JP2013145700A - 有機ｅｌ素子及びこれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】素子内を導波する導波光、もしくは、反射金属電極表面における表面プラズモンを抑制することで発光効率が向上した有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】反射金属層２と光取り出し側とは逆の第１電極４との間に、有機化合物層１０よりも屈折率の低い低屈折率層３を配置し、発光層６の発光位置から反射金属層２の反射面までの光学距離を所定の範囲になるように調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、さらに、係る有機ＥＬ素子を用いてなる表示装置に関する。

近年、数ボルト程度の低駆動電圧で自己発光する有機ＥＬ素子が注目を集めている。有機ＥＬ素子は、面発光特性、軽量、視認性といった優れた特徴を活かし薄型ディスプレイや照明器具、ヘッドマウントディスプレー、また電子写真方式プリンタのプリントヘッド用光源など発光装置としての実用化が進みつつある。

特に有機ＥＬ素子を用いた表示装置の低消費電力化の要求は高まりつつあり、発光効率のさらなる改善が期待されており、発光効率を飛躍的に改善させるデバイス構造の一つに、マイクロキャビティ方式がある。発光分子は、光の「強めあう干渉」が起きる空間に向かって光を強く放射する性質があるため、光学干渉を使って励起子の放射速度を増加させたり、放射パターンを制御することが可能となる。マイクロキャビティ方式では、発光分子からみて光取り出し方向に「強めあう干渉」が生じるようにデバイスパラメータ（膜厚や屈折率）を設計することにより、発光効率を改善する方式である。

一般的な有機ＥＬ素子は発光効率の向上のために、光取り出し側とは逆側に、電極の機能を兼ねた金属からなる反射膜（反射金属電極）を有する。そして該反射金属電極の反射面と発光層の発光位置との光学距離Ｌを、
Ｌ＝（２ｍ−（φ／１８０））×（λ／４）
を満たすように設定することで、取り出したい波長λの光は正面方向の強度が強まる。ここで、φは反射金属電極における反射時の位相シフト［°］であり、干渉次数ｍは０または正の整数である。マイクロキャビティ方式は、マイクロレンズのような凹凸の構造物の必要がなく、低コストで発光効率の増大が期待できる。

有機ＥＬ素子の発光は空気よりも屈折率の高い有機化合物膜からなる発光層内で起こるため、屈折率差から生じる全反射により実際に空気中に取り出される光は２０％前後である。空気中に取り出されない光は、有機ＥＬ素子内を導波する導波光、もしくは、反射金属電極表面における表面プラズモン（ＳＰ）、に結合することが知られている。ＳＰに結合した励起エネルギーは、最終的にはジュール熱に転化されるため損失となる。有機ＥＬ素子における発光効率の向上には、放射パターンの制御とともに、導波光もしくはＳＰへの結合を抑制する必要がある。

これまで、ＳＰへの結合を抑制する方法は、特許文献１で開示されている反射電極と発光層間の距離を増大させる方法が提案されてきた。しかしながら、干渉次数を上げると光学干渉効果の及ぶ波長が狭帯域になるため好ましくない。また非特許文献１で示されているように発光分子の遷移ダイポールモーメントを水平配向させる手法は、導波光とＳＰへの結合を抑制することができるが、有機発光材料の設計に制約が出るため現実的ではない。

尚、マイクロキャビティは、光取り出し側の反射率の大小により弱キャビティと強キャビティに分類される。通常、弱キャビティにおいてはガラス／透明酸化物半導体といった透過率の高い電極構造が用いられ、キャビティの干渉効果は主に反射電極と発光層間で生じる干渉条件で決まる。一方、強キャビティにおいては、光取り出し側の電極として反射率の高い半透過性の金属薄膜電極が用いられ、弱キャビティに比べより大きな干渉効果を利用することが可能となり、飛躍的に発光効率が改善され得る。上述の導波光やＳＰの抑制法は、いずれも金属と誘電体界面が１つしかない弱キャビティ構成で検討されている。つまり、強キャビティにおける導波光や表面プラズモン抑制案は、未だ提案されていない。こうした有機ＥＬ素子内での光の挙動は、光学シミュレーションで計算可能であり、非特許文献２に詳しい。

特表２００８−５４３０７４号公報

Ｊｏｒｇ Ｆｒｉｓｃｈｅｉｓｅｎ ｅｔ．ａｌ．，Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ １２，８０９−８１７（２０１１）． Ｓ．Ｎｏｗｙ ｅｔ．ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ １０４，１２３１０９（２００８）．

本発明は、有機ＥＬ素子内を導波する導波光、もしくは、反射金属電極表面における表面プラズモン（ＳＰ）、を抑制することで発光効率が向上した有機ＥＬ素子、及び該有機ＥＬ素子を用いた表示装置を提供することを課題とする。

本発明は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に少なくとも発光層を有する有機化合物層とを備え、前記第２電極側から発光を取り出す有機ＥＬ素子であって、
前記第１電極の外側に反射金属層が配置され、
前記発光層の発光位置から前記反射金属層の反射面までの光学距離をＬ［ｎｍ］、発光光の発光スペクトルの最大ピーク波長をλ［ｎｍ］、前記金属反射層における位相シフトをφ［°］とすると、前記光学距離Ｌが下記式（Ｉ）を満たしており、
式（Ｉ）
（−１−（２φ／１８０））×（λ／８）＜Ｌ＜（１−（２φ／１８０））×（λ／８）
前記第１電極と前記反射金属層との間に、前記有機化合物層よりも屈折率の低い低屈折率層を有することを特徴とする。

本発明によれば、反射率の高い金属膜を用いながらも、ＳＰ損失を抑制できるため、発光効率が向上した有機ＥＬ素子を提供することができる。よって、有機ＥＬ素子を用いて構成される表示装置において、その特性を向上させることができる。

本発明の有機ＥＬ素子の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の有機ＥＬ素子の一実施形態の青色発光の有機ＥＬ素子の発光効率に関する低屈折率層の屈折率依存性を示す図である。 本発明の有機ＥＬ素子の一実施形態の青色発光の有機ＥＬ素子のＣＩＥｙ＝０．０６における励起エネルギーの分布を示す図である。 本発明の有機ＥＬ素子の一実施形態の青色発光の有機ＥＬ素子の色度ＣＩＥｙと、発光位置から反射金属層の反射面までの光学距離Ｌとの関係を示す図である。 本発明の有機ＥＬ素子の一実施形態の緑色発光の有機ＥＬ素子の発光効率に関する低屈折率層の屈折率依存性を示す図である。 本発明の有機ＥＬ素子の一実施形態の緑色発光の有機ＥＬ素子のＣＩＥｘ＝０．２１における励起エネルギーの分布を示す図である。 本発明の有機ＥＬ素子の一実施形態の緑色発光の有機ＥＬ素子の色度ＣＩＥｘと、発光位置から反射金属層の反射面までの光学距離Ｌとの関係を示す図である。 本発明の有機ＥＬ素子の一実施形態の緑色ＥＬ素子の発光効率に関する低屈折率層の膜厚依存性を示す図である。

本発明は、反射性金属表面で発生するＳＰ損失が金属種だけでなく、反射性金属と接する部材の屈折率によっても変化することに着目した発明である。即ち、本発明の有機ＥＬ素子は、第１電極と、第２電極と、該第１電極と第２電極との間に少なくとも発光層を有する有機化合物層とを備え、前記第２電極側から発光を取り出す有機ＥＬ素子であり、前記第１電極の外側には反射金属層が配置されている。そして本発明の有機ＥＬ素子は、光学距離Ｌが下記式（Ｉ）を満たしており、前記第１電極と前記反射金属層との間に、前記有機化合物層よりも屈折率の低い低屈折率層を有することを特徴とする。尚、Ｌは発光層の発光位置から反射金属層の反射面までの光学距離［ｎｍ］、λは発光光の発光スペクトルの最大ピーク波長［ｎｍ］、φは金属反射層における位相シフト［°］である。

式（Ｉ）
（−１−（２φ／１８０））×（λ／８）＜Ｌ＜（１−（２φ／１８０））×（λ／８）

以下、本発明の有機ＥＬ素子について、実施形態を挙げて説明する。図１は、本発明の有機ＥＬ素子の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。図１の実施形態は、支持基板１上に反射性金属層２、低屈折率層３、第１電極４が配置されている。第１電極４とは発光層６を挟んで反対側に光透過性の第２電極８が配置され、第２電極８から光を取り出すトップエミッション型の素子である。ここで、反射性金属層２とは取り出したい発光波長での反射率が８０％以上の金属膜である。また、第１電極４は光取り出しとは逆側の電極であり、取り出したい発光波長での透過率が８０％以上の電極である。さらに、第２電極８は取り出したい発光波長での透過率が４０％以上の電極である。これら一対の電極間に発光層６を含むいくつかの有機化合物からなる機能層を有し、発光効率、駆動寿命、光学干渉といった観点から多くの積層構成が工夫されている。尚、第１電極４と第２電極８に挟まれた有機化合物からなる積層体を通常、有機化合物層１０と言う。

有機化合物層１０は、正孔輸送層５、発光層６、電子輸送層７からなる。正孔輸送層５には正孔注入層や電子ブロック層といった機能層も含まれる。また電子輸送層７には電子注入層や正孔ブロック層といった機能層も含まれる。本発明は有機化合物層１０の積層数や各層に含まれる材料には限定されない。例えば、発光層６を構成する発光材料は蛍光材料もしくは燐光材料のいずれでもよく、ホスト材料の中にドーピングされた形態でもよく、さらには、発光材料の他に少なくとも一種類以上の化合物が素子性能向上のために含まれていてもよい。

また、支持基板１としては、各種のガラス基板、ｐｏｌｙ−Ｓｉやａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）等で半導体を形成したＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等の駆動回路（不図示）を形成したガラス基板が用いられる。また、シリコンウエハー上に駆動回路を形成したガラス基板、シリコンウエハー上に駆動回路を設けたもの等も挙げることができる。

反射金属層２は有機ＥＬ素子の高効率化のために、高反射性の金属が好適であり、具体的にはＡｌやＡｇ等の金属が挙げられる。反射金属層２の上部には、有機ＥＬ素子内を導波する導波光の抑制、もしくは、反射金属層２の表面におけるＳＰ損失抑制のために有機化合物層１０よりも屈折率の低い低屈折率層３が配置される。低屈折率層３は有機物、無機物、どちらでもよい。

第１電極４は支持基板１上に形成されたＴＦＴ等の駆動回路と導通がとられており、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明電極が好適である。有機ＥＬ素子に相当する発光領域上においては、第１電極４と反射金属層２とは、その間には低屈折率層３が介在しているため互いに接してはいないが、発光領域外においては第１電極４と反射金属層２は接していてもよい。

光取り出し側の第２電極８にはＡｇ、Ｍｇ、Ａｌ等の金属薄膜やＩＴＯやＩＺＯなどの透明膜を用いる。さらに、第２電極８上には光学調整層９が配置されている。光学調整９の役割は第２電極８の保護であり、例えば屈折率１．５以上の一般的に知られている有機物、無機物が挙げられる。第２電極８に金属薄膜を用いた場合は反射率が上昇するため、微小光学共振器（マイクロキャビティ）としての特性が発現してくる。従って、有機化合物層１０のうち、発光層６と反射金属層２との間の膜厚を調整することで、発光層６内部の光放射分布を制御することができる。表示装置としては、特に正面方向の輝度が高くなるように有機化合物層１０の各層の膜厚を設定することで、光学干渉により発光色も制御され、より高効率に正面方向に光が放射されるようになる。より具体的には、発光層６の発光位置から反射性金属層２の界面（反射面）までの光学距離Ｌについて、下記式（１）を満たすことで、取り出したい波長λの光は正面方向の強度が強まる。

式（１） Ｌ＝（２ｍ−（φ／１８０））×（λ／４）
ここで、φは反射性金属層２における反射時の位相シフト［°］であり、ｍは正の整数である。位相シフトφの値は金属種によって異なるが、概ね−１００°乃至−１６０°程度である。また、光学距離Ｌは、発光層６から反射性金属層２の反射面との間における各層の屈折率ｎ×厚さｄ［ｎｍ］の総和である。尚、位相シフト［°］は一般的な光学多層薄膜の計算により求めることができる（例えば小檜山光信著，「光学薄膜の基礎理論」，（日本），第２版，オプトロニクス社，２００３年７月２３日，ｐ．８３−１１３参照）。

本発明においては広波長帯域において干渉効果を発現させるために、上記式中のｍ＝０が望ましい。よって、上記式は下記式（２）を満たすことが好ましい。

式（２） Ｌ＝（−φ／１８０）×（λ／４）
但し、実際の有機ＥＬ素子では、正面の取り出し効率とトレードオフの関係にある視野角特性等も考慮すると、必ずしも上記膜厚と厳密に一致させる必要はない。具体的には、Ｌが式（２）を満たす値から±λ／８以内の誤差があってもよい。よって、本発明の有機ＥＬ素子において、下記式（Ｉ）を満たすことが好ましい。
（−１−（２φ／１８０））×（λ／８）＜Ｌ＜（１−（２φ／１８０））×（λ／８）

尚、本発明の有機ＥＬ素子を複数用いたフルカラー表示の表示装置を構成する場合に、有機ＥＬ素子の発光色を赤、緑、青とした場合、青色のλは４６０ｎｍ、緑色のλは５２０ｎｍ、赤色のλは６２０ｎｍ程度が目安となる。上記式（Ｉ）より、それぞれ好ましい光学距離が算出可能である。

以下、発光効率と反射金属層２の金属種及び反射金属層２と接した低屈折率層３の屈折率との関係について解析した結果を説明する。以下のシミュレーションでは、特に記述がない限り、第１電極４はアノードとして膜厚１０ｎｍのＩＺＯ、第２電極８はカソードとして膜厚２６ｎｍのＡｇ薄膜を用いた強キャビティ素子構成で検討を行っている。さらに、光学調整層９には膜厚７０ｎｍで屈折率１．８程度の一般的な有機化合物を用いた。シミュレーションは非特許文献２と同様の手法で実施した。

〔青色素子の発光効率に対する低屈折率層３の屈折率依存性〕
図２は本実施形態における青色発光の有機ＥＬ素子（以下、青色素子と称する。）について、反射金属層２は厚膜のＡｌ、低屈折率層３の膜厚を１５ｎｍに固定して、低屈折率層３の屈折率を変化させた場合の発光効率［ｃｄ／Ａ］変化である。発光効率には視感度の影響が入るため、正孔輸送層５の膜厚を式（Ｉ）を満足する範囲で変化させた時の素子特性を、横軸を色度のＣＩＥｙ、縦軸を発光効率として表示した。その結果、全ての色度ＣＩＥｙにおいて、低屈折率層３の屈折率が低い程、発光効率が高まることが分かる。

図３には、ｓＲＧＢにおける青色の色度座標ＣＩＥｙ＝０．０６を示す各素子構成について、励起エネルギーの分配先の割合を示している。各モードの定義を説明する。

ＯＣ（Ｃｏｐｕｌｉｎｇ）は光として実際に空気中に取り出される成分であり、一般的に光取り出し効率と言われる。光の進行方向を法線方向からの傾き角をθとした時に、０＜θ＜θ_c（θ_c：全反射臨界角）の範囲の光について、空気中に取り出される光である。ＡＢＳは吸収損失（Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｌｏｓｓ）であり、θ＜θ_cの条件を満たすが、デバイス内で吸収される成分である。ＷＧは導波モード（Ｗａｖｅ Ｇｕｉｄｅ）であり、進行方向がθ_c＜θ＜９０°である素子内を導波する成分である。ＳＰは前記したように表面プラズモンであり、金属にエネルギー移動を起こし、表面プラズモン励起によりジュール熱に転化される成分である。

図３から分かる通り、低屈折率層３の屈折率を小さくすると、導波モード（ＷＧ）が減少し、光取り出し効率（ＯＣ）が増大している。つまり、反射金属層２と第１電極４との間に屈折率が低い層が挿入されることで、有機ＥＬ素子内を導波する導波光の抑制、もしくは、反射金属層２の表面におけるＳＰ損失抑制により、発光効率、及び、光取り出し効率が向上することが分かる。尚、発光効率は大まかには正面方向へのフォトン数に比例し、光取り出し効率は空気中に取り出されるフォトン数に比例するため、発光効率の向上率と光取り出し効率の向上率は必ずしも一致しない。

従来の有機ＥＬ素子においては、反射金属層２は電極を兼ねていることが多く、反射金属層の表面にはＩＴＯ、ＩＺＯといった屈折率２．０前後の透明電極、もしくは、屈折率が１．７乃至１．８程度の正孔注入層、正孔輸送層が配置される。本実施形態は反射金属層と電極とを分離することで、反射金属層表面に従来よりも低い屈折率を有する低屈折率層を配置することが可能となり、発光効率を向上させることができる。

低屈折率層３の材料としては有機化合物、無機化合物、どちらでもよく、一般的に知られている低屈折率材料を用いることができる。有機化合物の例としては屈折率１．３乃至１．４程度のフッ素系樹脂材料がよく知られている。また、無機物の例として多孔質シリカがあり、屈折率１．２以下のものも知られている。

尚、低屈折率層３の屈折率にもよるが、本発明における青色波長帯域の反射金属層２の反射時の位相シフトφ＝−１５０°程度である。従って、式（Ｉ）に青色のλ＝４６０ｎｍを適用すると、発光層６の発光位置から反射性金属層２の反射面までの光学距離Ｌは３８ｎｍ＜Ｌ＜１５３ｎｍとなる。図２の計算結果において、縦軸を発光層６の発光位置から反射性金属層２の反射面までの光学距離Ｌで示したのが図４である。例えば低屈折率層３の屈折率が１．２の場合、ｓＲＧＢにおける青色の色度座標ＣＩＥｙ＝０．０６を示すには光学距離Ｌ＝６８ｎｍであり、ＮＴＳＣにおける青色の色度座標ＣＩＥｙ＝０．０８を示すには光学距離Ｌ＝７３ｎｍ程度である。青色の狙い色度座標の設定は設計事項であるが、光学距離Ｌは式（Ｉ）を満たす範囲が好ましい。

〔緑色素子の発光効率に対する低屈折率層３の屈折率依存性〕
本実施形態においては、緑色発光の有機ＥＬ素子（以下、緑色素子と称する。）に関して低屈折率層３の効果を示す。概略断面図は前記実施形態と同様であるため図２を参照して説明する。本実施形態において、反射金属層２は厚膜のＡｇ、低屈折率層３の膜厚を３０ｎｍに固定して、低屈折率層３の屈折率を変化させた場合の発光効率［ｃｄ／Ａ］変化を図５に示す。発光効率には視感度の影響が入るため、正孔輸送層５の膜厚を式（Ｉ）を満足する範囲で変化させた時の素子特性を、横軸を色度のＣＩＥｘ、縦軸を発光効率として表示した。その結果、全ての色度ＣＩＥｘにおいて、低屈折率層３の屈折率が低い程、発光効率が高まることが分かる。尚、ＮＴＳＣによる緑色の色度座標ＣＩＥｘは０．２１であり、ｓＲＧＢではＣＩＥｘは０．３０である。

図６には、より色純度の深いＮＴＳＣにおける色度座標ＣＩＥｘ＝０．２１を示す各素子構成について、励起エネルギーの分配先の割合を示している。各モードの定義は図３で説明した通りである。本実施形態は、図６から分かる通り、低屈折率層３の屈折率を１．８から１．４と小さくする、導波モード（ＷＧ）が減少し、光取り出し効率（ＯＣ）が増大している。さらに、屈折率を１．２にすると表面プラズモン損失（ＳＰ）が減少し、光取り出し効率（ＯＣ）が増大する。つまり、反射金属層２と第１電極４との間に屈折率が低い層が挿入されることで、有機ＥＬ素子内を導波する導波光の抑制、もしくは、反射金属層２の表面におけるＳＰ損失抑制により、発光効率、及び、光取り出し効率が向上することが分かる。

尚、低屈折率層３の屈折率にもよるが、本実施形態における緑色波長帯域の反射金属層２の反射時の位相シフトφ＝−１３０°程度である。従って、式（Ｉ）に緑色のλ＝５２０ｎｍを適用すると、発光層６の発光位置から反射性金属層２の反射面までの光学距離Ｌは２９ｎｍ＜Ｌ＜１５９ｎｍとなる。図５の計算結果において、縦軸を発光層６の発光位置から反射性金属層２の反射面までの光学距離Ｌで示したのが図７である。例えば低屈折率層３の屈折率が１．２の場合、ＮＴＳＣにおける緑色の色度座標ＣＩＥｘ＝０．２１を示すには光学距離Ｌ＝９３ｎｍであり、ｓＲＧＢにおける緑色の色度座標ＣＩＥｘ＝０．３０を示すには光学距離Ｌ＝１０６ｎｍ程度である。緑色の狙い色度座標の設定は設計事項であるが、光学距離Ｌは式（Ｉ）を満たす範囲が好ましい。

また、図８は低屈折率層３の屈折率は１．４に固定したまま膜厚ｄが１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍの時に正孔輸送層５の膜厚を式（Ｉ）を満足する範囲で変化させた時の素子特性を、横軸を色度のＣＩＥｘ、縦軸を発光効率として表示したものである。図８から分かる通り、低屈折率層３の膜厚は厚いほど効率向上の効果が高いことが分かる。但し、図５において、低屈折率層３の屈折率が１．８の場合が従来の有機ＥＬ素子同等の効率であることを考えると、低屈折率層３の膜厚は最低１０ｎｍあれば本発明の効果が発現すると考えられる。

以上の結果を考慮して、本発明においては、反射金属層２と第１電極４との間に低屈折率層３を配置することを特徴とする。従来の有機ＥＬ素子においては、反射金属層２は電極を兼ねていることが多く、反射金属層の表面にはＩＴＯ、ＩＺＯといった屈折率２．０前後の透明電極、もしくは、屈折率が１．７乃至１．８程度の正孔注入層、正孔輸送層が配置される。本発明は反射金属層と電極を分離することで、反射金属層２の表面に従来よりも低い屈折率を有する低屈折率層を配置することが可能となり、発光効率を向上させることができる。低屈折率層３の屈折率は有機化合物層１０の各層よりも低ければよく、１．７未満の材料が好ましく用いられる。また、低屈折率層３の膜厚は薄すぎると本発明の効果は発現しないため、１０ｎｍ以上が好ましい。但し、発光層６の発光位置から反射性金属層２の反射面までの光学距離Ｌは式（Ｉ）でほぼ規定されることから、発光層６と反射性金属層２の間に配置される低屈折率層３の膜厚は、第１電極４の膜厚が０だとして、最大でも光学距離Ｌを低屈折率層３の屈折率で除算した値となる。

本発明の有機ＥＬ素子は、上記したように、有機ＥＬ素子内を導波する導波光の抑制、もしくは、反射金属層２の表面におけるＳＰ損失の抑制により、発光効率を高めることができる。よって、有機ＥＬ素子を用いた各種の装置に適用することによって、より高い特性が得られる。具体的には、本発明の有機ＥＬ素子と、係る有機ＥＬ素子の発光を制御する制御回路とを備えた発光装置、さらには、該発光装置と、該発光装置によって潜像が形成される感光体と、該感光体を帯電する帯電手段とを備えた画像形成装置が提供される。また、撮像装置などにも適用できる。さらに、異なる色を発する複数の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ素子の発光を制御する制御回路と、を有する表示装置において、本発明の有機ＥＬ素子を用いることができる。尚、かかる表示装置において、低屈折率層が異なる色を発する複数の有機ＥＬ素子で共通の膜厚で形成されてもよいし、発光色によって異なってもよい。

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。以下の実施例では、既述のシミュレーション結果で高い発光効率が得られた、低屈折率層の効果を緑色素子で確認した。本発明による有機ＥＬ素子の概略断面図である図１を参照して説明する。

先ず、駆動回路（不図示）を備えるガラス基板１上に、銀合金（ＡｇＰｄ）を１００ｎｍの膜厚でスパッタリング法にて成膜し、その後フォトリソ法によりパターニングを行い、発光画素毎に駆動回路との導通が取られている反射金属層２とした。次に、低屈折率層３として５２０ｎｍにおける屈折率が１．２である市販の塗布型多孔質シリカ膜を３０ｎｍの膜厚で塗布・焼成することで形成した。さらに、発光領域外を被覆している多孔質シリカ膜をフッ酸により除去した。

アノード４としてＩＺＯを１０ｎｍの膜厚でスパッタリング法にて成膜し、発光領域外における反射金属層２との導通を維持したまま、各画素に対応するようフォトリソ法によるパターニングを行った。さらに、発光領域を規定する絶縁材料（不図示）としてポリイミド樹脂を塗布・焼成後、フォトリソ法により開口部を設けた。

このアノード４の上に順次、真空蒸着法で一般的に知られている有機化合物層を成膜した。成膜順に列記すると、正孔輸送層を１２ｎｍ、緑色の発光を示す発光層を２０ｎｍ、正孔ブロック層を１０ｎｍ、電子輸送層を２０ｎｍ、成膜した。次にカソード８として、ＡｇとＣｓからなるＡｇ合金を６ｎｍ成膜後、Ａｇを２０ｎｍ真空蒸着法により成膜した。カソード８の電子輸送層と接する側はＡｇとＣｓからなるＡｇ合金とすることで電子輸送層への電子注入を容易となるようにした。カソード８の上部には光学調整層９として、一般的に知られている光透過性の有機化合物であるＡｌｑ３を、真空蒸着法により７０ｎｍの膜厚で成膜した。

最後に、窒素雰囲気中のグローブボックスにて、乾燥剤を入れた封止ガラス（不図示）とガラス基板１の成膜面とをＵＶ硬化樹脂を用いて封止した。

本実施例と従来例における緑色素子の色度及び効率［ｃｄ／Ａ］を表１に示す。従来例は低屈折率層である多孔質シリカ膜を設けていない。また、発光層６の発光位置から反射金属層３の反射面までの光学距離Ｌを実施例と従来例でそろえるため、従来例は正孔輸送層の膜厚を３６ｎｍとした。その結果、ほぼ同一色度において本実施例の発光効率は従来例の約１．３倍となった。図５に示す通り、緑色素子において反射金属層３の表面の屈折率が１．８から１．２にした場合の効率向上率も１．３倍程度であり、シミュレーション結果は実験結果と矛盾しないことも確認された。尚、本実施例で作製した有機ＥＬ素子は式（Ｉ）を満たしている。

本実施例により、シミュレーションが実験結果と矛盾しないことが確認された。即ち、反射金属層２と第１電極４との間に、屈折率が１．７未満である従来の有機化合物層よりも低い低屈折率層３を配置することで発光効率が向上することが示された。

２：反射金属層、３：低屈折率層、４：第１電極、６：発光層、８：第２電極

Claims (6)

1. 第１電極と、第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に少なくとも発光層を有する有機化合物層とを備え、前記第２電極側から発光を取り出す有機ＥＬ素子であって、
   前記第１電極の外側に反射金属層が配置され、
   前記発光層の発光位置から前記反射金属層の反射面までの光学距離をＬ［ｎｍ］、発光光の発光スペクトルの最大ピーク波長をλ［ｎｍ］、前記金属反射層における位相シフトをφ［°］とすると、前記光学距離Ｌが下記式（Ｉ）を満たしており、
   前記第１電極と前記反射金属層との間に、前記有機化合物層よりも屈折率の低い低屈折率層を有することを特徴とする有機ＥＬ素子。
   式（Ｉ）
   （−１−（２φ／１８０））×（λ／８）＜Ｌ＜（１−（２φ／１８０））×（λ／８）
2. 前記低屈折率層の屈折率は、前記有機ＥＬ素子が発する光のスペクトルの最大ピーク波長において、１．７未満であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
3. 前記低屈折率層の膜厚は、１０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。
4. 前記第２電極が金属薄膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
5. 異なる色を発する複数の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ素子の発光を制御する制御回路と、を有する表示装置であって、前記有機ＥＬ素子が、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子であることを特徴とする表示装置。
6. 前記低屈折率層が異なる色を発する複数の有機ＥＬ素子で共通の膜厚で形成されていることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。

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