JP2007294421A - 多色有機発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の有機発光素子が基板上に形成され、２種以上の発光色を呈する多色有機発光装置を提供する。
【解決手段】発光層と陰極の反射面との間に形成されている層の厚みは、第１と第２の有機発光素子とで同じであり、各発光層の発光面と陰極の反射面との間の光学距離は、各発光層の厚みを異ならせることによってそれぞれ発光層から発する光を光学干渉によって強めるように調節されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電極間に形成された発光層を含む有機層に通電することにより光を放出する、有機発光素子（有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子）に関し、特に、複数の有機発光素子が基板上に形成され、２種以上の発光色を呈する多色有機発光装置に関する。

一般に、ディスプレイや光源などの用途に用いられる自発光の素子として、ＥＬや、ＬＥＤが知られている。なかでも、有機化合物材料を発光体として用いた有機発光素子は、１０Ｖ程度以下の低い電圧で、数百〜１０００Ｃｄ／ｍ²以上の輝度が得られる（ただし、直流駆動した場合）点から注目されている。

更に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応する発光スペクトルを有する有機化合物材料を適切に選択することにより、３原色発光の有機発光素子を作製でき、該有機発光素子を基板上に複数個形成したフルカラーディスプレイも、比較的容易に作製できる。この点からも有機発光素子が注目され、現在、広く研究、開発が行われている。

しかし、有機発光素子の有機層の厚さは、発光波長と同程度か、それ以下と薄いため、発光効率の良い有機発光素子を得るためには、光学干渉の影響を考慮した設計が必要である。

そこで、光学的な最適設計を試みた有機発光素子の技術としては、以下の技術が開示されている。

特許文献１に記載の有機エレクトロルミネッセンス多色ディスプレイは、透明基板上に発光層が異なる材料からなりかつ異なる発光色を呈する有機エレクトロルミネッセンス素子の複数を有している。そして、発光層を除く有機化合物材料層の同一機能を有するいずれかの機能層は発光色に対応してそれぞれ異なる膜厚を有している。つまり、正孔輸送層や、電子輸送層等の膜厚を発光色毎に異ならせることによって、発光色毎に光学的な最適条件に合わせている。

このようにすることによって、従来ＩＴＯ陽極の厚みを部分的に変えて光学的な最適条件に合わせる方法に比べて、より簡単な方法で光の外部取り出し効率の良い有機ＥＬ多色ディスプレイを提供することができる旨が記載されている。

また、特許文献１には、有機化合物材料層からなる有機ＥＬ素子において発光層中での発光強度の分布は、正孔輸送層側の界面においては強く、電子輸送層側に向かうほど減少するように膜厚に関する指数関数分布である旨が記載されている。そして、正孔輸送層側の界面が発光強度ピークを有する発光界面として知られている旨が記載されている（段落番号〔０００１〕参照）。

また、特許文献２に記載の表示装置は、第１電極と第２電極との間に発光層を備えると共に、発光層で発光した光を第１端部と第２端部との間で共振させる共振器構造を有する有機発光素子を備えた表示装置である。そして、赤色発光、緑色発光、青色発光の有機発光素子それぞれについて、発光層の最大発光位置と、発光層を挟む電極間の光学距離を規定している。その際に各色の有機発光素子の正孔輸送層、発光層、電子輸送層等の膜厚は各色異なっており、全ての有機層の膜厚を調節している（段落番号〔０００２〕ないし〔００５０〕参照）。

このようにすることによって第１端部と第２端部との間で反射する光と発生する光とを互いに強め合う関係とすることができ、発光層で発生した光の取り出し効率を向上させることができる旨が記載されている。

また、特許文献２には、赤色発光の有機発光素子については陽極である第１電極側の界面においても発光するが、陰極である第２電極側の方が大きいので、最大発光位置は第２電極側の界面となると記載されている。そして、緑色発光、青色発光の有機発光素子については陰極である第２電極側でほとんど発光しないので、最大発光位置は陽極である第１電極側の界面となると記載されている（段落番号〔００３１〕参照）。

特開２０００−３２３２７７号公報 特開２００４−１２７７９５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の有機ＥＬ多色ディスプレイ及び特許文献２に記載の表示装置はいずれも、発光層と反射電極との間の光学干渉を利用しなければ発光色毎に膜厚を異ならせる必要のない、ホール輸送層や、電子輸送層などの厚みを異ならせている。そのため、製造工程を大幅に増やしてしまう問題がある。さらには、発光色毎に膜厚を異ならせるために用いるマスクのアライメント精度やマスク交換の際に生じる不純物等を厳密に制御する必要があり、歩留まりの低下にも繋がる。これらの問題により、発光色毎に同じ機能を有する層の膜厚を異ならせることは、実際に製造する際には非常に難しい。そのため、これらの特許文献１又は特許文献２の構成ではなく、より簡便な構成で発光色毎に膜厚を異ならせ、そして発光色毎に外部光取り出し効率を向上させることが求められている。

そこで、本発明は、発光色毎にホール輸送層あるいは電子輸送層などの膜厚を異ならせることなく、発光層と反射電極との間の光学干渉を利用し、より簡便な構成で発光色毎に外部光取り出し効率を向上させることのできる多色有機発光装置を提供する。

上記した背景技術の課題を解決するための手段として、本発明にかかる多色有機発光装置は、基板と、前記基板上に形成されている、第１の発光色を呈する第１の有機発光素子と、第１の発光色とは異なる第２の発光色を呈する第２の有機発光素子と、を有し、
前記第１の有機発光素子は、基板側から順に光反射性の陰極と、電子輸送性の発光層を含む有機化合物層と、光透過性の陽極と、を有し、
前記第２の有機発光素子は、基板側から順に光反射性の陰極と、前記第１の有機発光素子の発光層とは材料が異なる電子輸送性の発光層を含む有機化合物層と、光透過性の陽極と、を有するトップエミッション型の多色有機発光装置であって、
前記発光層と前記陰極の反射面との間に形成されている層の厚みは、前記第１と第２の有機発光素子とで同じであり、各発光層の発光面と前記陰極の反射面との間の光学距離は、前記各発光層の厚みを異ならせることによってそれぞれ前記発光層から発する光を光学干渉によって強めるように調節されていることを特徴とする。

また、本発明にかかる多色有機発光装置は、基板と、前記基板上に形成されている、第１の発光色を呈する第１の有機発光素子と、第１の発光色とは異なる第２の発光色を呈する第２の有機発光素子と、を有し、
前記第１の有機発光素子は、基板側から順に光透過性の陰極と、ホール輸送性の発光層を含む有機化合物層と、光反射性の陽極と、を有し、
前記第２の有機発光素子は、基板側から順に光透過性の陰極と、前記第１の有機発光素子の発光層とは材料が異なるホール輸送性の発光層を含む有機化合物層と、光反射性の陽極と、を有するボトムエミッション型の多色有機発光装置であって、
前記発光層と前記陽極の反射面との間に形成されている層の厚みは、前記第１と第２の有機発光素子とで同じであり、各発光層の発光面と前記陽極の反射面との間の光学距離は、前記各発光層の厚みを異ならせることによってそれぞれ前記発光層から発する光を光学干渉によって強めるように調節されていることを特徴とする。

また、本発明にかかる多色有機発光装置は、基板と、前記基板上に形成されている、第１の発光色を呈する第１の有機発光素子と、第１の発光色とは異なる第２の発光色を呈する第２の有機発光素子と、を有し、
前記第１の有機発光素子は、基板側から順に光反射性の陽極と、ホール輸送性の発光層を含む有機化合物層と、光透過性の陰極と、を有し、
前記第２の有機発光素子は、基板側から順に光反射性の陽極と、前記第１の有機発光素子の発光層とは材料が異なるホール輸送性の発光層を含む有機化合物層と、光透過性の陰極と、を有するトップエミッション型の多色有機発光装置であって、
前記発光層と前記陽極の反射面との間に形成されている層の厚みは、前記第１と第２の有機発光素子とで同じであり、各発光層の発光面と前記陽極の反射面との間の光学距離は、前記各発光層の厚みを異ならせることによってそれぞれ前記発光層から発する光を光学干渉によって強めるように調節されていることを特徴とする。

また、本発明にかかる多色有機発光装置は、基板と、前記基板上に形成されている、第１の発光色を呈する第１の有機発光素子と、第１の発光色とは異なる第２の発光色を呈する第２の有機発光素子と、を有し、
前記第１の有機発光素子は、基板側から順に光透過性の陽極と、電子輸送性の発光層を含む有機化合物層と、光反射性の陰極と、を有し、
前記第２の有機発光素子は、基板側から順に光透過性の陽極と、前記第１の有機発光素子の発光層とは材料が異なる電子輸送性の発光層を含む有機化合物層と、光反射性の陰極と、を有するボトムエミッション型の多色有機発光装置であって、
前記発光層と前記陰極の反射面との間に形成されている層の厚みは、前記第１と第２の有機発光素子とで同じであり、各発光層の発光面と前記陰極の反射面との間の光学距離は、前記各発光層の厚みを異ならせることによってそれぞれ前記発光層から発する光を光学干渉によって強めるように調節されていることを特徴とする。

本発明によれば、多色有機発光装置において、多色化する際に不可欠である、各色の発光層の塗り分け形成時に、該発光層の膜厚のみを、各色毎に調整したので、発光層の発光面と、光反射性の電極の反射面との光学距離を簡単に最適化できる。

したがって、特に複雑なプロセスを必要とせずに、外部への光取り出し効率を向上できるから、輝度の向上に効果がある。

また、同じ投入電力に対して、より高い輝度が得られるので、消費電力の低減にも効果がある。

本発明の多色有機発光装置は、基板と、前記基板上に形成されている、第１の発光色を呈する第１の有機発光素子、及び第１の発光色とは異なる第２の発光色を呈する第２の有機発光素子と、を有する。第１の有機発光素子は、基板側から順に第１電極と、発光層を含む有機化合物層と、第２電極とを有する。第２の有機発光素子は、基板側から順に第１電極と、第１の有機発光素子の発光層とは材料が異なる発光層を含む有機化合物層と、第２電極とを有する。

そして、基板とは反対側から発光層で発した光を取り出す、いわゆるトップエミッション型の有機発光装置の場合には、第１電極が光反射性の電極であり、第２電極が光透過性の電極である。一方基板側から発光層で発した光を取り出す、いわゆるボトムエミッション型の有機発光装置の場合には、第１電極が光透過性の電極であり、第２電極が光反射性の電極である。つまり、トップエミッション型の場合には第１電極が光学干渉を起こすための反射面となり、ボトムエミッション型の場合には第２電極が反射面となる。ここで、光反射性とは、金属などの表面での反射のように入射した光を透過させずに反射させることとする。ただし光反射性の電極とは、金属単層であってもよいし、透明導電層が金属層の有機化合物層側に積層された構成であってもよい。光透過性とは、入射した光が透過することであり、一部の光を反射したり吸収したりするものを排除するものではない。光透過性の電極は、例えばＩＴＯやＩＺＯなどの透明金属酸化物や、１ｎｍ乃至２０ｎｍ程度の金属薄膜などがある。

本発明では、この反射面と発光層中の発光面との間の光学距離を調節することによって光取り出し効率を高める。本発明ではもともと発光色毎に塗り分けが必要である発光層の膜厚のみを異ならせるだけで、反射面と発光層中の発光面との間の光学距離を調節することができる。つまり反射面と発光層との間に配置される電子輸送層、あるいはホール輸送層等の有機化合物層の厚みを発光色毎に異ならせる必要がない。そのため、光学距離を調節するために工程を増やすことなく製造することができ、より簡便な構成で光取り出し効率の高い有機発光装置を提供することができる。

なお、本発明において発光面とは、発光層の厚み方向で最も発光強度の高い部分のことである。必ずしも発光面以外で発光していないのではなく、発光層の厚み方向に発光強度の分布を持っているのが通常であるが、光学干渉を利用して光取り出し効率を高める場合には、最も発光強度の高い位置を基準に調節することが好ましいからである。通常、発光層中の発光面は、主に発光層のキャリア輸送特性によって決まると本発明者は考えている。つまり、発光層が電子輸送性の場合には発光面は陽極側の界面であり、ホール輸送性の場合には発光面は陰極側の界面である。電子輸送性、ホール輸送性を定義するのは、発光層（ホスト材料に、電子移動度、あるいはホール移動度が高い材料をドーピングする場合も含める。）の電子移動度とホール移動度との相対関係である。つまり、電子移動度の方がホール移動度よりも相対的に高い場合には電子輸送性となり、その逆の場合にはホール輸送性となる。

また光学距離とは、光が進行する媒質の屈折率（ｎとする）と、光が進行する距離（ｄとする）の積（ｎ×ｄ）で定義される。有機発光素子では、発光層で発した光が有機層や、透明電極といった膜中を光が進行するため、光学膜厚という用語も用いられるが、光学距離と同じ意味である。また、光路差、光学長等の用語も、上記従来の技術において、同様の意味で用いられている。

本発明において、発光層が反射面と発光面との間に形成されている構成である場合は、発光層を光学距離の調節に利用できる。このような構成になるのは以下４つの場合である。即ち、（ｉ）第１電極が光反射性の陰極、発光層が電子輸送性、第２電極が光透過性の陽極である場合（第１の実施形態）。（ｉｉ）第１電極が光透過性の陰極、発光層がホール輸送性、第２電極が光反射性の陽極である場合（第２の実施形態）。（ｉｉｉ）第１電極が光反射性の陽極、発光層がホール輸送性、第２電極が光透過性の陰極である場合（第３の実施形態）。（ｉｖ）第１電極が光透過性の陽極、発光層が電子輸送性、第２電極が光反射性の陰極である場合（第４の実施形態）である。

以下、第１乃至第４の実施形態についてそれぞれ図１乃至図４に示して説明する。

図１は第１の実施の形態にかかる多色有機発光装置を示す断面模式図である。図２、図３、図４はそれぞれ第２、第３、第４の実施の形態にかかる多色有機発光装置を示す断面模式図である。図１乃至図４において、１０１は基板、１０２は陰極、１０３は電子輸送層、１０４（１０４ａ、１０４ｂ）は発光層、１０５はホール輸送層である。１０６は陽極、１０７は素子分離層、１０８は平坦化層、１０９はＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、１１０はコンタクトホールである。

図１の多色有機発光装置は、基板１０１上に各有機発光素子に対応してＴＦＴ１０９が形成されており、ＴＦＴ１０９によって生じる凹凸を平坦化する平坦化層１０８がＴＦＴ１０９上に形成されている。平坦化層１０８にはＴＦＴ１０９の電極と有機発光素子の電極とを接続するためのコンタクトホール１１０が形成されている。そして、光反射性の陰極１０２がコンタクトホール１１０上に、有機発光素子毎にパターニングされて形成されており、素子分離層１０７が陰極１０２の間に形成されていて陰極１０２の端部を覆っている。陰極１０２及び素子分離層１０７の上には電子輸送層１０３が陰極１０２の間を跨いで連続して形成されている。そして互いに材料及び膜厚が異なる電子輸送性の発光層１０４ａと１０４ｂがそれぞれ陰極１０２が露出した部分に形成されている。発光層１０４上にはホール輸送層１０５が陰極１０２の間を跨いで連続して形成されていて、その上に光透過性の陽極１０６が陰極１０２の間を跨いで連続して形成されている。連続して形成されている電子輸送層１０３、ホール輸送層１０５、陽極１０６は下地層の凹凸によって多少の膜厚ムラはあるが、有機発光素子部分ではそれぞれ同一の厚みである。そして、陰極１０２と陽極１０６とに挟まれた発光層１０４の発光する部分が１つの有機発光素子となる。このとき、発光層１０４ａは第１の発光色（例えば緑）を呈し、発光層１０４ｂは第１の発光色とは異なる第２の発光色（例えば青）を呈する。なお、以下図１に基づいて説明するが、図２乃至図４においても陰極と陽極の積層順や光の取り出し方向が異なる以外は同様の構成である。

発光面は図面の●の部分である。そして、発光面と反射性電極である陰極１０２の反射位置との間の光学距離Ｌを調節することによって、光取り出し効率を高める。発光面と光反射性電極である陰極１０２の反射位置との間の光学距離Ｌ_a，Ｌ_bは、それぞれ下記式１を満たすことが好ましい。光学距離Ｌが式１を満たす場合には、発光層から発する光を最もよく取り出すことができる。

＜式１＞
２Ｌ＝ｎλ＋（Φ／２π）λ
（ｎは正の整数、Φは光反射性電極の反射面での位相シフト、λは発光層１０４のＰＬスペクトルのピーク波長である。）

なお、本実施の形態において、有機化合物層は電子輸送層１０３と、発光層１０４と、ホール輸送層１０５とからなるが、本発明は必ずしもこの構成に限られない。たとえば、陰極１０２と電子輸送層１０３との間に電子注入層（不図示）が形成されていてもよく、陽極１０６とホール輸送層１０５との間にホール注入層（不図示）が形成されていてもよい。また、電子注入層あるいはホール輸送層のいずれかを有しない構成であってもよい。

また、図１乃至図４では発光色の異なる２種類の有機発光素子を有する構成について示しているが、本発明の有機発光装置は２種類の有機発光素子の他に第３の発光色（例えば赤）を呈する有機発光素子を有していても良い。第３の発光色を呈する有機発光素子を有する場合、第３の有機発光素子の電子輸送層あるいはホール輸送層などの光透過性の電極と発光層との間に形成されている層は、必ずしも第１、第２の発光色を呈する有機発光素子と同じ厚みでなくてもよい。ただし、第３の発光色を呈する有機発光素子の反射面と発光層との間に形成される層の厚みが第１、第２の発光色を呈する有機発光素子と同じである場合には、塗り分けることなく、電子輸送層などの発光層以外の有機化合物層を同時に形成できるので好ましい。また、各有機発光素子の前記発光層と前記光透過性の電極との間に形成されている層は、前記第１、第２、第３の有機発光素子間に跨って連続して形成されていることが好ましい。さらに、各有機発光素子の前記発光層と前記反射面との間に形成されている層は、前記第１、第２、第３の有機発光素子間に跨って連続して形成されていることが好ましい。

第３の発光色を呈する有機発光素子を有しており、３色の発光色が赤、緑、青である場合には、フルカラー表示のディスプレイとして好ましく用いることができる。フルカラー表示のディスプレイとして本発明の多色有機発光装置は、テレビ受像機、ＰＣのモニタ、携帯電話の表示部、デジタルカメラの背面表示部等に好ましく用いることができる。２色の有機発光素子である場合であってもエリアカラーの表示装置として用いることができる。エリアカラーの表示装置として本発明の多色有機発光装置は、カーナビゲーションシステムの表示部や、携帯音楽プレーヤーの表示部等に好ましく用いることができる。

また、本発明の多色有機発光装置において、第２の実施の形態や、第４の実施の形態のように基板１０１側から光を取り出すボトムエミッション型の場合には、ＴＦＴ１０９は、図２、図４のように素子分離層１０７の下に配置されていることが好ましい。ボトムエミッション型の場合、ＴＦＴ１０９が基板側の第１の電極の真下に配置されていると発光層１０４で発した光を遮ってしまうからである。

また、本発明の多色有機発光装置において、第１の実施の形態や、第２の実施の形態のように、基板側に形成されている電極が陰極である場合には、ＴＦＴはｎチャンネル型である。ｎチャンネル型のＴＦＴの場合、ＴＦＴを構成する半導体層はアモルファスシリコンからなる。アモルファスシリコンである場合には、より大画面の発光装置に対応できるため、テレビ受像機やＰＣモニタの好ましく用いることができる。

以下、本発明の多色有機発光装置についての実施例を説明するが、本発明は以下の実施例には限られない。

＜実施例１＞
本発明の多色有機発光装置の構成と作製プロセスを、図面を用いて説明する。以下の実施例では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色の発光を呈する有機発光素子を、基板上に複数形成したフルカラーの多色有機発光装置を作製する場合について説明する。なお、本実施例の多色有機発光装置は３個の有機発光素子を有する構成であるが、有機発光素子の数が増えた場合も同様に実施できる。

ガラス等からなる基板９上に、複数の有機発光素子を駆動するための半導体層であるアモルファスシリコンＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１０を形成する（図５を参照）。基板９上に、前記ＴＦＴ１０の凹凸を平坦化するための有機材料からなる平坦化膜１１を形成する。平坦化層１１には、ＴＦＴ１０の出力端と有機発光素子の下部電極とを電気的に接続するためのコンタクトホール１２が多数形成されており、同コンタクトホール１２は導電材で埋められている。

なお、本実施例では、有機発光素子の下部電極側を負（陰極）、上部電極側を正（陽極）として駆動を行う。このため、一つの有機発光素子を駆動するために複数のＴＦＴ１０を用いる場合でも、下部電極と電気的に直接接続する最終の出力端となるＴＦＴ１０はｎチャンネル型となる。

基板９上に、シャドウマスクを用いてパターニングして、膜厚１００ｎｍのＡｌを、ＥＢ蒸着にて形成し、光反射性の陰極（以下、単に陰極と省略する場合がある。）１３を形成する（図６を参照）。パターニングは、各色の有機発光素子の下部電極を形成しようとする位置に、陰極１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂが形成されるように行った。以降、下部電極と陰極とは同じ電極を示し、同一符号を付する。

陰極１３上に、ポリイミドからなる素子分離層１４を、前記陰極１３に開口を有すようにパターニングし、膜厚１５０ｎｍで形成する（図７を参照）。素子分離層１４を形成する目的としては、後述する各発光層の形成工程で、各色の分離部で異なる色の発光層が混じり、混色が発生することを防ぐこと、各色の分離部において下部電極と上部電極との間でのショート、リークを低減すること、等がある。更に、陰極１３上への発光層などの形成をマスク蒸着で行う際に、該マスクの非開口部を素子分離層１４上に載置して行うことで、既に蒸着した発光層などをマスクで傷つけることがないようにする、という目的もある。ちなみに、素子分離層１４上にマスクを載置してパターン形成する場合には、成膜部を傷つけないために、素子分離層１４を２００ｎｍ程度以上と、厚くしておく必要がある。

陰極１３上に、電子注入層として、膜厚０．５ｎｍのＬｉＦ膜を真空蒸着法により形成する（不図示）。なお、電子注入層のパターン形成はシャドウマスクを用いたが、電子注入層は、特に各色の有機発光素子毎にパターニングする必要はなく、複数の有機発光素子に渡って同一の膜厚で形成しても良い。

陰極１３上に、電子輸送層１５として、膜厚２０ｎｍのトリス（８−キノリノール）アルミニウム（以下Ａｌｑと略記）膜を真空蒸着法により形成する（図８を参照）。電子輸送層１５のパターン形成はシャドウマスクを用いたが、電子輸送層１５も、各色の有機発光素子毎にパターニングせず、複数の有機発光素子に渡って同一の膜厚で形成しても良い。

電子輸送層１５上に、各発光層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂを形成する（図９を参照）。各発光層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂは、各色形成部に対応したマスク開口を有するシャドウマスク１６でパターニングし、発光層材料の真空蒸着にて形成する。

具体的には、シャドウマスク１６の開口部を位置合わせした後、発光層１７Ｒを真空蒸着にて形成する（図９を参照）。発光層１７Ｒの材料には、Ａｌｑに、ドーパントとして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−ピランを共蒸着したものを用いた。ちなみに、シャドウマスク１６の非開口部は、図９に示すように、前述の素子分離層１４上に載置される。

シャドウマスク１６の開口部を次色を形成する位置に移動、位置合わせした後、発光層１７Ｒと同様に発光層１７Ｇを真空蒸着にて形成する（図１０を参照）。発光層１７Ｇの材料には、Ａｌｑに、ドーパントとしてキナクリドン（以下Ｑｃと略記）を共蒸着したものを用いた。

この後、発光層１７Ｂを形成するが、同様なので、プロセス図は省略する。発光層１７Ｂの材料には、４、４’−ビス（２、２−ジフェニルビニル）ビフェニルを用いた。

本発明の多色有機発光装置は発光面（発光層中で、発光強度が最も強い部分）と陰極１３の反射面との間の光学距離の最適化を、各発光層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの膜厚を変えることで行う。そのため、前記各発光層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの膜厚が重要となる。つまり、発光面から上部電極側に放出される光（直接光）と、陰極１３の反射面で反射される光（反射光）とが、干渉により強め合うように、各発光層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの膜厚を設定する必要がある。光の取り出し効率を高めるためである。

本実施例で使用した材料では、発光面は、各発光層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂとホール輸送層１５との界面に、ほぼ一致すると考えられる（図１５に太線で示した部分。界面からの距離に応じ、発光強度は指数関数的に減衰すると考えられる。）。

各発光層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂは、非常に薄く（１００ｎｍ以下）、光の透過率が高いので、光学設計上は透明（光透過性）と考えてよい。その上で、各発光層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの光学距離は、同各発光層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの膜厚と屈折率との積となる。なお、発光面から陰極１３の反射面までに存在する層としては、発光層１７Ｒ（１７Ｇ、１７Ｂ）、電子輸送層１５、電子注入層があるが、このうち、電子注入層は非常に薄いので、無視して良い。

各発光層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの屈折率はほぼ１．８であるから、各色の発光面から反射面までの光学距離（ｄ）は（発光層の膜厚＋電子輸送層の膜厚）×１．８となる。

ここで、反射光と直接光とが強め合う光学条件は、発光の波長をλ、屈折率をｎとすると（位相はπずれる）、以下の式２から求めることができる（ただし、ｍは１以上の整数）。なお、式２は上述した式１の位相シフトを−πとしたときの式である。

＜式２＞
２ｎｄ＝（１／２）λ×（２ｍ−１）
すなわち、ｎｄ＝（１／４）λ×（２ｍ−１）

要するに、各色の有機発光素子の発光面から反射面までの光学距離（ｄ）が、各発光色のピーク波長（λ）の１／４倍の値の奇数倍と略等しい時、直接光と反射光とが干渉で強め合うことになり、外部への光の取り出し効率が高められる。

したがって、各発光層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの膜厚は、発光層１７Ｒの膜厚をＴ_Red、発光層１７Ｇの膜厚をＴ_Green、発光層１７Ｂの膜厚をＴ_Blueとすると、以下の式からおおよそ求めることができる（ただし、ｈは１以上の整数）。
ｄ_Red≒（Ｔ_Red＋２０）×１．８≒λ_Red／４×（２ｈ−１）
ｄ_Green≒（Ｔ_Green＋２０）×１．８≒λ_Green／４×（２ｈ−１）
ｄ_Blue≒（Ｔ_Blue＋２０）×１．８≒λ_Blue／４×（２ｈ−１）

各色発光のピーク波長（λ）は、λ_Red＝６２０ｎｍ、λ_Green＝５３０ｎｍ、λ_Blue＝４７０ｎｍ程度である。

そこで、本実施例ではｈ＝１として、発光層１７Ｒの膜厚を６５ｎｍ、発光層１７Ｇの膜厚を５５ｎｍ、発光層１７Ｂの膜厚を４５ｎｍと設定した。

本実施例のように、下部電極を陰極１３、上部電極２０（図１３を参照）を陽極とし、各発光層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの膜厚を変えるだけで、発光面から反射面までの光学距離を簡単に最適化でき、輝度を向上させることができる。

以上のようにして、各発光層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂを形成する（図１１を参照）。

なお、発光層１７の形成順は、本実施例では、Ｒ、Ｇ、Ｂの順としたが、特にこの順に行う必要はなく、使用する材料や装置の都合で適宜変更して良い。また、本実施例では、Ｒ、Ｇ、Ｂの形成を、シャドウマスク１６の開口部を移動し、位置合わせし、形成したが、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれに対応する各色毎のシャドウマスクを準備しておき、シャドウマスクの移動はせず、各色毎に位置合わせのみ行い、形成しても良い。

各発光層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ上に、ホール輸送層１８として、真空蒸着法により膜厚４０ｎｍの４、４−ビス〔Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ〕ビフェニル膜を形成する（図１２を参照）。

ホール輸送層１８上に、ホール注入層１９として、真空蒸着法により膜厚４０ｎｍの銅フタロシアニンを形成する。その結果、電子注入層、電子輸送層１５、発光層１７、ホール輸送層１８、ホール注入層１９で有機化合物層が形成される。

上部電極をスパッタで形成する際の保護層（不図示）として、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）をＥＢ蒸着により、１５ｎｍの膜厚で形成する。

なお、ホール輸送層１８とホール注入層１９、及び保護層は、複数色の有機発光素子に渡って、共通に形成して良いが、シャドウマスクを用いて、パターン形成しても良い。

光透過性の上部電極２０を形成する（図１３を参照）。上部電極２０はスパッタリング法により、膜厚１００ｎｍのＩｎ−Ｚｎ−Ｏ膜（以下、ＩＺＯ膜と略記）を形成した。ＩＺＯ膜を形成する際のターゲットには、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．８３であるターゲットを用いた。ＩＺＯ膜の形成条件は、Ａｒ：Ｏ₂混合ガスを雰囲気として真空度１Ｐａ、スパッタリング出力を０．２Ｗ／ｃｍ²とした。ＩＺＯからなる上部電極２０は、陽極として機能する。

上部電極２０上に、有機発光素子を外気から遮断するために、ＳｉＮ₄からなる封止膜２１を１μｍの厚さに形成すると、３原色発光の有機発光素子を複数有する多色有機発光装置が完成する（図１４を参照）。ＳｉＮ₄膜による、封止のほか、ガラスを接着することにより、気密容器を形成しても良い。また、外気の遮断性を、さらに向上させるために、上記ＳｉＮ₄膜を形成した多色有機発光装置上に、さらにガラスを接着することにより気密容器を形成しても良い。ちなみに、ガラス接着による気密容器の構造とした場合、容器内に水や酸素を吸収するゲッターを配置しても良い。

＜実施例２＞
図１６に第２の実施例を示す。

図１６は、第１の実施例の図６に対応する。

本実施例では、各色の陰極１３を、Ａｌより反射性の良い、膜厚１０ｎｍのＡｇ合金（ＡｇＰｄＣｕ）と、その上に形成した膜厚１０ｎｍのＩＺＯ膜とで構成した。また、これに伴い、電子注入層として、Ａｌｑに、炭酸セシウム（Ｃｓ₂ＣＯ₃）を共蒸着した層を、上記ＩＺＯ膜の上に１０ｎｍの膜厚で形成した（不図示）。

したがって、発光面と反射面との間の光学距離は、ＩＺＯ膜の膜厚×屈折率（１０ｎｍ×２．０）と、電子注入層の膜厚×屈折率（１０ｎｍ×１．８）の和の分だけ、増すことになる。つまり、本実施例の発光面から反射面までの光学距離（ｄ）は、ＩＺＯ膜の膜厚×２．０＋（電子注入層の膜厚＋電子輸送層の膜厚＋発光層の膜厚）×１．８となる。

したがって、各発光層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの膜厚は、以下の式からおおよそ求めることができる（ただし、ｈは１以上の整数）。
ｄ_Red≒１０×２．０＋（１０＋２０＋Ｔ_Red）×１．８≒λ_Red／４×（２ｈ−１）
ｄ_Green≒１０×２．０＋（１０＋２０＋Ｔ_Green）×１．８≒λ_Green／４×（２ｈ−１）
ｄ_Blue≒１０×２．０＋（１０＋２０＋Ｔ_Blue）×１．８≒λ_Blue／４×（２ｈ−１）

そこで、本実施例ではｈ＝１として、発光層１７Ｒの膜厚を４５ｎｍ、発光層１７Ｇの膜厚を３５ｎｍ、発光層１７Ｂの膜厚を２５ｎｍと設定した。

これにより、各色に対し、第１の実施例と同様、発光面から反射面までの光学距離を簡単に最適化でき、干渉効果による取り出し効率の向上効果が得られた。

しかも、反射層としてＡｌより反射性の良い、Ａｇ合金を用い、より取り出し効率が高められた。

また、陰極１３の材料も、広い範囲から選択できることが分かった。

更に、反射側に、有機層より低抵抗のＩＺＯ膜を挿入することで、各有機発光素子をより低電圧で駆動させることが可能であった。

＜実施例３＞
図１７に第３の実施例を示す。

本実施例では、微小共振器構造を用いた。

本実施例においては、ホール注入層１９を形成するプロセス（図１２）まで、ホール輸送層１８の膜厚以外、第１の実施例と同様に作製した。その後、膜厚１０ｎｍのＡｇを抵抗加熱で蒸着し、発光の一部を透過し、かつ発光の一部を反射する、半反射層（不図示）を含む半反射性電極２２を形成する。

次に、上部電極２０を低抵抗化するために、半反射性電極２２上に、透明導電層２３として膜厚１００ｎｍのＩＺＯ膜をスパッタで形成した。したがって、本実施例の上部電極２０は、膜厚１０ｎｍのＡｇと、膜厚１００ｎｍのＩＺＯ膜とで構成される。

半反射性電極２２は、陰極１３との間で微小共振器を構成する。微小共振器の作用として、干渉効果によって所望の波長の光を選択的に取り出すことができる。

したがって、色純度の高い多色有機発光装置が達成できる。ただし、そのためには、共振ミラー（半反射性電極２２と陰極１３の反射面）間の光学距離を、発光のピーク波長をλとした時、λ／２の整数倍とする必要がある。

本実施例では、発光面から陰極１３の反射面までの形成条件は、第１の実施例と同様である。したがって、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの発光面から反射面までの光学距離（ｄ）は、前述したように、各色発光のピーク波長（λ）の１／４倍に略等しくなるように設定されている。

次に、各発光層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの発光面から半反射性電極２２までの光学距離（Ｄ）を考える。

本実施例では、上部電極２０側でも、各色の発光面から半反射性電極２２の反射面までの光学距離（Ｄ）を、各色ピーク波長（λ）の１／４倍になるように設定する。

そのために、ホール輸送層１８の膜厚を、以下のように設定した。

すなわち、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応するホール輸送層１８を、それぞれ膜厚４５ｎｍ、３５ｎｍ、２５ｎｍにて、シャドウマスクでパターニングして形成し、更にホール注入層１９を膜厚４０ｎｍにて、シャドウマスクでパターニングして形成した。

なお、半反射性電極２２は、その上にＩＺＯ膜をスパッタで形成する際に、ホール注入層１９に対する保護層ともなるので、別途の保護層の形成は、本実施例では省略した。

各発光層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの屈折率はほぼ１．８なので、各色の発光面から半反射性電極２２の反射面までの光学距離（Ｄ）は、
Ｄ_Red＝（４０＋４５）×１．８＝１５３ｎｍ
Ｄ_Green＝（４０＋３５）×１．８＝１３５ｎｍ
Ｄ_Blue＝（４０＋２５）×１．８＝１１７ｎｍ
となる。

これらは、第１の実施例で示したように、上記Ｒ、Ｇ、Ｂの発光波長ピーク（λ）の１／４倍にほぼ等しい（λ_Red／４＝１５５ｎｍ、λ_Green／４＝１３３ｎｍ、λ_Blue／４＝１２０ｎｍ）。

この結果、共振ミラー間の光学距離（ｄ＋Ｄ）は、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれに対してλ／２倍という、微小共振器構造の条件を満たし、所望の波長の光の取り出し効率向上に効果があった。

本発明を実施した本実施例によれば、微小共振器構造を用いた場合にも、光学距離の最適化が容易に行え、輝度の向上、色純度の向上に効果があった。

発光面と反射面との間の光学距離を、Ｒ、Ｇ、Ｂ発光層の厚さ調整だけで、Ｒ、Ｇ、Ｂ毎に最適化でき、干渉による強め合いで光の取り出し効率の良い、多色有機発光装置に利用できる。

本発明の第１の実施の形態にかかる多色有機発光装置の断面模式図である。 本発明の第２の実施の形態にかかる多色有機発光装置の断面模式図である。 本発明の第３の実施の形態にかかる多色有機発光装置の断面模式図である。 本発明の第４の実施の形態にかかる多色有機発光装置の断面模式図である。 本発明の第１の実施例の多色有機発光装置の作製プロセスを説明する断面図である。 本発明の第１の実施例の多色有機発光装置の作製プロセスを説明する断面図である。 本発明の第１の実施例の多色有機発光装置の作製プロセスを説明する断面図である。 本発明の第１の実施例の多色有機発光装置の作製プロセスを説明する断面図である。 本発明の第１の実施例の多色有機発光装置の作製プロセスを説明する断面図である。 本発明の第１の実施例の多色有機発光装置の作製プロセスを説明する断面図である。 本発明の第１の実施例の多色有機発光装置の作製プロセスを説明する断面図である。 本発明の第１の実施例の多色有機発光装置の作製プロセスを説明する断面図である。 本発明の第１の実施例の多色有機発光装置の作製プロセスを説明する断面図である。 本発明の第１の実施例の多色有機発光装置の作製プロセスを説明する断面図である。 本発明の第１の実施例の光学距離を説明するための断面図である。 本発明の第２の実施例の下部電極の構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施例の多色有機発光装置の一部を説明する断面図である。

符号の説明

９ ガラス基板
１０ ＴＦＴ
１１ 平坦化膜
１２ コンタクトホール
１３ 光反射性陰極（下部電極）
１３Ｒ （Ｒｅｄ）陰極
１３Ｇ （Ｇｒｅｅｎ）陰極
１３Ｂ （Ｂｌｕｅ）陰極
１４ 素子分離層
１５ 電子輸送層
１６ シャドウマスク
１７Ｒ （Ｒｅｄ）発光層
１７Ｇ （Ｇｒｅｅｎ）発光層
１７Ｂ （Ｂｌｕｅ）発光層
１８ ホール（正孔）輸送層
１９ ホール（正孔）注入層
２０ 上部電極
２１ 封止膜
２２ 半反射性電極
２３ 透明導電層
１０１ 基板
１０２ 陰極
１０３ 電子輸送層
１０４ 発光層
１０５ ホール（正孔）輸送層
１０６ 陽極
１０７ 素子分離層
１０８ 平坦化層
１０９ ＴＦＴ
１１０ コンタクトホール

Claims (17)

1. 基板と、前記基板上に形成されている、第１の発光色を呈する第１の有機発光素子と、第１の発光色とは異なる第２の発光色を呈する第２の有機発光素子と、を有し、
   前記第１の有機発光素子は、基板側から順に光反射性の陰極と、電子輸送性の発光層を含む有機化合物層と、光透過性の陽極と、を有し、
   前記第２の有機発光素子は、基板側から順に光反射性の陰極と、前記第１の有機発光素子の発光層とは材料が異なる電子輸送性の発光層を含む有機化合物層と、光透過性の陽極と、を有するトップエミッション型の多色有機発光装置において、
   前記発光層と前記陰極の反射面との間に形成されている層の厚みは、前記第１と第２の有機発光素子とで同じであり、各発光層の発光面と前記陰極の反射面との間の光学距離は、前記各発光層の厚みを異ならせることによってそれぞれ前記発光層から発する光を光学干渉によって強めるように調節されていることを特徴とする多色有機発光装置。
2. 基板と、前記基板上に形成されている、第１の発光色を呈する第１の有機発光素子と、第１の発光色とは異なる第２の発光色を呈する第２の有機発光素子と、を有し、
   前記第１の有機発光素子は、基板側から順に光透過性の陰極と、ホール輸送性の発光層を含む有機化合物層と、光反射性の陽極と、を有し、
   前記第２の有機発光素子は、基板側から順に光透過性の陰極と、前記第１の有機発光素子の発光層とは材料が異なるホール輸送性の発光層を含む有機化合物層と、光反射性の陽極と、を有するボトムエミッション型の多色有機発光装置において、
   前記発光層と前記陽極の反射面との間に形成されている層の厚みは、前記第１と第２の有機発光素子とで同じであり、各発光層の発光面と前記陽極の反射面との間の光学距離は、前記各発光層の厚みを異ならせることによってそれぞれ前記発光層から発する光を光学干渉によって強めるように調節されていることを特徴とする多色有機発光装置。
3. 基板と、前記基板上に形成されている、第１の発光色を呈する第１の有機発光素子と、第１の発光色とは異なる第２の発光色を呈する第２の有機発光素子と、を有し、
   前記第１の有機発光素子は、基板側から順に光反射性の陽極と、ホール輸送性の発光層を含む有機化合物層と、光透過性の陰極と、を有し、
   前記第２の有機発光素子は、基板側から順に光反射性の陽極と、前記第１の有機発光素子の発光層とは材料が異なるホール輸送性の発光層を含む有機化合物層と、光透過性の陰極と、を有するトップエミッション型の多色有機発光装置において、
   前記発光層と前記陽極の反射面との間に形成されている層の厚みは、前記第１と第２の有機発光素子とで同じであり、各発光層の発光面と前記陽極の反射面との間の光学距離は、前記各発光層の厚みを異ならせることによってそれぞれ前記発光層から発する光を光学干渉によって強めるように調節されていることを特徴とする多色有機発光装置。
4. 基板と、前記基板上に形成されている、第１の発光色を呈する第１の有機発光素子と、第１の発光色とは異なる第２の発光色を呈する第２の有機発光素子と、を有し、
   前記第１の有機発光素子は、基板側から順に光透過性の陽極と、電子輸送性の発光層を含む有機化合物層と、光反射性の陰極と、を有し、
   前記第２の有機発光素子は、基板側から順に光透過性の陽極と、前記第１の有機発光素子の発光層とは材料が異なる電子輸送性の発光層を含む有機化合物層と、光反射性の陰極と、を有するボトムエミッション型の多色有機発光装置において、
   前記発光層と前記陰極の反射面との間に形成されている層の厚みは、前記第１と第２の有機発光素子とで同じであり、各発光層の発光面と前記陰極の反射面との間の光学距離は、前記各発光層の厚みを異ならせることによってそれぞれ前記発光層から発する光を光学干渉によって強めるように調節されていることを特徴とする多色有機発光装置。
5. 前記各発光層の発光面と前記反射面との間の光学距離は、下記式を満たすように調節されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の多色有機発光装置。
   ２Ｌ＝ｎλ＋（Φ／２π）λ
   （ｎは正の整数、Φは前記反射面での位相シフト、λは前記発光層のＰＬスペクトルのピーク波長である。）
6. 前記発光層と前記反射面との間に形成されている層は、前記第１及び第２の有機発光素子間に跨って連続して形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の多色有機発光装置。
7. 各有機発光素子の前記発光層と前記光透過性の電極との間に形成されている層の厚みは、前記第１と第２の有機発光素子とで同じであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の多色有機発光装置。
8. 各有機発光素子の前記発光層と前記光透過性の電極との間に形成される層は、前記第１及び第２の有機発光素子間に跨って連続して形成されていることを特徴とする請求項７に記載の多色有機発光装置。
9. 複数の有機発光素子は、第１及び第２の発光色とは異なる第３の発光色を呈する第３の有機発光素子を有し、
   前記第３の有機発光素子は、基板側から順に光反射性の陰極と、前記第１及び第２の有機発光素子の発光層とは材料が異なる電子輸送性の発光層を含む有機化合物層と、光透過性の陽極と、を有し、
   前記発光層と前記陰極の反射面との間に形成されている層の厚みは、前記第１、第２、第３の有機発光素子とで同じであり、各発光層の発光面と前記陰極の反射面との間の光学距離は、前記各発光層の厚みを異ならせることによってそれぞれ前記発光層から発する光を光学干渉によって強めるように調節されていることを特徴とする請求項１に記載の多色有機発光装置。
10. 複数の有機発光素子は、第１及び第２の発光色とは異なる第３の発光色を呈する第３の有機発光素子を有し、
    前記第３の有機発光素子は、基板側から順に光透過性の陰極と、前記第１及び第２の有機発光素子の発光層とは材料が異なるホール輸送性の発光層を含む有機化合物層と、光反射性の陽極と、を有し、
    前記発光層と前記陽極の反射面との間に形成されている層の厚みは、前記第１、第２、第３の有機発光素子とで同じであり、各発光層の発光面と前記陽極の反射面との間の光学距離は、前記各発光層の厚みを異ならせることによってそれぞれ前記発光層から発する光を光学干渉によって強めるように調節されていることを特徴とする請求項２に記載の多色有機発光装置。
11. 複数の有機発光素子は、第１及び第２の発光色とは異なる第３の発光色を呈する第３の有機発光素子を有し、
    前記第３の有機発光素子は、基板側から順に光反射性の陽極と、前記第１及び第２の有機発光素子の発光層とは材料が異なるホール輸送性の発光層を含む有機化合物層と、光透過性の陰極と、を有し、
    前記発光層と前記陽極の反射面との間に形成されている層の厚みは、前記第１、第２、第３の有機発光素子とで同じであり、各発光層の発光面と前記陽極の反射面との間の光学距離は、前記各発光層の厚みを異ならせることによってそれぞれ前記発光層から発する光を光学干渉によって強めるように調節されていることを特徴とする請求項３に記載の多色有機発光装置。
12. 複数の有機発光素子は、第１及び第２の発光色とは異なる第３の発光色を呈する第３の有機発光素子を有し、
    前記第３の有機発光素子は、基板側から順に光透過性の陽極と、前記第１及び第２の有機発光素子の発光層とは材料が異なる電子輸送性の発光層を含む有機化合物層と、光反射性の陰極と、を有し、
    前記発光層と前記陰極の反射面との間に形成されている層の厚みは、前記第１、第２、第３の有機発光素子とで同じであり、各発光層の発光面と前記陰極の反射面との間の光学距離は、前記各発光層の厚みを異ならせることによってそれぞれ前記発光層から発する光を光学干渉によって強めるように調節されていることを特徴とする請求項４に記載の多色有機発光装置。
13. 前記発光層と前記反射面との間に形成されている層は、前記第１、第２、第３の有機発光素子間に跨って連続して形成されていることを特徴とする請求項９乃至請求項１２のいずれか１項に記載の多色有機発光装置。
14. 各有機発光素子の前記発光層と前記光透過性の電極との間に形成されている層の厚みは、前記第１、第２、第３の有機発光素子で同じであることを特徴とする請求項９乃至請求項１３のいずれか１項に記載の多色有機発光装置。
15. 各有機発光素子の前記発光層と前記光透過性の電極との間に形成される層は、前記第１、第２、第３の有機発光素子間に跨って連続して形成されていることを特徴とする請求項９乃至請求項１４のいずれか１項に記載の多色有機発光装置。
16. 前記基板と前記各有機発光素子との間に、前記各有機発光素子を駆動するための薄膜トランジスタがそれぞれ形成されており、
    前記薄膜トランジスタは、ｎチャンネル型であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の多色有機発光装置。
17. 前記薄膜トランジスタは半導体層を含み、前記半導体層はアモルファスシリコンからなることを特徴とする請求項１６に記載の多色有機発光装置。

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