JP2008077987A - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板の表面に第1の電極と発光層と第2の電極をこの順に備えて形成される第1の発光部と、基板の表面に第3の電極と発光層と第4の電極をこの順に備えて形成される第2の発光部とを積層して形成される発光素子であって、前記第1および第2の発光部の当接する電極または基板の間に前記基板または電極と略等しい屈折率をもつ充填材が充填されてなることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
かかる構成により、これら界面での屈折率差に起因する光量の減衰を低減し、素子内部で発生した光を外部に効率よく取り出し、発光効率の向上をはかるとともに、内部で起こる光の干渉を抑えることにより発光スペクトルの角度依存性を低減するものである。
ここで充填材と基板の屈折率との差の許容範囲については、実験結果から、上記式を満たすように±0.5、好ましくは±0.3以内、より好ましくは±0.1以内、とするのが望ましい。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1の発光素子は、図1に示すように、透光性基板100上に第1の電極1、発光層3及び第2の電極2がこの順で形成される第1の発光部4と、透光性基板200上に第3の電極5、第2の発光層7及び第4の電極6がこの順で形成される第2の発光部8とを上記第1の発光部4の透光性基板100と第2の発光部8の透光性基板200が対向するよう両透光性基板100,200と略等しい屈折率をもつ充填材9を介して積層した構造に形成された有機発光素子(有機EL発光素子)である。上記の4つの電極のうち、外側に位置する電極の少なくとも一方と内側に位置する電極の双方は透光性である。
このように小さな隙間に充填する必要がある場合には、屈折率マッチングオイルなどの屈折率マッチング液を用いるのが望ましい。また液体の場合、組成を調整しやすく、取り扱いが容易である。
さらにまた充填材としては、接着性樹脂なども有効であり、接着性と屈折率調整のための特性とを兼ね備えた材料を用いることにより、所望の光学特性を備えた発光素子を得ることが可能となる。
次に本発明の実施の形態2について説明する。本発明の実施の形態2の発光素子は図2に一例を示すように、積層構成は図1に示した実施の形態1の発光素子とほぼ共通するが、第1の発光部4の第2の電極2と第2の発光部8の第4の電極6が対向するよう積層して形成されたことを特徴とする。上記の4つの電極のうち、外側に位置する電極の少なくとも一方と内側に位置する電極の双方は透光性である。
次に本発明の実施の形態3について説明する。本発明の実施の形態3の発光素子は、図3に一例を示すように、積層構成は前記実施の形態1で説明した図1のものとほぼ共通するが、上記の4つの電極のうち、外側に位置する電極の少なくとも一方と内側に位置する電極の双方は透光性であり、且つ、上記第1の発光部4の透光性基板100と第2の発光部8の第4の電極6が対向するよう積層され、対向する透光性基板と電極の間に、これらの透光性基板または電極の屈折率と略等しい、もしくは、その透光性基板と電極の間の屈折率をもつ充填材9が充填されて形成される。
本実施の形態によれば、このような充填材9で発光部間が接合されているため、屈折率段差の緩和が可能となり、各発光部4,8の発光層3,7からの光が充填材との界面で屈折するのを比較的防止することが可能となって、屈折による減衰を防ぐことができ、かつ発光スペクトルの角度依存性が小さく、角度によらず所望の色調の発光を示す高品位発光を実現することができる。
次に本発明の実施の形態4について説明する。本発明の実施の形態4の発光素子は、図4にその一例を示すように、積層構成は前記実施の形態3で説明した図3のものとほぼ共通するが、第4の電極6の表面に、この第4の電極と略等しい屈折率の防湿膜層10が形成されている。このような防湿膜層10が形成されていると、防湿性を有しつつ、光を外部に効率的に取り出すことができる。
次に本発明の実施の形態5について説明する。本発明の実施の形態5の発光素子は、積層構成は前記実施の形態4で説明した、図4と同じ構造があげられるが、本実施の形態では、第4の電極6の表面に、この第4の電極6とは異なる屈折率であり、且つ40〜140nmの厚みの防湿膜層10を備えている。ここにあげる厚みの防湿膜層は発光層で発せられる光が干渉を起こさない厚みであるため、このような防湿膜層10が形成されていると、防湿性を有しつつ、光を外部に効率的に取り出すことができる。
次に本発明の実施の形態6について説明する。本発明の実施の形態6の発光素子は、積層構成は前記実施の形態3で説明した、図3と同じ構造があげられるが、本実施の形態では第4の電極6と対向する透光性基板100の表面が、粗面化されている。粗面化の手法には、サンドブラスト、エッチング等、物理的に表面を粗す方法や光散乱性、光拡散性、回折性を有する透光性の層を設ける方法等が挙げられるが、粗面化が可能であれば、これら方法に限定されるものでない。
次に本発明の実施の形態7について説明する。本発明の実施の形態7の発光素子としては、積層構成は前記実施の形態2で説明した図2に示す構造と同じ構造があげられるが、対向する第2の電極と第4の電極の間隔が、発光層で発光した光が干渉を起こさない程度に大きい間隔で形成されている。ここで、光が干渉を起こさない厚みとは、一般に発光波長の数倍以上のオーダーであれば特に限定されるものではなく、例えば1μm程度以上の厚みであり、好ましくは5〜10μm程度の厚みであればよい。光の減衰を考慮するとこの充填層の厚さは小さいほうが望ましく、干渉を起こさないために発光波長の数倍程度でなるべく薄くするのが望ましい。
本発明の有機発光素子の製造は、任意の方法で行なうことができるが、図9(a)乃至(c)にこの有機発光素子の製造工程を簡単に示す。例えば、図9(a)に示すように、透光性基板100上に形成された透光性導電膜を透光性の第1の電極1とし、この上に第1の発光層3、次いで光反射性の第2の電極2を積層して第1の発光部4を形成したものを用意し、一方で図9(b)に示すように透光性基板200上に形成された透光性導電膜を透光性の第3の電極5とし、この上に第2の発光層7、次いで透光性の第4の電極6を積層して第2の発光部8を形成する。こののち、図9(c)に示すように上記透光性基板100、200が隣合うように設置し、間に透光性基板とほぼ等しい屈折率をもつ充填材9で充填することによって、図1に示した実施の形態1のような有機発光素子を製造することができる。また第1の発光部4の透光性基板100と第2の発光部8の第4の電極6が対向するよう積層し、対向する透光性基板と電極の間に、これらの透光性基板または電極の屈折率と略等しい、もしくは、その透光性基板と電極の間の屈折率の充填材9で充填することによって、図3に示した実施の形態3のような有機発光素子を製造することができる。
(青色発光素子Aの作製)
厚み0.7mmのガラス基板(屈折率1.5)の片面に110nm厚のITO(シート抵抗12Ω/□、屈折率1.9)が形成された第1の電極1としてのITO付きガラス基板100を用意した。このITO付きガラス基板100を純水、アセトン、イソプロピルアルコールで各10分間超音波洗浄した後、イソプロピルアルコール蒸気で2分間蒸気洗浄して、乾燥し、さらに10分間UVオゾン洗浄した。
厚み0.7mmのガラス基板(屈折率1.5)に110nm厚のITO(シート抵抗12Ω/□、屈折率1.9)が形成されたITO付きガラス基板を用い、このITO付きガラス板を真空蒸着装置にセットし、上記と同様にして、ホール注入層として「α−NPD」と酸化モリブデンを3:1の割合で共蒸着した層を10nm厚、ホール輸送層として「α−NPD」を50nm厚、発光層として「BH−2」にルブレンを4質量%ドープしたものを50nm厚、電子輸送層として「BCP」を5nm厚、電子注入層として「BCP」とCsのモル比1:1の共蒸着層を15nm厚、それぞれこの順に形成し、さらにこの上に、「α−NPD」と酸化モリブデン(MoO3)を3:1の成膜速度比で、合計成膜速度を0.13nm/sとして10nm厚に蒸着し、電荷発生層を形成した。この後、この上に、上記と同様にしてホール輸送層を50nm厚、発光層を50nm厚、電子輸送層を5nm厚、電子注入層を15nm厚で積層した。最後に、アルミニウムを0.4nm/sの成膜速度で80nm厚積層して、光反射性の陽極を形成することによって、2層の黄色に発光する発光層を電荷発生層を挟んで設けた、黄色発光素子Bを得た。
厚み0.7mmのガラス基板(屈折率1.5)にアルミニウムを0.4nm/sの成膜速度で80nm厚形成した後、110nm厚のITO(シート抵抗12Ω/□)を形成したガラス基板を用い、上記と同様にして、ホール注入層として「α−NPD」と酸化モリブデンを3:1の割合で共蒸着した層を10nm厚、ホール輸送層として「α−NPD」を50nm厚、発光層として「BH−2」にルブレンを4質量%ドープしたものを50nm厚、電子輸送層として「BCP」を5nm厚、電子注入層として「BCP」とCsのモル比1:1の共蒸着層を15nm厚、それぞれこの順に形成し、さらにこの上に、「α−NPD」と酸化モリブデン(MoO3)を3:1の成膜速度比で、合計成膜速度を0.13nm/sとして10nm厚に蒸着し、電荷発生層を形成した。この後、この上に、上記と同様にしてホール輸送層を50nm厚、発光層を50nm厚、電子輸送層を5nm厚、電子注入層を15nm厚で積層した。最後に、ITOをRFスパッタ装置で100nm厚積層して、透光性の陰極を形成することによって、2層の黄色に発光する発光層を電荷発生層を挟んで設けた、黄色発光素子Cを得た。
上記の青色発光素子Aと黄色発光素子Bとを透光性ガラス基板が向かい合うように設け、その間を充填材としてマッチングオイル(ユニオプト製屈折率整合液、屈折率1.5)を用いて貼りあわせて、青色発光素子Aと黄色発光素子Bを積層した構造の、有機発光素子を得た(図1に示した実施の形態1の構造参照)。
上記の青色発光素子Aと黄色発光素子Cとを陰極面が向かい合うように設け、スペーサとして10ミクロンのシリカ粒子を用い、その間を充填材としてマッチングオイル(ユニオプト製屈折率整合液、屈折率1.65)を用いて貼りあわせて、青色発光素子Aと黄色発光素子Cを積層した構造の、有機発光素子を得た(図2に示した実施の形態2の構造参照)。
青色発光素子Aの陰極面上に防湿膜層としてアルミナ膜(屈折率1.6)100nmを200W、RFスパッタで設け、その上に黄色発光素子Bを設け、その間を充填材としてマッチングオイル(ユニオプト製屈折率整合液、屈折率1.65)を用いて貼りあわせて、青色発光素子Aと黄色発光素子Bを積層した構造の、有機発光素子を得た(図3に示した実施の形態3の構造参照)。
青色発光素子Aの陰極面上に防湿膜層としてアルミナ膜(屈折率1.6)100nmを200W、RFスパッタで設け、その上にガラス基板表面をサンドブラストにより粗面化した黄色発光素子Bを充填材としてマッチングオイル(ユニオプト製屈折率整合液、屈折率1.6)を介して設けて、青色発光素子Aと黄色発光素子Bを積層した構造の、有機発光素子を得た(図3に示した実施の形態3の構造参照)。
実施例1において、充填材9として水(屈折率1.33)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして有機発光素子を得た。
実施例2において、充填材9としてシリコンオイル(屈折率1.35)を用いた他は、実施例2と同様にして有機発光素子を得た。
実施例3において、保護膜層かつ充填材9としてフッ素コーティング剤(エヌアイマテリアル社製INT−340(屈折率1.36))を用いた他は、実施例3と同様にして有機発光素子を得た。
1 第1の電極
2 第2の電極
3 発光層
4 第1の発光部
5 第3の電極
6 第4の電極
7 発光層
8 第2の発光部
9 充填材
10 防湿膜層
11 等電位面を形成する層もしくは電荷発生層
20 陽極となる電極
21 陰極となる電極
22 発光層
23 等電位面を形成する層もしくは電荷発生層
24 透光性基板
Claims (9)
- 基板の表面に第1の電極と発光層と第2の電極をこの順に備えて形成される第1の発光部と、基板の表面に第3の電極と発光層と第4の電極をこの順に備えて形成される第2の発光部とを積層して形成される発光素子であって、
前記第1乃至第4の電極のうち、外側に位置する電極の少なくとも一方と内側に位置する電極の双方は透光性であり、且つ、前記基板は透光性材料で構成され、第1の発光部および第2の発光部は基板が対向するよう積層され、これらの基板の間に、前記基板と略等しい屈折率をもつ充填材が充填されてなる発光素子。 - 基板の表面に第1の電極と発光層と第2の電極をこの順に備えて形成される第1の発光部と、基板の表面に第3の電極と発光層と第4の電極をこの順に備えて形成される第2の発光部とを積層して形成される発光素子であって、
前記第1乃至第4の電極のうち、外側に位置する電極の少なくとも一方、この電極に当接する側の前記基板、および内側に位置する電極の双方は透光性であり、且つ、前記第1の発光部の第2の電極と第2の発光部の第4の電極が対向するよう積層され、これらの電極間に、これらの電極と略等しい屈折率をもつ充填材が充填されてなる発光素子。 - 基板の表面に第1の電極と発光層と第2の電極をこの順に備えて形成される第1の発光部と、基板の表面に第3の電極と発光層と第4の電極をこの順に備えて形成される第2の発光部とを積層して形成される発光素子であって、
前記第1乃至第4の電極のうち、外側に位置する電極の少なくとも一方、この電極に当接する側の前記基板、および内側に位置する電極の双方は透光性であり、且つ、前記第1の発光部の基板と第2の発光部の第4の電極が対向するよう積層され、対向する前記基板と前記第4の電極の間に、これらの基板または電極の屈折率と略等しいもしくはその間の屈折率をもつ充填材が充填されてなる発光素子。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の発光素子であって、
前記第2または第4の電極の少なくとも一方の表面に、隣接する前記第2または第4の電極と略等しい屈折率をもつ防湿膜層を備えた発光素子。 - 請求項4に記載の発光素子であって、
前記防湿膜層の膜厚は、40〜140nmである発光素子。 - 請求項3に記載の発光素子であって、
前記第4の電極と対向する基板の表面が、粗面化されている発光素子。 - 請求項2に記載の発光素子であって、
対向する前記第2の電極と第4の電極の間隔が、前記発光層で発光した光が干渉を起こさないように形成された発光素子。 - 請求項1乃至7のいずれかに記載の発光素子であって、
前記充填材は、前記充填材の屈折率をa、この充填材に当接する前記電極または基板の屈折率をbとしたときに、b−0.5≦a≦b+0.5 である発光素子。 - 基板の表面に第1の電極と発光層と第2の電極をこの順に備えて形成される第1の発光部と、基板の表面に第3の電極と発光層と第4の電極をこの順に備えて形成される第2の発光部と形成する工程と、
前記第1および第2の発光部を充填材を介して積層して発光素子を形成する発光素子の製造方法であって、
前記第1乃至第4の電極のうち、外側に位置する電極の少なくとも一方と内側に位置する電極の双方は透光性であり、且つ、前記基板は透光性材料で構成され、第1の発光部および第2の発光部の相対向する基板同士、または基板と電極、または電極同士の間に、前記基板または電極と略等しい屈折率をもつ充填材を充填するようにした発光素子の製造方法。
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