(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光透過性基板上に設けられた透明な第１の電極及び第２の電極に挟持された１層もしくは複数層の有機薄膜層よりなる有機エレクトロルミネッセンス素子と、
前記第１の光透過性基板が前記有機エレクトロルミネッセンス素子から放射される光を反射する反射手段と、を少なくとも備え、
前記反射手段は、前記有機エレクトロルミネッセンス素子を１画素として複数画素を備えたとき、隣接する画素領域への各画素から放射される光の進入を阻止し、
前記第１の光透過性基板は、１．６５以上の屈折率を有し、
前記反射手段の反射面と、前記第１の光透過性基板面とに共に垂直な面で切断した断面において、１つの前記有機エレクトロルミネッセンス素子を囲む反射手段の内、対向している反射手段の中心どうしの距離Ｄと、該対向している反射手段の該有機エレクトロルミネッセンス素子側の反射面の間隔ｄとをｔ＝ｄ／Ｄとして、
前記第１の光透過性基板の前記第１の電極との接触面からみた前記反射手段の高さが、前記第１の光透過性基板の前記第１の電極との接触面から前記光が空気中へ輻射される面までの距離の４ｔ／（１＋３ｔ）倍以上であることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
第１の光透過性基板上に設けられた透明な第１の電極及び第２の電極に挟持された１層もしくは複数層の有機薄膜層よりなる有機エレクトロルミネッセンス素子と、
前記第１の光透過性基板が前記有機エレクトロルミネッセンス素子から放射される光を反射する反射手段と、を少なくとも備え、
前記反射手段は、前記有機エレクトロルミネッセンス素子を１画素として複数画素を備えたとき、隣接する画素領域への各画素から放射される光の進入を阻止し、
前記第１の光透過性基板は、発光層の屈折率よりも大きな屈折率を有し、
前記反射手段の反射面と、前記第１の光透過性基板面とに共に垂直な面で切断した断面において、１つの前記有機エレクトロルミネッセンス素子を囲む反射手段の内、対向している反射手段の中心どうしの距離Ｄと、該対向している反射手段の該有機エレクトロルミネッセンス素子側の反射面の間隔ｄとをｔ＝ｄ／Ｄとして、
前記第１の光透過性基板の前記第１の電極との接触面からみた前記反射手段の高さが、前記第１の光透過性基板の前記第１の電極との接触面から前記光が空気中へ輻射される面までの距離の４ｔ／（１＋３ｔ）倍以上であることを特徴とする発光素子。
【請求項３】
前記第１の光透過性基板の前記第１の電極と接する面の反対側の面に、前記有機エレクトロルミネッセンス素子から放射される光を拡散させる手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記第１の光透過性基板に、１．６５以上の屈折率を有し、かつ前記第１の電極と接する面の反対側の面に、前記有機エレクトロルミネッセンス素子から放射される光を拡散させる手段を有する第２の光透過性基板をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
前記第１の光透過性基板に、前記発光層の屈折率よりも大きな屈折率を有し、かつ前記第１の電極と接する面の反対側の面に、前記有機エレクトロルミネッセンスから放射される光を拡散させる手段を有する第２の光透過性基板をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
【請求項６】
前記第２の光透過性基板の屈折率は、前記第１の光透過性基板の屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項４又は５に記載の発光素子。
【請求項７】
前記第１の光透過性基板及び前記第２の光透過性基板は、樹脂よりなることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項８】
前記第１の光透過性基板と前記第２の光透過性基板との間にガスバリア層を有することを特徴とする請求項７に記載の発光素子。
【請求項９】
前記ガスバリア層は、水蒸気及び／又は酸素に対してバリア性を有することを特徴とする請求項８に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記ガスバリア層と前記第１の光透過性基板との間に１．６５以上の屈折率を有するか、もしくは前記発光層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第３の光透過性基板を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記反射手段は、前記第１の光透過性基板に埋め込まれた金属よりなることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記埋め込まれた金属は、補助電極としての機能を有することを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記埋め込まれた金属は、仕事関数が４．３ｅＶ以下の金属であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の発光素子。
【請求項１４】
同一方向へ配置された複数の第１の配線と、
前記第１の配線と直交する複数の第２の配線と、
前記第１の配線と前記第２の配線とによりマトリクス状に形成された画素領域に対応して配置された請求項１〜１３のいずれか１項に記載の発光素子と、
前記第１の配線と前記第２の配線とを制御する電圧制御回路と、
前記発光素子に駆動電流を供給する共通給電線と、を備え、
前記各画素は、画像信号がゲート電極に印加され、前記共通給電線と前記有機エレクトルミネッセンスとの導通を制御する薄膜トランジスタを有することを特徴とする表示装置。
【請求項１５】
前記発光素子の反射手段は、くし型の金属板を複数配列して形成し、該くし型の金属板の各々が補助電極として機能することを特徴とする請求項１４に記載の表示装置。
【請求項１６】
前記発光素子の反射手段は、貫通した穴を有する金属板を複数配列して形成し、該貫通した穴を有する金属板の各々が補助電極として機能することを特徴とする請求項１４に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子からの発光を用い、隣接する有機エレクトロルミネッセンス素子からの発光が互いに混合される事が無く、光の取り出し効率に優れた発光素子、および表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子は、電界を印加することにより、陽極より注入された正孔と陰極より注入された電子との再結合エネルギーにより、蛍光性物質が発光する原理を利用した自発光素子である。イーストマン・コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによって積層型素子による低電圧駆動有機ＥＬ素子の報告（C.W.Tang, S.A.VanSlyke, Applied Physics Letters ，５１巻，９１３頁、１９８７年など）がなされて以来、有機材料を構成材料とする有機ＥＬ素子に関する研究が盛んに行われている。
【０００３】
上記報告は、トリス（８−ヒドロキシキノリノールアルミニウム）を発光層に、トリフェニルジアミン誘導体を正孔輸送層に用いた有機ＥＬ素子をガラス基板上に作成している。積層構造の利点としては、発光層への正孔の注入効率を高めること、陰極より注入された電子をブロックして再結合により生成する励起子の生成効率を高めること、発光層内で生成した励起子を閉じこめることなどが挙げられる。
【０００４】
この例のように有機ＥＬ素子の素子構造としては、正孔輸送（注入）層、電子輸送性発光層の２層型、又は正孔輸送（注入）層、発光層、電子輸送（注入）層の３層型等がよく知られている。こうした積層型構造素子では、注入された正孔と電子との再結合効率を高めるため、素子構造や形成方法の工夫がなされている。
【０００５】
また有機ＥＬ素子に於いては、キャリア再結合の際にスピン統計の依存性より一重項生成の確率に制限があり、したがって発光確率に上限が生じる。この上限の値は、凡そ２５％と知られている。
【０００６】
更に有機ＥＬ素子に於いては、その発光体の屈折率の影響のため、臨界角以上の出射角の光は、全反射を起こし外部に取り出すことができない。このため発光体の屈折率が１．６であるとすると、発光量全体の２０％程度しか有効に利用できず、エネルギーの変換効率の限界としては一重項生成確率を併せ全体で５％程度と低効率とならざるをえない（筒井哲夫「有機エレクトロルミネッセンスの現状と動向」、月刊ディスプレイ、ｖｏｌ．１、Ｎｏ．３、ｐ１１、１９９５年９月）。発光確率に強い制限の生じる有機ＥＬ素子に於いては、光の取り出し効率は致命的ともいえる効率の低下を招くことになる。
【０００７】
光の取り出し効率を向上させる手法としては、従来無機ＥＬ素子などの、同等な構造を持つ発光素子に於いて検討されてきた。例えば、特開昭６３−３１４７９５号公報に開示された基板に集光性を持たせることで効率を向上させる方法は、発光面積の大きな素子に対しては有効である。しかしながら、ドットマトリクスディスプレイ等の画素面積の微小な素子に於いては、集光性を持たせるレンズの形成加工が困難である。
【０００８】
また、特開昭６２−１７２６９１号公報に開示された基板ガラスと発光体との間に中間の屈折率を持つ平坦層を導入し、反射防止膜を形成する方法は、前方への光の取り出し効率を改善する効果がある。しかしながら、全反射を防ぐことはできない。したがって、屈折率の大きな無機ＥＬに対しては有効であっても、比較的低屈折率の発光体である有機ＥＬ素子に対しては大きな改善効果を生まない。
【０００９】
また、特開２０００−３２３２７２号公報は、基板の有機ＥＬ素子と接しない面における全反射を低減させるために、この面に光を拡散させる機能を持たせる手法を開示している。しかしながら、この技術も、従来用いられているガラス基板では有機ＥＬ素子とガラス基板との間の界面において全反射される光の割合が大きいために、その効果は小さい。また、こうした光拡散機能を有する基板を用いて、有機ＥＬ素子を複数並べた発光素子を作製した場合、有機ＥＬ素子から発せられた光が隣接する画素領域へ到達するために、本来非発光画素であるはずの画素から光が観測される光もれの問題が生じる。
【００１０】
この光もれを解決するために、特開平１１−８０７０号公報は、基板と有機ＥＬ素子との間に、ブラックマスクと光拡散層とを設ける手法を開示している。しかしながら、この場合ブラックマスクによって光の一部が吸収されてしまうため、光取り出し効率がさらに低下するという問題点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、有機ＥＬ素子を用いた発光素子の光もれ防止と光の取り出し効率の改善方法は未だ不十分である。特に、特開平１１−８０７０号公報は、光もれを防止するために、懸案であった光の取り出し効率を犠牲にする結果となっている。したがって、これら両方の要請を満足する技術が望まれる。そして、この技術の開拓が有機ＥＬ素子の実用化に不可欠である。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、有機ＥＬ素子を用いた発光素子の光もれ防止と光の取り出し効率とを改善し、高性能な発光素子、および表示装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、第１の光透過性基板上に設けられた透明な第１の電極及び第２の電極に挟持された１層もしくは複数層の有機薄膜層よりなる有機エレクトロルミネッセンス素子と、第１の光透過性基板が有機エレクトロルミネッセンス素子から放射される光を反射する反射手段と、を少なくとも備え、反射手段は、有機エレクトロルミネッセンス素子を１画素として複数画素を備えたとき、隣接する画素領域への各画素から放射される光の進入を阻止し、第１の光透過性基板は、１．６５以上の屈折率を有することを特徴としている。
【００１４】
請求項２記載の発明は、第１の光透過性基板上に設けられた透明な第１の電極及び第２の電極に挟持された１層もしくは複数層の有機薄膜層よりなる有機エレクトロルミネッセンス素子と、第１の光透過性基板が有機エレクトロルミネッセンス素子から放射される光を反射する反射手段と、を少なくとも備え、反射手段は、有機エレクトロルミネッセンス素子を１画素として複数画素を備えたとき、隣接する画素領域への各画素から放射される光の進入を阻止し、第１の光透過性基板は、発光層の屈折率よりも大きな屈折率を有することを特徴としている。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、第１の光透過性基板の第１の電極と接する面の反対側の面に、有機エレクトロルミネッセンス素子から放射される光を拡散させる手段を備えたことを特徴としている。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１に記載の発明において、第１の光透過性基板に、１．６５以上の屈折率を有し、かつ第１の電極と接する面の反対側の面に、有機エレクトロルミネッセンス素子から放射される光を拡散させる手段を有する第２の光透過性基板をさらに備えたことを特徴としている。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項２に記載の発明において、第１の光透過性基板に、発光層の屈折率よりも大きな屈折率を有し、かつ第１の電極と接する面の反対側の面に、有機エレクトロルミネッセンスから放射される光を拡散させる手段を有する第２の光透過性基板をさらに備えたことを特徴としている。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項４又は５に記載の発明において、第２の光透過性基板の屈折率は、第１の光透過性基板の屈折率よりも大きいことを特徴としている。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項４から６のいずれか１項に記載の発明において、第１の光透過性基板及び第２の光透過性基板は、樹脂よりなることを特徴としている。
【００２０】
請求項８記載の発明は、請求項７に記載の発明において、第１の光透過性基板と第２の光透過性基板との間にガスバリア層を有することを特徴としている。
【００２１】
請求項９記載の発明は、請求項８に記載の発明において、ガスバリア層は、水蒸気及び／又は酸素に対してバリア性を有することを特徴としている。
【００２２】
請求項１０記載の発明は、請求項８又は９に記載の発明において、ガスバリア層と第１の光透過性基板との間に１．６５以上の屈折率を有するか、もしくは発光層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第３の光透過性基板を有することを特徴としている。
【００２３】
請求項１１記載の発明は、請求項１から１０のいずれか１項に記載の発明において、反射手段の反射面と、第１の光透過性基板面とに共に垂直な面で切断した断面において、１つの有機エレクトロルミネッセンス素子を囲む反射手段の内、対向している反射手段の中心どうしの距離Ｄと、対向している反射手段の有機エレクトロルミネッセンス素子側の反射面の間隔ｄとをｔ＝ｄ／Ｄとして、第１の光透過性基板の第１の電極との接触面からみた反射手段の高さが、第１の光透過性基板の第１の電極との接触面から光が空気中へ輻射される面までの距離の４ｔ／（１＋３ｔ）倍以上であることを特徴としている。
【００２４】
請求項１２記載の発明は、請求項１から１１のいずれか１項に記載の発明において、反射手段は、第１の光透過性基板に埋め込まれた金属よりなることを特徴としている。
【００２５】
請求項１３記載の発明は、請求項１２に記載の発明において、埋め込まれた金属は、補助電極としての機能を有することを特徴としている。
【００２６】
請求項１４記載の発明は、請求項１２又は１３に記載の発明において、埋め込まれた金属は、仕事関数が４．３ｅＶ以下の金属であることを特徴としている。
【００２７】
請求項１５記載の発明は、光透過性基板上に設けられた透明な第１の電極及び第２の電極に挟持された１層もしくは複数層の有機薄膜層よりなる有機エレクトロルミネッセンス素子を備え、光透過性基板は、１．６５以上の屈折率を有し、かつ光透過性基板の第１の電極と接する面の反対側の面に、有機エレクトロルミネッセンス素子から放射される光を拡散させる手段を備えたことを特徴としている。
【００２８】
請求項１６記載の発明は、光透過性基板上に設けられた透明な第１の電極及び第２の電極に挟持された１層もしくは複数層の有機薄膜層よりなる有機エレクトロルミネッセンス素子を備え、光透過性基板は、発光層の屈折率よりも大きな屈折率を有し、かつ光透過性基板の第１の電極と接する面の反対側の面に、有機エレクトロルミネッセンス素子から放射される光を拡散させる手段を備えたことを特徴としている。
【００２９】
請求項１７記載の発明は、同一方向へ配置された複数の第１の配線と、第１の配線と直交する複数の第２の配線と、第１の配線と第２の配線とによりマトリクス状に形成された画素領域に対応して配置された請求項１〜１６に記載の発光素子と、第１の配線と第２の配線とを制御する電圧制御回路と、発光素子に駆動電流を供給する共通給電線と、を備え、各画素は、画像信号がゲート電極に印加され、共通給電線と有機エレクトルミネッセンスとの導通を制御する薄膜トランジスタを有することを特徴としている。
【００３０】
請求項１８記載の発明は、請求項１７に記載の発明において、発光素子の反射手段は、くし型の金属板を複数配列して形成し、くし型の金属板の各々が補助電極として機能することを特徴としている。
【００３１】
請求項１９記載の発明は、請求項１７に記載の発明において、発光素子の反射手段は、貫通した穴を有する金属板を複数配列して形成し、貫通した穴を有する金属板の各々が補助電極として機能することを特徴としている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の原理を説明する。有機ＥＬ素子を用いた発光素子において、光透過性基板として有機ＥＬ素子の発光層の屈折率よりも大きな屈折率かあるいは１．６５よりも大きな屈折率を有する基板を用いる。それと共に、上記光透過性基板が有機ＥＬ素子から放射される光が隣接する画素領域に到達しないよう反射する手段を備える。これにより、光もれが抑制された発光素子が得られる事を見出した。
【００３３】
また、有機ＥＬ素子を用いた発光素子において、光透過性基板として有機ＥＬ素子の発光層の屈折率よりも大きな屈折率かあるいは１．６５よりも大きな屈折率を有する基板を用いる。それと共に、光が空気中へ放射される面に光を拡散させる機能をもたせる。これにより、光もれが抑制され、かつ光取り出し効率の改善された発光素子が得られる事を見出した。
【００３４】
従来の有機ＥＬ素子に於いては、発光層から発せられた光が有機ＥＬ素子−基板界面、基板−空気界面の２つの界面での損失により、発光層から発せられた光のおよそ２割しか有効に取り出せない。光透過性基板として発光層の屈折率よりも大きな屈折率かあるいは１．６５よりも大きな屈折率を有する基板を用いると、有機ＥＬ素子−基板界面で損失する光の割合を低減することができる。ただ、これだけでは同時に基板−空気界面で損失する光の割合が増え、全体としては光の取り出し効率は変化しない。
【００３５】
しかしながら、この基板の基板−空気界面に光を拡散させる機能をもたせる事により、界面で光が種々の方向へ出射、反射するために基板から空気中へ出射されない光の割合が低下し、有機ＥＬ素子−基板界面での損失低減と相まって、光取り出し効率は大きく改善される。
【００３６】
ただし、屈折率が１．６５よりも小さい、あるいは発光層の屈折率よりも小さい基板に対し光を拡散させる機能を付加しただけでは、有機ＥＬ素子内に閉じ込められる光の割合が非常に大きいため、光の取り出し効率の向上効果は無いに等しく、他の要因により取り出しの効率は逆に低下することになる。
【００３７】
さらに、光を隣接する画素領域に到達しないよう反射する手段を設けることにより、光もれが改善される。蓋し、反射手段が無い場合に隣接する画素領域へ到達する角度で射出されていた光は、放出元となった有機ＥＬ素子が存在する画素領域内に反射されるため光の損失は少ない。
【００３８】
上述したように、光もれを効果的に抑制するには、反射手段により１回反射された光が隣接する画素領域へ到達しない事が望ましい。反射手段の反射面と光透過性基板面とに共に垂直な面で切断した断面（図１）において、１つの有機ＥＬ素子を囲む反射手段の中心どうしの距離Ｄと、同一有機ＥＬ素子側に配置される２つの反射面の間隔ｄとが、ｔ＝ｄ／Ｄの関係にあるとする。そして、光透過性基板の第１の電極との接触面から測った上記反射手段の高さをｈ、光透過性基板の第１の電極との接触面から光が空気中へ出射される面までの距離をＨとすると、光の基板面方向の光路長とＤ、ｄとの関係から、下記に示す式１が成り立つ。
【００３９】
【数１】
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【００４０】
ｈは、Ｈの４ｔ／（１＋３ｔ）倍以上である事が望ましい事がわかる。
【００４１】
また、高い屈折率を有する基板部分から空気中へ光が射出される面が通常の平坦な面の場合、空気との屈折率差から全反射が起こるために、結果として基板の外への光の取り出し効率は向上しない。これに対し、この面に光を拡散させる機能をもたせる事により種々の角度で光が射出、反射を繰り返すため基板の外へ取り出される光の割合が増加する。上述したように、高い屈折率を有する基板内への有機ＥＬ素子から入射する光の割合は、従来の屈折率の低い基板を用いた場合と比べて増加しているため、全体として光の取り出し効率は大きく向上する。
【００４２】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４３】
本発明における発光素子の素子構造は、第１の電極、第２の電極の両電極間に少なくとも発光層を含む１層あるいは複数層の有機層を有する構造でありさえすればよく、特にその構造に制約を受けない。第１の電極、第２の電極は、いずれかが陽極、他方が陰極の役割を果たす。第１の電極が陽極、第２の電極が陰極である場合、有機ＥＬ素子の構造例を図２〜図５に示す。
【００４４】
図２に示す発光素子は、下から順に光透過性基板１、第１の電極（陽極）２、発光層４、第２の電極（陰極）６が積層される。図３に示す発光素子は、下から順に光透過性基板１、第１の電極２、正孔輸送層３、発光層４、電子輸送層５、第２の電極６が積層される。図４に示す発光素子は、下から順に光透過性基板１、第１の電極２、正孔輸送層３、発光層４、第２の電極６が積層される。図５に示す発光素子は、下から順に光透過性基板１、第１の電極２、発光層４、電子輸送層５、第２の電極６が積層される。
【００４５】
また、これらの有機層間及び有機層電極間に電荷注入特性の向上や絶縁破壊を抑制あるいは発光効率を向上させる目的で、弗化リチウム、弗化マグネシウム、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等の無機の誘電体、絶縁体からなる薄膜層、あるいは有機層と電極材料又は金属との混合層、あるいはポリアニリン、ポリアセチレン誘導体、ポリジアセチレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体等の有機高分子薄膜を挿入しても構わない。
【００４６】
本発明に用いられる発光材料としては特に限定されず、通常発光材料として使用されている化合物であれば何を使用してもよい。
【００４７】
【化１】
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【００４８】
【化２】
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【００４９】
【化３】
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【００５０】
【化４】
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【００５１】
【化５】
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【００５２】
例えば、上記したトリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）［化１］、ビスジフェニルビニルビフェニル（ＢＤＰＶＢｉ）［化２］、１，３−ビス（ｐ−ｔ−ブチルフェニル−１，３，４−オキサジアゾールイル）フェニル（ＯＸＤ−７）［化３］、Ｎ，Ｎ' −ビス（２，５−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ペリレンテトラカルボン酸ジイミド（ＢＰＰＣ）［化４］、１，４ビス（Ｎ−ｐ−トリル−Ｎ−４−（４−メチルスチリル）フェニルアミノ）ナフタレン［化５］等の低分子発光材料の他、ポリフェニレンビニレン系ポリマーなどの高分子系発光材料も使用可能である。
【００５３】
また、電荷輸送材料に蛍光材料をドープした層を発光材料として用いることもできる。
【００５４】
【化６】
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【００５５】
【化７】
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【００５６】
【化８】
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【００５７】
【化９】
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【００５８】
【化１０】
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【００５９】
【化１１】
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【００６０】
【化１２】
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【００６１】
例えば、上記のＡｌｑ３［化１］などのキノリノール金属錯体に、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）［化６］、２，３−キナクリドン［化７］などのキナクリドン誘導体、３−（２' −ベンゾチアゾール）−７−ジエチルアミノクマリン［化８］などのクマリン誘導体をドープした層、あるいは電子輸送材料ビス（２−メチル−８−ヒドロキシキノリン）−４−フェニルフェノール−アルミニウム錯体［化９］にペリレン［化１０］等の縮合多環芳香族をドープした層、あるいは正孔輸送材料４，４' −ビス（ｍ−トリルフェニルアミノ）ビフェニル（ＴＰＤ）［化１１］に、ルブレン［化１２］等をドープした層等を用いることができる。
【００６２】
本発明に用いられる正孔輸送材料は特に限定されず、通常正孔輸送材料として使用されている化合物であれば何を使用してもよい。
【００６３】
【化１３】
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【００６４】
【化１４】
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【００６５】
【化１５】
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【００６６】
【化１６】
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【００６７】
【化１７】
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【００６８】
例えば、ビス（ジ（ｐ−トリル）アミノフェニル）−１，１−シクロヘキサン［化１３］、ＴＰＤ［化１１］、Ｎ，Ｎ' −ジフェニル−Ｎ−Ｎ−ビス（１−ナフチル）−１，１' −ビフェニル）−４，４' −ジアミン（ＮＰＢ）［化１４］等のトリフェニルジアミン類や、スターバースト型分子（［化１５］〜［化１７］等）等が挙げられる。
【００６９】
本発明に用いられる電子輸送材料は特に限定されず、通常電子輸送材として使用されている化合物であれば何を使用してもよい。
【００７０】
【化１８】
0004302914.tif 000020
【００７１】
【化１９】
0004302914.tif 000021
【００７２】
【化２０】
0004302914.tif 000022
【００７３】
【化２１】
0004302914.tif 000023
【００７４】
【化２２】
0004302914.tif 000024
【００７５】
【化２３】
0004302914.tif 000025
【００７６】
【化２４】
0004302914.tif 000026
【００７７】
例えば、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（Ｂｕ−ＰＢＤ）［化１８］、ＯＸＤ−７［化３］等のオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体（［化１９］、［化２０］等）、キノリノール系の金属錯体（［化１］、［化９］、［化２１］〜［化２４］等）が挙げられる。
【００７８】
有機薄膜ＥＬ素子の陽極は、正孔を正孔輸送層に注入する役割を担うものであり、４．５ｅＶ以上の仕事関数を有することが効果的である。本発明に用いられる陽極材料の具体例としては、酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）、酸化錫（ＮＥＳＡ）、金、銀、白金、銅等が適用できる。
【００７９】
また陰極としては、電子輸送帯又は発光層に電子を注入する目的で、仕事関数の小さい材料が好ましい。陰極材料は特に限定されないが、具体的にはインジウム、アルミニウム、マグネシウム、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、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−スカンジウム−リチウム合金、マグネシウム−銀合金等が使用できる。
【００８０】
本発明の発光素子に於ける各層の形成方法は特に限定されない。従来公知の真空蒸着法、スピンコーティング法等による形成方法を用いることができる。本発明の有機ＥＬ素子に用いる、上記の化合物を含有する有機薄膜層は、真空蒸着法、分子線蒸着法（ＭＢＥ法）あるいは溶媒に溶かした溶液のディッピング法、スピンコーティング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法等の塗布法による公知の方法で形成することができる。
【００８１】
本発明に於ける発光素子の発光層、正孔輸送層、電子輸送層の膜厚は特に制限されないが、一般に膜厚が薄すぎるとピンホール等の欠陥が生じやすい。逆に厚すぎると高い印加電圧が必要となり効率が悪くなるため、通常は数ｎｍ〜１μｍの範囲が好ましい。
【００８２】
本発明における光透過性基板は、発光層の屈折率より大きい屈折率か１．６５よりも大きい屈折率を有する。このような基板に用いることの出来る材料の例としては、ＦＤ−１１、ＬａＫ３、ＢａＦ１０、ＬａＦ２、ＳＦ１３、ＳＦＳ１などの高屈折率光学ガラスやサファイアガラス、チタニアガラス、ＺｎＳｅ等の無機材料の他、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）系樹脂などに代表される含硫黄系樹脂等が挙げられる。
【００８３】
また、本発明における光透過性基板は、第１の電極と接しない面に光を拡散させる機能を付与するか、又は第１の電極と接しない面に上記の基板材料からなる光を拡散させる機能を有する第２の光透過性基板を備えることにより、光取り出し効率を向上させることができる。
【００８４】
光を拡散させる機能は、光が放出される面に凹凸形状をもたせる手法の他、基板材料とは異なる屈折率を有する材料、例えば光透過性樹脂や屈折率の低いガラスからなる光透過性微小球や光透過性ファイバ、あるいはシリンドリカルレンズ等を光が放出される面に配列させる手法等により実現することが出来る。
【００８５】
上記第２の光透過性基板は、上記光透過性基板に用いることのできる材料であればどのような材料を用いても形成することが可能である。特に、第２の光透過性基板の屈折率が光透過性基板の屈折率以上となる組み合わせがより好適である。
【００８６】
また、第２の光透過性基板として樹脂からなる基板を用いた場合、有機ＥＬ素子の特性に悪影響を与える気体が上記光透過性基板内へ侵入する事を妨げるために、上記光透過性基板と第２の光透過性基板との間にガスバリア層を設けることで有機ＥＬ素子の劣化を抑制することができる。このガスバリア層としては、水及び酸素に対してガスバリア性を有する材料を用いるのが効果的でありＳｉＯ2 、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙなどをスパッタリングなどの従来既知の成膜法により形成した薄膜が使用可能である。
【００８７】
また、ガスバリア層と上記光透過性基板との接着性を向上させるために、第３の光透過性基板をガスバリア層と上記光透過性基板との間に備えることも有効である。この第３の光透過性基板に用いることの出来る材料としては、上記光透過性基板を形成するのに用いることの出来る材料が挙げられる。
【００８８】
本発明における反射手段は、有機ＥＬ素子から光透過性基板に導入された光を反射し隣接する画素領域へ到達することを妨げる機能を有していればどのようなものでも用いることができる。例えば、光透過性基板の基板材料よりも低い屈折率を有する材料が光透過性基板に埋め込まれた壁状突起や、光透過性基板に有機ＥＬ素子から得られる光を反射しうる金属が埋め込まれて形成されるミラーが挙げられる。
【００８９】
また、より効率よく光もれを抑制するには、反射手段の反射面と光透過性基板面とに共に垂直な面で切断した断面において、１つの有機ＥＬ素子を囲む反射手段の中心どうしの距離Ｄと、同一有機ＥＬ素子側に配置される２つの反射面の間隔ｄとがｔ＝ｄ／Ｄの関係にある場合に、光透過性基板の第１の電極との接触面からみた上記反射手段の高さが、光透過性基板の第１の電極との接触面から光が空気中へ輻射される面までの距離の４ｔ／（１＋３ｔ）倍以上である事が望ましいのは上述した通りである。
【００９０】
本発明の反射手段を基板に埋め込まれた金属により形成した場合、反射手段同士を適切な方向へ導通されるよう形成し、これに第１の電極が電気的に接続される構造とすることにより、反射手段に第１の電極の補助電極としての機能を付与することができる。これにより、第１の電極の配線抵抗を低減することができ、発光素子全体の消費電力の低減が実現できる。
【００９１】
本発明の反射手段を形成する金属としては、有機ＥＬ素子から得られる光を反射する性質を有する金属、あるいはこれらの合金ならばどのようなものでも用いることができる。しかしながら、第１の電極と金属部分とが電気的に接続されており、光透過性を有する第１の電極を陽極として有機ＥＬ素子を駆動する場合、金、銀などの有機ＥＬ素子の有機薄膜層に対し正孔注入可能な金属を用いると、金属部分と有機薄膜層との間に絶縁体を配する必要が生じる。
【００９２】
これは余分なプロセスを必要としコストの上昇要因となる。このことから、反射手段に用いられる金属は、有機薄膜層に正孔注入できない仕事関数４．３ｅＶ以下の金属であることが望ましい。このような金属としては、インジウム、アルミニウム、マグネシウム、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、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−スカンジウム−リチウム合金、マグネシウム−銀合金等が挙げられる。
【００９３】
以下、本発明を実施例をもとに詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されない。
【００９４】
（実施例１）
実施例１の発光素子の構造を図６、図７に示す。図６は、第２の電極６および有機層１２を一部斜め方向に切欠した斜視図である。図７は、図６に示す発光素子を縦方向に垂直に切断した縦断面図である。マグネシウム−銀合金からなるくし型金属部（反射手段）７を基板形成用枠の中に２００μｍ周期に互いに接触しないよう同一方向へ並べて配置した。くし型金属部７の各部分のサイズは、ａ１＝１９０μｍ、ａ２＝９０μｍ、ａ３＝ａ４＝１００μｍ、ａ５＝４８０μｍである。
【００９５】
ここに、ＰＥＳ系樹脂のテトラヒドロフラン溶液を静かにキャストした後、溶媒を蒸発させ厚さ５００μｍの光透過性基板１を得た。得られた光透過性基板１の上面に粗面化処理を行い光拡散部１１を形成した後、枠から取り外し、基板形成用枠の底面に接していた面上に、ＩＴＯをくし型金属部７のくしの歯に当たる部分の上をわたる８０μｍ幅、１２０μ間隔のストライプ状でシート抵抗が２０Ω／□になるようにスパッタリング法により製膜し、第１の電極２とした。
【００９６】
その上に正孔輸送層３として、化合物［化１４］を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。その上に発光層４として［化１］を真空蒸着法により５０ｎｍ形成した。
【００９７】
次に、電子輸送層５として［化１８］を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。図では、これら正孔輸送層３、発光層４、および電子輸送層５を一体として有機層１２と表現した。
【００９８】
次に、第２の電極６としてマグネシウム−銀合金をマスクを通した真空蒸着法によって、くし型金属部７のくしの歯の隙間部の上を通り、第１の電極２のストライプと直交するストライプとなるよう幅８０μｍ、間隔１２０μｍに２００ｎｍ形成して発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、光もれのない１４０００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００９９】
（実施例２）
実施例２の発光素子の構造を図８に示す。基板形成用枠内の光透過性基板１の上面に粗面化処理を行う代わりに、膜厚１００μｍで一方の面にＳｉＯ2 をスパッタリングにより２００ｎｍの膜厚に形成してガスバリア層９とし、他方の面に粗面化処理を行ったＰＥＳ系樹脂からなる第２の光透過性基板８を、ガスバリア層９と光透過性基板１の上面とが接するように圧着した。この他は、実施例１と同様の手法により発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、光もれのない１３０００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【０１００】
（実施例３）
実施例３の発光素子の構造を図９に示す。第２の光透過性基板８の膜厚を８０μｍとしガスバリア層９の上にＰＥＳ系樹脂からなる膜厚１８μｍの第３の光透過性基板１０を圧着した後、この第３の光透過性基板１０を基板形成用枠内の光透過性基板１の上面に圧着した。これ以外は、実施例２と同様の手法により発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、光もれのない１３７００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【０１０１】
（実施例４）
実施例４の発光素子の構造を図１０に示す。図１０は、第２の電極６および有機層１２を一部斜め方向に切欠した斜視図である。マグネシウム−銀合金からなる貫通した穴を有する金属部（反射手段）７´を基板形成用枠の中に２００μｍ周期に互いに接触しないよう同一方向へ並べて配置した。貫通した穴を有する金属部７´の構造を図１１に示す。各部分のサイズは、ａ１＝１９０μｍ、ａ２＝９０μｍ、ａ３＝ａ４＝１００μｍ、ａ５＝４８０μｍである。
【０１０２】
ここに、ＰＥＳ系樹脂のテトラヒドロフラン溶液を静かにキャストした後、溶媒を蒸発させ厚さ５００μｍの光透過性基板１を得た。得られた光透過性基板１の上面に粗面化処理を行い光拡散部１１を形成した後、枠から取り外し、基板形成用枠の底面に接していた面上に、ＩＴＯを貫通した穴を有する金属部７´の穴の部分の上をわたる８０μｍ幅、１２０μ間隔のストライプ状でシート抵抗が２０Ω／□になるようにスパッタリング法により製膜し、第１の電極２とした。
【０１０３】
その上に正孔輸送層３として、化合物［化１４］を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。その上に発光層４として［化１］を真空蒸着法により５０ｎｍ形成した。
【０１０４】
次に、電子輸送層５として［化１８］を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。図では、これら正孔輸送層３、発光層４、および電子輸送層５を一体として有機層１２と表現した。
【０１０５】
次に、第２の電極６としてマグネシウム−銀合金をマスクを通した真空蒸着法によって、貫通した穴を有する金属部７´の穴の上を通り、第１の電極２のストライプと直交するストライプとなるよう幅８０μｍ、間隔１２０μｍに２００ｎｍ形成して発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、光もれのない１４５００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【０１０６】
（実施例５）
実施例５の発光素子の構造を図１２に示す。基板形成用枠内の光透過性基板１の上面に粗面化処理を行う代わりに、膜厚１００μｍで一方の面にＳｉＯ2 をスパッタリングにより２００ｎｍの膜厚に形成してガスバリア層９とし、他方の面に粗面化処理を行ったＰＥＳ系樹脂からなる第２の光透過性基板８を、ガスバリア層９と光透過性基板１の上面とが接するように圧着した。この他は、実施例４と同様の手法により発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、光もれのない１２９００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【０１０７】
（実施例６）
実施例６の発光素子の構造を図１３に示す。第２の光透過性基板８の膜厚を８０μｍとしガスバリア層９の上にＰＥＳ系樹脂からなる膜厚１８μｍの第３の光透過性基板１０を圧着した後、この第３の光透過性基板１０を基板形成用枠内の光透過性基板１の上面に圧着した。これ以外は、実施例５と同様の手法により発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、光もれのない１３５００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【０１０８】
次に、以上に説明した発光素子を適用した表示装置について説明する。図１４に示すように、本発明の発光素子の駆動回路を各画素（単位発光素子）ごとに、発光部に電流を供給するためのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１３、画像信号を蓄えるコンデンサ１４、コンデンサ１４への電荷の蓄積を制御するスイッチングトランジスタ１５を設ける。
【０１０９】
横配線に電圧を印加すると、スイッチングトランジスタ１５のゲートに電圧が印加され、ソース−ドレイン間が導通する。この状態で縦配線に電圧を印加すると、コンデンサ１４に電荷を蓄えることができる。このコンデンサ１４の電荷により、ＴＦＴ１３のゲートに電圧を印加することで、ソース−ドレイン間が導通し、電源が発光部に供給される。
【０１１０】
上述した単位発光素子をマトリクス状に規則的に配置することにより、アクティブマトリクス型表示装置を得ることができる。横配線、縦配線が接続された図示しない電圧制御回路は、画像信号に基づいて、各画素の発光時間を算出し、横配線、縦配線に印加する電圧、時間、タイミングを決定して、各発光素子を駆動する。
【０１１１】
なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
【０１１２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、有機ＥＬ素子を用いた発光素子において、光もれがなく、光の取り出し効率の優れた発光素子を実現することが可能となる。したがって、高輝度、低電圧駆動の表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子の断面図である。
【図２】本発明に用いられる有機ＥＬ素子の断面図である。
【図３】本発明に用いられる有機ＥＬ素子の断面図である。
【図４】本発明に用いられる有機ＥＬ素子の断面図である。
【図５】本発明に用いられる有機ＥＬ素子の断面図である。
【図６】本発明の実施例１における発光素子の斜視図である。
【図７】本発明の実施例１における発光素子の断面図である。
【図８】本発明の実施例２における発光素子の斜視図である。
【図９】本発明の実施例３における発光素子の斜視図である。
【図１０】本発明の実施例４における発光素子の斜視図である。
【図１１】本発明の実施例４における金属部の斜視図である。
【図１２】本発明の実施例５における発光素子の斜視図である。
【図１３】本発明の実施例６における発光素子の斜視図である。
【図１４】本発明の発光素子の駆動回路図である。
【符号の説明】
１  光透過性基板
２  第１の電極
３  正孔輸送層
４  発光層
５  電子輸送層
６  第２の電極
７  反射手段（くし型金属部）
７´  貫通した穴を有する金属部
８  第２の光透過性基板
９  ガスバリア層
１０  第３の光透過性基板
１１  光拡散部
１２  有機層（３、４、５）
１３  ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
１４  コンデンサ
１５  スイッチングトランジスタ
【図１】
0004302914.tif 000027
【図２】
0004302914.tif 000028
【図３】
0004302914.tif 000029
【図４】
0004302914.tif 000030
【図５】
0004302914.tif 000031
【図６】
0004302914.tif 000032
【図７】
0004302914.tif 000033
【図８】
0004302914.tif 000034
【図９】
0004302914.tif 000035
【図１０】
0004302914.tif 000036
【図１１】
0004302914.tif 000037
【図１２】
0004302914.tif 000038
【図１３】
0004302914.tif 000039
【図１４】
0004302914.tif 000040