(57)【要約】【課題】  キャリアバランスを維持しながら、多重干渉を起こさないようにして発光効率の向上を可能にするトップエミッション方式の有機ＥＬ発光素子の提供。【解決手段】  基板と、金属陽極と、有機ＥＬ層と、透明陰極とが順次積層されている有機ＥＬ発光素子において、有機ＥＬ層は正孔注入層、正孔を通過させる反射層、正孔輸送層および有機発光層をこの順に含むことを特徴とする有機ＥＬ発光素子。【選択図】  図１
2005150042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、金属陽極と、有機ＥＬ層と、透明陰極とが順次積層されている有機ＥＬ発光素子において、前記有機ＥＬ層は正孔注入層、正孔を通過させる反射層、正孔輸送層および有機発光層をこの順に含むことを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
【請求項２】
前記有機発光層の屈折率および膜厚をｎＯＥＭ、ｄＯＥＭとし、前記正孔輸送層の屈折率および膜厚をｎＨＴＬ、ｄＨＴＬとした場合に、４００〜７００ｎｍの範囲内であるλに対して、
【数１】
2005150042.tif 000008
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ発光素子。
【請求項３】
前記反射層が、金属、合金、導電性ポリマーおよび導電性化合物からなる群から選択される材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ発光素子。
【請求項４】
基板と、金属陽極と、有機ＥＬ層と、透明陰極とが順次積層されている有機ＥＬ発光素子において、前記有機ＥＬ層は正孔注入層、正孔を通過させる高屈折率層、正孔輸送層および有機発光層をこの順に含み、前記高屈折率層は有機ＥＬ層の他の層よりも高い屈折率を有することを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
【請求項５】
前記高屈折率層は、透明導電性酸化物から形成されていることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ発光素子。
【請求項６】
前記有機発光層の屈折率および膜厚をｎＯＥＭ、ｄＯＥＭとし、前記正孔輸送層の屈折率および膜厚をｎＨＴＬ、ｄＨＴＬとし、前記高屈折層の屈折率および膜厚をｎＴＯＬ、ｄＴＯＬとした場合に、４００〜７００ｎｍの範囲内であるλに対して、
【数２】
2005150042.tif 000009
の関係を満たすことを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ発光素子。
【請求項７】
基板と、金属陽極と、有機ＥＬ層と、透明陰極とが順次積層されている有機ＥＬ発光素子において、前記有機ＥＬ層は、高分子材料から形成される第１正孔層と、第１正孔層よりも高い屈折率を有する第２正孔層と、前記第２正孔層と接触している有機発光層とを含み、前記第１および第２正孔層は前記発光層と前記金属陽極との間に配置されていることを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
【請求項８】
前記発光層の屈折率および膜厚をｎＯＥＭ、ｄＯＥＭとし、前記第２正孔層の屈折率および膜厚をｎＳＨＬ、ｄＳＨＬとした場合に、４００〜７００ｎｍの範囲内であるλに対して、
【数３】
2005150042.tif 000010
の関係を満たすことを特徴とする請求項７に記載の有機ＥＬ発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機ＥＬ発光素子に関するもので、特にトップエミッション素子に関し、キャリアバランスを崩すことなしに、干渉を制御して効率を高めた有機ＥＬ発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ発光素子は、自発光性であることによる高い視認性と、完全固体素子であることによる優れた耐衝撃性および取り扱い容易性とを有し、各種表示装置における発光素子としての利用が注目されている。
【０００３】
近年、複数の有機ＥＬ発光素子をマトリクス状に配列して形成される有機ＥＬディスプレイにおいて、アクティブマトリックス型ディスプレイの開発が盛んに行われている。アクティブマトリックス型ディスプレイは、ピクセルまたはサブピクセルと１対１に接続される複数のスイッチング素子（ＴＦＴまたはＭＩＭなど）を有する基板上に、有機ＥＬ層および均一に形成される透明電極を形成することによって作製される。しかし、スイッチング素子間あるいは各ピクセルもしくはサブピクセルの有機ＥＬ層間の特性のバラツキが大きく、現状では、バラツキ補正のために様々な駆動回路を、スイッチング素子とともに基板上に設けることが必要とされている。そのような複雑な回路の必要性は、１つのピクセルまたはサブピクセルを駆動するのに必要なＴＦＴ数の増加を招き、ひいては、基板上の透明領域の面積を減少させてしまう。このような状況において、基板側から光を取り出す「ボトムエミッション」方式のディスプレイよりも、光を基板の反対側（上部電極側）から取り出す「トップエミッション」方式の方が有利であると考えられるようになってきている。
【０００４】
有機ＥＬ発光素子の構成は、陽極／有機ＥＬ層／陰極の構成を基本とし、該有機ＥＬ層としては、有機発光層を含み、必要に応じて正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層および／または電子輸送層が設けたられた構造が知られている。このようなＥＬ素子においては、有機ＥＬ層を構成する各層の膜厚、たとえば正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子注入層の各膜厚を制御し、最大の光取り出し効率および最高の輝度を得る試みが多くなされている。
【０００５】
たとえば、従来のボトムエミッション方式の基板／透明陽極／正孔輸送性発光層／電子輸送層／反射性陰極の構成を有する有機ＥＬ発光素子において、電子輸送層の膜厚を３０〜６０ｎｍに制御して、光取り出し効率の向上を図った技術が開示されている（特許文献１参照）。これは、発光層と反射性陰極間の距離が重要な因子であることを示している。また、同様の構成を有する有機ＥＬ発光素子において、電子輸送層の膜厚を制御して、発光層にて発生して基板へと向かう光と、発光層を発して反射性陰極で反射して基板へと向かう光とを同相的に干渉させ、発光層からの光を実質的に増大させると同時に輝度の視野角依存性を低減する技術が開示されている（特許文献２参照）。さらに、透明陽極および有機ＥＬ層の光学膜厚を選定することにより、素子から発せられる光の色純度を改善する技術が開示されている（特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平４−１３７４８５号公報
【特許文献２】特開平４−３２８２９５号公報
【特許文献３】特許第２８４６５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
同相的な干渉を用いる場合、その干渉条件を満たす特定波長の光に関する取り出し効率を向上させることができるが、その他の波長の光に関する取り出し効率を向上させることはできない。広い波長範囲において高い光取り出し効率を実現するためには、該波長範囲における多重干渉を防止する必要がある。基板／反射陽極／正孔注入輸送層／有機発光層／電子注入輸送層／透明陰極の構成を有するトップエミッション方式の有機ＥＬ発光素子において、多重干渉の発生を防止するためには、該干渉は反射電極と有機発光層との間に存在する正孔注入輸送層（たとえば透明導電性酸化物層、正孔注入層、正孔輸送層等を含む）の光路長を調整する必要がある。
【０００８】
一方、現在用いられている有機ＥＬ層の材料系では、有機ＥＬ層中の電子移動度が正孔移動度に比較して小さいため、有機発光層において電子に対して正孔が過多となる傾向がある。これに対して、従来は電子注入輸送層を薄くすると同時に正孔注入輸送層を厚くしてキャリアバランスを維持し、有機ＥＬ発光素子の発光効率の低下を防止している。したがって、多重干渉の発生を防止し、適切なキャリアバランスを維持しつつ、広い波長範囲の光の取り出し効率を向上させる方法が求められている。
【０００９】
上述の点を鑑みて、本発明は、キャリアバランスを維持しながら、干渉を制御して発光効率と色純度の向上を可能にするトップエミッション方式の有機ＥＬ発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の実施形態の有機ＥＬ発光素子は、基板と、金属陽極と、有機ＥＬ層と、透明陰極とが順次積層されている有機ＥＬ発光素子において、前記有機ＥＬ層は正孔注入層、正孔を通過させる反射層、正孔輸送層および発光層をこの順に含むことを特徴とする。前記反射層は、金属、合金、導電性ポリマーおよび導電性化合物からなる群から選択される材料で形成されていてもよい。
【００１１】
本発明の第２の実施形態の有機ＥＬ発光素子は、基板と、金属陽極と、有機ＥＬ層と、透明陰極とが順次積層されている有機ＥＬ発光素子において、前記有機ＥＬ層は正孔注入層、正孔を通過させる高屈折率層、正孔輸送層および発光層をこの順に含み、前記高屈折率層は有機ＥＬ層の他の層よりも高い屈折率を有することを特徴とする。前記高屈折率層は、透明導電性酸化物を用いて形成されていてもよい。
【００１２】
本発明の第３の実施形態の有機ＥＬ発光素子は、基板と、金属陽極と、有機ＥＬ層と、透明陰極とが順次積層されている有機ＥＬ発光素子において、前記有機ＥＬ層は、第１正孔層と、第１正孔層よりも高い屈折率を有する第２正孔層と、前記第２正孔層と接触している発光層とを含み、前記第１および第２正孔層は前記発光層と前記金属陽極との間に配置されていることを特徴とする。前記第１正孔層が高分子有機物で形成されており、前記第２正孔層が低分子有機物で形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、キャリアバランスを崩すことなく干渉を制御して、良好な発光効率および色純度を与える有機ＥＬ発光素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の第１の実施の形態の有機ＥＬ発光素子を、図１に示す。図１の有機ＥＬ発光素子は、基板１上に、反射陽極２、透明陽極３、正孔注入層４、反射層５、正孔輸送層６、有機発光層７、電子輸送層８、バッファ層９および透明陰極１０が順次積層された構造を有する。
【００１５】
反射陽極２は、有機ＥＬ発光層の発する光の波長域（好ましくは可視光領域全体）において５０％以上、好ましくは７０％以上の反射率を有する単層膜または積層膜であることが好ましい。反射陽極２は、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｒなどの高反射率の金属、ＮｉＰ、ＮｉＢ、ＣｒＰおよびＣｒＢなどのアモルファス合金、ＮｉＡｌなどの微結晶性合金を用いて形成される。特に、反射電極２はその上に積層される層の下地となるため、良好な平坦性を有するアモルファス合金または微結晶性合金を用いて形成することが好ましい。アモルファス材料の膜の上に高反射率の金属の極薄膜を積層したもの（たとえばＣｒＢ／Ａｇ，ＣｒＢ／Ａｌ）が特に好ましい。反射陽極２は、蒸着（抵抗加熱または電子ビーム加熱）、スパッタ、イオンプレーティング、レーザーアブレーションなどの当該技術において知られている任意の手段を用いて形成することができる。
【００１６】
透明陽極３は、任意選択的に設けてもよい層であり、スパッタ、イオンプレーティング、レーザーアブレーションなどの当該技術において知られている任意の手段を用いて、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ：Ａｌなどの導電性金属酸化物を含む公知の材料から形成することができる。透明陽極３は、波長４００〜８００ｎｍの光に対して好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上の透過率を有することが好ましい。反射陽極２および透明陽極３は、一体となって陽極として機能する。反射陽極２は、主として低い電気抵抗性を提供するために設けられる層であり、透明陽極３は、主として正孔注入に好適な仕事関数を提供するために設けられる層であり、連続層を形成するのに充分な２０ｎｍ以上、好ましくは２０〜４０ｎｍの膜厚を有することが望ましい。
【００１７】
本実施形態の有機ＥＬ発光素子の有機ＥＬ層は、正孔注入層４、反射層５、正孔輸送層６、有機発光層７を含み、必要に応じて電子輸送層８を含む。有機ＥＬ層の望ましい層構成は、正孔注入層４／反射層５／正孔輸送層６／有機発光層７／電子輸送層８である。
【００１８】
正孔注入層４は、陽極（反射陽極２または透明陽極３）から有機物層への正孔の注入を容易にするための層である。正孔注入層４は、フタロシアニン類（銅フタロシアニンなど）またはインダンスレン系化合物などを用いて形成することができる。正孔注入層４は、蒸着などの当該技術において知られている任意の手段を用いて形成することができる。
【００１９】
反射層５は、正孔注入層４と正孔輸送層６との間に設けられる層である。反射層５は、陽極から注入される正孔を通過させると同時に、高反射率を有する材料から形成される。正孔の通過に対するポテンシャル障壁を形成しないために、反射層５は、４．５ｅＶ以上、好ましくは４．８ｅＶ以上、より好ましくは５．０ｅＶ以上の仕事関数を有することが望ましい。また、反射層は、可視光領域の光に対して、５０％以上、より好ましくは８５％以上の反射率を有することが望ましい。反射層５は、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈなどの金属またはそれらの合金；ヨウ素もしくは臭素などのハロゲン類、五フッ化砒素、三フッ化ホウ素または過塩素酸をドープされたポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマー；あるいは酸化バナジウム、酸化モリブデンのような導電性酸化物を含む電気伝導性化合物を用いて形成することができる。反射層５は、連続層を形成するのに充分な２０ｎｍ以上、好ましくは２０〜４０ｎｍの膜厚を有することが望ましい。
【００２０】
正孔輸送層６は、陽極から注入される正孔を有機発光層７へと輸送するための層であり、同時に陰極から注入される電子の移動を阻止するための層である。正孔輸送層６の材料としては、ＴＰＤ、Ｎ，Ｎ’−ビス（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルビフェニルアミン（α−ＮＰＤ）、４，４’，４”−トリス（Ｎ−３−トリル−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラビフェニル−４，４’−ビフェニレンジアミン（ＴＢＰＢ）などのトリアリールアミン系材料を含む公知の材料を用いることができる。正孔輸送層６は、蒸着などの当該技術において知られている任意の手段を用いて形成することができる。
【００２１】
有機発光層７は、陽極から注入される正孔と陰極から注入される電子との再結合により発光する層である。有機発光層７は、任意の公知の材料を用いて形成することができる。たとえば、青色から青緑色の発光を得るためには、例えばベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、べンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、金属キレート化オキソニウム化合物、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物などの材料が好ましく使用される。あるいはまた、ホスト化合物（ジスチリルアリーレン化合物、ＴＰＤ、アルミニウムトリス（８−キノリノラート）（Ａｌｑ）など）にドーパント（ペリレン、キナクリドン類、ルブレンなど）を添加することによって、種々の波長域の光を発する有機発光層７を形成してもよい。
【００２２】
電子輸送層８は、陰極から注入される電子を有機発光層７へと輸送するための層であり、同時に陽極から注入される正孔の移動を阻止するための層である。電子輸送層８の材料としては、２−（４−ビフェニル）−５−（ｐ−ｔブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＰＢＤ）のようなオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、フェニルキノキサリン類、アルミニウムのキノリノール錯体（たとえばＡｌｑ）などを用いることができる。電子輸送層８は、蒸着などの当該技術において知られている任意の手段を用いて形成することができる。
【００２３】
あるいはまた、正孔注入層４、正孔輸送層６、有機発光層７および電子輸送層８のそれぞれは、前述の低分子材料をポリマー中に分散させた材料、あるいは前述の低分子材料をポリマー鎖に化学的に結合した材料を用いて形成してもよい。用いることができるポリマーは、ポリエステル、ポリイミド、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などを含む。より望ましくは、前述の低分子材料をポリアミド酸に化学的に結合させた材料を塗布および加熱して形成されるポリイミドを用いる。このような高分子材料を用いる場合、それぞれの層は、たとえばスピンコート法、キャスト法、ＬＢ法などの公知の方法によって形成することができる。
【００２４】
バッファ層９は、透明陰極１０から有機物層への電子の注入を容易にすると同時に、透明陰極１０の形成に用いられるスパッタ工程において、有機物層がダメージを受けるのを防止するための層である。バッファ層９の材料としては、４．８ｅＶ未満、好ましくは４．０ｅＶ未満、より好ましくは３．７ｅＶ未満の仕事関数を有する、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を用いることができ、たとえばＡｌ、ＡｌＬｉ、Ａｇ、ＭｇＡｇ、ＡｇＬｉなどを用いることができる。あるいはまた、前述の材料と、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のフッ化物などの電子注入性透明材料との積層体としてもよい。電子注入性透明材料としては、例えばＬｉＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ、ＮａＦ、ＳｉＯ、Ｓｂ２Ｏ３などを用いることができる。本発明の有機ＥＬ発光素子においては、バッファ層を通して有機発光層の光を外部に取り出すために、バッファ層９の膜厚を２０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以下とし、透明性を付与することが望ましい。バッファ層９は、蒸着などの当該技術において知られている任意の手段を用いて形成することができる。
【００２５】
透明陰極１０は、透明陽極３と同様の材料を用い、同様の方法で形成することができる。透明電極３は、波長４００〜８００ｎｍの光に対して好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上の透過率を有することが好ましい。また、発光効率を向上させるために、透明陰極１０は充分に低い抵抗率を与えるような厚さ、好ましくは３０ｎｍ以上、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、透明電極１０の膜厚も干渉に影響するため、その膜厚を、干渉条件によってもしくは実験的に求めてもよい。
【００２６】
本実施形態の有機ＥＬ発光素子においては、有機発光層７から陽極側に発せられる光を反射層５と正孔輸送層６との界面にて反射された光と有機発光層７から透明陰極１０側に発せられる光との間の多重干渉を起こさせないようにすることによって、特性波長のみではなく広い波長範囲において高い光取り出し効率を達成することが可能となる。
【００２７】
多重干渉を起こさないようにするためには、有機発光層から発せられる光の波長λ（４００〜７００ｎｍ）に対して、以下の式（１）を満たすように有機発光層７および正孔輸送層６の膜厚を設定することが必要である。
【００２８】
【数１】
2005150042.tif 000003
【００２９】
（式中、ｎＯＥＭ、ｄＯＥＭは有機発光層７の屈折率および膜厚であり、ｎＨＴＬ、ｄＨＴＬは正孔輸送層６の屈折率および膜厚であり、ｍは１以上の整数である）
【００３０】
低分子材料から形成された正孔輸送層６および有機発光層７の屈折率ｎＯＥＭおよびｎＨＴＬをエリプソメータを用いて測定したところ、いずれの屈折率も１．８５（４５０ｎｍ）、１．７５（５３０ｎｍ）、１．７２（６２０ｎｍ）の値を示した。また、有機発光層７は、所望される強度の光を得るために２０〜６０ｎｍの厚さを有することが必要である。したがって、波長λが４００〜７００ｎｍの範囲内である場合、干渉の制御（多重干渉の防止）のためには、正孔輸送層６の厚さを４６ｎｍ未満とすることが望ましい。また、有機発光層７に対して正孔を円滑に輸送するために、正孔輸送層６は、１０ｎｍ以上の厚さを有することが好ましい。
【００３１】
さらに、本実施形態の有機ＥＬ発光素子において、有機発光層７に注入されるキャリアのバランスは、正孔注入層４／反射層５／正孔輸送層６の総膜厚と、電子輸送層８／バッファ層９の総膜厚との比を変化させることにより維持される。望ましくは、正孔注入層４の膜厚を変化させて、キャリアバランスを維持する。本実施形態の有機ＥＬ発光素子においては、正孔注入層４／反射層５／正孔輸送層６の総膜厚が４０〜２６０ｎｍの範囲内であり、正孔注入層４の膜厚が２０〜２４０ｎｍの範囲内であることが望ましい。
【００３２】
本発明の第２の実施形態の有機ＥＬ発光素子を図２に示す。図２に示した有機ＥＬ発光素子は、反射層５に代えて高屈折率層１１を形成したことを除いて第１の実施形態と同様の層構成を有する。高屈折率層以外の層は、第１の実施形態と同様の材料から形成することができる。
【００３３】
高屈折率層１１は、陽極から注入される正孔を通過させると同時に、高屈折率を有する材料から形成される。正孔の通過に対するポテンシャル障壁を形成しないために、高屈折率層１１は、４．５ｅＶ以上、好ましくは４．８ｅＶ以上、より好ましくは５．０ｅＶ以上の仕事関数を有することが望ましい。また高屈折率層１１は、可視光領域において２．０以上、好ましくは２．０〜３．０の屈折率を有することが好ましい。高屈折率層１１は、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ：Ａｌのような導電性金属酸化物を用いて形成することができる。エリプソメータで測定した際に２．２（４５０ｎｍ）、２．０（６２０ｎｍ）の屈折率を有するＩＺＯを用いることが特に望ましい。
【００３４】
本実施形態の有機ＥＬ発光素子においては、有機発光層７から陽極側に発せられる光を正孔注入層４と高屈折率層１１の界面にて反射された光と有機発光層７から透明陰極１０側に発せられる光との間の多重干渉を起こさせないようにすることによって、特性波長のみではなく広い波長範囲において、色純度の確保および高い光取り出し効率を達成することが可能となる。
【００３５】
多重干渉を起こさないようにするためには、有機発光層から発せられる光の波長λ（４００〜７００ｎｍ）に対して、以下の式（２）を満たすように有機発光層７、正孔輸送層６および高屈折率層１１の膜厚を設定することが必要である。
【００３６】
【数２】
2005150042.tif 000004
【００３７】
（式中、ｎＯＥＭ、ｄＯＥＭは有機発光層７の屈折率および膜厚であり、ｎＨＴＬ、ｄＨＴＬは正孔輸送層６の屈折率および膜厚であり、ｎＴＯＬ、ｄＴＯＬは高屈折率層１１の屈折率および膜厚であり、ｍは１以上の整数である）
【００３８】
本実施形態において、高屈折率層１１は、連続層を形成するのに充分な１０〜４０ｎｍ、好ましくは１０〜３０ｎｍの膜厚を有することが望ましい。また、本実施形態においても、正孔輸送層６の膜厚によって干渉を制御することが望ましい。高屈折率層１１の屈折率および膜厚に依存するが、波長λが４００〜７００ｎｍの範囲内である場合、正孔輸送層６の厚さを８９ｎｍ未満とすることが望ましい。また、有機発光層７に対して正孔を円滑に輸送するために、正孔輸送層６は、１０ｎｍ以上の厚さを有することが好ましい。
【００３９】
本実施形態の有機ＥＬ発光素子において、有機発光層７に注入されるキャリアのバランスは、正孔注入層４／高屈折率層１１／正孔輸送層６の総膜厚と、電子輸送層８／バッファ層９の総膜厚との比を変化させることにより維持される。望ましくは、正孔注入層４の膜厚を変化させて、キャリアバランスを維持する。本実施形態の有機ＥＬ発光素子においては、正孔注入層４／高屈折率層１１／正孔輸送層６の総膜厚が４０〜２６０ｎｍの範囲内であり、正孔注入層４の膜厚が２０〜２４０ｎｍの範囲内であることが望ましい。
【００４０】
本発明の第３の実施形態の有機ＥＬ発光素子を図３に示す。図３の有機ＥＬ発光素子は、基板１上に、反射陽極２、透明陽極３、第１正孔層１２、第２正孔層１３、有機発光層７、電子輸送層８、バッファ層９および透明陰極１０が順次積層された構造を有する。第１正孔層１２および第２正孔層１３を除くそれぞれの層は、第１の実施形態と同様の材料を用いて形成することができる。
【００４１】
第１正孔層１２は、正孔注入性材料または正孔輸送性材料をポリマー中に分散させた高分子材料から形成される層である。分散される正孔注入性材料としては、フタロシアニン類（銅フタロシアニンなど）またはインダンスレン系化合物を用いることができる。分散される正孔輸送性材料としては、ＴＰＤ、α−ＮＰＤ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ、ＴＢＰＢなどのトリアリールアミン系化合物を用いることができる。また、高分子材料を形成するポリマーとしては、ポリエステル、ポリイミド、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などを含み、より好ましくはポリエステルまたはポリイミドを用いることができる。あるいはまた、第１正孔層１２を、前述の正孔注入性材料または正孔輸送性材料を前述のポリマー分子に化学的に結合させた高分子材料から形成してもよい。たとえば、前述の正孔注入性材料または正孔輸送性材料をポリアミド酸に化学的に結合させ、それを加熱することにより形成されるポリイミドを用いることができる。このような高分子材料を用いて第１正孔層１２を形成することにより、その屈折率を１．５程度まで低下させることができる。第１正孔層１２は、たとえばスピンコート法、キャスト法、ＬＢ法などの公知の方法によって形成することができる。
【００４２】
第２正孔層１３は、正孔注入性材料または正孔輸送性材料から形成される層であり、望ましくは正孔輸送性材料から形成される層である。正孔輸送性材料としては、ＴＰＤ、α−ＮＰＤ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ、ＴＢＰＢなどのトリアリールアミン系化合物を用いることができる。これらの材料は、１．８５（４５０ｎｍ）、１．７５（５３０ｎｍ）、１．７２（６２０ｎｍ）の屈折率を有するので、高分子材料を用いた第１正孔層１２との間に、充分な屈折率差を付与することが可能となる。
【００４３】
本実施形態の有機ＥＬ発光素子においては、第２正孔層１３の屈折率を第１正孔層１２の屈折率よりも大きくして、第１正孔層１２／第２正孔層１３の界面において有機発光層７からの光を反射させる。第２正孔層１３の屈折率は、第１正孔層１２の屈折率よりも１０％以上、好ましくは１５％以上、より好ましくは２０％以上大きいことが望ましい。そして、有機発光層７から陽極側に発せられる光を第１正孔層１２と第２正孔層１３との界面にて反射された光と有機発光層７から透明陰極１０側に発せられる光との間の多重干渉を起こさせないようにすることによって、特性波長のみではなく広い波長範囲において、色純度の確保および高い光取り出し効率を達成することが可能となる。
【００４４】
多重干渉を起こさないようにするためには、有機発光層から発せられる光の波長λ（４００〜７００ｎｍ）に対して、以下の式（３）を満たすように有機発光層７および第２正孔層１３の膜厚を設定することが必要である。
【００４５】
【数３】
2005150042.tif 000005
【００４６】
（式中、ｎＯＥＭ、ｄＯＥＭは有機発光層７の屈折率および膜厚であり、ｎＳＨＬ、ｄＳＨＬは第２正孔層１３の屈折率および膜厚であり、ｍは１以上の整数である）
【００４７】
有機発光層７は所望される強度の光を得るために２０〜６０ｎｍの厚さが必要であるので、本実施形態においても第２正孔層１３の膜厚によって干渉を制御する（多重干渉を防止する）ことが望ましい。波長λが４００〜７００ｎｍの範囲内である場合、干渉の制御のためには、第２正孔層１３の厚さを１００ｎｍ未満とすることが望ましい。
【００４８】
一方、第１正孔層１２は、反射面を形成するために連続層を形成することができ、かつ第２正孔層１３と協調してキャリアバランスを維持するのに充分な膜厚を有することが好ましい。第１正孔層１２は、２０〜２００ｎｍの膜厚を有する。
【００４９】
上記の実施形態においては、単一の発光部を有する有機ＥＬ発光素子について説明したが、本発明の有機ＥＬ発光素子は、複数の独立した発光部をマトリクス状に配列した素子であってもよい。たとえば、図４に示すように、ＴＦＴまたはＭＩＭのようなスイッチング素子を用いてアクティブマトリクス駆動型有機ＥＬ発光素子を形成することができる。図４の素子においては、基板上に複数のＴＦＴ２１が設けられ、ＴＦＴを覆うように平坦化絶縁膜２２が設けられている。そして、平坦化絶縁膜２２に設けられた開口部を通して、複数のＴＦＴ２１のソースと複数の部分に分割された反射陽極２とが１対１で接続されている。反射陽極２の上に、同様に複数の部分に分割された透明陽極３を設けてもよい。その上に、正孔注入層４、反射層５、正孔輸送層６、有機発光層７、電子輸送層８、バッファ層９、透明陰極１０がさらに積層されている。図４の素子における透明陰極１０は、複数の部分に分割されていない単一の電極である。透明陽極３以上の構成層を第１の実施形態である構造を図４に示したが、第２および第３の実施形態の構造を用いてもよいことはもちろんである。
【００５０】
あるいはまた、反射陽極と、存在する場合には透明陽極と、透明陰極とのそれぞれを、ライン形状を有する複数の部分から構成して、パッシブマトリクス駆動型有機ＥＬ発光素子を形成することも可能である。この場合、反射陽極のライン形状は、透明陰極のライン形状の延びる方向と直交する方向に延びるものである。また、透明陽極のライン形状の部分のそれぞれは、反射陽極のライン形状の部分の上に形成される。
【００５１】
さらに、前述のように複数の独立した発光部を有する有機ＥＬ発光素子と、カラーフィルタまたは色変換フィルタとを組み合わせて、有機ＥＬディスプレイを形成してもよい。カラーフィルタまたは色変換フィルタとして、複数種の色透過部または色変換部（たとえば赤色、緑色、青色）を有するものを用い、多色表示ディスプレイを形成することができる。カラーフィルタおよび色変換フィルタは、本発明の有機ＥＬ発光素子の透明陰極１０の上に積層されるものであってもよい。あるいはまた、別の透明基板上に別途形成されるカラーフィルタおよび色変換フィルタを、本発明の有機ＥＬ発光素子と貼り合わせて多色表示ディスプレイを形成してもよい。
【実施例】
【００５２】
（実施例１）
ガラス基板上に膜厚１００ｎｍのＣｒＢをＤＣスパッタ法にて堆積させ、反射陽極２を形成した。ＤＣスパッタ法による堆積は、室温にて、スパッタリングガスとしてＡｒを用い、３００Ｗのスパッタパワーを印加して行った。引き続いて、反射陽極２の乾燥処理（１５０℃）およびＵＶ処理（室温および１５０℃）を行った。
【００５３】
反射陽極２を形成した基板を７室型蒸着装置内に配置し、有機ＥＬ層の成膜を行った。成膜に際して真空槽内圧は１×１０−５Ｐａまで減圧した。蒸発源はそれぞれの層の材料により石英、Ｍｏ、ＢＮ、ＰＢＮ製の抵抗加熱式るつぼを用いた。正孔注入層４、反射層５、正孔輸送層６、有機発光層７、電子輸送層８、バッファ層９、陰極１０を真空を破らずに順次成膜した。各有機材料の蒸着レートは２〜４Å／ｓとした。正孔注入層４として膜厚６０ｎｍの銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を、反射層５として膜厚２０ｎｍのＡｇ（反射率９５％）を、正孔輸送層６として膜厚２０ｎｍのＴＢＰＢ（屈折率１．８５）を、有機発光層７として膜厚４０ｎｍの４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ、屈折率１．８５）を、電子輸送層８として膜厚２０ｎｍのＡｌｑを蒸着法により積層した。引き続いて、バッファ層９として膜厚５ｎｍのＭｇＡｇを蒸着法により積層した。次に、スパッタリングターゲットとしてＩＺＯ（Ｉｎ２Ｏ３−１０％ＺｎＯ）、スパッタリングガスとしてＡｒを用いたＤＣスパッタ法にて、膜厚３０ｎｍのＩＺＯを積層して、透明陰極１０を得た。
【００５４】
以上のように作製した素子を、大気に暴露せずにグローブボックス（酸素および水分濃度ともに数ｐｐｍ以下）に移動して、上記積層体が設けられていない部位にゲッター剤を塗布し、該ゲッター剤の外側の基板周縁部に紫外線硬化型接着剤を塗布し、そしてガラス基板を用いてＵＶ封止を行った。
【００５５】
（実施例２）
ガラス基板上に膜厚１００ｎｍのＣｒＢをＤＣスパッタ法にて堆積させ、反射陽極２を形成した。ＤＣスパッタ法による堆積は、室温にて、スパッタリングガスとしてＡｒを用い、３００Ｗのスパッタパワーを印加して行った。引き続いて、反射陽極２の乾燥処理（１５０℃）およびＵＶ処理（室温および１５０℃）を行った。
【００５６】
反射陽極２を形成した基板を７室型蒸着装置内に配置し、有機ＥＬ層の成膜を行った。成膜に際して真空槽内圧は１×１０−５Ｐａまで減圧した。蒸発源はそれぞれの層の材料により石英、Ｍｏ、ＢＮ、ＰＢＮ製の抵抗加熱式るつぼを用いた。正孔注入層４、高屈折率層１１、正孔輸送層６、有機発光層７、電子輸送層８、バッファ層９、陰極１０を真空を破らずに順次成膜した。各有機材料の蒸着レートは２〜４Å／ｓとした。正孔注入層４として膜厚６０ｎｍの銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を、高屈折率層１１として膜厚１０ｎｍのＩＺＯ（屈折率２．２）を、正孔輸送層６として膜厚２０ｎｍのＴＢＰＢを、有機発光層７として膜厚４０ｎｍのＤＰＶＢｉを、電子輸送層８として膜厚２０ｎｍのＡｌｑを蒸着法により積層した。引き続いて、バッファ層９として膜厚５ｎｍのＭｇＡｇを蒸着法により積層した。次に、スパッタリングターゲットとしてＩＺＯ（Ｉｎ２Ｏ３−１０％ＺｎＯ）、スパッタリングガスとしてＡｒを用いたＤＣスパッタ法にて、膜厚３０ｎｍのＩＺＯを積層して、透明陰極１０を得た。
【００５７】
以上のように作製した素子を、大気に暴露せずにグローブボックス（酸素および水分濃度ともに数ｐｐｍ以下）に移動して、上記積層体が設けられていない部位にゲッター剤を塗布し、該ゲッター剤の外側の基板周縁部に紫外線硬化型接着剤を塗布し、そしてガラス基板を用いてＵＶ封止を行った。
【００５８】
（実施例３）
ガラス基板上に膜厚１００ｎｍのＣｒＢをＤＣスパッタ法にて堆積させ、反射陽極２を形成した。ＤＣスパッタ法による堆積は、室温にて、スパッタリングガスとしてＡｒを用い、３００Ｗのスパッタパワーを印加して行った。引き続いて、反射陽極２の乾燥処理（１５０℃）およびＵＶ処理（室温および１５０℃）を行った。
【００５９】
次に、反射陽極２の上に、ＣｕＰｃを分子分散させたポリエステルをスピンコート法により塗布し、膜厚４０ｎｍの第１正孔層１２（屈折率１．５）を形成した。第１正孔層１２は、その全重量を基準として５０質量％の含有量でＣｕＰｃを含んだ。
【００６０】
第１正孔層１２を形成した基板を７室型蒸着装置内に配置し、有機ＥＬ層の成膜を行った。成膜に際して真空槽内圧は１×１０−５Ｐａまで減圧した。蒸発源はそれぞれの層の材料により石英、Ｍｏ、ＢＮ、ＰＢＮ製の抵抗加熱式るつぼを用いた。第２正孔層１３、有機発光層７、電子輸送層８、バッファ層９、陰極１０を真空を破らずに順次成膜した。各有機材料の蒸着レートを、２〜４Å／ｓに設定した。第２正孔層１３として膜厚２０ｎｍのＴＢＰＢを、有機発光層７として膜厚４０ｎｍのＤＰＶＢｉを、電子輸送層８として膜厚２０ｎｍのＡｌｑを蒸着法により積層した。引き続いて、バッファ層９として膜厚５ｎｍのＭｇＡｇを蒸着法により積層した。次に、スパッタリングターゲットとしてＩＺＯ（Ｉｎ２Ｏ３−１０％ＺｎＯ）、スパッタリングガスとしてＡｒを用いたＤＣスパッタ法にて、膜厚３０ｎｍのＩＺＯを積層して、透明陰極１０を得た。
【００６１】
以上のように作製した素子を、大気に暴露せずにグローブボックス（酸素濃度、水分濃度  数ｐｐｍ以下）に移動して、上記積層体が設けられていない部位にゲッター剤を塗布し、該ゲッター剤の外側の基板周縁部に紫外線硬化型接着剤を塗布し、そしてガラス基板を用いてＵＶ封止を行った。
【００６２】
（比較例１）
正孔注入層４および正孔輸送層６の膜厚を１０ｎｍとしたこと、ならびに高屈折率層１１を形成しなかったことを除いて、実施例１と同様にして有機ＥＬ発光素子を形成した。本実施例の素子の各層の膜厚は、干渉を制御して良好な色純度を得るためのものである。
【００６３】
（比較例２）
高屈折率層１１を形成しなかったことを除いて、実施例１と同様にして有機ＥＬ発光素子を形成した。本実施例の素子の各層の膜厚は、良好なキャリアバランスを得るためのものである。
【００６４】
（評価）
実施例１および２、比較例１および２の各有機ＥＬ発光素子に対して、１．０×１０−２Ａ／ｃｍ２の電流密度の電流を流す電圧を印加して発光させ、その際の輝度およびスペクトルを測定した。有機ＥＬ層を構成する層の膜厚を第１表に、各有機ＥＬ発光素子の電流密度および輝度を第２表に、および各有機ＥＬ発光素子の発光スペクトルを図５に示した。なお、図５に示した発光スペクトルは、各素子の発光極大波長における輝度を１．０として規格化されたものである。
【００６５】
【表１】
2005150042.tif 000006
【００６６】
【表２】
2005150042.tif 000007
【００６７】
比較例１の有機ＥＬ発光素子は、実施例１および実施例２の素子と同等の所望される発光スペクトルを与えたが、輝度が著しく低下しており、効率が低下していることが分かる。これは、有機発光層に注入されるキャリアのバランスが崩れているためと考えられる。
【００６８】
一方、比較例２の有機ＥＬ発光素子は、所望の発光スペクトルを与えなかった。これは、干渉の制御が不充分で、短波長側の光成分が外部に放射されなかったためと考えられる。さらに、発光の一部を取り出すことができなかったため、実施例１および実施例２の素子と比較して、若干の輝度（すなわち効率）の低下が起こっている。
【００６９】
比較例の素子に対して、本発明に係る実施例１〜３の有機ＥＬ発光素子は、所望のスペクトルとともに、良好な効率を与えた。これは高屈折率層を設けたことまたは材料の屈折率を調整したことにより、良好なキャリアバランスと干渉の制御を両立することができたためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１の実施形態の有機ＥＬ発光素子を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の有機ＥＬ発光素子を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の有機ＥＬ発光素子を示す概略断面図である。
【図４】本発明のアクティブマトリクス駆動型有機ＥＬ発光素子を示す概略断面図である。
【図５】実施例および比較例の有機ＥＬ発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
【００７１】
１  基板
２  反射陽極
３  透明陽極
４  正孔注入層
５  反射層
６  正孔輸送層
７  有機発光層
８  電子輸送層
９  バッファ層
１０  透明陰極
１１  高屈折率層
１２  第１正孔層
１３  第２正孔層
２１  ＴＦＴ
２２  平坦化絶縁膜
【図１】
2005150042.tif 000011
【図２】
2005150042.tif 000012
【図３】
2005150042.tif 000013
【図４】
2005150042.tif 000014
【図５】
2005150042.tif 000015