CN102709477A - 发光元件、照明装置和显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了一种发光元件、照明装置和显示设备。该发光元件具有依次包括第一发光层和第二发光层的有机层、第一反射界面以及第二反射界面，其中，如果第一反射界面和第一发光层的发光中心之间的光学距离为L11，第一反射界面和第二发光层的发光中心之间的光学距离为L21，第一发光层的发光中心和第二反射界面之间的光学距离为L12，第二发光层的发光中心和第二反射界面之间的光学距离为L22，第一发光层的发光光谱的中心波长为λ1，并且第二发光层的发光光谱的中心波长为λ2，则光学距离L11、L21、L12和L22满足预定的公式。

Description

发光元件、照明装置和显示设备
技术领域
本发明涉及发光元件、照明装置和显示设备，更具体地，涉及采用有机材料的电致发光的发光元件、采用该发光元件的照明装置和显示设备。
背景技术
采用有机材料的电致发光的发光元件(在下文称为″有机EL元件″)作为发光元件已经引起人们的注意，其可通过低电压DC驱动发射光亮度的光，并且正在被积极地研究和开发。有机EL元件通常具有这样的结构，其中包括厚度约为几十纳米到几百纳米的发光层的有机层插设在反射电极和透射电极之间。在这样的有机EL元件中，从发光层发射的光束在元件结构内彼此干涉，并且被提取到外面。在现有技术中，一直尝试采用干涉改善有机EL元件的发光效率。
日本特开2002-289358号公报公开了一种方法，其中通过设定发光位置和反射层之间的距离提高发光效率，从而通过利用从发光层在透射电极方向上产生的光和在反射电极方向上产生的光之间的干涉使发射波长的光共振。
日本特开2000-243573号公报考虑到来自透射电极和基板之间的界面的光反射规定了发光位置到反射电极的距离和发光位置到透射电极和基板之间的界面的距离。
在国际公开第WO01/039554号中，设定透射电极和反射电极之间的层厚度，使所希望波长的光利用由于透射电极和反射电极之间的光反复反射产生的干涉共振，从而提高发光效率。
日本专利第3508741号的说明书中，作为改善结合采用谐振器结构提高发光效率的发光元件的显示设备中白色色度点的视角特性的方法，提出了一种方法，其中红(R)、绿(G)和蓝(B)的三色衰减平衡通过控制有机层的厚度来控制。
然而，在现有技术的技术方案中，在采用发射的光干涉以便提高发光效率的有机EL元件中，如果减小提取光h的干涉滤波器的带宽，则光h的波长很长，并且在从倾斜方向看发光表面时发生偏移，因此降低了发光强度，这导致发光特性的视角依赖性的增加。
相反，日本特开2006-244713号公报公开了一种方法，其中，在具有窄的半高宽的单色光谱的有机EL元件，反射层的发射相位设定为与完全反射表面侧和出射侧中的中心波长具有相反相位，因此抑制了由于视角引起的颜色变化。
另外，因为甚至在具有顺序层叠的白色发光层的有机发光元件中，为了有效地提取具有宽波长成分的白色发光，干涉也发生在元件内部，所以发光位置靠近反射层，特别是，以80nm或更小的距离靠近反射层。如果发光位置远离反射电极层且因此增加其间的距离，则难于获得具有宽光谱的白色发光。
日本特开2004-79421号公报公开了一种方法，其中规定了发光位置到反射层的距离以及发光位置到透射电极和外层之间的界面的距离，并且因此能够获得良好效率和白色色度的发光元件。
日本特开2006-244712号公报报道，以与日本特开2006-244713号公报相同的方式可通过结合相反的相位干涉获得白色色度点。然而，因为在宽泛的波长带中不能执行相位抵消，所以没有公开以与日本特开2006-244713号公报相同的方式抑制由于视角引起的诸如单色的颜色变化。
另一方面，已经采用了这样的技术，其中为了提高发光效率并且改善发光寿命，有机层构造为层叠体(所谓的串联结构(tandem structure))，其中发光层通过隔着中间层层叠多个发光层彼此串联地连接(例如，参考日本特开2006-173550号公报、日本特表2008-511100号公报和日本特表2008-518400号公报。在这种发光层中，能够层叠任意数量的发光层。除了通过层叠产生相同波长光谱的层来提高效率外，能够通过层叠产生不同波长光谱的层来调整颜色。例如，通过层叠产生蓝色的蓝发光层和层叠产生黄色的黄发光层，可以产生作为其合成光的白色光。
然而，在形成上述串联结构的情况下，难于形成所有从各发光位置到反射层的距离等于或小于80nm，并且因为大大提高了亮度和颜色的视角依赖性，所以显著降低了作为照明装置的光分布特性和作为显示设备的显示特性。
发明内容
所希望的是提供一种发光元件，其甚至在发光层多层层叠的结构中也能在宽泛的波长带上有利地提取光，并且相对于多种颜色的组合颜色的光大大降低亮度和颜色的视角依赖性。
还希望提供一种照明装置，其具有很小的角度依赖性和良好的光分布特性。进一步希望提供具有小视角依赖性和高图像质量的显示设备。
根据本发明的一个实施例，所提供的发光元件包括：有机层，在从第一电极到第二电极的方向上彼此分隔的位置依次包括插设在第一电极和第二电极之间且发射单色或两种以上不同颜色的光的第一发光层和第二发光层；第一反射界面，设置在所述第一电极侧，并且反射从所述第一发光层和所述第二发光层发射的光以从所述第二电极侧输出；以及第二反射界面，设置在所述第二电极侧，其中，如果所述第一反射界面和所述第一发光层的发光中心之间的光学距离为L11，所述第一反射界面和所述第二发光层的发光中心之间的光学距离为L21，所述第一发光层的所述发光中心和所述第二反射界面之间的光学距离为L12，所述第二发光层的所述发光中心和所述第二反射界面之间的光学距离为L22，所述第一发光层的发光光谱的中心波长为λ1，并且所述第二发光层的发光光谱的中心波长为λ2，则所述光学距离L11、L21、L12和L22满足下面所有的公式(1)至(8)。
2L11/λ11+φ1/2π＝O  (1)
2L21/λ21+φ1/2π＝n(其中n≥1)(2)
λ1＜λ11＜λ1+200    (3)
λ2-40＜λ21＜λ2+40    (4)
2L12/λ12+φ2/2π＝m′    (5)
2L22/λ22+φ2/2π＝n′+1/2    (6)
λ1-100＜λ12＜λ1    (7)
λ2-15＜λ22＜λ2+15    (8)
其中n、m′和n′是整数，λ1、λ2、λ11、λ21、λ12和λ22中的每个的单位为nm，φ1表示每种波长的光被第一反射界面反射时的相位变化，并且φ2表示每种波长的光被第二反射界面反射时的相位变化。
根据本发明的另一个实施例，所提供的照明装置至少具有发光元件，该发光元件包括：有机层，在从第一电极到第二电极的方向上彼此分隔的位置依次包括插设在第一电极和第二电极之间且发射单色或两种以上不同颜色的光的第一发光层和第二发光层；第一反射界面，设置在所述第一电极侧，并且反射从所述第一发光层和所述第二发光层发射的光以从所述第二电极侧输出；以及第二反射界面，设置在所述第二电极侧，其中，如果所述第一反射界面和所述第一发光层的发光中心之间的光学距离为L11，所述第一反射界面和所述第二发光层的发光中心之间的光学距离为L21，所述第一发光层的所述发光中心和所述第二反射界面之间的光学距离为L12，所述第二发光层的所述发光中心和所述第二反射界面之间的光学距离为L22，所述第一发光层的发光光谱的中心波长为λ1，并且所述第二发光层的发光光谱的中心波长为λ2，则所述光学距离L11、L21、L12和L22满足上述所有的公式(1)至(8)。
根据再一个实施例，所提供的显示设备至少具有发光元件，该发光元件包括：有机层，在从第一电极到第二电极的方向上彼此分隔的位置依次包括插设在第一电极和第二电极之间且发射单色或两种以上不同颜色的光的第一发光层和第二发光层；第一反射界面，设置在所述第一电极侧，并且反射从所述第一发光层和所述第二发光层发射的光以从所述第二电极侧输出；以及第二反射界面，设置在所述第二电极侧，其中，如果所述第一反射界面和所述第一发光层的发光中心之间的光学距离为L11，所述第一反射界面和所述第二发光层的发光中心之间的光学距离为L21，所述第一发光层的所述发光中心和所述第二反射界面之间的光学距离为L12，所述第二发光层的所述发光中心和所述第二反射界面之间的光学距离为L22，所述第一发光层的发光光谱的中心波长为λ1，并且所述第二发光层的发光光谱的中心波长为λ2，则所述光学距离L11、L21、L12和L22满足上述所有的公式(1)至(8)。
第一发光层和第二发光层的每个的发光中心是指厚度方向上发光强度分布的峰值所在的表面，并且典型地为将厚度二等分的表面。因为当第一发光层或第二发光层发射两种或更多种不同颜色的光时，发射每种颜色的光的层厚度非常小，所以，在将发光中心视为彼此相同的情况下，发光中心典型地为将厚度二等分的表面。
公式(1)是第一反射界面和第一发光层的发光中心之间的光学距离设定为由于第一反射界面和第一发光层的发光中心之间的干涉加强波长长于第一发光层的发光光谱的中心波长的光的公式。公式(2)是第一反射界面和第二发光层的发光中心之间的光学距离设定为由于第一反射界面和第二发光层的发光中心之间的干涉加强波长在第二发光层的发光光谱的中心波长附近的光的公式。公式(3)和(4)是在此情况下实现干涉波长的宽波带的条件。公式(5)是这样的条件，对于来自第一发光层的光，第二反射界面的光反射加强了短于第一发光层的发光光谱的中心波长的光。公式(6)是这样的条件，对于来自第二发光层的光，第二反射界面的光反射弱化了第二发光层的发光光谱的中心波长附近的光。公式(1)、(2)、(5)和(6)的λ11、λ21、λ12和λ22采用公式(3)、(4)、(7)和(8)由λ1和λ2获得。
这里，n、m′和n′根据需要选择。为了增加从发光元件提取的光量，n≤5是优选的，并且n＝1是最优选的。
第一发光层和第二发光层以不同的波长发射可见光区域的光，并且本发明不限于此。
根据发光元件，干涉滤波器的光谱透射率曲线的峰值可实质上是平坦的。具体地讲，发光元件构造为满足所有的公式(1)至(8)，视角为45度时的亮度降低量可为视角为0度时的亮度的30％或更小，并且色度偏移可为Δuv≤0.015。
发光元件可为上表面发光型或下表面发光型。在上表面发光型发光元件中，第一电极、有机层和第二电极可依次层叠在基板上。在下表面发光型发光元件中，第二电极、有机层和第一电极可依次层叠在基板上。上表面发光型发光元件的基板可为不透明的或透明的，并且可根据需要选择。下表面发光型发光元件的基板是透明的，从而从第二电极输出的光被提取到外面。
发光元件还可包括反射层，用于在在第一发光层和第二发光层中发射两种或更多种不同颜色光的发光层的发光中心未被视为彼此相同的情况下保持发光元件的干涉滤波器的光谱透射率曲线的峰值的平坦性。
根据需要，除了第一反射界面和第二反射界面外可提供一个或多个反射界面。另外，根据需要，第一反射界面、第二反射界面和第三反射界面的至少一个可分成多个反射界面。为此，扩展了第一反射界面的光反射和第二反射界面的光反射被加强或弱化的波长带，因此为每个发光区域扩展了干涉滤波器的光谱透射率曲线的峰值的平坦部分，由此改善了视角特性。
在发光元件中，就可靠性的改善或所采用的构造等而言，进一步形成反射层，从而进一步形成反射界面。在此情况下，在形成到光学操作所必须的第二反射界面后，其上形成厚度为1μm或更厚的层，并且因此能够几乎忽略后续干涉的影响。此时第二反射界面外侧的材料可采用任何材料，并且根据发光元件的形式适当选择。具体地讲，第二反射界面的外侧由一个或两个或更多个透明电极层、透明绝缘层、树脂层、玻璃层或空气层形成，其厚度为1μm或更厚，并且本发明不限于此。
根据本发明实施例的照明装置和显示设备可具有现有技术中的现有构造，并且可根据这样的应用或功能适当地构造。作为典型示例，显示设备包括驱动基板和密封基板，驱动基板设置有有源元件(薄膜晶体管)，用于给发光元件提供对应于显示像素的显示信号，密封基板设置为与驱动基板相对。发光元件设置在驱动基板和密封基板之间。显示设备可为白色显示设备、黑白显示设备或者彩色显示设备。在彩色显示设备中，典型地，在驱动基板和密封基板中的发光元件的第二电极侧的基板上设置滤色器，通过该滤色器透射从第二电极侧输出的光。
根据本发明的实施例，能够提供一种发光元件，甚至在发光层多层层叠的结构中也可有利地提取宽泛波长带的光，并且相对于多种颜色的组合颜色的光大大降低了亮度和颜色的视角依赖性。
此外，根据本发明的实施例，能够提供一种照明装置，其具有小的角度依赖性和良好的光分布特性，并且能够提供一种显示设备，其具有小的视角依赖性和高的图像质量。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的有机EL元件的截面图。
图2是示出在根据第一实施例的有机EL元件中第一反射界面的干涉滤波器的光谱透射率曲线的示意图。
图3是示出在根据第一实施例的有机EL元件中第二反射界面的干涉滤波器的光谱透射率曲线的示意图。
图4是示出在根据第一实施例的有机EL元件中第一和第二反射界面的复合干涉滤波器的光谱透射率曲线的示意图。
图5是示出根据第一实施例的有机EL元件亮度的视角特性的示意图。
图6是示出根据第一实施例的有机EL元件中色度的视角特性的示意图。
图7是示出从第一发光层发射的黄光的归一化强度和光学距离L11之间关系的示意图。
图8是示出从第二发光层发射的蓝光的归一化强度和光学距离L21之间关系的示意图。
图9是示出从第一发光层发射的黄光的归一化强度和光学距离L12之间关系的示意图。
图10是示出从第二发光层发射的蓝光的归一化强度和光学距离L22之间关系的示意图。
图11是示出从第一发光层发射的黄光的归一化强度、从第二发光层发射的蓝光的归一化强度和光学距离L22之间关系示意图。
图12是示出根据示例1的上表面发光型有机EL元件的截面图。
图13是示出根据示例2的下表面发光型有机EL元件的截面图。
图14是示出根据第三实施例的有机EL照明装置的截面图。
图15是示出根据第四实施例的有机EL显示设备的截面图。
具体实施方式
在下文，将描述本发明的实施例。另外，描述以下面的顺序给出。
1.第一实施例(有机EL元件)
2.第二实施例(有机EL元件)
3.第三实施例(有机EL照明装置)
4.第四实施例(有机EL显示设备)
1.第一实施例
有机EL元件
图1示出了根据第一实施例的有机EL元件。
如图1所示，在有机EL元件中，有机层13插设在第一电极11和第二电极12之间，有机层13依次包括在从第一电极11到第二电极12的方向上彼此分隔的第一发光层13a和第二发光层13b。空穴注入层、空穴转移层、电子转移层和电子注入层等根据需要以与现有技术的有机EL元件相同的方式在第一发光层13a的上部和下部以及第二发光层13b的上部和下部提供在有机层13中。在此情况下，第二电极12是透射光的透明电极，该光典型地为可见光，旨在通过第二电极12从有机EL元件被提取，并且光从第二电极12侧输出。第一发光层13a和第二发光层13b发射波长变化例如在120nm内的单色光或两种以上不同颜色的光。第一发光层13a和第二发光层13b的发光波长根据旨在从有机EL元件发射的光束的颜色适当选择。通常，第一发光层13a和第二发光层13b的发光波长优选从第一电极11到第二电极12依次缩短，但本发明不限于此。这里，假设第一发光层13a和第二发光层13b二者发射单色光。例如，在该有机EL元件用作白色发光元件的情况下，使第一发光层13a发射黄光，并且使第二发光层13b发射蓝光。第一电极11、第二电极12、有机层13、第一发光层13a和第二发光层13b由现有技术的材料制作，并且根据需要被选择。
有机层13的折射系数与第一电极11的折射系数不同，并且折射系数的差异形成第一电极11和有机层13之间的第一反射界面14。第一反射界面14可根据需要提供在与第一电极11分开的位置。第一反射界面14反射从第一发光层13a和第二发光层13b发射的光，并且使该光从第二电极12侧输出。有机层13的折射系数与第二电极12的折射系数不同，并且折射系数的差异形成有机层13和第二电极12之间的第二反射界面15。
在图1中，光学距离L11、L21、L12和L22写在对应的部分上。在有机EL元件中，光学距离L11、L21、L12和L22全部设定为满足上述的公式(1)至(8)。
通过示例有机EL元件为白色发光元件的情况进行详细说明。
在发白光的有机EL元件中，第一发光层13a发射黄光，第二发光层13b发射蓝光，并且白光被提取为这两种颜色的组合颜色。第一发光层13a的发光光谱的中心波长λ1例如为560nm，并且第二发光层13b的发光光谱的中心波长λ2例如为450nm。
第一反射界面14和第一发光层13a的发光中心之间的光学距离L11以及第一反射界面14和第二发光层13b的发光中心之间的光学距离L21设定为满足公式(1)至(4)。光学距离L11设定为由于第一反射界面14和第一发光层13a的发光中心之间的干涉而加强波长长于第一发光层13a的发光光谱的中心波长λ1的光。光学距离L21设定为由于第一反射界面14和第二发光层13b的发光中心之间的干涉加强波长在第二发光层13b的发光光谱的中心波长λ2周围的光。
每种波长的光由第一反射界面14反射时的相位变化φ1计算如下。就是说，φ1由表达式φ1＝tan-1{2n0k/(n2+k2-n0 2)}计算，上述表达式采用第一电极11的复合折射系数N＝n-jk(n：折射系数，k：消光系数)的n和k以及与第一电极11相邻的有机层13的折射系数n0(例如，请参考Principles of Optics，Max Born and Emil Wolf，1974(PERGAMON PRESS)等)。有机层13的折射系数可采用光谱椭偏仪(spectroscopic ellipsometry)测量装置测量。
下面，将描述φ1计算的具体示例。如果第一电极11例如由铝(Al)合金制作，则对于波长460nm的光(对应于第二发光层13b的发光光谱的中心波长λ2)，n＝0.570，且k＝4.725，并且对于550nm的光(对应于第一发光层13a的发光光谱的中心波长λ1)，n＝0.908，且k＝5.927。如果有机层13的折射系数n0＝1.75，则对于波长为460nm的光可获得φ1＝-2.511弧度，并且对于波长为550nm的光可获得φ1＝-2.618弧度(考虑到-2π＜φ1≤0)。另外，以这种方法可获得每种波长的光由第二反射界面15反射时的相位变化φ2。
接下来，λ11和λ21(其单位为nm)例如由L11＝154nm、L21＝305nm、公式(1)和(2)获得如下。
2L11/λ11+φ1/2π＝0    (1)′
2L21/λ21+φ1/2π＝1    (2)′
这里，λ1＝560＜λ11＝739＜λ1+200＝760nm    (3)′
λ2-40＝410＜λ21＝435＜λ2+40＝490nm    (4)′
它们满足公式(1)至(4)。
因为此时第一反射界面14相对于第一发光层13a和第二发光层13b的干涉滤波器状态依赖于被加强的条件，所以光谱透射率曲线具有峰值部分，并且因此在提取光中产生波长选择性，如图2所示。结果，观测到内部发光中的发光光谱差。在此情况下，波长550nm周围降低了透射率，并且因此白色光不能被平衡地提取。另外，在光谱透射率曲线中没有获得平坦部分，并且因此视角特性显示在亮度和颜色上的明显变化。因此第二反射界面15是必要的。
接下来，第二反射界面15形成在折射系数n0＝1.75的有机层13和折射系数与有机层13的不同(例如，折射系数1.6)的第二电极12之间。作为折射系数1.6的第二电极12的材料，例如，可采用铟锡氧化物(ITO)。
第一发光层13a的发光中心和第二反射界面15之间的光学距离L12以及第二发光层13b的发光中心和第二反射界面15之间的光学距离L22设定为满足公式(5)至(8)。第二反射界面15的光反射给出这样的条件，来自第一发光层13a的光在短于中心波长λ1的波长侧得到加强，并且来自第二发光层13b的光在中心波长λ2周围被削弱。例如，如果L12＝483nm，并且L22＝333nm，在此情况下，因为第二反射界面15中φ2＝0，所以λ12和λ22(其单位为nm)获得如下。
2L12/λ12＝2    (5)′
2L22/λ22＝1+1/2    (6)′
λ1-100＝460nm＜λ12＝483nm＜λ1-50＝510nm    (7)′
λ2-15＝435nm＜λ22＝444nm＜λ2+15＝465nm    (8)′
满足公式(5)至(8)的条件。
如上所述，全部满足公式(1)至(8)的条件。
图3示出了第二反射界面15的干涉滤波器(interference filter)的光谱透射率曲线。如图3所示，在此情况下，蓝色区域形成光在发光中心周围被削弱的条件。另外，黄色区域形成光在短波长区域中加强并且在长波长区域中被削弱的条件。
图4示出了第一反射界面14加上第二反射界面15实现的干涉滤波器作用的光谱透射率曲线。由图4可见，几乎平坦的干涉滤波器形成在光谱透射率曲线的蓝色区域和黄色区域中。另外，亮度和色度的视角特性在此状态下如图5和6所示。由图5和6清楚可见，45度的视角保持0度视角的亮度的85％或更高，并且实现色度偏移Δuv≤0.015。
这里，将再一次描述光学距离L11、L21、L12和L22的确定方法。
首先，将描述L11和L21的确定方法。
作为示例，将描述第一发光层13a发射黄光(中心波长λ1＝560nm)、第二发光层13b发射蓝光(中心波长λ2＝460nm)以及有机EL元件为白色发光元件的情况。
从第一发光层13a和第二发光层13b传播到第二反射界面15的光束通过叠加从第一发光层13a和第二发光层13b直接传播到第二反射界面15的光束和从第一发光层13a和第二发光层13b传播到第一反射界面14然后再被第一反射界面14反射后传播到第二反射界面15的光束而获得。
叠加光束的强度考虑到第一反射界面14和第二反射界面15中的相移变为光学距离L11和L21的函数，与下面的公式(a)和(b)成比例。
{1+cos(4π×L11/λ1+φ1)}2+{sin(4π×L11/λ1+φ1)}2  (a)
{1+cos(4π×L21/λ2+φ1)}2+{sin(4π×L21/λ1+φ1)}2  (b)
这里，获得每种波长的光被第一反射界面14反射时的相移φ1的方法与如上所述的相同，并且在上述的示例中，可获得在460nm处的φ1＝-2.511弧度，在560nm处的φ1＝-2.618弧度。
图7示出了采用公式(a)计算的波长560nm的光强(归一化的强度)和关于第一发光层13a的光学距离L11之间的关系。另外，图8示出了采用公式(b)计算的波长460nm的光强(归一化的强度)和关于第二发光层13b的光学距离L21之间的关系。
设置第一发光层13a和第二发光层13b的位置选择为满足下面条件的位置。
(i)设置第一发光层13a的位置，即光学距离L11设置在归一化强度大于0.8且归一化光强在左上部增加的位置。
(ii)设置第二发光层13b的位置，即光学距离L21设置在归一化强度大于0.8的位置。
条件(i)表示关于L11光在λ1处加强且在λ1周围的长波长侧进一步加强的条件。条件(ii)表示关于L21光在λ2处加强的条件。
应用计算得出116＜L11＜158，并且288＜L21＜355。如果它们采用公式(1)和(2)以λ11和λ21的不等式形式重写，则给出λ1＜λ11＜λ1+203nm，并且λ2-48nm＜λ21＜λ2+48nm。因此，可确定L11和L21。
接下来，将描述L12和L22的确定方法。
L11和L21由公式(1)至(4)获得，并且例如，L11为130nm，且L21为320nm。
此时，第二反射界面15的干涉通过叠加从第一发光层13a和第二发光层13b直接传播到第二反射界面15的光束和从第一发光层13a和第二发光层13b传播到第一反射界面14然后再由第一反射界面14反射后传播到第二反射界面15的光束实现。考虑到第一反射界面14和第二反射界面15中的相移，叠加光束的强度变为光学距离L12和L22的函数，与下面的公式(c)和(d)成比例。
{1+cos(4π×L12/λ1+φ2)}2+{sin(4π×L12/λ1+φ2)}2  (c)
{1+cos(4π×L22/λ2+φ2)}2+{sin(4π×L22/λ1+φ2)}2  (d)
这里，有必要计算每种波长的光被第二反射界面15反射时的相移φ2。
如果第二反射界面15形成为例如有机层13和由透明电极材料制造的第二电极12之间的界面，并且透明电极材料的n0＝1.6且k＝0用在可见光区域中，则φ2变为0。
图9示出了采用公式(c)计算的波长560nm的光强度(归一化强度)和关于第一发光层13a的光学距离L12之间的关系。另外，图10示出了采用公式(d)计算的波长460nm的光强(归一化强度)和关于第二发光层13b的光学距离L22之间的关系。
设置第一发光层13a和第二发光层13b的位置选择为满足下面条件的位置。
(iii)设置第一发光层13a的位置，即光学距离L12设置在归一化强度在右上部分增加的位置。
(iv)设置第二发光层13b的位置，即光学距离L22设置在归一化强度小于0.1的位置。
条件(iii)表示关于L12与在λ1处的归一化强度相比，λ1周围的短波长侧加强光并且λ1周围的长波长侧光被削弱的条件。条件(iv)表示关于L22在λ2处光被削弱的条件。
应用计算得出420＜L12＜560和320＜L22＜370。如果它们采用公式(5)和(6)以λ12和λ22的不等式形式重写，则给出λ1-140nm＜λ12＜λ1，且λ2-33nm＜λ22＜λ2+33nm。
共同满足这些公式的光学距离L12和L22是旨在获得的值。这里，光学距离L12和L22具有下面的关系。
L22＝L12+L11-L21  (e)
此时，因为L11＝130nm且L21＝320nm，所以建立了关系L22＝L12+130-320＝L12-190nm。
因此，表示为采用公式(e)的L22的函数的归一化强度如图11所示。
优选获得满足所有条件的L22。例如，L22可为340nm。
L11、L21、L12和L22的所有数值可通过上述的计算步骤确定。
如上所述，根据第一实施例，有机EL元件构造为满足所有的公式(1)至(8)。结果，在有机EL元件中，干涉滤波器的透射率在宽泛的波长带上很高，并且可在宽泛的波长带上有利地提取光。为此，根据有机EL元件，能够实现具有适当颜色的白色发光元件。另外，能够在单色或两种或更多种不同颜色的组合颜色中显著地降低亮度和颜色的视角依赖性。另外，在有机EL元件中，发光颜色可通过设计第一发光层13a和第二发光层13b进行选择。另外，有机EL元件具有干涉滤波器的高透射率，并且因此具有低的功耗。
2.第二实施例
有机EL元件
在根据第二实施例的有机EL元件中，根据第一实施例的有机EL元件的第二反射界面15分成前后两个反射界面，因此在公式(6)所示的反相的干涉条件中扩展了波长带。换言之，在公式(6)，如果第二反射界面15分成由Δ分别分隔的两个反射界面，则L22变为L22+Δ和L22-Δ，并且扩展了建立公式(6)的λ12的波带。
根据第二实施例，除了与第一实施例相同的优点外，可扩展公式(6)所示的反相的干涉条件中的波长带，并且能够实现可进一步改善有机EL元件的视角特性的优点。
示例1
示例1对应于第一实施例.
图12示出了根据示例1的有机EL元件。有机EL元件是上表面发光型有机EL元件。如图12所示，在有机EL元件中，第一电极11、有机层13和第二电极12从下层开始依次层叠在基板20上，并且钝化层21提供在第二电极12上。
基板20例如由透明玻璃基板或半导体基板(例如，硅基板)形成，并且可为柔性的。第一电极11用作阳极电极，也用作反射层，并且由反光材料制作，例如，铝(Al)、铝合金、铂(Pt)、金(Au)、铬(Cr)或钨(W)。第一电极11的厚度设定的范围为100nm至300nm。第一电极11可为透明电极，并且，在此情况下，优选提供由诸如Pt、Au、Cr或W的反光材料制作的反射层，以便在第一电极11和基板20之间形成第一反射界面14。
有机层13具有这样的结构，其中空穴注入层13c、空穴转移层13d、第一发光层13a、电子转移层13e、电子注入层13f、连接层13g、空穴转移层13h、第二发光层13b、电子转移层13i和电子注入层13j从下层开始依次层叠。空穴注入层13c例如由六氮杂苯并菲(hexaazatriphenylene，HAT)制作。空穴转移层13d例如由α-NPD[N，N′-二(1-萘基)-N，N′-联苯-[1，1′-联苯]-4，4′-二胺](α-NPD[N，N′-di(1-naphthyl)-N，N′-diphenyl-[1，1′-biphenyl]-4，4′-diamine])制作。第一发光层13a由具有黄发光颜色的发光材料制作。作为具有黄发光颜色的发光材料，可采用以红荧烯为基质材料并掺杂有吡咯甲川络合物(pyrromethene complex)的材料。电子转移层13e例如由BCP(2，9-二甲基-4，7-联苯-1，10-邻二氮杂菲)(BCP(2，9-dimethyl-4，7-diphenyl-1，10-phenanthroline))等制作。电子注入层13f例如由氟化锂(LiF)制作。连接层13g例如由掺杂有5％的Mg的Alq3(8-羟基喹啉铝)或六氮杂苯并菲(HAT)等制作。也用作空穴注入层的空穴转移层13h例如由α-NPD制作。第二发光层13b由具有发蓝发光颜色的发光材料制作。具体地讲，ADN(9，10-二(2-萘基)蒽)(ADN(9，10-di(2-naphtyl)anthracene))沉积为基质材料，因此形成膜厚度为20nm的膜。此时，AND掺杂有二氨基屈(diaminochrysene)衍生物，二氨基屈衍生物以5％的相对膜厚度成为掺杂材料，并且该膜可用作蓝发光层。电子转移层13i例如由BCP制作。电子转移层13j例如由LiF制作。
作为形成有机层13的每层的厚度，优选地，空穴注入层13c设定的范围为1nm至20nm，空穴转移层13d设定的范围为15nm至100nm，第一发光层13a和第二发光层13b设定的范围分别为5nm至50nm，电子注入层13f和13j以及电子转移层13e和13i分别设定为15nm至200nm。有机层13和形成有机层13的每层的厚度设定为使其光学膜厚度能实现上述操作的值。
第二反射界面15采用有机层13和第二电极12之间的折射系数差形成。第二电极12由通常用作透明电极材料的ITO或铟锌氧化物制作，并且用作阴极电极。第二电极12的厚度设定的范围例如为30nm至3000nm。
钝化层21由透明电介质制作。透明电介质不必与形成第二电极12的材料具有相同的折射系数。第二电极12和钝化层21之间的界面可利用折射系数差用作第二反射界面15。作为透明电介质，例如，可采用二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)。钝化层21的厚度例如为500nm至10000nm。
半透明反射层可根据需要提供在有机层13和第二电极12之间。半透明反射层由金属层形成，例如，镁(Mg)、银(Ag)或其合金，并且其厚度设定为5nm或更小，优选为3nm至4nm。
示例2
示例2对应于第一实施例。
图13是根据示例2的有机EL元件。有机EL元件是下表面发光型有机EL元件。如图13所示，在有机EL元件中，钝化层21、第二电极12、有机层13和第一电极11从下层开始依次层叠在基板20上。在此情况下，从第二电极12输出的光通过基板20透射，并且被提取到外面。其余部件与示例1的相同。
3.第三实施例
有机EL照明装置
图14示出了根据第三实施例的有机EL照明装置。
如图14所示，根据第一和第二实施例的任何一个的有机EL元件31安装在有机EL照明装置中的透明基板30上。在此情况下，在有机EL元件31中，第二电极12侧位于下部，并且安装在基板30上。为此，从第二电极12侧输出的光透射通过基板30，并且被提取到外面。密封基板32提供为与基板30相对且有机EL元件31插设在密封基板32和基板30之间，并且密封基板32和基板30的外周边部分用密封材料33密封。有机EL照明装置的平面形状根据需要选择，并且例如为正方形或矩形形状。尽管一个有机EL元件31为如图14所示，但是多个有机EL元件31可以希望的设置安装在基板30上。有机EL照明装置的有机EL元件31之外的细节以及上述之外的构造与现有技术的有机EL照明装置中的相同。
根据第三实施例，利用根据第一和第二实施例的任何一个的有机EL元件31，能够实现具有小的角度依赖性的有机EL照明装置，换言之，因照明方向而成为具有小强度或颜色变化的表面光源，并且具有良好的光分布特性。另外，通过设计第一发光层13a和第二发光层13b选择有机EL元件31的发光颜色，能够实现具有良好演色性(color rendering property)的有机EL照明装置，因为除了发白光外可获得各种发光颜色。
4.第四实施例
有机EL显示设备
图15示出了根据第四实施例的有机EL显示设备。有机EL显示设备是有源矩阵型的。
如图15所示，在有机EL显示设备中，驱动基板40和密封基板41提供为彼此相对，并且驱动基板40和密封基板41的外周边部分用密封材料42密封。在驱动基板40中，包括根据第一和第二实施例的任何一个的有机EL元件43的像素以二维阵列形状形成在例如透明玻璃基板上。在驱动基板40上，为每个像素形成作为用于像素驱动的有源元件的薄膜晶体管。另外，在驱动基板40上，水平且竖直地形成扫描线、电流供应线和数据线，以驱动每个像素的薄膜晶体管。对应于每个显示像素的显示信号提供到每个像素的薄膜晶体管，并且像素根据显示信号被驱动，因此显示图像。有机EL显示设备的有机EL元件43之外的细节和上述之外的构造与现有技术的有机EL显示设备的相同。
有机EL显示设备不仅可用作单色显示设备，而且可用作彩色显示设备。在有机EL显示设备用作彩色显示设备的情况下，RGB滤色器提供在驱动基板40侧，具体而言，例如，在有机EL元件43的第二电极12和驱动基板40之间。
根据第四实施例，通过利用根据第一和第二实施例的任何一个的有机EL元件43，能够实现高图像质量的有机EL显示设备，其中亮度和颜色几乎不因视角而变化。
尽管上面已经详细地描述了实施例和示例，但是本发明不限于上述的实施例和示例，而是可进行各种修改。
例如，上述实施例和示例中所示的数值、结构、构造、形状和材料等仅为示例，并且可根据需要采用与其不同的数值、结构、构造、形状和材料等。
本申请包含2011年3月28日提交日本专利局的日本优先权专利申请JP2011-069585中公开的相关主题，其全部内容通过引用结合于此。
本领域的技术人员应当理解的是，在权利要求或其等同方案的范围内，根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。

Claims (14)

1.一种发光元件，包括：
有机层，在从第一电极到第二电极的方向上彼此分隔的位置依次包括插设在所述第一电极和所述第二电极之间且发射单色或两种以上不同颜色的光的第一发光层和第二发光层；
第一反射界面，设置在所述第一电极侧，并且反射从所述第一发光层和所述第二发光层发射的光以从所述第二电极侧输出；以及
第二反射界面，设置在所述第二电极侧，
其中，所述第一反射界面和所述第一发光层的发光中心之间的光学距离为L11，所述第一反射界面和所述第二发光层的发光中心之间的光学距离为L21，所述第一发光层的所述发光中心和所述第二反射界面之间的光学距离为L12，所述第二发光层的所述发光中心和所述第二反射界面之间的光学距离为L22，所述第一发光层的发光光谱的中心波长为λ1，并且所述第二发光层的发光光谱的中心波长为λ2，所述光学距离L11、L21、L12和L22满足下面所有的公式(1)至(8)，
2L11/λ11+φ1/2π＝0    (1)
2L21/λ21+φ1/2π＝n(其中n≥1)    (2)
λ1＜λ11＜λ1+200    (3)
λ2-40＜λ21＜λ2+40    (4)
2L12/λ12+φ2/2π＝m′    (5)
2L22/λ22+φ2/2π＝n′+1/2    (6)
λ1-100＜λ12＜λ1    (7)
λ2-15＜λ22＜λ2+15    (8)
其中n、m′和n′是整数，λ1、λ2、λ11、λ21、λ12和λ22中的每个的单位为nm，φ1表示每种波长的光被所述第一反射界面反射时的相位变化，并且φ2表示每种波长的光被所述第二反射界面反射时的相位变化。
2.根据权利要求1所述的发光元件，其中所述发光元件的干涉滤波器的光谱透射率曲线的峰值实质上为平坦的。
3.根据权利要求2所述的发光元件，其中视角为45度时亮度的降低量是视角为0度时的亮度的30％或更小，并且色度偏移为Δuv≤0.015。
4.根据权利要求3所述的发光元件，其中n＝1。
5.根据权利要求1所述的发光元件，其中所述第一电极、所述有机层和所述第二电极依次层叠在基板上。
6.根据权利要求5所述的发光元件，其中所述第二反射界面的外侧由厚度为1μm或更厚的透明电极层、透明绝缘层、树脂层、玻璃层或空气层形成。
7.根据权利要求1所述的发光元件，其中所述第二电极、所述有机层和所述第一电极依次层叠在基板上。
8.根据权利要求7所述的发光元件，其中所述第二反射界面的外侧由厚度为1μm或更厚的透明电极层、透明绝缘层、树脂层、玻璃层或空气层形成。
9.根据权利要求1所述的发光元件，其中所述第一反射界面和所述第二反射界面中的至少之一被分成多个反射界面。
10.根据权利要求1所述的发光元件，还包括反射层，用于在所述第一发光层和所述第二发光层中发射不同颜色的光的发光层的发光中心未被视为彼此相同的情况下保持所述发光元件的所述干涉滤波器的光谱透射率曲线的峰值的平坦性。
11.一种至少包括发光元件的照明装置，所述发光元件包括：
有机层，在从第一电极到第二电极的方向上彼此分隔的位置依次包括插设在所述第一电极和所述第二电极之间且发射单色或两种以上不同颜色的光的第一发光层和第二发光层；
第一反射界面，设置在所述第一电极侧，并且反射从所述第一发光层和所述第二发光层发射的光以从所述第二电极侧输出；以及
第二反射界面，设置在所述第二电极侧，
其中，所述第一反射界面和所述第一发光层的发光中心之间的光学距离为L11，所述第一反射界面和所述第二发光层的发光中心之间的光学距离为L21，所述第一发光层的所述发光中心和所述第二反射界面之间的光学距离为L12，所述第二发光层的所述发光中心和所述第二反射界面之间的光学距离为L22，所述第一发光层的发光光谱的中心波长为λ1，并且所述第二发光层的发光光谱的中心波长为λ2，所述光学距离L11、L21、L12和L22满足下面所有的公式(1)至(8)，
2L11/λ11+φ1/2π＝0    (1)
2L21/λ21+φ1/2π＝n(其中n≥1)    (2)
λ1＜λ11＜λ1+200    (3)
λ2-40＜λ21＜λ2+40    (4)
2L12/λ12+φ2/2π＝m′    (5)
2L22/λ22+φ2/2π＝n′+1/2    (6)
λ1-100＜λ12＜λ1    (7)
λ2-15＜λ22＜λ2+15    (8)
其中n、m′和n′是整数，λ1、λ2、λ11、λ21、λ12和λ22中的每个的单位为nm，φ1表示每种波长的光被所述第一反射界面反射时的相位变化，并且φ2表示每种波长的光被所述第二反射界面反射时的相位变化。
12.一种至少包括发光元件的显示设备，所述发光元件包括：
有机层，在从第一电极到第二电极的方向上彼此分隔的位置依次包括插设在所述第一电极和所述第二电极之间且发射单色或两种以上不同颜色的光的第一发光层和第二发光层；
第一反射界面，设置在所述第一电极侧，并且反射从所述第一发光层和所述第二发光层发射的光以从所述第二电极侧输出；以及
第二反射界面，设置在所述第二电极侧，
其中，所述第一反射界面和所述第一发光层的发光中心之间的光学距离为L11，所述第一反射界面和所述第二发光层的发光中心之间的光学距离为L21，所述第一发光层的所述发光中心和所述第二反射界面之间的光学距离为L12，所述第二发光层的所述发光中心和所述第二反射界面之间的光学距离为L22，所述第一发光层的发光光谱的中心波长为λ1，并且所述第二发光层的发光光谱的中心波长为λ2，所述光学距离L11、L21、L12和L22满足下面所有的公式(1)至(8)，
2L11/λ11+φ1/2π＝0    (1)
2L21/λ21+φ1/2π＝n(其中n≥1)    (2)
λ1＜λ11＜λ1+200    (3)
λ2-40＜λ21＜λ2+40    (4)
2L12/λ12+φ2/2π＝m′    (5)
2L22/λ22+φ2/2π＝n′+1/2    (6)
λ1-100＜λ12＜λ1    (7)
λ2-15＜λ22＜λ2+15    (8)
其中n、m′和n′是整数，λ1、λ2、λ11、λ21、λ12和λ22中的每个的单位为nm，φ1表示每种波长的光被所述第一反射界面反射时的相位变化，并且φ2表示每种波长的光被所述第二反射界面反射时的相位变化。
13.根据权利要求12所述的显示设备，还包括驱动基板和密封基板，所述驱动基板设置有用于将对应于显示像素的显示信号提供到所述发光元件的有源元件，所述密封基板设置为与所述驱动基板相对，
其中所述发光元件设置在所述驱动基板和所述密封基板之间。
14.根据权利要求13所述的显示设备，还包括滤色器，通过所述滤色器透射从所述第二电极侧输出的光，并且所述滤色器设置在所述驱动基板和所述密封基板中的所述发光元件的所述第二电极侧的基板上。
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