JP2010010090A - 有機ｅｌパネル - Google Patents

Abstract

【課題】有機発光層の積層構造を有する有機ＥＬパネルにおいて、外部取り出し効率を向上させることが可能な有機ＥＬパネルを提供する。
【解決手段】支持基板１上に第一電極２と、少なくとも第一の有機発光層を有する第一の機能層３と、第二電極４と、少なくとも第二の有機発光層を有する第二の機能層５と、第三電極６と、を順次積層してなる有機ＥＬパネルである。第二電極４は、半透過半反射性を有するハーフミラーからなることを特徴とする。第一電極２及び第三電極６は、少なくとも一方が透光性であることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ディスプレイあるいは照明装置に用いられる有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルに関する。

従来、有機材料によって形成される自発光素子である有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬパネルは、例えば、陽極となるインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等からなる第一電極と、少なくとも有機発光層を有する機能層と、陰極となるアルミニウム（Ａｌ）等からなる非透光性の第二電極と、を順次積層して前記有機ＥＬ素子を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

有機ＥＬ素子は、前記有機発光層から発せられた光を外部へ取り出す場合、素子が形成される支持基板，光取り出し側の透明電極，あるいは前記機能層を構成する各層の屈折率で一意的に定められる全反射臨界角以上の光は全反射してしまい、導波光として損失し外部へ取り出すことができない。取り出し面の対向側に反射性電極を用いる有機ＥＬ素子においても、前記有機発光層で発光し直接前記透明電極から外部に取り出される光及び前記反射性電極での反射を経由して外部に取り出される光も同様に全反射臨界角を超える光は導波光として損失する。そのため、外部に取り出すことができる光の比率（外部取り出し効率）は２０％程度であることが知られている（例えば非特許文献１参照）。

外部取り出し効率を向上させることができれば、有機ＥＬパネルを用いたディスプレイや照明装置などの発光輝度を飛躍的に高めることができるため、各所で盛んに研究開発が行われている。有機ＥＬ素子のアプリケーション面、製造コスト面からの期待も大きい。すなわち、例えば外部取り出し効率を現状の２倍（約４０％）とすることができれば、駆動用ＩＣの出力電流容量を半分にできたり、配線に用いる電極の配線巾を半分にすることができ、モジュールの小型化や同一面積の多面取り基板で形成できる素子の数量増加あるいは駆動ＩＣチップの低コスト化などが期待できる。

また、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させる技術として、有機発光層を透明基板を含んで垂直方向に複数積層する方法が知られている（例えば特許文献２参照）。さらに、これら積層する有機発光層をＲＧＢなどの有機発光層で形成し、混色にてカラー表示させる技術も開示されており（例えば特許文献３）、従来の支持基板上にＲＧＢのサブピクセルを並置する方法に比べて開口率を大幅に増加させ発光輝度の向上のみならず有機ＥＬ素子の長寿命化などにおいても効果が得られる。
特開昭５９−１９４３９３号公報 特開２００６−１５５９４０号公報 特開２００４−３２７２４８号公報 「有機ＥＬハンドブック」リアライズ理工センター ２００４年６月発行、Ｐ２０３

しかしながら、特許文献２に開示されるような透明基板を含んで有機発光層を複数積層する構成においては、透過率が著しく低下し、かつ積層される透明基板毎に強い導波光が生じるため外部取り出し効率が低下するという問題点があった。また、特許文献３に開示されるような透明基板を含まずに有機発光層を複数積層する構成においては、光を放出する側に形成される第一透明電極とこの第一透明電極に対向する反射電極との間には第二透明電極が形成される。この場合、前記第二透明電極と前記反射電極間にて生じる光は、前記第二透明電極や前記第二透明電極と前記第一透明電極との間の第一有機ＥＬ層を通過することとなり、同様に透過率の低下や導波光の増加のため、外部取り出し効率が低下するという問題点があった。

本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、有機発光層の積層構造を有する有機ＥＬパネルにおいて、外部取り出し効率を向上させることが可能な有機ＥＬパネルを提供することを目的とするものである。

本発明は、前記課題を解決するために、支持基板上に第一電極と、少なくとも第一の有機発光層を有する第一の機能層と、第二電極と、少なくとも第二の有機発光層を有する第二の機能層と、第三電極と、を順次積層してなる有機ＥＬパネルであって、前記第二電極は、半透過半反射性を有するハーフミラーからなることを特徴とする。

また、前記第一電極及び前記第三電極は、少なくとも一方が透光性であることを特徴とする。

また、前記第二電極は、金属，金属合金，導電性ポリマー，電気導電性を有する半導体あるいはそれらの積層体からなることを特徴とする。

本発明は、前記課題を解決するために、支持基板上に第一電極と、少なくとも第一の有機発光層を有する第一の機能層と、第二電極と、少なくとも第二の有機発光層を有する第二の機能層と、第三電極と、少なくとも第三の有機発光層を有する第三の機能層と、第四電極と、を順次積層してなる有機ＥＬパネルであって、前記第二電極及び前記第三電極は、少なくとも一方が半透過半反射性を有するハーフミラーからなることを特徴とする。

また、前記第一電極及び前記第四電極は、少なくとも一方が透光性であることを特徴とする。

また、前記第二電極及び前記第三電極のうち前記ハーフミラーからなるものは、金属，金属合金，導電性ポリマー，電気導電性を有する半導体あるいはそれらの積層体からなることを特徴とする。

本発明はディスプレイあるいは照明装置に用いられる有機ＥＬパネルに関し、有機発光層の積層構造を有し、外部取り出し効率を向上させることが可能となるものである。

以下、本発明を有機ＥＬパネルに適用した実施形態について添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第一の実施形態を示す図である。第一の実施形態である有機ＥＬパネルは、支持基板１と、第一電極２と、第一の機能層３と、第二電極４と、第二の機能層５と、第三電極６と、を有するものである。

支持基板１は、例えば透光性のガラス材料からなる矩形状の基板である。支持基板１上には、第一電極２，第一の機能層３，第二電極４，第二の機能層５及び第三電極６が順に積層形成される。

第一電極２は、第一の機能層３に正孔を注入する陽極となるものであり、支持基板１上にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）あるいは酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の透光性導電材料をスパッタリング法等の手段によって層状に形成してなり、フォトエッチング等の手段によって所定の形状にパターニングされる。

第一の機能層３は、少なくとも正孔及び電子の再結合によって第一の光を発する第一の有機発光層を含む機能層である。なお、第一の機能層３を多層構造とする場合には、例えば正孔注入層，正孔輸送層，前記第一の有機発光層，電子輸送層及び電子注入層が積層形成される。

第二電極４は、第一の機能層３に対しては電子を注入する陰極となり、第二の機能層５に対しては正孔を注入する陽極となるものであり、第一の機能層３上に例えばアルミニウム（Ａｌ）等の導電材料を蒸着法等の手段によって薄膜状に形成した半透過半反射性を有するハーフミラーからなるものである。なお、第二電極４は、透過率の高いインジウム（Ｉｎ）及び銀（Ａｇ）や、ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），コバルト（Ｃｏ），銅（Ａｕ），マグネシウム（Ｍｇ）及びリチウム（Ｌｉ）等の金属，これら金属の合金，導電性ポリマー，シリコンを代表とする電気導電性を有する半導体あるいはそれら金属，金属合金及び半導体の積層体からなるものであってもよい。また、第二電極４を陽極及び陰極として機能させるためには、第一の機能層３及び第二の機能層５を発光させるための異なる２つの電源を用い、第二電極４をそれぞれの電源に接続する方法や第一電極２，第二電極４及び第三電極６に印加される電圧Ｅ１，Ｅ２及びＥ３を、Ｅ１＞Ｅ２＞Ｅ３とする方法がある。

第二の機能層５は、少なくとも正孔及び電子の再結合によって第二の光を発する第二の有機発光層を含む機能層である。なお、第二の機能層５を多層構造とする場合には、例えば正孔注入層，正孔輸送層，前記第二の有機発光層，電子輸送層及び電子注入層が積層形成される。また、酸化モリブデン（ＭｏＯ↓３）からなる正孔注入層を形成すると第二電極４に仕事関数が低いＡｌを用いる場合であっても前記第二の有機発光層に良好な正孔を注入することができるので好適である。

第三電極６は、第二の機能層５に電子を注入する陰極となるものであり、第二の機能層５上に例えばＡｌ等の低抵抗の導電材料を蒸着法等の手段によって層状に形成してなる反射電極である。

以上の各部によって有機ＥＬパネルが構成されている。有機ＥＬパネルは支持基板１側の第一電極２を透明電極とし、支持基板１の対向側の第三電極６を反射電極として支持基板１側から光を取り出すいわゆるボトムエミッション型である。なお、本発明は、支持基板１の対向側の第三電極６を透明電極とし、支持基板１側の第一電極２を反射電極として支持基板１の対向側から光を取り出すいわゆるトップエミッション型の有機ＥＬパネルにも適用可能である。

以下、さらに本発明の実施例について説明する。実施例１として、図１に示す有機ＥＬパネルを作製した。すなわち、ガラス材料からなる支持基板１上に、第一電極２としてＩＴＯを膜厚１４０ｎｍで形成した。その後、支持基板１を蒸着装置に導入し、第一の機能層３，第二電極４，第二の機能層５及び第三電極６を順次積層形成して有機ＥＬパネルを作製した。第一の機能層３としては、正孔注入層，正孔輸送層，第一の有機発光層，電子輸送層及び電子注入層の積層構造とした。前記正孔注入層としてはＭｏＯ↓３を真空蒸着法により膜厚２０ｎｍで形成した。前記正孔輸送層としてはアミン系化合物を真空蒸着法により膜厚４０ｎｍで形成した。前記第一の有機発光層としては橙色に発光する発光層を真空蒸着法により膜厚４０ｎｍで形成した。前記電子輸送層としてはＡｌｑを真空蒸着法により膜厚２０ｎｍで形成した。前記電子注入層としてはＬｉＦを真空蒸着法により膜厚１ｎｍで形成した。第二電極４としては真空蒸着法により半透過半反射性を有する膜厚５ｎｍのＡｌ薄膜を形成した。第二の機能層５としては、正孔注入層，正孔輸送層，第一の有機発光層，電子輸送層及び電子注入層の積層構造とした。前記正孔注入層としてはＭｏＯ↓３を真空蒸着法により膜厚２０ｎｍで形成した。前記正孔輸送層としてはアミン系化合物を真空蒸着法により膜厚４０ｎｍで形成した。前記第二の有機発光層としては橙色に発光する発光層を真空蒸着法により膜厚４０ｎｍで形成した。前記電子輸送層としてはＡｌｑを真空蒸着法により膜厚２０ｎｍで形成した。前記電子注入層としてはＬｉＦを真空蒸着法により膜厚１ｎｍで形成した。第三電極６としては真空蒸着法により膜厚１５０ｎｍのＡｌ薄膜を形成し、反射電極とした。本実施例においては効果を確認しやすくするために第一の機能層３と第二の機能層５とを同色の橙色発光としたが、それぞれ異なる発光色を得るものとしても良い。

さらに、実施例２として、第二電極４をＩＴＯ膜と半透過半反射性を有するＡｌ薄膜との積層構造とした他は実施例１と同様に有機ＥＬパネルを作製した。なお、前記ＩＴＯ膜は真空蒸着法により第一の機能層３上に膜厚１４０ｎｍで形成し、前記Ａｌ薄膜は前記ＩＴＯ膜上に真空蒸着法により膜厚５ｎｍで形成した。実施例２は、第二電極４を前記ＩＴＯ膜と前記Ａｌ薄膜との積層構造とすることで実施例１よりもシート抵抗を低減することができる。

さらに、実施例３として、第二電極４を半透過半反射性を有するＡｌ薄膜とＩＴＯ膜との積層とした他は実施例１と同様に有機ＥＬパネルを作製した。なお、前記Ａｌ薄膜は真空蒸着法により第一の機能層３上に膜厚５ｎｍで形成し、前記ＩＴＯ膜は前記Ａｌ薄膜上に真空蒸着法により膜厚１４０ｎｍで形成した。実施例２は、第二電極４を前記Ａｌ薄膜と前記ＩＴＯ膜との積層構造とすることで実施例１よりもシート抵抗を低減することができる。

さらに、実施例４として、第二電極４を半透過半反射性を有する第一のＡｌ薄膜とＩＴＯ膜と半透過半反射性を有する第二のＡｌ薄膜との積層とした他は実施例１と同様に有機ＥＬパネルを作製した。なお、前記第一のＡｌ薄膜は真空蒸着法により第一の機能層３上に膜厚１ｎｍで形成し、前記ＩＴＯ膜は前記第一のＡｌ薄膜上に真空蒸着法により膜厚１４０ｎｍで形成し、前記第二のＡｌ薄膜は前記ＩＴＯ膜上に真空蒸着法により膜厚５ｎｍで形成した。実施例４は、第二電極４を前記第一のＡｌ薄膜と前記ＩＴＯ膜と前記第二のＡｌ薄膜との積層とすることで実施例１〜３よりもシート抵抗を低減することができる。

また、比較例１として、第二電極を膜厚１５０ｎｍのＡｌ膜とし、第二の機能層及び第三電極を形成しないほかは、実施例１と同様の条件で有機ＥＬパネルを作製した。すなわち、比較例１は、透明電極である第一電極，第一の機能層及び反射電極である第二電極の積層構造である。

また、比較例２として、第二電極を膜厚１４０ｎｍのＩＴＯ膜からなる透明電極としたほかは、実施例１と同様の条件で有機ＥＬパネルを作製した。

実施例１〜４及び比較例１，２の発光スペクトルを図２に示す。また、実施例１〜４及び比較例１，２の発光特性を図３に示す。なお、図２の特性Ｓ１〜Ｓ４は、それぞれ実施例１〜４の発光スペクトルを示しており、特性Ｓ５，６は比較例１，２の発光スペクトルを示している。図２及び図３によれば、実施例１〜４は、その外部に出射される光が第二の機能層及び第三電極を有しない比較例１に比べて正面輝度で大幅に増大しており、また、第二電極を透明電極とした比較例２と比較しても同様に増大していることが分かる。これは、第二電極４を半透過半反射性を有するハーフミラーとしたことによって、反射電極である第三電極５と第二電極４とが光共振器として働いたことによるものと考えられる。したがって、第二電極４をハーフミラーとすることで外部取り出し効率が大きく改善していることは図２及び図３から明らかである。なお、実施例３においては他の実施例と比較して出射光の増大幅が低いが、これは光共振器として作用する第三電極５と前記Ａｌ薄膜との間に高い屈折率の前記ＩＴＯ膜が存在することによると考えられる。

なお、前述の第一の実施形態においては、有機発光層を含む機能層を２層積層する構造であったが、機能層を電極を挟んで３層以上積層する有機ＥＬパネルであっても、前記各機能層間に形成される電極を半透過半反射性を有するハーフミラーで形成することによって反射電極と前記ハーフミラーとの間で光共振を起こし、本発明の効果を得ることができる。図４は、本発明の第二の実施形態を示す図である。なお、前述の第一の実施形態と同一あるいは同等個所には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

第二の実施形態である有機ＥＬパネルは、支持基板１と、第一電極２と、第一の機能層３と、第二電極４と、第二の機能層５と、第三電極７と、第三の機能層８と、第四電極９と、を有するものである。

第三電極７は、第二の機能層５に対しては電子を注入する陰極となり、第三の機能層８に対しては正孔を注入する陽極となるものであり、第二の機能層５上に例えばアルミニウム（Ａｌ）等の導電材料を蒸着法等の手段によって薄膜状に形成した半透過半反射性を有するハーフミラーからなるものである。なお、第三電極７は、透過率の高いインジウム（Ｉｎ）及び銀（Ａｇ）や、ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），コバルト（Ｃｏ），銅（Ａｕ），マグネシウム（Ｍｇ）及びリチウム（Ｌｉ）等の金属，これら金属の合金，導電性ポリマー，シリコンを代表とする電気導電性を有する半導体あるいはそれら金属，金属合金及び半導体の積層体からなるものであってもよい。また、第三電極７を陽極及び陰極として機能させるためには、第一の機能層３，第二の機能層５及び第三の機能層８を発光させるための異なる３つの電源を用い、第三電極７をそれぞれの電源に接続する方法や第一電極２，第二電極４，第三電極７及び第四電極９に印加される電圧Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３及びＥ４を、Ｅ１＞Ｅ２＞Ｅ３＞Ｅ４とする方法がある。

第三の機能層８は、少なくとも正孔及び電子の再結合によって第三の光を発する第三の有機発光層を含む機能層である。なお、第三の機能層８を多層構造とする場合には、例えば正孔注入層，正孔輸送層，前記第三の有機発光層，電子輸送層及び電子注入層が積層形成される。また、酸化モリブデン（ＭｏＯ↓３）からなる正孔注入層を形成すると第三電極７に仕事関数が低いＡｌを用いる場合であっても前記第三の有機発光層に良好な正孔を注入することができるので好適である。

第四電極９は、第三の機能層８に電子を注入する陰極となるものであり、第三の機能層８上に例えばＡｌ等の低抵抗の導電材料を蒸着法等の手段によって層状に形成してなる反射電極である。

以上の各部によって有機ＥＬパネルが構成されている。有機ＥＬパネルは支持基板１側の第一電極２を透明電極とし、支持基板１の対向側の第三電極６を反射電極として支持基板１側から光を取り出すいわゆるボトムエミッション型である。なお、本発明は、支持基板１の対向側の第四電極９を透明電極とし、支持基板１側の第一電極２を反射電極として支持基板１の対向側から光を取り出すいわゆるトップエミッション型の有機ＥＬパネルにも適用可能である。また、前記第一〜第三の光の発光色は同色であってもそれぞれ異なる色であってもよく、さらに前記第一〜第三の光の発光色をそれぞれ青色，緑色及び赤色とし、混色による白色を含むフルカラー発光を可能としてもよい。

かかる構成の有機ＥＬパネルにおいても、中間に位置する第二，第三電極４，７を半透過半反射性を有するハーフミラーとすることで、反射電極である第四電極９と第二，第三電極４，７とがそれぞれ光共振器として働き、出射光を増大させ外部取り出し効率を改善することができる。なお、第二，第三電極４，７は、何れか一方を半透過半反射性を有するハーフミラーとし、他方と透明電極とする構成であってもよい。

本発明の第一の実施形態である有機ＥＬパネルを示す図。 本発明の実施例１〜４及び比較例１，２の発光スペクトルを示す図。 本発明の実施例１〜４及び比較例１，２の発光特性を示す図。 本発明の第二の実施形態である有機ＥＬパネルを示す図。

符号の説明

１ 支持基板
２ 第一電極
３ 第一の機能層
４ 第二電極
５ 第二の機能層
６，７ 第三電極
８ 第三の機能層
９ 第四電極

Claims (6)

1. 支持基板上に第一電極と、少なくとも第一の有機発光層を有する第一の機能層と、第二電極と、少なくとも第二の有機発光層を有する第二の機能層と、第三電極と、を順次積層してなる有機ＥＬパネルであって、
   前記第二電極は、半透過半反射性を有するハーフミラーからなることを特徴とする有機ＥＬパネル。
2. 前記第一電極及び前記第三電極は、少なくとも一方が透光性であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬパネル。
3. 前記第二電極は、金属，金属合金，導電性ポリマー，電気導電性を有する半導体あるいはそれらの積層体からなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬパネル。
4. 支持基板上に第一電極と、少なくとも第一の有機発光層を有する第一の機能層と、第二電極と、少なくとも第二の有機発光層を有する第二の機能層と、第三電極と、少なくとも第三の有機発光層を有する第三の機能層と、第四電極と、を順次積層してなる有機ＥＬパネルであって、
   前記第二電極及び前記第三電極は、少なくとも一方が半透過半反射性を有するハーフミラーからなることを特徴とする有機ＥＬパネル。
5. 前記第一電極及び前記第四電極は、少なくとも一方が透光性であることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬパネル。
6. 前記第二電極及び前記第三電極のうち前記ハーフミラーからなるものは、金属，金属合金，導電性ポリマー，電気導電性を有する半導体あるいはそれらの積層体からなることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬパネル。

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