JP2006092936A - 有機ｅｌ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電荷を注入する部分と発光層からの光を反射する部分とを分離し、基板側から光を取り出す有機ＥＬ装置を提供することを課題とする。
【解決手段】陽極２と陰極５がそれぞれ光透過性を有し、有機層３への電子の注入が電子注入アシスト層４と光透過性を有する陰極５との界面から行われ、有機層３で発した光のうち、陽極２側へ向かって進む光Ｌ１は陽極２を透過した後にガラス基板１を通って出射され、陰極５側へ向かって進む光Ｌ２は電子注入アシスト層４及び陰極５を通って反射層６で反射した後に再び陰極５、電子注入アシスト層４及び有機層３を通って陽極２へ入射し、さらにガラス基板１を透過して出射される。
【選択図】図１
【解決手段】陽極２と陰極５がそれぞれ光透過性を有し、有機層３への電子の注入が電子注入アシスト層４と光透過性を有する陰極５との界面から行われ、有機層３で発した光のうち、陽極２側へ向かって進む光Ｌ１は陽極２を透過した後にガラス基板１を通って出射され、陰極５側へ向かって進む光Ｌ２は電子注入アシスト層４及び陰極５を通って反射層６で反射した後に再び陰極５、電子注入アシスト層４及び有機層３を通って陽極２へ入射し、さらにガラス基板１を透過して出射される。
【選択図】図１
Description
この発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）装置に係り、特に有機ＥＬ装置の光の取り出し効率の向上に関する。
有機ＥＬ装置は、自己発光を行い、高輝度の画面を得ることができるため、薄型、軽量の携帯機器等のディスプレイや照明装置として広く実用化が進められている。この有機ＥＬ装置は、例えば、基板上に、ＩＴＯなどの光透過性を有する透明電極層とＡｌなどの光反射性を有する反射電極層とこれら電極層の間に挟まれた発光層を有する有機層とから構成されるＥＬ素子が形成された構造を有しており、発光層で発せられた光が直接透明電極層を透過して、あるいは一旦反射電極層で反射した後に透明電極層を透過して取り出される。
このとき、発光層から直接透明電極層を透過する光と一旦反射電極層で反射した後に透明電極層を透過する光との間に光路差があるため、これらの光は互いに干渉する。そこで、例えば特許文献１には、光の干渉の結果、光共振が生じるような厚さにまで、有機層内に含まれる電子輸送層やホール輸送層などの層を厚くすることによって、光の取り出し効率の向上を図ることが提案されている。
このとき、発光層から直接透明電極層を透過する光と一旦反射電極層で反射した後に透明電極層を透過する光との間に光路差があるため、これらの光は互いに干渉する。そこで、例えば特許文献１には、光の干渉の結果、光共振が生じるような厚さにまで、有機層内に含まれる電子輸送層やホール輸送層などの層を厚くすることによって、光の取り出し効率の向上を図ることが提案されている。
しかしながら、光共振を生じさせるために電子輸送層やホール輸送層などの有機層を構成する層を厚くすると、電極層間の距離が大きくなってＥＬ素子の駆動電圧が上昇するために、有機ＥＬ装置の消費電力が増大するという問題を生じてしまう。
また、有機層を構成する層を厚くするために、ＥＬ素子全体の光透過率が下がり、光の取り出し効率が低下してしまうおそれもある。
また、有機層を構成する層を厚くするために、ＥＬ素子全体の光透過率が下がり、光の取り出し効率が低下してしまうおそれもある。
本発明者らは、上記のような従来の問題点を解決すべく鋭意研究、開発を遂行した結果、このような問題点を解決するためには、有機層へキャリアを注入する部分と、発光層からの光を反射する部分とを分離することが有効であることに想到し、本発明を完成するに至った。
この発明に係る有機ＥＬ装置は、透明基板上に第１の電極層と発光層を含む有機層と第２の電極層とが順次形成され、透明基板側から光を取り出す有機ＥＬ装置において、第１の電極層と第２の電極層がそれぞれ光透過性を有する材料から形成されると共に第２の電極層の有機層とは反対側に第２の電極層内から入射した光に対して光反射性を有する反射層が形成されているものである。
このような構成では、有機層へのキャリアの注入は第２の電極層の有機層側の面から行われ、発光層から第２の電極側へ進む光の反射は第２の電極層の有機層とは反対で行われる。すなわち、有機層の第２の電極側において、有機層へキャリアを注入する部分と発光層からの光を反射する部分とが分離されている。
このような構成では、有機層へのキャリアの注入は第２の電極層の有機層側の面から行われ、発光層から第２の電極側へ進む光の反射は第２の電極層の有機層とは反対で行われる。すなわち、有機層の第２の電極側において、有機層へキャリアを注入する部分と発光層からの光を反射する部分とが分離されている。
本発明は、第２の電極層が陰極である場合に特に有効であり、また、第２の電極層を形成する光透過性の材料は、ＩＴＯ（錫ドープの酸化インジウム）、ＩＺＯ（亜鉛ドープの酸化インジウム）、ＩＷＯ（タングステンドープの酸化インジウム）、ＡＴＯ（アンチモンドープの酸化錫）、ＦＴＯ（フッ素ドープの酸化錫）、ＡＺＯ（アルミニウムドープの酸化亜鉛）、導電性高分子の中から選ばれる一つのものか、または複数選ばれた材料の混合物であることが好ましい。
有機層と第２の電極層との間に、有機層へのキャリアの注入をアシストするためのキャリア注入アシスト層を形成することが好ましく、キャリア注入アシスト層は、アルカリ金属の単体、アルカリ土類金属の単体、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の化合物、フタロシアニン誘導体から選ばれる材料、またはこれらの中から選ばれる複数の材料の混合物から形成されることが好ましい。
また、キャリア注入アシスト層と第２の電極層との間に光透過性を有するバッファ層を形成してもよい。このとき、バッファ層は、アルミニウム、銀、マグネシウム及びインジウムから選ばれる材料、またはこれらから選ばれる複数の材料の混合物からなり、かつ厚さが５０ｎｍ以下であることが好ましい。
反射層は、光反射性及び導電性を有する金属から形成されることが好ましく、第２の電極層と反射層との間、または反射層の第２の電極側の面上に、光を散乱させるための散乱手段を設けてもよい。
有機層と第２の電極層との間に、有機層へのキャリアの注入をアシストするためのキャリア注入アシスト層を形成することが好ましく、キャリア注入アシスト層は、アルカリ金属の単体、アルカリ土類金属の単体、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の化合物、フタロシアニン誘導体から選ばれる材料、またはこれらの中から選ばれる複数の材料の混合物から形成されることが好ましい。
また、キャリア注入アシスト層と第２の電極層との間に光透過性を有するバッファ層を形成してもよい。このとき、バッファ層は、アルミニウム、銀、マグネシウム及びインジウムから選ばれる材料、またはこれらから選ばれる複数の材料の混合物からなり、かつ厚さが５０ｎｍ以下であることが好ましい。
反射層は、光反射性及び導電性を有する金属から形成されることが好ましく、第２の電極層と反射層との間、または反射層の第２の電極側の面上に、光を散乱させるための散乱手段を設けてもよい。
更に、以下の数式（１）で示される条件を満たすことが望ましい。
ｎＬ＝（２Ｎ−１）×λ／４ （１）
ここで、ｎＬは前記発光層内の発光位置から前記反射層の第２電極側の面までの光学距離であり、Ｎは自然数、λは発光層の発光波長である。ただし、発光波長が単一でない場合には、λは発光強度が極大となる波長または発光波長全体の中心波長のいずれかとする。
透明基板上に集光部材を設ける場合には、上記数式（１）に代わり数式（２）で示される条件を満たすことが望ましい。
ｎＬ×ｃｏｓθ＝（２Ｎ−１）×λ／４ （２）
ここで、ｎＬは前記発光層内の発光位置から前記反射層の第２電極側の面までの前記透明基板の法線方向の光学距離であり、θは前記透明基板の法線方向と前記集光部材によって前記透明基板の法線方向に集光されるような光の方向とのなす角、Ｎは自然数である。λは発光層の発光波長である。ただし、発光波長が単一でない場合には、λは発光強度が極大となる波長または発光波長全体の中心波長のいずれかとする。
ｎＬ＝（２Ｎ−１）×λ／４ （１）
ここで、ｎＬは前記発光層内の発光位置から前記反射層の第２電極側の面までの光学距離であり、Ｎは自然数、λは発光層の発光波長である。ただし、発光波長が単一でない場合には、λは発光強度が極大となる波長または発光波長全体の中心波長のいずれかとする。
透明基板上に集光部材を設ける場合には、上記数式（１）に代わり数式（２）で示される条件を満たすことが望ましい。
ｎＬ×ｃｏｓθ＝（２Ｎ−１）×λ／４ （２）
ここで、ｎＬは前記発光層内の発光位置から前記反射層の第２電極側の面までの前記透明基板の法線方向の光学距離であり、θは前記透明基板の法線方向と前記集光部材によって前記透明基板の法線方向に集光されるような光の方向とのなす角、Ｎは自然数である。λは発光層の発光波長である。ただし、発光波長が単一でない場合には、λは発光強度が極大となる波長または発光波長全体の中心波長のいずれかとする。
この発明によれば、有機層へのキャリアの注入と発光層から第２の電極側へ進む光の反射とが互いに異なる部分で行われる。すなわち、有機層へキャリアを注入する部分と、発光層からの光を反射する部分とが分離される。
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
＜実施の形態１＞
図１に実施の形態１に係る有機ＥＬ装置の断面を示す。透明なガラス基板１の表面上に第１の電極層となる陽極２が形成され、陽極２の上に有機層３が形成されている。さらに、有機層３の上にキャリア注入アシスト層である電子注入アシスト層４を介して第２の電極層となる陰極５が形成され、陰極５の上に反射層６が形成されている。
＜実施の形態１＞
図１に実施の形態１に係る有機ＥＬ装置の断面を示す。透明なガラス基板１の表面上に第１の電極層となる陽極２が形成され、陽極２の上に有機層３が形成されている。さらに、有機層３の上にキャリア注入アシスト層である電子注入アシスト層４を介して第２の電極層となる陰極５が形成され、陰極５の上に反射層６が形成されている。
ガラス基板１は、可視光に対して透明または半透明の材料から形成されればよく、ガラスの他、このような条件を満たす樹脂を用いることもできる。陽極２は、電極としての機能を有し且つ少なくとも可視光に対して透明または半透明であればよく、例えばＩＴＯやＩＺＯがその材料として採用される。
有機層３は、いわゆる発光材料からなる有機層のみの単層、またはホール注入アシスト層、ホール輸送層、ホール注入輸送層、ホール阻止層、電子輸送層、電子阻止層の一層以上と発光材料からなる発光層とが積層された多層のいずれであってもよい。
有機層の材料としては、Ａｌｑ３やＤＣＭなどの公知の有機発光材料が含有される。また、ホール注入アシスト層、ホール輸送層、ホール注入輸送層、ホール阻止層、電子輸送層、電子阻止層などは、公知の材料から適宜形成される。
有機層３は、いわゆる発光材料からなる有機層のみの単層、またはホール注入アシスト層、ホール輸送層、ホール注入輸送層、ホール阻止層、電子輸送層、電子阻止層の一層以上と発光材料からなる発光層とが積層された多層のいずれであってもよい。
有機層の材料としては、Ａｌｑ３やＤＣＭなどの公知の有機発光材料が含有される。また、ホール注入アシスト層、ホール輸送層、ホール注入輸送層、ホール阻止層、電子輸送層、電子阻止層などは、公知の材料から適宜形成される。
電子注入アシスト層４は、陰極５から有機層３への電子注入をアシストするためのもので、有機層３のうち最も陰極側に設けられる層を構成する有機材料に電子を注入しやすい材料で形成する。このような材料としては、アルカリ金属の単体、アルカリ土類金属の単体、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の化合物、フタロシアニン誘導体から選ばれる材料、またはこれらの中から選ばれる複数の材料の混合物等があり、陰極５や有機層３のうち最も陰極側に設けられる層の材料にもよるが、例えば、Ｌｉ、ＬｉＦ、Ｃｓ等を用いることが好ましい。
一般に、透明電極に用いられる材料の仕事関数は大きいため、陰極５を透明電極にすると、陰極５から有機層３へ電子を注入する際のエネルギー障壁も大きくなる。このような場合に電子注入アシスト層を設けると、陰極５から有機層３へ電子を注入する際のエネルギー障壁が緩和され、電子注入アシスト層がない場合に比べて有機ＥＬ装置の駆動電圧を低減することができる。
一般に、透明電極に用いられる材料の仕事関数は大きいため、陰極５を透明電極にすると、陰極５から有機層３へ電子を注入する際のエネルギー障壁も大きくなる。このような場合に電子注入アシスト層を設けると、陰極５から有機層３へ電子を注入する際のエネルギー障壁が緩和され、電子注入アシスト層がない場合に比べて有機ＥＬ装置の駆動電圧を低減することができる。
陰極５は、導電性を有し、少なくとも可視光に対して透過性を有する材料で形成される。このような材料としては、ＩＴＯ（錫ドープの酸化インジウム）、ＩＺＯ（亜鉛ドープの酸化インジウム）、ＩＷＯ（タングステンドープの酸化インジウム）、ＡＴＯ（アンチモンドープの酸化錫）、ＦＴＯ（フッ素ドープの酸化錫）、ＡＺＯ（アルミニウムドープの酸化亜鉛）、導電性高分子等があり、これらのものを単独でまたは混合して用いることができる。陰極５の可視光の透過率が６０％以上であることが好ましく、このような透過率が得られるように、材料と膜厚を適宜組み合わせる。
反射層６は、少なくとも可視光に対して反射性を有していればよく、反射率が７０％以上であることが好ましい。反射層６を形成する材料としては、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ合金、Ａｌ／Ｍｏ積層体等を採用することができる。反射層６を導電性の金属で陰極５に接するように形成すると、陰極５の低い導電率を補償することが可能になり、有機ＥＬ装置の駆動電圧を更に低くすることができる。この場合、反射層６を形成する金属はできるだけ導電率の高いものを選ぶのが望ましい。
一方、反射層６は電極としての機能を有する必要がないので、反射層６を樹脂等の絶縁体から形成することもできる。そのため、例えば樹脂が積層された反射膜であって金属よりも反射率が高いものも反射層６として採用することが可能となり、より光の取り出し効率を上げることが可能となる。
これら各層は、真空蒸着法などの公知の薄膜形成法や貼付によって形成すればよい。
一方、反射層６は電極としての機能を有する必要がないので、反射層６を樹脂等の絶縁体から形成することもできる。そのため、例えば樹脂が積層された反射膜であって金属よりも反射率が高いものも反射層６として採用することが可能となり、より光の取り出し効率を上げることが可能となる。
これら各層は、真空蒸着法などの公知の薄膜形成法や貼付によって形成すればよい。
この有機ＥＬ装置では、ガラス基板１の陽極２とは反対側の主面が光の光出射面になっている。すなわち、発光層で発した光のうち、陽極２側へ向かって進む光Ｌ１は陽極２を透過した後にガラス基板１を通って出射され、陰極５側へ向かって進む光Ｌ２は電子注入アシスト層４及び陰極５を通って反射層６で反射した後に再び陰極５、電子注入アシスト層４及び有機層３を通って陽極２へ入射し、さらにガラス基板１を透過して出射される。
このとき、光Ｌ１と光Ｌ２との間に、発光層内の発光位置から陰極５と反射層６との界面までの距離Ｄの２倍に相当する光路差２・Ｄが生じることとなる。そこで、光Ｌ１と光Ｌ２との間で位相がほぼ揃うように光路差２・Ｄを設定すればよい。これにより、光Ｌ１と光Ｌ２との干渉による減衰が低減され、光の取り出し効率が向上する。
光Ｌ１と光Ｌ２との位相がほぼ揃うようにするには、例えば、発光層内の発光位置から反射層６の陰極５側の面までの距離が、
ｎＬ＝（２Ｎ−１）×λ／４ （１）
ここで、ｎＬは発光層内の発光位置から反射層６の陰極５側の面までの光学距離であり、発光層と反射層６との間に複数の層がある場合には、それぞれの層の厚さ方向の光学距離の和となる。Ｎは自然数、λは発光層の発光波長である。ただし、発光波長が単一でない場合には、発光波長に含まれる任意の波長に設定することが可能であるが、発光強度が極大となる波長（のうちの一つ）、または発光波長全体の中心波長とするとよい。
光Ｌ１と光Ｌ２との位相がほぼ揃うようにするには、例えば、発光層内の発光位置から反射層６の陰極５側の面までの距離が、
ｎＬ＝（２Ｎ−１）×λ／４ （１）
ここで、ｎＬは発光層内の発光位置から反射層６の陰極５側の面までの光学距離であり、発光層と反射層６との間に複数の層がある場合には、それぞれの層の厚さ方向の光学距離の和となる。Ｎは自然数、λは発光層の発光波長である。ただし、発光波長が単一でない場合には、発光波長に含まれる任意の波長に設定することが可能であるが、発光強度が極大となる波長（のうちの一つ）、または発光波長全体の中心波長とするとよい。
従来から、発光層の陰極５側の面から反射層６の陰極５側の面までの光学距離が式（１）を満たすようにする提案はあった。しかし、従来の技術では、陰極が電子の注入と反射の両方を担っていたため、式（１）を満たすために、発光層と陰極との間にある有機層（主に電子輸送層）の膜厚を調整していた。一般に有機物においては、電子輸送性材料であっても電子の輸送性は非常に低く、そのため、電子輸送層を厚くすると有機ＥＬ装置全体としての駆動電圧が増加していた。
一方、実施の形態１のような構成の有機ＥＬ装置においては、電子を注入する部分と光を反射する部分とが分離しているため、式（１）を満たすように陰極５の厚さを調整することが可能となる。陰極５の厚さを変えても、有機層３に電子を注入する部分は変わらないので有機ＥＬ装置の駆動電圧が増加することはない。その一方で、発光層の陰極５側の面から反射層６の陰極５側の面までの光学距離を調整することができるので、光の取り出し効率を向上させることも可能となる。
一方、実施の形態１のような構成の有機ＥＬ装置においては、電子を注入する部分と光を反射する部分とが分離しているため、式（１）を満たすように陰極５の厚さを調整することが可能となる。陰極５の厚さを変えても、有機層３に電子を注入する部分は変わらないので有機ＥＬ装置の駆動電圧が増加することはない。その一方で、発光層の陰極５側の面から反射層６の陰極５側の面までの光学距離を調整することができるので、光の取り出し効率を向上させることも可能となる。
この実施の形態１の有機ＥＬ装置は、ガラス基板１の表面上に真空蒸着法等の公知の薄膜形成法により陽極２、有機層３、電子注入アシスト層４、陰極５及び反射層６を順次積層することにより製造される。
さらに、必要に応じて反射層６の表面上に窒化珪素、酸窒化珪素及び酸化珪素等からなる保護層がプラズマＣＶＤ法、塗布、貼付等により形成される。
さらに、必要に応じて反射層６の表面上に窒化珪素、酸窒化珪素及び酸化珪素等からなる保護層がプラズマＣＶＤ法、塗布、貼付等により形成される。
＜実施の形態２＞
図２に実施の形態２に係る有機ＥＬ装置の断面を示す。この有機ＥＬ装置は、図１に示した実施の形態１の装置において、電子注入アシスト層４と陰極５との間にバッファ層７を形成したものである。
バッファ層７は、実施の形態１において陰極5から電子注入アシスト層４へ電子が効率よく注入されない場合に用いると有効である。バッファ層７を構成する材料としては、アルミニウム、銀、マグネシウム及びインジウムから選ばれる材料、またはこれらから選ばれる複数の材料の混合物などがある。
このようなバッファ層７を設けることにより、陰極５を透明な導電材料で形成しても、有機ＥＬ装置の駆動電圧の増加を抑制できる。
バッファ層７は、少なくとも可視光に対して透過性を有することが必要であり、そのために、好ましくは５０ｎｍ以下、さらに好ましくは２０ｎｍ以下の厚さに形成することが望ましい。
電子注入アシスト層４の表面上に真空蒸着法等の公知の薄膜形成法によりバッファ層７を形成した後、バッファ層７の表面上に陰極５及び反射層６を順次形成すればよい。バッファ層７はまた、その後の陰極５及び反射層６の形成時に発生する熱等の有機層３への影響を軽減する機能も有する。
図２に実施の形態２に係る有機ＥＬ装置の断面を示す。この有機ＥＬ装置は、図１に示した実施の形態１の装置において、電子注入アシスト層４と陰極５との間にバッファ層７を形成したものである。
バッファ層７は、実施の形態１において陰極5から電子注入アシスト層４へ電子が効率よく注入されない場合に用いると有効である。バッファ層７を構成する材料としては、アルミニウム、銀、マグネシウム及びインジウムから選ばれる材料、またはこれらから選ばれる複数の材料の混合物などがある。
このようなバッファ層７を設けることにより、陰極５を透明な導電材料で形成しても、有機ＥＬ装置の駆動電圧の増加を抑制できる。
バッファ層７は、少なくとも可視光に対して透過性を有することが必要であり、そのために、好ましくは５０ｎｍ以下、さらに好ましくは２０ｎｍ以下の厚さに形成することが望ましい。
電子注入アシスト層４の表面上に真空蒸着法等の公知の薄膜形成法によりバッファ層７を形成した後、バッファ層７の表面上に陰極５及び反射層６を順次形成すればよい。バッファ層７はまた、その後の陰極５及び反射層６の形成時に発生する熱等の有機層３への影響を軽減する機能も有する。
＜実施の形態３＞
図３に実施の形態３に係る有機ＥＬ装置の断面を示す。この有機ＥＬ装置は、図２に示した実施の形態２の装置において、有機層３及び電子注入アシスト層４の代わりに電子注入アシスト部９を有する有機層８を陽極２の上に形成したものである。
電子注入アシスト部９は、有機層８内の最も陰極５側に設けられる層を構成する有機物とアルカリ金属の単体、アルカリ土類金属の単体、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の化合物、フタロシアニン誘導体から選ばれる材料（例えばＬｉ，Ｃｓ）とを共蒸着することにより形成され、電子注入アシスト層４と同様に、陰極５から有機層８への電子注入をアシストする。
図３に実施の形態３に係る有機ＥＬ装置の断面を示す。この有機ＥＬ装置は、図２に示した実施の形態２の装置において、有機層３及び電子注入アシスト層４の代わりに電子注入アシスト部９を有する有機層８を陽極２の上に形成したものである。
電子注入アシスト部９は、有機層８内の最も陰極５側に設けられる層を構成する有機物とアルカリ金属の単体、アルカリ土類金属の単体、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の化合物、フタロシアニン誘導体から選ばれる材料（例えばＬｉ，Ｃｓ）とを共蒸着することにより形成され、電子注入アシスト層４と同様に、陰極５から有機層８への電子注入をアシストする。
＜実施の形態４＞
図４に実施の形態４に係る有機ＥＬ装置の断面を示す。この有機ＥＬ装置は、図１に示した実施の形態１の装置において、陰極５と反射層６との間に光散乱手段１０を形成したものである。
光散乱手段１０は、陰極５の表面にエッチングを施したり、サンドブラストによる表面処理等により凹凸面を形成し、その上に反射層６を形成することにより得られる。この場合、光散乱手段１０は、反射層６の陰極５側の面上に設けられることになる。実施の形態１で述べたように、有機層３への電子の注入は電子注入アシスト層４と陰極５との界面から行われ、光の反射は陰極５と反射層６との界面で行われるため、有機ＥＬ装置の駆動電圧に悪影響を及ぼすことなく陰極５を厚く形成することができ、その結果、陰極５の表面への凹凸の形成が可能となる。
また、光散乱手段１０は、陰極５と反射層６との間に設けることもできる。このような光散乱手段としては、例えば、樹脂バインダ内にビーズ等の微粒子を含んだ散乱シートなどの絶縁物であってもよい。上記に説明したように、反射層６が導電性を有する必要がないため、このような光散乱手段１０を陰極５と反射層６との間に設けることが可能となる。
図４に実施の形態４に係る有機ＥＬ装置の断面を示す。この有機ＥＬ装置は、図１に示した実施の形態１の装置において、陰極５と反射層６との間に光散乱手段１０を形成したものである。
光散乱手段１０は、陰極５の表面にエッチングを施したり、サンドブラストによる表面処理等により凹凸面を形成し、その上に反射層６を形成することにより得られる。この場合、光散乱手段１０は、反射層６の陰極５側の面上に設けられることになる。実施の形態１で述べたように、有機層３への電子の注入は電子注入アシスト層４と陰極５との界面から行われ、光の反射は陰極５と反射層６との界面で行われるため、有機ＥＬ装置の駆動電圧に悪影響を及ぼすことなく陰極５を厚く形成することができ、その結果、陰極５の表面への凹凸の形成が可能となる。
また、光散乱手段１０は、陰極５と反射層６との間に設けることもできる。このような光散乱手段としては、例えば、樹脂バインダ内にビーズ等の微粒子を含んだ散乱シートなどの絶縁物であってもよい。上記に説明したように、反射層６が導電性を有する必要がないため、このような光散乱手段１０を陰極５と反射層６との間に設けることが可能となる。
光散乱手段１０の存在により、有機層３で発して陰極５側へ向かう光は電子注入アシスト層４及び陰極５を通って光拡散層１０で拡散すると共に反射層６で反射した後、再び陰極５、電子注入アシスト層４及び有機層３を通って陽極２へ入射し、さらにガラス基板１を透過して出射される。このため、ガラス基板１と空気との界面である光出射面で全反射していた光が、光散乱手段１０で光の進行する角度がかわり、光出射面から取り出されるようになり、有機ＥＬ装置の光の取り出し効率が向上する。
また、ガラス基板１から入り込んだ外光も光散乱手段１０で拡散されるため、外光による映り込みが低減される。
同様にして、実施の形態２あるいは３の有機ＥＬ装置に光散乱手段１０を形成することもできる。
また、ガラス基板１から入り込んだ外光も光散乱手段１０で拡散されるため、外光による映り込みが低減される。
同様にして、実施の形態２あるいは３の有機ＥＬ装置に光散乱手段１０を形成することもできる。
＜実施の形態５＞
図５に実施の形態５に係る有機ＥＬ装置の断面を示す。この有機ＥＬ装置は、図１に示した実施の形態１の装置において、発光層から互いに波長の異なる複数の光を発すると共に金属からなる反射層６の代わりに多層膜からなる反射層１１を陰極５の上に形成したものである。
例えば、発光層からＲ、Ｇ、Ｂの３色の光が発せられる場合に、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの光に対して、陽極２側へ進む光と陰極５側へ進んで反射してくる光との間で位相がほぼ揃うような光路差となるように陰極５の厚さと反射層１１内の多層膜の各膜厚が設定されている。反射層１１を多層膜で構成することにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの光に対してそれぞれ位相がほぼ揃う光路差を設定することが可能となる。
これにより、白色ＥＬ装置等、多色の光を発する有機ＥＬ装置において、各色毎に位相をほぼ揃え、有機ＥＬ装置全体としての光の取り出し効率を向上させることができる。
同様にして、干渉の結果、特定の色の光を弱めるように光路差を設定することも可能である。
図５に実施の形態５に係る有機ＥＬ装置の断面を示す。この有機ＥＬ装置は、図１に示した実施の形態１の装置において、発光層から互いに波長の異なる複数の光を発すると共に金属からなる反射層６の代わりに多層膜からなる反射層１１を陰極５の上に形成したものである。
例えば、発光層からＲ、Ｇ、Ｂの３色の光が発せられる場合に、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの光に対して、陽極２側へ進む光と陰極５側へ進んで反射してくる光との間で位相がほぼ揃うような光路差となるように陰極５の厚さと反射層１１内の多層膜の各膜厚が設定されている。反射層１１を多層膜で構成することにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの光に対してそれぞれ位相がほぼ揃う光路差を設定することが可能となる。
これにより、白色ＥＬ装置等、多色の光を発する有機ＥＬ装置において、各色毎に位相をほぼ揃え、有機ＥＬ装置全体としての光の取り出し効率を向上させることができる。
同様にして、干渉の結果、特定の色の光を弱めるように光路差を設定することも可能である。
＜実施の形態６＞
図６に実施の形態６に係る有機ＥＬ装置の断面を示す。この有機ＥＬ装置は、図１に示した実施の形態１の装置において、ガラス基板１の光出射面上に集光部材であるプリズムシート１２を設けたものである。
プリズムシート１２は、断面が三角形状の微少なプリズムが平面上に連続して設けられたもので、ガラス基板１上に設けることにより、ガラス基板から出射する光をプリズムを構成する面で屈折して一定の方向に集光するものである。
図６に実施の形態６に係る有機ＥＬ装置の断面を示す。この有機ＥＬ装置は、図１に示した実施の形態１の装置において、ガラス基板１の光出射面上に集光部材であるプリズムシート１２を設けたものである。
プリズムシート１２は、断面が三角形状の微少なプリズムが平面上に連続して設けられたもので、ガラス基板１上に設けることにより、ガラス基板から出射する光をプリズムを構成する面で屈折して一定の方向に集光するものである。
このようなプリズムシート１２によって、ガラス基板１の法線方向に集光される光の進行方向とガラス基板１の法線方向とのなす角をθとすると、陰極５の厚さを式（２）が満たされるように調整することが望ましい。
ｎＬ×ｃｏｓθ＝（２Ｎ−１）×λ／４ （２）
ここで、ｎＬは発光層内の発光位置から反射層６の陰極５側の面までの光学距離であり、発光層と反射層６との間に複数の層がある場合には、それぞれの層の厚さ方向の光学距離の和となる。θは前記透明基板の法線方向と前記集光部材によって前記透明基板の法線方向に集光されるような光の方向とのなす角であり、Ｎは自然数、λは発光層の発光波長である。ただし、発光波長が単一でない場合には、発光波長に含まれる任意の波長に設定することが可能であるが、発光強度が極大となる波長（のうちの一つ）、または発光波長全体の中心波長とするとよい。
ｎＬ×ｃｏｓθ＝（２Ｎ−１）×λ／４ （２）
ここで、ｎＬは発光層内の発光位置から反射層６の陰極５側の面までの光学距離であり、発光層と反射層６との間に複数の層がある場合には、それぞれの層の厚さ方向の光学距離の和となる。θは前記透明基板の法線方向と前記集光部材によって前記透明基板の法線方向に集光されるような光の方向とのなす角であり、Ｎは自然数、λは発光層の発光波長である。ただし、発光波長が単一でない場合には、発光波長に含まれる任意の波長に設定することが可能であるが、発光強度が極大となる波長（のうちの一つ）、または発光波長全体の中心波長とするとよい。
数式（２）を満たすように陰極５の厚さを設定すると、ガラス基板１の法線に対してθの方向へ進む光の位相を揃えることができる。ガラス基板１の法線に対してθの方向に進む光は、プリズムシート１２によってガラス基板１の法線方向に集光されるので、最終的にガラス基板１の法線方向へ進む光の取り出し効率が向上する。この結果、駆動電圧を上昇させず正面の輝度を上昇させることができる。
なお、上記の実施の形態１〜６では、第１の電極層として陽極２が、第２の電極層として陰極５がそれぞれ形成されていたが、逆に第１の電極層として陰極を、第２の電極層として陽極をそれぞれ形成してもよい。この場合、発光層と第２の電極層との間に有機層へのホールの注入をアシストするためのホール注入アシスト層を形成する、あるいはホール注入アシスト部を有する発光層を形成することが好ましい。
また、電子注入アシスト層４、電子注入アシスト部９、及びバッファ層７は必ずしも必要ではなく、陰極５から有機層４への電子注入が効率的に行われるように、有機層４の陰極側の材料及び陰極５の材料が選択されている場合には不要である。
上記の実施の形態２〜５においても、ガラス基板１の光出射面上に集光部材を設けてもよい。このとき、実施の形態６と同様、数式（２）を満たすように陰極５の厚さを調整すればガラス基板１の法線方向の輝度が向上する。
また、電子注入アシスト層４、電子注入アシスト部９、及びバッファ層７は必ずしも必要ではなく、陰極５から有機層４への電子注入が効率的に行われるように、有機層４の陰極側の材料及び陰極５の材料が選択されている場合には不要である。
上記の実施の形態２〜５においても、ガラス基板１の光出射面上に集光部材を設けてもよい。このとき、実施の形態６と同様、数式（２）を満たすように陰極５の厚さを調整すればガラス基板１の法線方向の輝度が向上する。
＜実施例＞
厚さ０．５ｍｍの透明なガラス基板上にスパッタにより厚さ１５０ｎｍのＩＴＯからなる陽極を形成した。その後、有機層の蒸着に先立つ基板洗浄として、基板をアルカリ洗浄し、次いで純水洗浄し、乾燥させて紫外線オゾン洗浄を行った。
基板を真空蒸着装置へ移し、陽極の表面上にホール輸送層としてα−ＮＰＤをモリブデンボートで蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａで厚さ３０ｎｍ蒸着した。
さらに、ホール輸送層の上に発光材料からなる有機層としてＡｌｑ３（９９％）とＣ５４５Ｔ（１％）を蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａで厚さ４０ｎｍ共蒸着した。
厚さ０．５ｍｍの透明なガラス基板上にスパッタにより厚さ１５０ｎｍのＩＴＯからなる陽極を形成した。その後、有機層の蒸着に先立つ基板洗浄として、基板をアルカリ洗浄し、次いで純水洗浄し、乾燥させて紫外線オゾン洗浄を行った。
基板を真空蒸着装置へ移し、陽極の表面上にホール輸送層としてα−ＮＰＤをモリブデンボートで蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａで厚さ３０ｎｍ蒸着した。
さらに、ホール輸送層の上に発光材料からなる有機層としてＡｌｑ３（９９％）とＣ５４５Ｔ（１％）を蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａで厚さ４０ｎｍ共蒸着した。
有機層の上に電子輸送層としてＡｌｑ３をモリブデンボートで蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａで厚さ３０ｎｍ蒸着した。
その後、電子輸送層の上に電子注入アシスト層としてＬｉ２Ｏ（酸化リチウム）をアルミナるつぼで蒸着速度０．０３ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａで厚さ１ｎｍ蒸着した。
その後、電子輸送層の上に電子注入アシスト層としてＬｉ２Ｏ（酸化リチウム）をアルミナるつぼで蒸着速度０．０３ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａで厚さ１ｎｍ蒸着した。
さらに、電子注入アシスト層の上にスパッタにより厚さ５０ｎｍのＩＴＯからなる陰極を形成した。
陰極の上に反射層としてアルミニウムをタングステンボートで蒸着速度１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａで厚さ１５０ｎｍ蒸着し、有機ＥＬ装置を製造した。
陰極の上に反射層としてアルミニウムをタングステンボートで蒸着速度１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａで厚さ１５０ｎｍ蒸着し、有機ＥＬ装置を製造した。
＜比較例１＞
上記の実施例１において、Ａｌｑ３からなる電子輸送層の厚さを４０ｎｍにすると共にＩＴＯからなる陰極及びアルミニウムからなる反射層の代わりに陰極兼反射層として厚さ１５０ｎｍのアルミニウム層を形成した他は上記実施例と同様にして、比較例１に係る有機ＥＬ装置を製造した。
＜比較例２＞
上記の実施例において、Ａｌｑ３からなる電子輸送層の厚さを８０ｎｍにすると共に、陰極及び反射層の代わりに陰極兼反射層として厚さ１５０ｎｍのアルミニウム層を形成して陰極兼反射層で反射せずに直接取り出される光と陰極兼反射層で反射した後に取り出される光との間で位相をほぼ揃えた以外は上記実施例と同様にして、比較例２に係る有機ＥＬ装置を製造した。
上記の実施例１において、Ａｌｑ３からなる電子輸送層の厚さを４０ｎｍにすると共にＩＴＯからなる陰極及びアルミニウムからなる反射層の代わりに陰極兼反射層として厚さ１５０ｎｍのアルミニウム層を形成した他は上記実施例と同様にして、比較例１に係る有機ＥＬ装置を製造した。
＜比較例２＞
上記の実施例において、Ａｌｑ３からなる電子輸送層の厚さを８０ｎｍにすると共に、陰極及び反射層の代わりに陰極兼反射層として厚さ１５０ｎｍのアルミニウム層を形成して陰極兼反射層で反射せずに直接取り出される光と陰極兼反射層で反射した後に取り出される光との間で位相をほぼ揃えた以外は上記実施例と同様にして、比較例２に係る有機ＥＬ装置を製造した。
このようにして製造された実施例の有機ＥＬ装置並びに比較例１及び２の有機ＥＬ装置に対して、正面輝度を同一にした場合の消費電力と寿命を測定したところ、比較例１の消費電力と寿命を１００として、比較例２の消費電力は約９０、寿命は約１１０であったのに対し、実施例の消費電力は約７０、寿命は約１５０であった。実施例の有機ＥＬ装置は、光の取り出し効率が向上したために、正面輝度を一定にした場合には、有機ＥＬ装置の発光輝度を下げられるため、必要な電流および電圧を下げることが可能となり、消費電力がかなり小さくなった。また電流が低減されたことにより発熱等の有機ＥＬ装置への負荷が低減され、その結果、長寿命化がなされたと考えられる。なお、比較例２は、直接取り出される光と陰極兼反射層で反射した後に取り出される光との間で位相を揃えて光の取り出し効率が向上したが、電子輸送層の厚さを８０ｎｍと厚くしたために駆動電圧が上昇し、消費電力をそれほど小さくすることができなかったものと思われる。
また、実施例の有機ＥＬ装置並びに比較例１及び２の有機ＥＬ装置にそれぞれ拡散フィルムと輝度向上フィルムとを組み合わせた状態で、同様に正面輝度を同一にした場合の消費電力と寿命を測定したところ、比較例１の消費電力と寿命を１００として、比較例２の消費電力は約８０、寿命は約１２０であったのに対し、実施例の消費電力は約６０、寿命は約１７０であった。
１ ガラス基板、２ 陽極、３，８ 有機層、４ 電子注入アシスト層、５ 陰極、６，１１ 反射層、７ バッファ層、９ 電子注入アシスト部、１０ 光散乱手段、１２ プリズムシート。
Claims (11)
- 透明基板上に第１の電極層と発光層を含む有機層と第２の電極層とがこの順に形成され、前記透明基板側から光を取り出す有機ＥＬ装置において、
第１の電極層と第２の電極層がそれぞれ光透過性を有する材料から形成されると共に第２の電極層の有機層とは反対側に第２の電極層内から入射した光に対して光反射性を有する反射層が形成されていることを特徴とする有機ＥＬ装置。 - 第２の電極層が陰極層である請求項１に記載の有機ＥＬ装置。
- 第２の電極層を形成する前記光透過性を有する材料は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＷＯ、ＡＴＯ、ＦＴＯ、ＡＺＯ、導電性高分子の中から選ばれる材料、またはこれらの中から選ばれる複数の材料の混合物であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ装置。
- 第２の電極層と前記有機層との間に、前記有機層へのキャリアの注入をアシストするキャリア注入アシスト層を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ装置。
- 前記キャリア注入アシスト層は、アルカリ金属の単体、アルカリ土類金属の単体、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の化合物、フタロシアニン誘導体から選ばれる材料、またはこれらの中から選ばれる複数の材料の混合物からなることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ装置。
- 第２の電極層と前記キャリア注入アシスト層との間に、さらに光透過性を有するバッファ層を設けたことを特徴とする、請求項４または５に記載の有機ＥＬ装置。
- 前記バッファ層は、アルミニウム、銀、マグネシウム及びインジウムから選ばれる材料、またはこれらから選ばれる複数の材料の混合物からなり、かつ厚さが５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の有機ＥＬ装置。
- 前記反射層は、光反射性及び導電性を有する金属からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ装置。
- 第２の電極層と前記反射層との間、または前記反射層の第２の電極側の面上に、光を散乱させるための散乱手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の有機ＥＬ装置。
- 数式（１）で示される条件を満たすことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ装置。
ｎＬ＝（２Ｎ−１）×λ／４ （１）
但し、ｎＬは前記発光層内の発光位置から前記反射層の第２電極側の面までの光学距離、Ｎは自然数、λは発光層の発光波長、発光波長が単一でない場合の発光強度が極大となる波長、発光波長が単一でない場合の発光波長全体の中心波長のいずれか。 - 前記透明基板上に集光部材を更に有し、数式（２）で示される条件を満たすことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ装置。
ｎＬ×ｃｏｓθ＝（２Ｎ−１）×λ／４ （２）
但し、ｎＬは前記発光層内の発光位置から前記反射層の第２電極側の面までの前記透明基板の法線方向の光学距離、θは前記透明基板の法線方向と前記集光部材によって前記透明基板の法線方向に集光されるような光の方向とのなす角、Ｎは自然数、λは発光層の発光波長、発光波長が単一でない場合の発光強度が極大となる波長、発光波長が単一でない場合の発光波長全体の中心波長のいずれか。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061017 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20071217 |