(57)【要約】【課題】有機ＥＬ素子の輝度ムラを抑制しつつ、輝度を向上させること。【解決手段】有機ＥＬ素子１は、有機化合物を含む有機層２と、有機層２に正孔を注入する第１電極３と、有機層２を介して第１電極３と対向し、有機層２に電子を注入する第２電極４と、第１電極２が形成される基板５と、有機層２が有する正孔注入層２ＨＩと基板５との間に設けられ、かつ有機化合物を含む層であって、厚さが２ｎｍ以上８ｎｍ以下であって有機層２側の面の表面粗さが６ｎｍ以下である平坦化層６と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一方の表面側に設けられる第１電極と、
有機化合物を含み、前記第１電極の前記基板とは反対側に設けられる有機層と、
前記有機層を介して前記第１電極と対向して設けられる第２電極と、を含み、
前記有機層と前記基板との間には、有機化合物を含む層であって、厚さが２ｎｍ以上８ｎｍ以下の平坦化層が設けられる有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記平坦化層は、前記有機層側の面の表面粗さが６ｎｍ以下である、請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記平坦化層は、正孔注入層の機能を有する材料で形成される、請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
基板と、
前記基板の一方の表面側に設けられる第１電極と、
有機化合物を含み、前記第１電極の前記基板とは反対側に設けられる有機層と、
前記有機層を介して前記第１電極と対向して設けられる第２電極と、を含み、
前記有機層と前記基板との間には、有機化合物を含む層であって、前記有機層側の面の表面粗さが６ｎｍ以下の平坦化層が設けられる有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、平面光源等の用途として、有機ＥＬ（Organic  Electro  Luminescence）素子が注目されている。有機ＥＬ素子は、有機材料の薄膜を２個の電極で挟持し、これらに電圧を印加することで陰極から電子、陽極から正孔を注入して有機材料の薄膜内で再結合させることにより励起子を生成する。そして、励起子からエネルギーを授受した有機材料が発光する。特許文献１には、電極上の異物に起因した２個の電極間の短絡を生じにくくするため、第一電極上の凹凸を平坦化するために所定の温度で加熱される平坦化処理がなされた平坦化層を含む有機ＥＬ素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０５０２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
平坦化層を有する有機ＥＬ素子は、平坦化層の厚さによっては輝度が低下したり、輝度ムラが十分に低減できなかったりする可能性がある。特許文献１には、かかる点については記載も示唆もなく、改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、有機ＥＬ素子の輝度ムラを抑制しつつ、輝度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、基板と、前記基板の一方の表面側に設けられる第１電極と、有機化合物を含み、前記第１電極の前記基板とは反対側に設けられる有機層と、前記有機層を介して前記第１電極と対向して設けられる第２電極と、を含み、前記有機層と前記基板との間には、有機化合物を含む層であって、厚さが２ｎｍ以上８ｎｍ以下の平坦化層が設けられることを特徴とする有機ＥＬ素子である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、有機ＥＬ素子の輝度ムラを抑制しつつ、輝度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る有機ＥＬ素子を示す模式図である。
【図２−１】有機ＥＬ素子を発光させたときの状態を示す図である。
【図２−２】有機ＥＬ素子を発光させたときの状態を示す図である。
【図２−３】有機ＥＬ素子を発光させたときの状態を示す図である。
【図２−４】有機ＥＬ素子を発光させたときの状態を示す図である。
【図２−５】有機ＥＬ素子を発光させたときの状態を示す図である。
【図３】輝度と平坦化層の厚さとの関係を示す図である。
【図４】電力効率と輝度との関係を示す図である。
【図５】表面粗さと平坦化層の厚さとの関係を示すグラフである。
【図６】表面粗さと平坦化層の厚さとの関係を示すグラフである。
【図７】本実施形態の変形例に係る有機ＥＬ素子を示す模式図である。
【図８】本実施形態の変形例に係る有機ＥＬ素子を示す模式図である。
【図９】本実施形態の変形例に係る有機ＥＬ素子を示す模式図である。
【図１０】本実施形態の変形例に係る有機ＥＬ素子を示す模式図である。
【図１１】本実施形態の変形例に係る有機ＥＬ素子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明を実施するための形態（以下、実施形態という）につき図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る有機ＥＬ素子を示す模式図である。有機ＥＬ素子１は、有機層２と、第１電極３と、第２電極４と、基板５と、平坦化層６とを含む。本実施形態において、有機層２は、正孔注入層２ＨＩと、正孔輸送層２ＨＭと、発光層２Ｌと、電子輸送層２ＥＭと、電子注入層２ＥＩとがこの順に積層されている。有機層２は、第１電極３側に正孔注入層２ＨＩが設けされ、第２電極４側に電子注入層２ＥＩが設けされる。
【００１１】
基板５は、例えば、光線透過率の高いガラス又は透光性を有するフィルムである。透光性を有するフィルムを基板５として用いる場合、例えば、ＰＥＴ（Polyethylene  terephthalate）又はＰＥＮ（Polyethylene  naphthalate）等を用いることができる。透光性を有するフィルムを基板５に用いる場合、大気中の水分及び酸素が基板５を透過しないように、例えば窒化シリコン等のバリア膜で基板５の表面を被覆することが好ましい。
【００１２】
第１電極３は、正孔を有機層２に供給する。このように、本実施形態において、第１電極３は、陽極として機能する。第１電極３は、基板５の一方の表面側に設けられる。本実施形態において、第１電極３は、基板５の表面に形成される。有機ＥＬ素子１は、第１電極３とは反対側における基板５の表面から光を出射する。第１電極３は、例えば、ＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide：インジウムスズ酸化物）又はＩＺＯ（Indium  Zinc  Oxide：インジウム亜鉛酸化物）等が用いられる。このような材料を、例えば、スパッタリング法により基板５の表面に略平坦に成膜することで第１電極３が形成される。基板５に透光性を有するフィルムを用いる場合、上述したバリア膜は、第１電極３と基板５の表面との間に形成される。
【００１３】
本実施形態において、平坦化層６は、第１電極３の表面に形成される。平坦化層６は、有機化合物を含む材料の層であり、厚さ及び有機層２側の面（反基板面）６Ｌの表面粗さが所定の大きさになっている。平坦化層６は、例えば、蒸着によって成膜される。平坦化層６の詳細については後述する。
【００１４】
有機層２は、有機化合物を含む層を少なくとも１層有している。有機層２は、第１電極３の基板５とは反対側に設けられる。本実施形態において、有機層２は、平坦化層６の表面に形成される。本実施形態では、有機層２を形成する正孔注入層２ＨＩが、平坦化層６と隣接している。正孔注入層２ＨＩは、第１電極３からの正孔注入効率の低下を抑制する機能を有する。正孔注入層２ＨＩは、高分子では、例えば、ＰＳＳ（ポリスチレンスルフィン酸）がドープされたＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）等が、低分子ではフタロシアニン系のＣｕＰｃ等が用いられる。
【００１５】
正孔輸送層２ＨＭは、正孔注入層２ＨＩの表面に形成される。正孔輸送層２ＨＭは、正孔注入層２ＨＩから注入された正孔を発光層２Ｌに移動させる機能と、発光層２Ｌに移動した電子が正孔輸送層２ＨＭに移動することを阻止する機能とを有する。正孔輸送層２ＨＭは、例えば、α−ＮＰＤ又はトルフェニルアミン誘導体が用いられる。
【００１６】
発光層２Ｌは、正孔輸送層２ＨＭの表面に形成される。発光層２Ｌでは、第１電極３から注入された正孔と、第２電極４から注入された電子とが再結合し、励起子が生成される。そして、励起子からエネルギーを授受した有機材料が発光する。発光層２Ｌには、例えば、アルミニウム錯体又はπ共役ポリマー等が用いられる。
【００１７】
電子輸送層２ＥＭは、発光層２Ｌの表面に形成される。発光層２Ｌは、正孔輸送層２ＨＭと電子輸送層２ＥＭとの間に設けられることになる。電子輸送層２ＥＭは、電子を円滑に発光層２Ｌへ移動させる機能と、発光層２Ｌに移動した正孔が電子輸送層２ＥＭに移動することを阻止する機能とを有する。電子輸送層２ＥＭには、例えば、キノリノールアルミニウム錯体Ａｌｑ３又はオキサジアゾール誘導体等が用いられる。
【００１８】
電子注入層２ＥＩは、電子輸送層２ＥＭの表面に形成される。電子注入層２ＥＩは、第２電極４からの電子注入効率の低下を抑制する機能を有する。電子注入層２ＥＩは、例えば、第２電極４の界面に、Ｌｉ又はＣｓ等のアルカリ金属をドープすることにより形成された層である。
【００１９】
上述した正孔注入層２ＨＩ、正孔輸送層２ＨＭ、発光層２Ｌ、電子輸送層２ＥＭ及び電子注入層２ＥＩは、例えば、真空蒸着法により略平坦に成膜される。
【００２０】
第２電極４は、有機層２の表面に形成されて、有機層２を介して第１電極３と対向している。第２電極４は、有機層２に電子を供給する。このように、本実施形態において、第２電極４は、陰極として機能する。第２電極４は、電子を有機層２へ注入しやすいように低仕事関数の物質であること及び発光層２Ｌが発光したときに効率よく光線を放射するために反射する物質であることが望ましい。このような観点から、第２電極４には、アルカリ土類金属又はアルカリ金属が用いられる。例えば、フッ化リチウムを有機層２の表面に真空蒸着法により略平坦に成膜した後、アルミニウムを真空蒸着法により略平坦に成膜した積層電極が第２電極４として用いられる。
【００２１】
第１電極３、有機層２及び第２電極４を外気の水分及び酸素の暴露から守り、気密に封止するために、有機ＥＬ素子１は、封止層で覆われていてもよい。封止層は特に図示しないが、例えば、ガラス又はステンレス等の封止部材を用いることができる。次に、平坦化層６について、より詳細に説明する。
【００２２】
平坦化層６は、第１電極３の表面に設けられることにより、第１電極３の表面粗さを低減する。その結果、平坦化層６は、有機ＥＬ素子１の輝度ムラを抑制することができる。平坦化層６は、厚さを２ｎｍ以上とすることにより、有機ＥＬ素子１の輝度ムラを効果的に抑制することができる。また、平坦化層６は、厚さを２ｎｍ以上８ｎｍ、好ましくは３ｎｍ以上７ｎｍ以下とすることにより、有機ＥＬ素子１の輝度ムラを抑制しつつ、有機ＥＬ素子１の輝度を向上させることができる。さらに、平坦化層６は、厚さを５ｎｍ以上７ｎｍ以下とすることにより、低電圧化による電力効率の向上を実現することもできる。本実施形態において、厚さとは、平坦化層６が形成された後であって、第１電極３と有機層２と第２電極４との積層方向における寸法である。
【００２３】
平坦化層６は、反基板面６Ｌの粗さが６ｎｍ以下であることが好ましい。このような範囲であれば、有機ＥＬ素子１の輝度ムラを抑制しつつ、有機ＥＬ素子１の輝度を向上させることができる。また、本実施形態において、平坦化層６は、有機系の材料を蒸着（本実施形態では真空蒸着）することによって成膜されるが、蒸着は、水分を含まないため、ダークスポットの発生も抑制できる。
【００２４】
平坦化層６は、有機化合物を含み、かつ正孔注入層の機能を有する材料で形成される。平坦化層６に使用することのできる材料としては、例えば、ＰＳＳ（ポリスチレンスルフィン酸）がドープされたＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）、フタロシアニン系のＣｕＰｃ等があるが、これに限定されるものではない。
【００２５】
（評価例）
この評価例においては、平坦化層６の有無及び平坦化層６の厚さによる輝度ムラ、輝度の値及び電力効率を評価した。また、有機層側における平坦化層６の面の表面粗さを評価した。評価には、平坦化層６を有さない有機ＥＬ素子と、図１に示すような第１電極３と正孔注入層２ＨＩとの間に平坦化層６を設けた有機ＥＬ素子とを用いた。平坦化層６は、ＬＧ１０１（ＬＧケミカル社製）を用いた。平坦化層６の厚さは０ｎｍ（平坦化層６がないもの）から９ｎｍの間で変化させた。平坦化層６の厚さ及び表面粗さは、レーザを用いた非接触光学式薄膜計測システム（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社製ＦｉｌｍＴｅｋ）を用いて計測した。
【００２６】
図２−１から図２−５は、有機ＥＬ素子を発光させたときの状態を示す図である。輝度ムラは、テスターによる官能評価によって評価した。図２−１は、輝度ムラが認識できない例であり、図２−２から図２−５は、輝度ムラが目立つ例である。表１に、輝度ムラの評価結果を示す。表１の○は輝度ムラが認識できない、△は輝度ムラが発生している、×は輝度ムラが目立つことを示す。この結果から分かるように、平坦化層６の厚さが２ｎｍ以上であれば、輝度ムラは認識できなくなることが分かる。次に、平坦化層６の厚さが輝度に与える影響を説明する。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
図３は、輝度と平坦化層の厚さとの関係を示す図である。この評価例においては、平坦化層６の厚さを変化させた場合における有機ＥＬ素子の輝度を計測した。輝度は、二次元色彩輝度計（コニカミノルタ社製ＣＡ−２０００）を用いて計測した。この評価において、輝度は、第１電極３と第２電極４との間に印加する電圧を３段階に変化させて計測した。図６から分かるように、平坦化層６の厚さ（膜厚）が大きくなるにしたがって、輝度も大きくなるが、平坦化層６の厚さが５ｎｍ程度で輝度は最大となり、その後は膜厚の増加とともに輝度は小さくなる。
【００２９】
平坦化層６を設けることにより、有機ＥＬ素子の輝度は、平坦化層６を設けない場合よりも高くなる。平坦化層６の厚さが９ｎｍ程度になると、有機ＥＬ素子の輝度は、平坦化層６を設けない場合よりも高くなる場合がある。この結果から、有機ＥＬ素子の輝度を向上させるためには、平坦化層６の厚さは１ｎｍ以上８ｎｍ以下であることが好ましい。輝度ムラ及び輝度の評価結果から、有機ＥＬ素子の輝度ムラを抑制しつつ、輝度を向上させるためには、平坦化層６の厚さを２ｎｍ以上８ｎｍ以下とすることが好ましい。次に、平坦化層の厚さが電力効率に与える影響を評価した結果を説明する。
【００３０】
図４は、電力効率と輝度との関係を示す図である。電力効率は、上述した輝度の計測結果から、印加電圧を電力に変換して求めた。図８の結果から、平坦化層６の厚さが５ｎｍ以上７ｎｍ以下の範囲であれば、電力効率は、平坦化層６を設けない場合よりも向上することが分かる。次に、平坦化層の厚さが表面粗さに与える影響の評価結果を説明する。
【００３１】
図５は、表面粗さと平坦化層の厚さとの関係を示すグラフである。同図は、ＩＴＯ（第１電極３）の表面粗さと、ＩＴＯの表面に正孔注入層２ＨＩを設けた場合における正孔注入層２ＨＩの表面粗さと、ＩＴＯの表面に平坦化層６を設けた場合における平坦化層６の表面粗さと、ＩＴＯの表面に平坦化層６を介して正孔注入層２ＨＩを設けた場合における正孔注入層２ＨＩの表面粗さとを示している。図６は、表面粗さと平坦化層の厚さとの関係を示すグラフである。同図は、ＩＴＯ（第１電極３）の表面粗さと、ＩＴＯの表面に平坦化層６を設けた場合における平坦化層６の表面粗さとを示している。平坦化層６の厚さは２水準としている。図５、図６の横軸は、表面粗さの測定数を示している。平坦化層６は、厚さが１水準である。図５、図６に示す表面粗さは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−２００１に規定される算術平均粗さである。
【００３２】
図５の結果から、ＩＴＯの表面粗さ及び正孔注入層２ＨＩの表面粗さは、平坦化層６を設けると、平坦化層６を設けない場合と比較して、いずれも表面粗さは小さくなっていることが分かる。有機ＥＬ素子は、平坦化層６の厚さが５ｎｍである場合、上述したように、輝度ムラ、輝度及び電力効率は、平坦化層６を有しない場合よりも改善されている。平坦化層６が５ｎｍである場合の表面粗さは６ｎｍである。したがって、平坦化層６の表面粗さ、より具体的には、図１に示す平坦化層６の反基板面６Ｌの表面粗さが６ｎｍ以下であれば、平坦化層６を有する有機ＥＬ素子の輝度ムラを低減し、かつ輝度及び電力効率を向上させることができると考えられる。
【００３３】
平坦化層６の表面粗さが小さい程、輝度ムラの低減と輝度及び電力効率の向上とに効果があると考えられる。図６に示す評価結果から、平坦化層６の厚さを大きくする程、平坦化層６の表面粗さは０に近くなる。しかし、平坦化層６の厚さを大きくすると、輝度の低下を招く可能性が高くなる。このため、平坦化層６の厚さは８ｎｍ程度が上限であり、そのときの平坦化層６の表面粗さは１ｎｍ程度と推定される。したがって、平坦化層６の厚さから平坦化層６の反基板面６Ｌの表面粗さが規定され、その大きさは１ｎｍ以上になると考えられる。
【００３４】
（変形例）
図７から図１１は、本実施形態の変形例に係る有機ＥＬ素子を示す模式図である。図７に示す有機ＥＬ素子１ａは、図１に示す有機ＥＬ素子１と同様の有機層２を有している。有機ＥＬ素子１ａは、基板５の表面に平坦化層６が形成されている。すなわち、有機ＥＬ素子１ａにおいて、平坦化層６は、基板５と有機層２との間に、第１電極３を介して設けられる。
【００３５】
図８に示す有機ＥＬ素子１ｂは、有機ＥＬ素子１ｂは、基板３の表面に、第１電極３、平坦化層６、電子注入層２ＥＩ、電子輸送層２ＥＭ、発光層２Ｌ正孔輸送層２ＨＭ、正孔注入層２ＨＩ、第２電極の順にそれぞれの層が積層されている。電子注入層２ＥＩ、電子輸送層２ＥＭ、発光層２Ｌ正孔輸送層２ＨＭ、正孔注入層２ＨＩは、有機層２である。この有機ＥＬ素子１ｂは、第１電極３が電子注入層２ＥＩに電子を注入する陰極として機能し、第２電極４が正孔注入層２ＨＩに正孔を注入する陽極として機能する。この例において、平坦化層６は、第１電極３と電子注入層２ＥＩとの間に設けられるが、基板５と第１電極との間に設けられていてもよい。
【００３６】
図９に示す有機ＥＬ素子１ｃは、有機層２として発光層２Ｌのみを有し、第１電極３と第２電極４との間に発光層２Ｌが設けられている。有機ＥＬ素子１ｃは、基板５の表面に形成された第１電極３の表面に、平坦化層６が設けられる。すなわち、有機ＥＬ素子１ｃにおいて、平坦化層６は、第１電極３と発光層２Ｌ（有機層２）との間に設けられる。
【００３７】
図１０に示す有機ＥＬ素子１ｄは、有機層２として発光層２Ｌと正孔輸送層２ＨＭとを有し、第１電極３と第２電極４との間に有機層２が設けられている。有機ＥＬ素子１ｄは、基板５の表面に形成された第１電極３の表面に、平坦化層６が設けられる。すなわち、有機ＥＬ素子１ｄにおいて、平坦化層６は、第１電極３と正孔輸送層２ＨＭ（有機層２）との間に設けられる。
【００３８】
図１１に示す有機ＥＬ素子１ｅは、有機層２として電子輸送層２ＥＭと発光層２Ｌと正孔輸送層２ＨＭとを有し、第１電極３と第２電極４との間に有機層２が設けられている。有機ＥＬ素子１ｅは、基板５の表面に形成された第１電極３の表面に、平坦化層６が設けられる。すなわち、有機ＥＬ素子１ｅにおいて、平坦化層６は、第１電極３と正孔輸送層２ＨＭ（有機層２）との間に設けられる。このように、本実施形態及びその変形例においては、平坦化層６は、基板５と有機層２との間に設けられていればよい。
【００３９】
図１に示す有機ＥＬ素子１、図７に示す有機ＥＬ素子１ａのように、有機層２が正孔注入層２ＨＩ及び正孔輸送層２ＨＭを有する場合、平坦化層６は、正孔注入層２ＨＩよりも基板５側に設けることが好ましい。また、図８に示す有機ＥＬ素子１ｂのように、有機層２が電子注入層２ＥＩ及び電子輸送層２ＥＭを有する場合、平坦化層６は、電子注入層２ＥＩよりも基板５側に設けることが好ましい。このようにすることで、有機ＥＬ素子１、１ａ、１ｂは、輝度ムラがより効果的に抑制される。
【００４０】
スパッタリング法によって第１電極３を形成する場合、図１に示す有機ＥＬ素子１のように、平坦化層６は、第１電極３の表面に設け、第１電極３と正孔注入層２ＨＩとの間に設けることが好ましい。図８に示す有機ＥＬ素子１ｂの場合、平坦化層６は、第１電極３の表面に設け、第１電極３と電子注入層２ＥＩとの間に設けることが好ましい。このようにすることで、スパッタリングが平坦化層６に影響を与えることを回避できるので、平坦化層６の品質低下を回避して、輝度ムラを効果的に抑制できる。
【００４１】
以上、本実施形態について説明したが、上述した内容により本実施形態が限定されるものではない。上述した本実施形態の構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、上述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００４２】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ  有機ＥＬ素子
２  有機層
２ＥＩ  電子注入層
２ＥＭ  電子輸送層
２ＨＩ  正孔注入層
２ＨＭ  正孔輸送層
２Ｌ  発光層
３  第１電極
４  第２電極
５  基板
６  平坦化層
６Ｌ  反基板面
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図２−１】
2013197463.tif 000014
【図２−２】
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【図２−３】
2013197463.tif 000016
【図２−４】
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【図２−５】
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