JP2006019022A - 有機エレクトロルミネッセンス装置およびその製造方法 - Google Patents

有機エレクトロルミネッセンス装置およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 発光層により発生された白色光の取り出し効率を向上させることができる有機エレクトロルミネッセンス装置およびその製造方法を提供することである。
【解決手段】 ガラス基板1上にホール注入電極2が形成され、ホール注入電極2上にホール注入層3およびホール輸送層4が順に形成される。ホール輸送層4上にオレンジ色の光を発生するオレンジ色発光層5、青色の光を発生する青色発光層6、電子輸送層7、白色光を透過する透明電極からなる電子注入層8および中間屈折率層9が順に形成される。この中間屈折率層9の屈折率は、ホール注入電極2の屈折率と、中間屈折率層9の上面に接する領域(窒素または空気)の屈折率との間にある。
【選択図】 図2

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス装置およびその製造方法に関する。
近年、情報技術(IT)の興隆に伴い、厚さ数mm程度の薄型でフルカラー表示が可能な薄型表示装置への要望が高まっている。このような薄型表示装置として、有機エレクトロルミネッセンス装置の開発が進められている。
光の3原色である赤色、緑色および青色の各単色光を発生する3種類の有機エレクトロルミネッセンス素子を多数配列する方法によりフルカラー表示が実現される。このような3種類の有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた有機エレクトロルミネッセンス装置において光の取り出し効率を向上させるための研究が進められている(特許文献1参照)。
特開2003−303685号公報
一方、白色光を発生する有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた有機エレクトロルミネッセンス装置についても研究および開発が進められている。このような白色光を発生する有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた有機エレクトロルミネッセンス装置においても、光の取り出し効率を向上させることが望まれる。
本発明の目的は、発光層により発生された白色光の取り出し効率を向上させることができる有機エレクトロルミネッセンス装置およびその製造方法を提供することである。
第1の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置は、第1の電極と、白色光を発生する発光層を含む有機膜と、白色光を透過する第2の電極と、中間屈折率層とを順に備え、中間屈折率層の屈折率は、第2の電極と反対側において中間屈折率層に接する領域の屈折率と第2の電極の屈折率との間にあるものである。
第1の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置においては、第1の電極、白色光を発生する発光層を含む有機膜、白色光を透過する第2の電極および中間屈折率層が順に形成される。
この場合、中間屈折率層の屈折率が、中間屈折率層に接する領域の屈折率と第2の電極の屈折率との間にあるので、第2の電極と中間屈折率層との屈折率差が小さく、かつ中間屈折率層とそれに接する領域との屈折率差が小さい。それにより、第2の電極と中間屈折率層との界面および中間屈折率層とそれに接する領域との界面での光の反射が少なくなり、発光層により発光された白色光が第2の電極、中間屈折率層およびそれに接する領域を通過して効率よく取り出される。その結果、白色光の取り出し効率が向上する。
なお、第2の電極と中間屈折率層との間に保護膜を設けてもよい。保護膜は、中間屈折率層の屈折率より大きい屈折率を有することが好ましい。この場合には、保護膜によって、第2の電極以下、特に、有機層への水分の侵入を防止することができる上に、光学的な影響面では、保護膜がない場合と同様に、上述のごとく白色光の取り出し効率の向上が図れる。中間屈折率層は、多層でもよい。その場合は、多層の屈折率は、第2の電極から上方に向かって、順次、同じか小さくなるようにすることが好ましい。
第1の電極は、白色光を反射してもよい。この場合、発光層により発光された白色光が第1の電極により反射され、第2の電極、中間屈折率層およびそれに接する領域を通過して効率よく取り出されるので、光の取り出し効率がさらに向上する。
中間屈折率層は、有機材料からなってもよい。この場合、容易に中間屈折率層を形成することができる。
第1の電極、有機膜、第2の電極および中間屈折率層を封止するための樹脂層をさらに備え、中間屈折率層に接する領域は、樹脂層からなってもよい。
この場合、第1の電極、有機膜、第2の電極および中間屈折率層が樹脂層により封止されるので、第1および第2の電極の腐食および有機膜への水分の浸入を防止することができる。
第1の電極、有機膜、第2の電極および中間屈折率層を覆う封止缶をさらに備え、封止缶内に不活性ガスが充填され、中間屈折率層に接する領域は、不活性ガスからなってもよい。
この場合、第1の電極、有機膜、第2の電極および中間屈折率層が封止缶により覆われ、封止缶内に不活性ガスが充填されるので、第1および第2の電極の腐食および有機膜への水分の浸入を防止することができる。
中間屈折率層の光学膜厚は、130nm以上145nm以下であってもよい。この場合、中間屈折率層は、可視光領域の中央部の波長の4分の1の光学膜厚を有するので、可視光領域の中央部の波長を中心として白色光を効果的に取り出すことができる。
第2の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス製造方法は、第1の電極上に白色光を発生する発光層を含む有機膜を形成する工程と、有機膜上に白色光を透過する第2の電極を形成する工程と、第2の電極上に中間屈折率層を形成する工程とを備え、中間屈折率層の屈折率は、第2の電極と反対側において中間屈折率層に接する領域の屈折率と第2の電極の屈折率との間にあるものである。
第2の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置においては、第1の電極、白色光を発生する発光層を含む有機膜、白色光を透過する第2の電極および中間屈折率層が順に形成される。
この場合、中間屈折率層の屈折率が、中間屈折率層に接する領域の屈折率と第2の電極の屈折率との間にあるので、第2の電極と中間屈折率層との屈折率差が小さく、かつ中間屈折率層とそれに接する領域との屈折率差が小さい。それにより、第2の電極と中間屈折率層との界面および中間屈折率層とそれに接する領域との界面での光の反射が少なくなり、発光層により発光された白色光が第2の電極、中間屈折率層およびそれに接する領域を通過して効率よく取り出される。それにより、白色光の取り出し効率が向上する。
本発明によれば、発光層により発生した白色光の取り出し効率を向上させることができる。
以下、本実施の形態に係る有機エレクトロルミネッセンス装置(以下、有機EL装置と略記する)について図を用いて説明する。
図1は第1の実施の形態に係る有機EL装置の模式的断面図であり、図2は図1の有機EL装置内の有機EL素子の拡大図である。なお、第1の実施の形態に係る有機EL装置100は上面側から光を取り出すトップエミッション構造を有する。
図1の有機EL装置100においては、基板1上に後述する複数の有機EL素子50がマトリクス状に配置されている。各有機EL素子50が画素を構成する。単純マトリクス型(パッシブ型)では、基板1としてガラス基板が用いられ、アクティブ・マトリクス型では、基板1として、ガラス基板上に複数のTFT(薄膜トランジスタ)および平坦化層を備えたTFT基板が用いられる。
図1において、基板1上の複数の有機EL素子50の上部には封止缶30Jが設けられている。封止缶30Jは、基板1上に接着剤10aにより接着されている。封止缶30Jの有機EL素子50側には、カラーフィルタ21が接着されている。カラーフィルタ21はガラスまたはプラスチック等の透明な材料からなる。なお、カラーフィルタ21として、例えば、特開2002−299055号公報に記載されているCCM(色彩転換媒体)を用いてもよい。また、カラーフィルタ21としてガラスまたはプラスチック等の透明な材料およびCCMの両方を用いてもよい。封止缶30Jと有機EL素子50との間の領域22には、不活性ガスとして窒素(N2 )が充填されている。
ここで、互いに直交する3方向をX方向、Y方向およびZ方向とする。X方向およびY方向は、基板1の表面に平行な方向であり、Z方向は基板1の表面に垂直な方向である。有機EL素子50はX方向およびY方向に沿って配列される。
図2に示すように、有機EL素子50は、ホール注入電極2、ホール注入層3、ホール輸送層4、オレンジ色発光層5、青色発光層6、電子輸送層7、電子注入電極8および中間屈折率層9からなる。
また、図1に示すように、ホール注入電極2はX方向に沿って連続的または画素ごとに配列され、電子注入電極8はY方向に沿って配列されている。隣接する有機EL素子50間はレジスト材料からなる素子分離用絶縁層(図示せず)により分離されている。
ホール注入電極2は、ITO(インジウム−スズ酸化物)等の金属化合物、Ag(銀)等の金属または合金からなる透明電極、半透明電極または不透明電極である。なお、ホール注入電極2はITO等の金属化合膜とAg等の金属膜または合金膜との積層構造を有してもよい。電子注入電極8は、ITO等の金属化合物、金属または合金からなる透明電極である。
ホール注入層3、ホール輸送層4、オレンジ色発光層5、青色発光層6、電子輸送層7および中間屈折率層9は有機材料からなる。以下、具体例を用いて詳細に説明する。
図2に示すように、ホール注入電極2を覆うようにホール注入層3が形成される。ホール注入層3は、例えばフッ化炭素(CFx)からなる。
ホール輸送層4は、例えば下記式(1)に示すN,N'-ジ(ナフタレン-1-イル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジン(N,N'-Di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine)(以下、NPBと略記する)等の有機材料からなる。ホール輸送層4の厚さは例えば70nmである。
Figure 2006019022
オレンジ色発光層5は、例えばNPBをホスト材料とし、下記式(2)に示す5,12-ビス(4-ターシャリー-ブチルフェニル)-ナフタセン(5,12-Bis(4-tert-butylphenyl)-naphthacene)(以下、tBuDPNと略記する)を第1のドーパントとし、下記式(3)に示す5,12-ビス(4-(6-メチルベンゾチアゾール-2-イル)フェニル)-6,11-ジフェニルナフタセン(5,12-Bis(4-(6-methylbenzothiazol-2-yl)phenyl)-6,11-diphenylnaphthacene)(以下、DBzRと略記する)を第2のドーパントとして形成される。この場合、第2のドーパントは発光し、第1のドーパントは、ホスト材料から第2のドーパントへのエネルギーの移動を促進することにより第2のドーパントの発光を補助する役割を担う。
Figure 2006019022
Figure 2006019022
オレンジ色発光層5の厚さは例えば30nmである。オレンジ色発光層5に対して例えば20.0重量%となるように、tBuDPNをドープし、オレンジ色発光層5に対して例えば3.0重量%となるように、DBzRをドープする。オレンジ色発光層5は、オレンジ色の光を発生する。
青色発光層6は、下記式(4)に示すターシャリー-ブチル置換ジナフチルアントラセン(以下、TBADNと略記する)をホスト材料とし、NPBを第1のドーパントとし、下記式(5)に示す1,4,7,10-テトラ-ターシャリー-ブチルペリレン(1,4,7,10-Tetra-tert-butylPerylene)(以下、TBPと略記する)を第2のドーパントとして形成される。青色発光層6の厚さは、例えば40nmである。この場合、第2のドーパントは発光し、第1のドーパントはキャリアの輸送を促進することにより第2のドーパントの発光を補助する役割を担う。
Figure 2006019022
Figure 2006019022
青色発光層6に対して例えば7.5重量%となるように、NPBをドープし、青色発光層6に対して例えば2.5重量%となるように、TBPをドープする。青色発光層6は、青色の光を発生する。
オレンジ色発光層5および青色発光層6から460nm以上510nm以下の波長領域および550nm以上640nm以下の波長領域にそれぞれピーク強度を有する白色光が発生される。
電子輸送層7は、下記式(6)に示すトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum)(以下、Alqと略記する)からなり、セシウム(Cs)が電子輸送層7に対して20重量%ドープされる。電子輸送層7の厚さは例えば10nmである。
Figure 2006019022
電子注入電極8は、ITO(インジウム‐スズ酸化物)等の金属化合物、Ag(銀)等の金属または合金からなる透明電極である。電子注入電極8の厚さは例えば100nmである。なお、ITOの屈折率nは2.1である。
中間屈折率層9は、下記式(7)に示すN,N'-ジ(ナフタレン-1-イル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジン(N,N'-Di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine)(以下、NPBと略記する)からなる。なお、中間屈折率層9の材料としては、他の有機材料を用いることもできる。
Figure 2006019022
この場合の中間屈折率層9の厚さは例えば78.5nmである。NPBの屈折率nは1.75である。中間屈折率層9の光学膜厚は膜厚と屈折率との乗算により表される。したがって、中間屈折率層9の光学膜厚は78.5×1.75≒137.4nmとなる。この中間屈折率層9の光学膜厚は、可視光領域の波長400nm〜680nmの1/4である100nm以上170nm以下の範囲内となることが好ましい。さらに、可視光領域の中央部の緑色の波長の1/4である130nm以上145nm以下の範囲内となることがより好ましい。
また、中間屈折率層9として、フッ化ランタン(LaF3 )等の他の無機材料を用いてもよい。フッ化ランタンの屈折率nは1.52である。フッ化ランタンの膜厚は、例えば90nmである。フッ化ランタンの光学膜厚は膜厚と屈折率との乗算により表される。したがって、90×1.52=136.8nmとなる。
次に、有機EL素子50が発光する状態について説明する。
まず、有機EL素子50のホール注入電極2と電子注入電極8との間に駆動電圧が印加されることによりオレンジ色発光層5および青色発光層6が発光する。オレンジ色発光層5および青色発光層6において発生された白色光は、電子注入電極8、中間屈折率層9、カラーフィルタ21(図1参照)および封止缶30J(図1参照)を介して外部(Z方向)に取り出される。
また、オレンジ色発光層5および青色発光層6により発生された光は、ホール注入電極2とホール注入層3との界面においてZ方向に反射し、オレンジ色発光層5、青色発光層6、電子注入電極8、中間屈折率層9、カラーフィルタ21および封止缶30Jを通して外部(Z方向)に取り出される。
次に、中間屈折率層9の働きについて説明する。図3〜図5は、中間屈折率層9の働きを説明するための模式図である。図3〜図5においては、図1の有機EL素子50を簡略化している。
図3は比較のために半透明電極からなる電子注入電極8aを用いた場合を示し、図4は比較のために透明電極からなる電子注入電極8を用いた場合を示し、図5は図2の有機EL装置の主要部を示す。
図3の例では、オレンジ色発光層5および青色発光層6により発生された白色光は、オレンジ色発光層5とホール注入電極2との界面において反射する。また、オレンジ色発光層5および青色発光層6により発生された白色光は、青色発光層6と半透明電極からなる電子注入電極8aとの界面においても反射する。
そのため、2つの界面において多重反射が生じ、光の干渉が起こる。これは、マイクロキャビティ効果と呼ばれる。この多重反射によりある特定の共振波長のみが強められ、有機EL素子50の外部(Z方向)に取り出される。それにより、単色で半値幅の小さい発光が得られる。したがって、白色光を効率よく取り出すことができない。
次に、図4の例では、オレンジ色発光層5および青色発光層6により発生された白色光は、オレンジ色発光層5とホール注入電極2との界面において反射する。オレンジ色発光層5および青色発光層6により発生された白色光は、青色発光層6と透明電極からなる電子注入電極8との界面ではほとんど反射しない。
しかし、電子注入電極8の屈折率とそれに接する領域22(窒素または空気)の屈折率とに差があるため、電子注入電極8の上面で反射が生じる。例えば、電子注入電極8としてITOを用いた場合、ITOの屈折率は約2.1であり、電子注入電極8に接する領域22を空気とした場合、空気の屈折率は約1.0である。したがって、屈折率の差が1.1と大きく、光の反射が大きい。そのため、オレンジ色発光層5および青色発光層6により発生された白色光を効率よく取り出すことが困難である。
これに対して、図5に示すように、本実施の形態の有機EL装置では、オレンジ色発光層5および青色発光層6により発生された白色光は、オレンジ色発光層5とホール注入電極2との界面において反射する。一方、オレンジ色発光層5および青色発光層6により発生された白色光は、青色発光層6と電子注入電極8との界面、および電子注入電極8と中間屈折率9との界面とにおいてほとんど反射しない。
すなわち、中間屈折率層9の屈折率が電子注入電極8の屈折率と中間屈折率層9に接する領域22(空気または窒素)の屈折率との間に設定されているので、電子注入電極8の屈折率と中間屈折率層9の屈折率との差が小さく、かつ中間屈折率層9とそれに接する領域22(窒素または空気)の屈折率との差が小さくなる。
例えば、電子注入電極8としてITOを用いた場合、ITOの屈折率は約2.1であり、中間屈折率層9としてフッ化ランタンを用いた場合、フッ化ランタンの屈折率は約1.52であり、中間屈折率層9に接する領域22を空気とした場合、空気の屈折率は約1.0である。したがって、電子注入電極8と中間屈折率層9との屈折率の差は0.58であり、中間屈折率層9とそれに接する領域22との屈折率の差は0.52である。
その結果、オレンジ色発光層5および青色発光層6により発生された白色光は、電子注入電極8の上面で反射せず、オレンジ色発光層5および青色発光層6により発生された白色光のほぼ全てが電子注入電極8および中間屈折率層9を透過して効率よく取り出される。
以上のように、第1の実施の形態に係る有機EL装置およびその製造方法においては、中間屈折率層9の屈折率が、中間屈折率層9に接する領域22の屈折率と電子注入電極8の屈折率との間にあるので、電子注入電極8と中間屈折率層9との屈折率の差が小さく、かつ中間屈折率層9とそれに接する領域22との屈折率の差が小さい。それにより、電子注入電極8と中間屈折率層9との界面および中間屈折率層9とそれに接する領域22との界面での光の反射が少なくなり、オレンジ色発光層5および青色発光層6により発光された白色光が電子注入電極8、中間屈折率層9およびそれに接する領域22を通過して効率よく取り出される。その結果、白色光の取り出し効率が向上する。
また、オレンジ色発光層5および青色発光層6により発光された白色光がホール注入電極2により反射され、電子注入電極8、中間屈折率層9およびそれに接する領域22を通過して効率よく取り出されるので、光の取り出し効率がさらに向上する。
さらに、ホール注入層3、ホール輸送層4、オレンジ色発光層5、青色発光層6および電子輸送層7と同様の形成方法を用いてNPBからなる中間屈折率層9を形成することができるので、容易に中間屈折率層9を形成することができる。中間屈折率層9の光学膜厚を130nm以上145nm以下にすることにより、可視光領域の中央部の波長を中心として白色光を効果的に取り出すことができる。
また、ホール注入電極2、ホール注入層3、ホール輸送層4、オレンジ色発光層5、青色発光層6、電子輸送層7、電子注入電極8および中間屈折率層9が封止缶30Jにより覆われ、封止缶30J内に窒素が充填されるので、ホール注入電極2および電子注入電極8の腐食およびホール注入層3、ホール輸送層4、オレンジ色発光層5、青色発光層6、電子輸送層7および中間屈折率層9への水分の浸入を防止することができる。
なお、電子注入電極8と中間屈折率層9との間に例えばSiN(窒化ケイ素)、SiO(酸化ケイ素)、SiO(二酸化ケイ素)、SiON(窒化酸化ケイ素)からなる保護膜を設けてもよい。この場合、SiN、SiO、SiO、SiONの屈折率は約2.0であり、ITOの屈折率とほぼ等しいため、中間屈折率層9の光学的な働きに実質的に影響を与えない。保護膜の材料としては、電子注入電極8の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する材料を用いることができる。
次に、図6は第2の実施の形態に係る有機EL装置を示す模式的断面図である。
図6に示す有機EL装置100aは、基板1の上に有機EL素子50を有する。有機EL装置100aにおいては、有機EL素子50の上部および周囲に樹脂層23が形成される。さらに、樹脂層23の上部にはガラスからなる封止板20およびカラーフィルタ21が設けられる。
有機EL装置100aの樹脂層23として、透明な樹脂に無機物を加えたものが用いられる。
具体的には、樹脂層23は、ユレア樹脂系、メラミン樹脂系、フェノール樹脂系、レゾルシノール樹脂系、エポキシ樹脂系、不飽和ポリエステル樹脂系、ポリウレタン樹脂系またはアクリル樹脂系等の熱硬化性樹脂系の樹脂、酢酸ビニル樹脂系、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂系、アクリル樹脂系、シアノアクリレート樹脂系、ポリビニルアルコール樹脂系、ポリアミド樹脂系、ポリオレフィン樹脂系、熱可塑性ポリウレタン樹脂系、飽和ポリエステル樹脂系またはセルロース系等の熱可塑性樹脂系の樹脂、エステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、メラミンアクリレート、アクリル樹脂アクリレート等の各種アクリレートまたはウレタンポリエステル等の樹脂を用いたラジカル系光硬化型接着剤、エポキシ、ビニルエーテル等の樹脂を用いたカチオン系光硬化型接着剤、チオール・エン付加型樹脂系接着剤、クロロプレンゴム系、ニトリルゴム系、スチレン・ブタジエンゴム系、天然ゴム系、ブチルゴム系またはシリコーン系等のゴム系、ビニル−フェノリック、クロロプレン−フェノリック、ニトリル−フェノリック、ナイロン−フェノリックまたはエポキシ−フェノリック等の複合系の合成高分子接着剤等が用いられる。上記の点以外は、図1の有機EL装置100の構成と同様である。
以上のように、第2の実施の形態に係る有機EL装置およびその製造方法においても、中間屈折率層9の屈折率が、中間屈折率層9に接する領域22の屈折率と電子注入電極8の屈折率との間にあるので、電子注入電極8と中間屈折率層9との屈折率の差が小さく、かつ中間屈折率層9と樹脂層23との屈折率の差が小さい。それにより、電子注入電極8と中間屈折率層9との界面および中間屈折率層9と樹脂層23との界面での光の反射が少なくなり、オレンジ色発光層5および青色発光層6により発光された白色光が電子注入電極8、中間屈折率層9および樹脂層23を通過して効率よく取り出される。その結果、白色光の取り出し効率が向上する。
また、オレンジ色発光層5および青色発光層6により発光された白色光がホール注入電極2により反射され、電子注入電極8、中間屈折率層9および樹脂層23を通過して効率よく取り出されるので、白色光の取り出し効率がさらに向上する。
さらに、ホール注入層3、ホール輸送層4、オレンジ色発光層5、青色発光層6および電子輸送層7と同様の形成方法を用いてNPBからなる中間屈折率層9を形成することができるので、容易に中間屈折率層9を形成することができる。中間屈折率層9の光学膜厚を130nm以上145nm以下にすることにより可視光領域の中央部の波長を中心として白色光を効果的に取り出すことができる。
また、ホール注入電極2、ホール注入層3、ホール輸送層4、オレンジ色発光層5、青色発光層6、電子輸送層7、電子注入電極8および中間屈折率層9が封止板20により覆われ、樹脂層23が形成されるので、ホール注入電極2および電子注入電極8の腐食およびホール注入層3、ホール輸送層4、オレンジ色発光層5、青色発光層6、電子輸送層7および中間屈折率層9への水分の浸入を防止することができる。
上記実施の形態においては、ホール注入電極2が第1の電極に相当し、オレンジ色発光層5および青色発光層6が白色光を発生する発光層に相当し、ホール注入層3、ホール輸送層4、オレンジ色発光層5、青色発光層6および電子輸送層7が有機膜に相当し、電子注入電極8が白色光を透過する第2の電極に相当し、中間屈折率層9が中間屈折率層に相当し、領域22が中間屈折率層に接する領域に相当し、樹脂層23が樹脂層に相当し、封止缶30Jが封止缶に相当し、窒素が不活性ガスに相当する。
実施例1,2では、第1の実施の形態において説明した有機EL装置100の構造においてうちカラーフィルタ21を形成しない有機EL装置を作製した。その有機EL装置に直流電圧を印加して発光スペクトルを測定した。なお、実施例1の中間屈折率層9としてフッ化ランタン(LaF3 )を用い、実施例2の中間屈折率層9としてNPBを用いた。
(実施例1)
実施例1においては、まず、ガラス基板1上にスパッタ法にて酸化錫インジウム(ITO)からなるホール注入電極2を形成した。続いて、ホール注入電極2上に真空蒸着装置を用いてフッ化炭素(CFx)からなるホール注入層3を形成した。ホール注入層3上にNPBからなるホール輸送層4を形成した。これらの蒸着時の真空度は1.0×10-6Torrであり、成膜速度は0.2〜0.3nm/secである。
続いて、ホール輸送層4上にNPBからなるオレンジ色発光層5を成膜した。オレンジ色発光層5の成膜条件は、ホール注入層3およびホール輸送層4の成膜条件と同じである。次いで、ホール輸送層4上にTBADNからなる青色発光層6を形成した。
さらに、青色発光層6上にAlqからなる電子輸送層7を形成した。続いて、電子輸送層7上にITOからなる電子注入電極8をスパッタ法にて成膜した。さらに、電子注入電極8上にNPBからなる中間屈折率層9を真空蒸着法により形成した。
ホール注入電極2の膜厚は100nmである。ホール注入層3およびホール輸送層4の膜厚はそれぞれ70nmであり、オレンジ色発光層5の膜厚は30nmであり、青色発光層6の膜厚は40nmであり、電子輸送層7の膜厚は10nmであり、電子注入電極8の膜厚は100nmであり、中間屈折率層9の膜厚は78.5nmである。
(比較例1)
比較例1においては、中間屈折率層9を設けない点を除いて実施例1と同様の有機EL装置を作製した。
(評価)
図7は実施例1および比較例1において作製された有機EL装置から取り出された白色光のスペクトルを示す図である。図7の横軸は波長を示し、縦軸は相対強度を示す。
実線Bは実施例1の有機EL装置から取り出された光のスペクトルを示し、細線Cは有機EL装置のオレンジ色発光層5および青色発光層6により発生される光のスペクトルを示し、破線Dは比較例1の有機EL装置から取り出された光のスペクトルを示す。
破線Dに示すように、比較例1におけるスペクトルの相対強度は、波長450nm〜480nm付近および波長600nm〜680nm付近において大きなピーク値を示す。一方、細線Cで示すように、有機EL装置のオレンジ色発光層5および青色発光層6により発生される光のスペクトルは、波長450nm〜500nmおよび波長550nm〜600nm付近で大きなピーク値を示す。
比較例1の有機EL装置では、光が多重反射して干渉が生じていると考えられるため、狭い波長領域の光が取り出される。すなわち、単色波長のみが強調され、広い波長領域の光を取り出すことができない。また、実際の視覚による確認において、比較例1の有機EL装置から取り出された白色光は弱かった。
これに対して、実線Bで示すように、実施例1におけるスペクトルの相対強度は、波長450nm〜480nm付近および波長550nm〜630nm付近において大きなピーク値を示す。このように、実施例1におけるスペクトルは、オレンジ色発光層5および青色発光層6により発生される光のスペクトルに近く、オレンジ発光層5および青色発光層6により発生された光がほぼ全て取り出されていることがわかる。
(実施例2)
実施例2においては、実施例1と同様に有機EL装置を作製した。なお、実施例2においては、電子注入電極8の厚みを50nmとし、中間屈折率層9として上述したフッ化ランタン(LaF3 )を用いた。フッ化ランタンの厚みは90nmとした。
(比較例2)
比較例2においては、中間屈折率層9を設けない点を除いて実施例2と同様の有機EL装置を作製した。
(評価)
図8は実施例2および比較例2において作製された有機EL装置から取り出された白色光のスペクトルを示す図である。図8の横軸は波長を示し、縦軸は相対強度を示す。実線Xは比較例2の有機EL装置から取り出された光のスペクトルを示し、破線Aは実施例2の有機EL装置から取り出された光のスペクトルを示す。
比較例2におけるスペクトルの相対強度は、波長450nm〜500nm付近において大きなピーク値を示す。一方、実施例2におけるスペクトルの相対強度は、波長450nm〜500nm付近において大きなピーク値を示し、さらに、波長500nm〜550nm付近においても比較例1よりも大きなピーク値を示す。これらの結果より、中間屈折率層9を設けることにより可視光領域の広い波長領域の光が取り出されることがわかった。
(実施例3)
続いて、中間屈折率層9の効果を確認するため、中間屈折率層9を設けた場合と中間屈折率層9を設けない場合の電子注入電極8の上面で反射率の波長依存性についてシミュレーションを行った。
図9は、中間屈折率層9を設けた場合と中間屈折率層9を設けない場合の反射率の波長依存性のシミュレーション結果を示す図である。図9の実線Yは中間屈折率層9を設けない場合を示し、一点鎖線Eは中間屈折率層9を設けた場合を示す。
中間屈折率層9を設けた場合のシミュレーション条件として、発光層はNPBからなるものとし、電子注入電極8としてIZO(膜厚200nm)を用い、屈折率n=1.5で膜厚d=92nmの中間屈折率層9を用い、中間屈折率層9の外側は空気とする。
一方、中間屈折率層9を設けない場合のシミュレーション条件として、発光層はNPBからなるものとし、電子注入電極8としてIZO(膜厚200nm)を用い、電子注入電極8の外側は空気とする。
図9に一点鎖線Eで示すように、中間屈折率層9を設けない場合、波長400nm〜780nmの全波長領域で反射率が0.08%を超える。一方、図9の実線Yで示すように、中間屈折率層9を設けた場合、波長400nm〜780nmの全波長領域で反射率が0.04%以下に低減された。
以上のことから、中間屈折率層9を設けることによりオレンジ色発光層5および青色発光層6から発光された白色光が効率よく取り出されることがわかる。
本発明は、各種表示装置、光源等に利用することができる。
第1の実施の形態に係る有機EL装置の模式的断面図である。 図1の有機EL装置内の有機EL素子の拡大図である。 中間屈折率層の働きを説明するための模式図である。 中間屈折率層の働きを説明するための模式図である。 中間屈折率層の働きを説明するための模式図である。 第2の実施の形態に係る有機EL装置を示す模式的断面図である。 実施例1および比較例1において作製された有機EL装置から取り出された白色光のスペクトルを示す図である。 実施例2および比較例2において作製された有機EL装置から取り出された白色光のスペクトルを示す図である。 中間屈折率層を設けた場合と中間屈折率層を設けない場合の反射率の波長依存性のシミュレーション結果を示す図である。
符号の説明
2 ホール注入電極
3 ホール注入層
4 ホール輸送層
5 オレンジ色発光層
6 青色発光層
7 電子輸送層
8 電子注入電極
9 中間屈折率層
22 領域
23 樹脂
30J 封止缶

Claims (7)

  1. 第1の電極と、
    白色光を発生する発光層を含む有機膜と、
    前記白色光を透過する第2の電極と、
    中間屈折率層とを順に備え、
    前記中間屈折率層の屈折率は、
    前記第2の電極と反対側において前記中間屈折率層に接する領域の屈折率と前記第2の電極の屈折率との間にあることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置。
  2. 前記第1の電極は、白色光を反射することを特徴とする請求項1記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
  3. 前記中間屈折率層は、有機材料からなることを特徴とする請求項1または2記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
  4. 前記第1の電極、前記有機膜、前記第2の電極および前記中間屈折率層を封止するための樹脂層をさらに備え、
    前記中間屈折率層に接する前記領域は、前記樹脂層からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
  5. 前記第1の電極、前記有機膜、前記第2の電極および前記中間屈折率層を覆う封止缶をさらに備え、
    前記封止缶内に不活性ガスが充填され、前記中間屈折率層に接する前記領域は、前記不活性ガスからなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
  6. 前記中間屈折率層の光学膜厚は、130nm以上145nm以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
  7. 第1の電極上に白色光を発生する発光層を含む有機膜を形成する工程と、
    前記有機膜上に前記白色光を透過する第2の電極を形成する工程と、
    前記第2の電極上に中間屈折率層を形成する工程とを備え、
    前記中間屈折率層の屈折率は、
    前記第2の電極と反対側において前記中間屈折率層に接する領域の屈折率と前記第2の電極の屈折率との間にあることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス製造方法。
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