青色発光層として青色発光材料（サメイション社製、商品名Ｌｕｍａｔｉｏｎ  ＢＰ３６１）を４５ｎｍ積層し、第２電極としてＢａ金属電極を５ｎｍ、Ａｇ電極を２０ｎｍ積層した。そして、第２電極の表面にＳｉＯ，ＷＯ３，ＺｎＳ，ＮＰＤ，ＭｇＦ，ＴｉＯ２のいずれかの材料からなる光学調整層を１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍのいずれかの膜厚で積層し、構成例Ｂ１〜Ｂ６０の有機ＥＬ素子とした。なお、第１電極は反射層を兼ねている。
【００５８】
構成例Ｇ１〜Ｇ６０において、光学調整層以外の構成は全て同じである。すなわち、ガラス基板上に、第１電極としてＡｇ金属電極を１００ｎｍ、ＩＴＯ電極を１５ｎｍ積層し、正孔注入層としてポリ（３，４）エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴと称す）を１５ｎｍ積層し、正孔輸送層として正孔輸送材料（サメイション社製、商品名  ＨＴ１１００）を２０ｎｍ積層し、緑色発光層として緑色発光材料（サメイション社製、商品名Ｌｕｍａｔｉｏｎ  Ｇ１３０４）を６５ｎｍ積層し、第２電極としてＢａ金属電極を５ｎｍ、Ａｇ電極を２０ｎｍ積層した。そして、第２電極の表面にＳｉＯ，ＷＯ３，ＺｎＳ，ＮＰＤ，ＭｇＦ，ＴｉＯ２のいずれかの材料からなる光学調整層を１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍのいずれかの膜厚で積層し、構成例Ｇ１〜Ｇ６０の有機ＥＬ素子とした。なお、第１電極は反射層を兼ねている。
【００５９】
構成例Ｒ１〜Ｒ６０において、光学調整層以外の構成は全て同じである。すなわち、ガラス基板上に、第１電極としてＡｇ金属電極を１００ｎｍ、ＩＴＯ電極を１５ｎｍ積層し、正孔注入層としてポリ（３，４）エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴと称す）を１５ｎｍ積層し、正孔輸送層として正孔輸送材料（サメイション社製、商品名  ＨＴ１１００）を２０ｎｍ積層し、赤色発光層として赤色発光材料（サメイション社製、商品名Ｌｕｍａｔｉｏｎ  ＲＰ１５８）を７８ｎｍ積層し、第２電極としてＢａ金属電極を５ｎｍ、Ａｇ電極を２０ｎｍ積層した。そして、第２電極の表面にＳｉＯ，ＷＯ３，ＺｎＳ，ＮＰＤ，ＭｇＦ，ＴｉＯ２のいずれかの材料からなる光学調整層を１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍのいずれかの膜厚で積層し、構成例Ｒ１〜Ｒ６０の有機ＥＬ素子とした。なお、第１電極は反射層を兼ねている。
【００６０】
上記構成例の有機ＥＬ素子に対し、正面方向（基板法線方向）に取り出される輝度の大きさ、および、０度から８５度まで５度間隔で、各視野角における発光スペクトルをＦＤＴＤ法によって計算し、その発光スペクトルからｘｙ色度図（ＣＩＥ１９３１）における色度座標（ｘ、ｙ）を算出した。色度の視野角依存性は、各視野角における色度座標（ｘ、ｙ）から（式１）によって、ｕｖ色度図（ＣＩＥ１９７６）における色度座標（ｕ’，ｖ’）へ変換した後、５度と１０度、１０度と１５度、１５度と２０度…というように５度ずつずれた各二視野角ごとのｕｖ色度図における色度座標（ｕ’１，ｖ’１）と（ｕ’２，ｖ’２）との距離である色度差Δｕ’ｖ’を（式２）によって算出し、色度差Δｕ’ｖ’のうち、最大となる色度差であるＭａｘΔｕ’ｖ’を色の視野角依存性として評価した。
【００６１】
（式１） 
ｕ’  ＝  ４ｘ  ／  （−２ｘ  ＋  １２ｙ  ＋  ３）
ｖ’  ＝  ６ｙ  ／  （−２ｘ  ＋  １２ｙ  ＋  ３）
（式２）
Δｕ’ｖ’=｛（ｕ’１−ｕ’２）２＋（ｖ’１−ｖ’２）２}１／２
【００６２】
図５は、光学調整層に用いる材料とＭａｘΔｕ’ｖ’との関係を構成例Ｂ１〜Ｂ６０について調べた結果を示す図である。図５において横軸は光学調整層の実膜厚であり、縦軸はＭａｘΔｕ’ｖ’の値である。表１〜６は、各構成例Ｂ１〜Ｂ６０，Ｇ１〜Ｇ６０，Ｒ１〜Ｒ６０における光学調整層の屈折率、光学膜厚、正面方向から出射される光の輝度比率、正面方向（視野角０°）における表示色（色度図上の座標ＣＩＥｘ、ＣＩＥｙ）、ＭａｘΔｕ’ｖ’をまとめたものである。なお、「屈折率」は４５０ｎｍの波長での屈折率であり、「輝度比率」は、光学調整層を設けない構成例Ｂ０，Ｇ０，Ｒ０の有機ＥＬ素子の正面方向の輝度を１とした場合の輝度比率である。
【００６３】
【表１】
2011155002.tif 000003
【００６４】
【表２】
2011155002.tif 000004
【００６５】
【表３】
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【００６６】
【表４】
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【００６７】
【表５】
2011155002.tif 000007
【００６８】
【表６】
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【００６９】
図５に示すように、ＭａｘΔｕ’ｖ’の値は、光学調整層の実膜厚によって変化し、いずれの光学調整層においても実膜厚が３０ｎｍ〜９０ｎｍの範囲でＭａｘΔｕ’ｖ’は最小値となる。すなわち、光学調整層の実膜厚を所定の範囲に制限することで、色の変化を最も小さくすることができることがわかる。
【００７０】
各光学調整層の屈折率は、ＭｇＦが１．３３、ＮＰＤが１．９１５、ＳｉＯが２．０７８、ＷＯ３が２．１３８、ＺｎＳが２．４６９８、ＴｉＯ２が２．３３９であり、ＭｇＦにおいてＭａｘΔｕ’ｖ’が最小値となる実膜厚は９０ｎｍ、ＮＰＤにおいてＭａｘΔｕ’ｖ’が最小値となる実膜厚は５０ｎｍ、ＳｉＯにおいてＭａｘΔｕ’ｖ’が最小値となる実膜厚は５０ｎｍ、ＷＯ３においてＭａｘΔｕ’ｖ’が最小値となる実膜厚は４０ｎｍ、ＺｎＳにおいてＭａｘΔｕ’ｖ’が最小値となる実膜厚は３０ｎｍ、ＴｉＯ２においてＭａｘΔｕ’ｖ’が最小値となる実膜厚は４０ｎｍである。
【００７１】
このことから、屈折率が大きくなるほどＭａｘΔｕ’ｖ’が最小値となる実膜厚の値は小さくなることがわかる。したがって、光学調整層の屈折率と実膜厚との積である光学膜厚に基づいて評価した場合に、ＭａｘΔｕ’ｖ’が最小値を取る光学調整層の光学膜厚は、光学調整層の材料によらず概ね一定となることがわかる。また、屈折率が最も小さいＭｇＦにおいては、光学調整層の実膜厚を変化させてもＭａｘΔｕ’ｖ’は大きく変化しないことから、広角方向の色の変化を抑制するためには、光学調整層の屈折率はＭｇＦの屈折率１．３３よりも大きくする方がよいことがわかる。
【００７２】
以上のように、有機ＥＬ素子の視野角特性は光学調整層の屈折率および光学膜厚によって大きく変化し、光学調整層の屈折率を大きくするほど広角方向の色の変化は小さくなる。光学調整層による色の抑制効果は、光学調整層の光学膜厚のみによって決まるものではなく、光学調整層が所定の屈折率以上の高い屈折率を有していなければ、このような効果は十分に発揮されない。すなわち、光学調整層の屈折率と光学膜厚との双方を適切に設計しなければ、広角方向の色の変化は抑制されず、抑制されたとしてもその効果は限定的なものとなる。
【００７３】
図５から明らかなように、光学調整層による色の抑制効果を発生させるためには、光学調整層として屈折率が１．９１５以上の材料を用いればよい。また表１〜６によれば、観測される色の変化を十分に抑制するためには、光学調整層の屈折率と実膜厚との積である光学膜厚を７０．１７４ｎｍ以上１４０．３４７ｎｍ以下とすればよい。
【００７４】
ここで、「色の変化が抑制される」とは、ＭａｘΔｕ’ｖ’が０．０８１以下となることを意味する。この範囲にＭａｘΔｕ’ｖ’が収まっていれば、例えば、有機ＥＬ素子を画素毎に形成してフルカラー有機ＥＬディスプレイを作製する場合でも、実用上十分な視野角特性が得られる。
【００７５】
表１〜２によれば、構成例Ｂ４〜Ｂ７，Ｂ２４〜Ｂ２６，Ｂ３３〜Ｂ３６，Ｂ４４〜Ｂ４６，Ｂ５３〜Ｂ５５は、いずれも光学膜厚が７０．１７４ｎｍ以上１４０．３４７ｎｍ以下であり、ＭａｘΔｕ’ｖ’は０．０８１以下となっている。また、表３〜６によれば、構成例Ｇ１〜Ｇ６０，Ｒ１〜Ｒ６０のＭａｘΔｕ’ｖ’は全て０．０３９以下であり、広角方向の色の変化は殆ど生じていない。よって、青色の色の変化が最も重要な課題であり、この色の変化を抑制すれば、有機ＥＬディスプレイなどで求められる最も厳しい評価基準においても、実用上十分な視野角特性が得られることがわかる。
【００７６】
光学調整層の屈折率は、好ましくは、２．０７８以上であることが望ましい。表１によれば、光学調整層の屈折率を２．０７８以上とすることで、ＭａｘΔｕ’ｖ’を０．０７以下にすることができる。例えば表１の構成例Ｂ２４〜Ｂ２６，Ｂ３３〜Ｂ３６，Ｂ４４〜Ｂ４６，Ｂ５３〜Ｂ５５は、いずれも屈折率が２．０７８以上であり、ＭａｘΔｕ’ｖ’は０．０７以下となっている。この構成によれば、さらに色づきの少ない有機ＥＬ素子を提供することが可能である。
【００７７】
さらに好ましくは、屈折率を２．０７８以上とし、更に光学膜厚を７４．０９４ｎｍ以上１２３．４９ｎｍ以下とすると、ＭａｘΔｕ’ｖ’を０．０６１以下とすることができる。例えば表１の構成例Ｂ２４〜Ｂ２５，Ｂ３４〜Ｂ３５，Ｂ４４〜Ｂ４５，Ｂ５３〜Ｂ５５は、いずれも光学膜厚が７４．０９４ｎｍ以上１２３．４９ｎｍ以下であり、ＭａｘΔｕ’ｖ’は０．０６１以下となっている。この構成によれば、さらに色づきの少ない有機ＥＬ素子を提供することが可能である。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態の有機ＥＬ素子１によれば、カラーフィルタを用いずに広い視野角範囲で色の変化の少ない有機ＥＬ素子を提供することができる。そのため、カラーフィルタを用いる特許文献１の構造に比べて、少ない消費電力で明るい表示を実現することができる。また、カラーフィルタを用いる場合には、カラーフィルタと有機ＥＬ素子との位置を合わせつつカラーフィルタの貼り付けを行う高度な貼り付け工程が必要となる。これに対して、本実施形態では光学調整層１９は有機ＥＬ素子１の形成工程に付随して、例えば、第２電極１８と光学調整層１９とを同一の成膜装置内で連続的に成膜することにより形成することができるので、プロセスが簡便であり、製造も容易である。したがって、広い視野角範囲で色再現性に優れた小型で安価な有機ＥＬ素子１および有機ＥＬパネル１００を提供することができる。
【００７９】
上述の有機ＥＬ素子１は、有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明などの種々のデバイスに適用することができる。例えば、基板１０上に１つ又は複数の有機ＥＬ素子１を配置し、各有機ＥＬ素子１の反射層と光学調整層との間の光学的距離を互いに等しくすることで、単色の照明光を出射する有機ＥＬ照明を提供することができる。また、基板１０上にそれぞれ赤色、緑色、青色の発光を行う３種類の画素をマトリクス状に配置し、赤色画素、緑色画素、青色画素に形成する有機ＥＬ素子の反射層と光学調整層との間の光学的距離をそれぞれ赤色、緑色、青色の光が増幅されるように設計することで、フルカラー表示が可能な有機ＥＬディスプレイを提供することができる。
【００８０】
有機ＥＬディスプレイを作製する場合には、赤色画素、緑色画素、青色画素に形成する有機ＥＬ素子の発光層をそれぞれ赤色発光材料、緑色発光材料、青色発光材料のみによって形成することが望ましい。これにより、発光層で発光した光の利用効率を高めることができる。また、光学調整層の実膜厚は各色の発光を行う有機ＥＬ素子について全て同一にすることが望ましい。これにより、色の不均一の少ない有機ＥＬパネルが提供できると共に、各有機ＥＬ素子に対して共通のプロセスで光学調整層を形成することができるため、製造プロセスも簡略化される。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、新規な有機ＥＬ素子を提供し、産業上有用である。
【符号の説明】
【００８２】
１…有機ＥＬ素子、１０…基板、１１…反射層、１２…第１電極（陽極）、１５…発光層、１８…第２電極（陰極）、１９…光学調整層、１００…有機ＥＬパネル
【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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