JP2013157278A - 発光装置、画像形成装置及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 最も光干渉効果が強い有機ＥＬ素子を備える発光装置において、有機ＥＬ素子の駆動電圧を低減する。
【解決手段】 有機ＥＬ素子の発光層と第１電極１１０の反射面との間の第１光学距離Ｌ_１が、有機ＥＬ素子の発する光のスペクトルの最大ピーク波長λ、波長λにおける第１電極１１０の反射面の位相シフトΦ_１に対して
Ｌ_１＞０でかつ（λ／８）×（−１−２Φ_１／π）＜Ｌ_１＜（λ／８）×（１−２Φ_１／π）
を満たし、第１電極１１０は、トランジスタ１２と接するＡｌを含む第１層１０１と第１層１０１を覆うＭｏとＷのうち少なくとも一方を含む第２層１０２とを有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子を用いてなる発光装置、画像形成装置及び撮像装置に関する。

近年、有機ＥＬ素子を用いて構成された表示装置の低消費電力化の要求が高まり、有機ＥＬ素子の発光効率の改善が期待されている。有機ＥＬ素子は、反射性電極と有機化合物層と透過性電極とが積層されて構成されている。そして、発光効率を改善させるために、有機化合物層の膜厚などを調整して光干渉効果を利用する方法が知られている（特許文献１）。

具体的には、有機ＥＬ素子の反射性電極と発光位置との間の光学距離Ｌが、強めたい波長λ、反射性電極で反射される際の位相シフトの和Φ、０以上の整数ｍを用いて下記の式１に設定される。また、ｍ＝０の場合には、光干渉効果が最も大きくなることが知られている。
Ｌ＝（２ｍ−（Φ／π））×（λ／４） ・・・式１
一方、反射性電極の構成として、特許文献１で示すような、膜厚１００ｎｍのＡｌ系金属層からなる反射板と、その金属層の上に膜厚１００ｎｍのＩＴＯ層からなる陽極とが積層された構成が知られている。また特許文献１では、Ａｌ系金属とＩＴＯとの接触抵抗が高いために、陽極が有機ＥＬ素子を駆動するためのＴＦＴとコンタクトホールで直接接続されることについて開示している。

しかし、上記のようなＩＴＯ層の膜厚を１００ｎｍとすると、式１でｍ＝０を満たす光学距離Ｌに設定された有機ＥＬ素子では、有機化合物層が薄くなり、反射性電極の表面の凹凸、異物を十分覆えなくなり、電極間でショートやリークが生じ、有機ＥＬ素子が発光しなくなる。

これに対して、ＩＴＯ層の膜厚を薄くする方法が考えられるが、ＩＴＯ層のシート抵抗が大きくなり、有機ＥＬ素子の駆動電圧が大きくなってしまう。

また、ＩＴＯ層を設けない方法では、Ａｌ系金属層は表面が酸化されやすく、電極パターンの形成によるエッチングプロセスや、基板および電極表面の洗浄を行う際に、Ａｌ系金属層の表面に酸化アルミニウムが形成されてしまう。この酸化アルミニウムは絶縁性を有し、有機化合物層への電荷注入性が低下し、さらに有機ＥＬ素子の駆動電圧が大きくなってしまう。

特開２００５−２８５３９５号公報

本発明は、式１でｍ＝０のときの光学距離に設定された有機ＥＬ素子を備える発光装置において、有機ＥＬ素子の駆動電圧を低減することを目的とする。

本発明は、基板上に、第１電極と発光層と第２電極とを有する有機ＥＬ素子と、前記第１電極と接続されたトランジスタと、を有する発光装置であって、前記有機ＥＬ素子の前記発光層の発光位置と前記第１電極の反射面との間の第１光学距離Ｌ_１は下記式Ａを満たし、前記第１電極は、前記トランジスタと接続されたＡｌを含む第１層と、前記第１層を覆うＭｏとＷのうち少なくとも一方を含む第２層と、を有することを特徴とする。
Ｌ_１＞０でかつ（λ／８）×（−１−２Φ_１／π）＜Ｌ_１＜（λ／８）×（１−２Φ_１／π） ・・・式Ａ
ここで、λは各有機ＥＬ素子の発する光のスペクトルの最大ピーク波長、Φ_１は波長λにおける前記第１電極の反射面の位相シフトを表す。

本発明によれば、式１でｍ＝０のときの光学距離に設定された有機ＥＬ素子を備える発光装置において、有機ＥＬ素子の駆動電圧を低減することができる。

本発明に係る発光装置の一例を示す斜視模式図 図１に示す発光装置の一例のＡ−Ｂ線の断面模式図 図１に示す発光装置の一例のＣ−Ｄ線の断面模式図 Ａｌ層とＭｏ層との積層構成の反射率を示す図 波長４５０ｎｍにおけるＡｌ層とＭｏ層との積層構成の反射率を示す図

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されない。なお、本明細書で特に図示または記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知または公知技術を適用する。

図１は、本発明に係る発光装置を示す斜視模式図である。本発明の発光装置は、有機ＥＬ素子を備える画素１を複数有している。そして、複数の画素１はマトリックス状に配置され、表示領域２を形成している。なお、画素とは、１つの発光素子の発光領域に対応した領域を意味している。本発明の発光装置では、発光素子は、有機ＥＬ素子であり、画素１のそれぞれに１つの色の有機ＥＬ素子が配置された発光装置である。有機ＥＬ素子の発光色としては、赤色、緑色、青色が挙げられ、そのほかに白色、黄色、シアンなどでもよい。また、本発明の発光装置には、発光色の異なる複数の画素（例えば赤色を発する画素、緑色を発する画素、及び青色を発する画素）からなる画素ユニットが複数配列されている。ここで、画素ユニットとは、各画素の混色によって所望の色の発光を可能とする最小の単位を示す。また、本発明の発光装置は、例えばプリントヘッド用に同一色の複数の画素が一次元方向に配列された構成であってもよい。

図２は図１のＡ−Ｂ’線における部分断面模式図であり、図３は図１のＣ−Ｄ’線における部分断面模式図である。図２で示すように、１つの画素１には、基板１１上に、第１電極（陽極）１１０と、有機化合物層１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂと、第２電極（陰極）１０４と、を備える有機ＥＬ素子を有している。本発明の有機ＥＬ素子は第１電極１１０に発光層から放射されて第１電極１１０に向かう光を反射する反射面を有し、第２電極１０４から光を出射する構成である。

図３で示すように、基板１１と第１電極１１０との間には、有機ＥＬ素子に電流を供給するためのトランジスタ１２が配置され、第１電極１１０と接続されている。より具体的には、第１電極１１０とトランジスタ１２のソース電極あるいはドレイン電極とが接続されている。また、トランジスタ１２を覆うように第１絶縁層１３、第２絶縁層１４が形成され、第１絶縁層１３、第２絶縁層１４はトランジスタ１２上に開口部を有しており、この開口部で第１電極１１０とトランジスタ１２とが接続されている。また、第３絶縁層１５は開口部を覆うように形成されている。

図２で示される有機化合物層１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂはそれぞれ、赤色、緑色、青色を発する有機化合物層である。また、有機化合物層１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂはそれぞれ、赤色を発する発光層、緑色を発する発光層、青色を発する発光層を有しており、各発光層は、赤色、緑色、青色を発する画素（有機ＥＬ素子）に対応してパターン形成されている。また、有機化合物層１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂは、発光層以外にも、正孔輸送層や電子輸送層などを１層あるいは２層以上有していてもよい。さらに、正孔輸送層や電子輸送層は画素（有機ＥＬ素子）に対応して形成されていてもよいし、複数の画素にまたがって形成されていてもよいし、その組み合わせでもよい。

また、第１電極１１０は、隣の画素（有機ＥＬ素子）の第１電極１１０と分離され、画素（有機ＥＬ素子）ごとに形成されている。第２電極１０４は、隣の画素と共通で形成されていてもよいし、画素ごとにパターン形成されていてもよい。また、第１電極１１０と第２電極１０４とがショートしないように第３絶縁層１５が第１電極１１０の端部を覆っている。

本発明の有機ＥＬ素子は、第２電極１０４の上に、有機材料や無機材料からなる光学調整層１０５を有していてもよい。光学調整層１０５の膜厚を調整することにより、光干渉効果を高めて、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。また、本発明の有機ＥＬ素子は、水分や酸素の侵入を防ぐために封止ガラス（不図示）によって封止されている。

また、本発明の有機ＥＬ素子は、光干渉効果を利用するために有機化合物層１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂの発光位置と第１電極１１０の反射面との間の第１光学距離Ｌ_１が下記の式２を満たすように設定されている。
Ｌ_１＝−（Φ_１／π）×（λ／４） ・・・式２
ここで、λは各有機ＥＬ素子の発する光のスペクトルの最大ピーク波長、Φ_１は波長λにおける第１電極１１０の位相シフトを表す。

なお、反射面での位相シフト（φ）は、反射面を構成する２つの材料のうち、光の入射元の材料と光の入射先の材料のそれぞれの光学定数を（ｎ_１，ｋ_１）、（ｎ_２，ｋ_２）とすると、下記の式３で表すことができる。なお、これらの光学定数は、例えば分光エリプソメーター等を用いて測定することができる。つまり、位相シフトΦ_１は負の値をとる。
φ＝ｔａｎ^−１（２ｎ_１ｋ_２／（ｎ_１ ^２−ｎ_２ ^２−ｋ_２ ^２）） ・・・式３
式２を満たすようにするためには、正孔輸送層の膜厚を調整したり、一部の有機ＥＬ素子に正孔輸送層を形成したりする等の方法が挙げられる。

なお、有機化合物層の成膜時に生じる誤差や、発光層内の発光分布の影響によって式２を満たさない場合があるが、第１光学距離Ｌ_１が式２を満たす値から±λ／８ずれた値の範囲の中であれば波長λが強められる。
つまり、本発明の有機ＥＬ素子は、下記式４を満たすように設定されればよい。ただし、Ｌ_１＞０である。
（λ／８）×（−１−２Φ_１／π）＜Ｌ_１＜（λ／８）×（１−２Φ_１／π） ・・・式４

さらには、第１光学距離Ｌ_１が式３を満たす値から±λ／１６ずれた値の範囲内にあれば好ましい。つまり、本発明の有機ＥＬ素子は、下記式５を満たすことがより好ましい。ただし、Ｌ_１＞０である。
（λ／１６）×（−１−４Φ_１／π）≦Ｌ_１≦（λ／１６）×（１−４Φ_１／π） ・・・式５
なお、金属層を有する第１電極１１０の位相シフトはおよそ−πであるので、式４，５から
λ／８＜Ｌ_１＜３λ／８ ・・・式４’
３λ／１６≦Ｌ_１≦５λ／１６ ・・・式５’
を満たすようにしてもよい。

さらに、有機化合物層１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂの発光位置と第２電極１０４の反射面との間の第２光学距離Ｌ_２が下記の式６を満たすように設定されていることが光干渉効果を強める上で好ましい。
Ｌ_２＝−（Φ_２／π）×（λ／４） ・・・式６
ここで、Φ_２は波長λにおける第２電極１０４の位相シフトを表す。

また、上述したように、有機化合物層の成膜時に生じる誤差や、発光層内の発光分布の影響によって式６を満たさない場合があるが、第２光学距離Ｌ_２が式６を満たす値から±λ／８ずれた値の範囲の中であれば波長λが強められる。さらに、第２光学距離Ｌ_２が式６を満たす値から±λ／１６ずれた値の範囲内にあることがより好ましい。つまり、本発明の有機ＥＬ素子は、下記の式７または式８を満たすようにすればよい。ただし、Ｌ_２＞０である。
（λ／８）×（−１−２Φ_２／π）＜Ｌ_２＜（λ／８）×（１−２Φ_２／π） ・・・式７
（λ／１６）×（−１−４Φ_２／π）≦Ｌ_２≦（λ／１６）×（１−４Φ_２／π） ・・・式８
なお、金属層を有する第２電極１０４の位相シフトはおよそ−πであるので、式７，８から
λ／８＜Ｌ_２＜３λ／８ ・・・式７’
３λ／１６≦Ｌ_２≦５λ／１６ ・・・式８’
を満たすようにしてもよい。

また、本発明の第１電極１１０は、Ａｌを含む第１層１０１と、ＭｏとＷのうち少なくとも一方を含む第２層１０２と、を基板側から順に有する構成を採っている。さらには、Ａｌを含む第１層１０１が、有機ＥＬ素子の発光領域からトランジスタ１２まで連続的に形成され、トランジスタ１２と接して形成されている。また、第２層１０２は、第１層１０１を覆うように配置されている。

この構成より、式２，４乃至８’を満たすような、最も大きい光干渉効果を利用した有機ＥＬ素子であっても、第１層１０１であるＡｌ層の酸化を防げるので駆動電圧が増大せずに、発光効率を向上させることができる。

より具体的に第１電極１１０の構成について以下で述べる。上述したように、第１電極１１０は、第１層１０１と第２層１０２とが積層された構成である。第１層１０１はＡｌ，ＡｌＮｄなどのＡｌ合金などを使用することができる。第１層１０１の膜厚は、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であればよい。この第１層１０１は、トランジスタ１２と接続され、有機ＥＬ素子に正孔を供給する陽極の機能と、有機ＥＬ素子の有機化合物層１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂで発光された光を第２電極１０４側に反射するための反射層の機能と、を備えている。なお、第１層１０１は、トランジスタ１２と直接接していなくてもよい。例えば、第１層１０１とトランジスタ１２との間に別の金属層が形成されていてもい。

Ａｌは、その表面が容易に酸化されるため、電極パターンの形成によるエッチングプロセスや、基板および電極表面の洗浄を行う際に、その表面に酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層が数ｎｍ形成されてしまう。Ａｌ_２Ｏ_３は絶縁性であるため、第１電極１１０が第１層１０１のみからなる場合には、第１電極１１０から有機化合物層１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂへの正孔注入障壁が大きくなり、有機ＥＬ素子の駆動電圧が増大してしまう。

このため、本発明ではＡｌの酸化を防止するために、ＭｏとＷのうち少なくとも一方を含む第２層１０２が設けられている。Ｍｏ，Ｗは高仕事関数を示す材料であり、その酸化物も高仕事関数を示すため、有機化合物層１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂへの正孔注入障壁を小さくすることが可能となる。Ｍｏ，Ｗの金属層は反射率が小さいため、第２層１０２の膜厚は、２ｎｍ以上９ｎｍ以下が好ましい。この範囲内では、高い反射率を維持しながら、第１層１０１の酸化を防止することが可能である。特に、青色（波長４５０ｎｍ）で８０％以上の高い反射率を有するためには、２ｎｍ以上６ｎｍ以下が好ましい。

また、第２層１０２は、第１層側から、ＭｏとＷのうち少なくとも一方を含む金属膜と、ＭｏとＷのうち少なくとも一方の酸化物を含む酸化膜と、を備える構成であることが望ましい。これは、Ｍｏ，Ｗの酸化物の方がＭｏ，Ｗの金属よりも仕事関数が高いために、有機化合物層１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂへの正孔注入障壁をより小さくできるからである。さらに、Ｍｏ，Ｗの酸化物の方がＭｏ，Ｗの金属よりも透過率が高いために、第１電極１１０の反射率の低下を小さくすることができるからである。なお、第１層１０１の上に直接、Ｍｏ，Ｗの酸化膜を形成すると、Ａｌ表面が酸化されるため好ましくない。Ｍｏ，Ｗの酸化膜は、Ｍｏ，Ｗの金属膜を介して形成することが望ましい。ＭｏとＷのうち少なくとも一方の酸化物を含む酸化膜の膜厚は１ｎｍ以上５ｎｍ以下であれば、第１電極１１０の反射率の低下を抑えながら、正孔注入性が向上するので好ましい。また、ＭｏとＷのうち少なくとも一方を含む金属膜の膜厚は、２ｎｍ以上あれば、第１層１０１の酸化を十分に防ぐことができるので好ましい。

また、第１電極１１０と第２絶縁層１４との密着性を向上させるために、酸化インジウム錫や酸化インジウム亜鉛などの酸化物導電層や、Ｍｏ，Ｗ，Ｔｉなどの単体あるいはそれらの合金からなる金属層を設けてもよい。

第２層１０２は、第１層１０１を覆う構成である。具体的には、第２層１０２は第１層が形成された領域を覆っている。つまり、第２層１０２は、有機ＥＬ素子の発光領域からトランジスタ１２まで連続的に形成された第１層１０１にならって第１層１０１の上に形成されている。なお、少なくともトランジスタ１２と第１層１０１とが直接あるいはトランジスタ１２と第１層１０１との間に形成された別の金属層を介して接続されればよい。つまり、上記構成であれば、トランジスタ１２と第２層１０２とが直接接続される部分を有していてもよいし、第２層１０２がトランジスタ１２と第１層１０１との間に形成された別の金属層と接続される部分を有していてもよい。

また、第１層１０１の酸化を防ぐために、第１層１０１と第２層１０２とは一括でパターニングされることが望ましく、第２層１０２は第１層１０１と同じパターン形状であることが望ましい。このため、第２層１０２は第１層１０１の側面までを覆う必要はない。第１層１０１の側面を覆っていなくても、トランジスタ１２から有機ＥＬ素子の発光領域までの電流の経路の中で高抵抗な膜が形成されないので問題ない。

なお、第１電極１１０の反射面は、第１電極１１０と有機化合物層１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂと接する界面である。

基板１１は、例えば、ガラス基板や半導体基板、金属基板等で構成され、フレキシブルなものでもよい。

トランジスタ１２は、ポリシリコンやアモルファスシリコン等で形成されていてもよい。

第１絶縁層１３は、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコンなどの無機絶縁層を用いることができる。第１絶縁層１３の膜厚は、１００ｎｍ以上１μｍ以下であればよい。また、第１絶縁層１３は第２絶縁層１４と兼用でもよい。

第２絶縁層１４は、ポリイミドやアクリルなどの樹脂材料、窒化シリコンなどの無機材料を用いることができる。特に、第２絶縁層１４は、トランジスタ１２の表面の凹凸を平坦化するように樹脂材料で構成されているのがよい。なお、第２絶縁層１４として無機材料を用いる場合でも、第２絶縁層１４の表面が平坦になるように研磨する構成であってもよい。第２絶縁層１４の膜厚は、樹脂材料であれば３００ｎｍ以上１０μｍ以下であればよく、無機材料であれば１００ｎｍ以上１μｍ以下であればよい。

第３絶縁層１５は、第２絶縁層１４と同じ材料、同じ膜厚で用いることができる。また、第３絶縁層１５は第１電極１１０と第２電極１０４とがショートしない構成、例えば、第１電極１１０の側面まで有機化合物層１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂで十分に覆う構成であれば設けなくてもよい。また、第３絶縁層１５はトランジスタ１２の上に設けてもよいし、設けなくてもよい。

有機化合物層１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂは、上述したように、発光層以外に正孔輸送層、電子輸送層を有する構成でもよい。

正孔輸送層を構成する材料としては、電子よりも正孔輸送性が高い物質であり、第３級アミン誘導体、カルバゾール誘導体が好ましく、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル等を用いることができる。また、正孔輸送層は、複数の積層構成であってもよい。複数の正孔輸送層を設ける場合、第１電極１１０側に正孔注入性の高い正孔輸送層を設けてもよいし、発光層側に電子ブロック性あるいは励起子ブロック性の高い正孔輸送層を設けてもよい。また、正孔輸送層には、複数の材料で構成されていてもよい。

電子輸送層を構成する材料としては、正孔よりも電子輸送性が高い物質であり、複素環化合物誘導体や炭化水素系多環化合物誘導体、金属錯体が好ましく、例えば、バソキュプロイン、バソフェナントロリン等を用いることができる。また、電子輸送層は、複数の積層構成であってもよい。複数の電子輸送層を設ける場合、発光層側に正孔ブロック性あるいは励起子ブロック性の高い電子輸送層を設けてもよいし、第２電極１０４側に電子注入性の高い電子輸送層を設けてもよい。また、電子輸送層は複数の材料で構成されていてもよく、ＬｉやＣｓなどのアルカリ金属、Ｍｇなどのアルカリ土類金属、あるいはアルカリ金属の化合物、アルカリ土類金属の化合物を含有すると電子注入性が高くなるので好ましい。

発光層を構成する材料は、蛍光発光材料、燐光発光材料どちらでもよい。さらに発光層は、ホスト材料と、発光ドーパント材料と、を有する構成が好ましく、発光ドーパント材料はホスト材料中に０．０１重量％以上１０重量％以下で含まれる構成が好ましい。ホスト材料は、ピレン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、カルバゾール誘導体が適し、発光ドーパント材料には、蛍光発光材料もしくは燐光発光材料を適宜用いることができる。また、発光層は、ホスト材料、発光ドーパント材料の他に、アシストドーパント材料を用いることができる。アシストドーパント材料は、ホスト材料よりも低い濃度でかつ、発光ドーパント材料よりも高い濃度で発光層内に含まれるのがよい。

青色を発する発光ドーパント材料は、発光スペクトルの最大ピーク波長が４２０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の材料であればよい。緑色を発する発光ドーパント材料は、発光スペクトルの最大ピーク波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の材料であればよい。赤色を発する発光ドーパント材料は、発光スペクトルの最大ピーク波長が６１０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の材料であればよい。

発光層の発光位置は、発光層内で最も発光強度の大きい領域のことをいう。この発光位置は、例えば、発光層がホスト材料および発光ドーパント材料を含む場合、ホスト材料および発光ドーパント材料のＨＯＭＯ準位エネルギー、ＬＵＭＯ準位エネルギーの関係によって決まる。

発光層のホスト材料のＨＯＭＯ準位エネルギー、ＬＵＭＯ準位エネルギーをそれぞれＨ_Ｈ、Ｌ_Ｈとし、発光ドーパント材料のＨＯＭＯ準位エネルギー、ＬＵＭＯ準位エネルギーをそれぞれＨ_Ｄ、Ｌ_Ｄとする。式９を満たす場合には、発光層の発光位置が発光層の中心よりも正孔輸送層側にある。より具体的には、発光位置は、発光層と正孔輸送層と界面近傍（発光層と正孔輸送層との界面から１０ｎｍ以内）にある。
｜Ｈ_Ｄ｜＜｜Ｈ_Ｈ｜かつ｜Ｈ_Ｈ｜−｜Ｈ_Ｄ｜＞｜Ｌ_Ｄ｜−｜Ｌ_Ｈ｜ ・・・式９
式９を満たす発光層の場合、正孔が発光ドーパント材料にトラップされやすく、正孔の移動度が小さくなる。このため、正孔輸送層側で、電子と正孔との再結合する確率が高くなるため、正孔輸送層側で発光強度が大きくなると考える。

一方、式１０を満たす場合には、発光層の発光位置は、発光層の中心よりも電子輸送層側にある。より具体的には発光位置は、発光層と電子輸送層と界面近傍（発光層と電子輸送層との界面から５ｎｍ以内）にある。
｜Ｌ_Ｄ｜＞｜Ｌ_Ｈ｜かつ｜Ｌ_Ｄ｜−｜Ｌ_Ｈ｜＞｜Ｈ_Ｈ｜−｜Ｈ_Ｄ｜ ・・・式１０
式１０を満たす発光層の場合、電子が発光ドーパント材料にトラップされやすく、電子の移動度が小さくなる。このため、電子輸送層側で、電子と正孔との再結合する確率が高くなるため、電子輸送層側で発光強度が大きくなると考える。

第２電極１０４は、Ａｇ，Ａｌ，Ｃａ，Ｍｇまたはそれらの合金を１層あるいは２層以上で形成される。また、第２電極１０４は上記材料からなる金属層と酸化物導電層との積層構成であってもよい。好ましくは、第２電極１０４は高い反射率を有し、かつ吸収率の小さいＡｇもしくはＡｇ合金から構成される１層あるいは２層以上で構成されるのがよい。なお、第２電極１０４はＡｇもしくはＡｇ合金からなる金属層と酸化物導電層とが有機化合物層１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂ側からこの順で積層された構成でもよい。

また、第２電極１０４の膜厚は、有機化合物層１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂ側から入射した光が４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の可視光領域で５０％以上の反射率となるようにすることが好ましい。具体的には、第２電極１０４の膜厚は、１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下が好ましい。

なお、第２電極１０４の反射面は、第２電極１０４と有機化合物層１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂと接する界面である。

光学調整層１０５は第２電極１０４の上に設けられている。有機化合物層内で発光した光のうち、第２電極１０４での反射する光と光学調整層１０５の第２電極１０４とは反対側にある界面で反射する光との干渉を用いることで、可視光領域における反射率を調整して、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。光学調整層１０５によって、有機化合物層から第２電極１０４側に入射する光の反射率が可視光領域において５０％以上８０％未満となるように設計することが発光装置の消費電力を低減させる観点で好ましい。

光学調整層１０５としては可視光領域で９０％以上の透過率を有していればよく、有機材料、無機材料を用いることができる。例えば、酸化シリコンや窒化シリコン、酸化インジウム錫や酸化インジウム亜鉛、有機ＥＬ素子に使用する有機化合物層のいずれかと同じ材料が挙げられる。

光学調整層１０５の膜厚として、上記目的に応じて適宜設定すればよいが、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であればよい。なお、光学調整層１０５は設けなくてもよい。

また、有機ＥＬ素子は、封止ガラスによって封止されていてもよいし、光学調整層１０５上に無機材料からなる封止膜によって封止されていてもよい。封止膜は、窒化シリコンや酸化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機材料からなる層が単層あるいは２層以上で構成される。また、封止膜の膜厚は、１００ｎｍ以上１０μｍ以下である。

本発明の発光装置はレーザービームプリンタなどの画像形成装置に適用することができる。より具体的には、画像形成装置は、発光装置によって潜像が形成される感光体と、感光体を帯電する帯電手段と、を備えている。また、本発明の発光装置は、異なる色を発する複数の有機ＥＬ素子を含んでいてもよく、この場合には、ＣＭＯＳセンサなどの撮像素子を有するデジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置のディスプレイや電子ビューファインダに使用することができる。その他に、画像形成装置のディスプレイ、携帯電話やスマートフォンなどの携帯情報端末のディスプレイに使用することができる。また、本発明の発光装置は、単色の複数の有機ＥＬ素子と、赤色、緑色、青色のカラーフィルタと、を備える構成であってもよい。

以下、本発明の実施例について説明するが、実施例に用いた材料や素子構成は、好ましい例であるが、これに限定されるものではない。

（実施例１）
まず、洗浄したガラス基板上にスパッタリング法により、Ａｌ層を１００ｎｍ成膜し、大気開放することなく連続してＭｏ層を０．０ｎｍ（Ｍｏ層を設けない）、２．１ｎｍ、３．５ｎｍ、７．１ｎｍ、９．０ｎｍで成膜し５種類の反射電極Ａ乃至Ｅを形成した。その後、大気中にて反射電極が形成されたガラス基板を純水洗浄した。

各反射電極の大気中での３００ｎｍ以上８００ｎｍ以上の反射率を図４に示す。また、４５０ｎｍにおける各反射電極の反射率を表１、図５に示す。図４から分かるように、Ｍｏ層の膜厚が大きくなるにつれて反射率は低下する傾向であるが、Ｍｏ層が６ｎｍ以下であれば波長４５０ｎｍ（青色）における反射率が８０％以上となることが分かった。

（実施例２）
本実施例は、実施例１で作製した反射電極を第１電極として用いた青色の有機ＥＬ素子の作製例である。

まず、Ａ乃至Ｅの反射電極が形成されたガラス基板を減圧された状態にてＵＶ−オゾン処理を１０分行い、ガラス基板表面の洗浄を行った。

次に、実施例１の反射電極Ａのみ、真空蒸着装置にて正孔注入層として酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）層を２．０ｎｍ成膜した。

続いて、ＭｏＯ_３層が形成された反射電極Ａと、反射電極Ｂ乃至Ｅの上に、正孔輸送層として下記の化合物１を真空蒸着法にて２５ｎｍとなるように成膜した。なお、圧力は１．０×１０^−４Ｐａであった。

次に、上記正孔輸送層を形成した基板を真空蒸着装置に搬送し、１．０×１０^−４Ｐａの圧力の真空中にて発光層として下記の化合物２をホスト材料、および化合物３を発光ドーパント材料とを共蒸着した。発光層は、化合物３の重量比が化合物２に対して１．０％であり、膜厚は２０ｎｍであった。発光の発光層に含まれる、化合物２、化合物３は式１０を満たすため、発光位置は電子輸送層側であった。

次に励起子ブロック層として下記の化合物４を１０ｎｍ蒸着し、続いて電子輸送層として、化合物５を１０ｎｍ蒸着した。次に、電子注入層として、化合物５と炭酸セシウムが２０ｗｔ％になるように１０ｎｍ共蒸着した。

次に、半透過電極として、Ａｇ層を２５ｎｍ蒸着し、第２電極を形成した。次に、光学調整層として、化合物５を７０ｎｍ蒸着し、有機ＥＬ素子を作製した。

有機ＥＬ素子作製後、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とガラス基板の成膜面とをエポキシ樹脂接着剤を用いて封止した。

上記手順で作製した青色の有機ＥＬ素子からの出射される光のスペクトルの最大ピーク波長はλ_Ｂ＝４５０ｎｍであった。

また、上記手順で作製した青色の有機ＥＬ素子について第１光学距離を算出すると、正孔輸送層と発光層の屈折率を１．８として、２５ｎｍ×１．８＋２０ｎｍ×１．８＝８１．０ｎｍであった。また、第２光学距離を算出すると、４０ｎｍ×１．８＝７２．０ｎｍであった。

また、上述した式２から算出される第１光学距離は、第１電極１１０側の屈折率、吸収係数から算出される位相シフトΦ_１＝−１３２°、λ_Ｂ＝４５０ｎｍから、８２．５ｎｍであり、作製した有機ＥＬ素子の第１光学距離とほぼ合っている。一方、上述した式６から算出される第２光学距離は、第２電極１０４側の屈折率、吸収係数から算出される位相シフトΦ_２＝−１１２°、λ_Ｂ＝４５０ｎｍから、７０．０ｎｍであり、作製した有機ＥＬ素子の第２光学距離とほぼ合っている。また、実施例２の構成は、式４，５，４’，５’，７，８，７’，８’を満たしていた。なお、屈折率と吸収係数はそれぞれの材料の膜を実際に分光エリプソメトリ測定装置を用いて測定した。

表２に、電流密度が２５ｍＡ／ｃｍ^２における実施例２で作製した各青色の有機ＥＬ素子のＥＬ特性の測定した結果を示す。

（比較例１）
本比較例は、反射電極Ａの上にＭｏＯ_３層を設けないこと以外は、実施例２と同じ方法で有機ＥＬ素子を作製した。実施例２と同様に、比較例１の有機ＥＬ素子の特性を測定しようとしたが、この有機ＥＬ素子は１０Ｖ以下の電圧では発光しなかったため測定できなかった。

表２と比較例１の結果から、Ａｌ層の上にＭｏを含む層を設けることにより駆動電圧が低下することが分かった。これは、Ｍｏを含む層を設けることにより、正孔注入性が向上するためであると考える。また、Ｍｏ層が０ｎｍより大きく３．５ｎｍ以下であれば、発光効率が高くなり好ましい。

一方、ＭｏＯ_３層を直接Ａｌ層の上に設けるよりも、Ａｌ層の上にＭｏ層を設ける方が駆動電圧が低下することが分かった。これは、基板の洗浄の際に、ＵＶ−オゾン処理を行ったことによって、Ａｌ層の表面が一部酸化したためだと考える。

なお、ＵＶ−オゾン処理によって、反射電極Ｂ乃至Ｅでは、Ｍｏ層の表面は、ＭｏＯ_３膜が形成されていると考える。つまり、Ｍｏ層はＭｏの金属膜とＭｏの酸化物からなる酸化膜とが積層された構成であったと考える。これは以下の実験によって確かめられた。

反射電極Ｃ（Ａｌ層と３．５ｎｍのＭｏ層の積層構成）の表面に洗浄にＵＶ−オゾン処理した場合における、処理時間と表面の酸化膜厚の依存性について、分光エリプソメトリにて解析した。その結果を表３に示す。なお、解析に関しては反射電極の断面の走査反射電子像により実測した膜厚、および文献値等に記載のＭｏおよびＭｏＯ_３の屈折率を参考にし、分光エリプソメトリのフィッティングにより算出した。

表３に示すように、ＵＶ−オゾン処理時間を行うとＭｏＯ_３層がＭｏ金属層の表面に形成されていることが分かる。なお、ＵＶ−オゾン処理時間が０分でも、ＭｏＯ_３層が形成され、Ｍｏ層の総膜厚３．７ｎｍに増えている理由は、測定するために試料を大気中に出したためにＭｏ層の表面が酸化されたためであると考える。

また、ＵＶ−オゾン処理時間が長くなると、Ｍｏ金属層が減少し、ＭｏＯ_３層が増大することが分かる。これはＵＶ−オゾン処理時間に伴いＭｏ金属層の表面の酸化が進行したことによってＭｏＯ_３層の膜密度および結晶構造が変化したためと考える。Ｍｏ層の総膜厚自体も増大し、Ａｌ層を保護するバリア層としての機能を十分にあると考える。なお、ＵＶ−オゾン処理を行った場合、Ｍｏ金属層は、２ｎｍ以上３ｎｍ以下の範囲に維持されている。また、ＭｏＯ_３層は比較的透明であることからＭｏＯ_３層の膜厚が増大しても反射率の低下が抑制され、むしろ向上していることが確認できた。

（実施例３）
次に、ＵＶ−オゾン処理時間による駆動電圧の違いを確認した。反射電極Ｃの構成で、ＵＶ−オゾン処理時間０分，２分とした以外は実施例２と同様に青色の有機ＥＬ素子を作製した。下記表４に、電流密度が２５ｍＡ／ｃｍ^２における駆動電圧を示す。

表４から、ＵＶ−オゾン処理時間を行わない素子において、高電圧化することが確認された。つまり、Ｍｏ層は有機化合物層との界面側にＭｏＯ_３層を有する方が駆動電圧の低減効果が大きいことが分かった。これはＭｏＯ_３の方がＭｏよりも正孔注入性が大きいことが要因であると考える。また、ＵＶ−オゾン処理時間が２分，１０分ではほとんど駆動電圧に影響しないことも分かった。つまり、ＭｏＯ_３層は１ｎｍ以上あれば十分であることが分かった。

（実施例４）
本実施例では、赤色の有機ＥＬ素子、緑色の有機ＥＬ素子、青色の有機ＥＬ素子を備えた発光装置の作製例を示す。

ガラス基板上に、低温ポリシリコンからなる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、その上に、窒化シリコンからなる膜厚３００ｎｍの第１絶縁層、アクリル樹脂からなる膜厚１．５μｍの第２絶縁層を形成した。そして、第１絶縁層と第２絶縁層に、ＴＦＴのドレイン電極が露出するように開口を設けた。

次に、第１電極の第１層としてＡｌ層を、スパッタリング法にて１００ｎｍの膜厚に成膜し、その上に第２層としてＭｏ層をスパッタリング法で膜厚２．１ｎｍで形成した。つまり、第１電極は、基板側から第１層、第２層が積層された構成であった。

続いて、各有機ＥＬ素子の発光領域となる部分からＴＦＴのドレイン電極上に設けられた開口までを覆って、ＴＦＴと第１層とが接するように、第１層と第２層とを一括でパターニングした。

次に、第１電極の端部を覆うようにポリイミド樹脂からなる膜厚１．５μｍの第３絶縁層をパターニングして形成した。そして、この基板を減圧された状態にてＵＶ−オゾン処理を１０分行い、ガラス基板表面の洗浄を行った。

次に、各有機ＥＬ素子となる領域全域に上記の化合物１を真空蒸着法にて２５ｎｍとなるように成膜し、第１正孔輸送層を形成した。なお、圧力は１．０×１０^−４Ｐａであった。

次に、赤色の画素に対応する領域にのみ、画素形状の金属マスクを用いて真空蒸着法で、上記の化合物１を膜厚４５ｎｍとなるように成膜し、第２正孔輸送層とした。

次に画素形状の金属マスクを用い、第２正孔輸送層上の赤色の画素となる部分に対して赤色発光層を膜厚２５ｎｍで形成した。赤色発光層は、ホスト材料として下記の化合物６、発光ドーパントとして下記の化合物７（重量比４％）、アシストドーパントとして上記の化合物８（重量比１５％）を共蒸着して形成された。赤色発光の発光層に含まれる、化合物６、化合物７は式９を満たすため、発光位置は電子輸送層側であった。

次に画素形状の金属マスクを用い、第１正孔輸送層上の緑色の画素となる部分に対して緑色発光層を膜厚３５ｎｍで形成した。緑色発光層は、ホスト材料として下記の化合物９、発光ドーパントとして下記の化合物１０（重量比２．５％）を共蒸着して形成された。緑色発光の発光層に含まれる、化合物９、化合物１０は式９を満たすため、発光位置は電子輸送層側であった。

次に画素形状の金属マスクを用い、第１正孔輸送層上の青色の画素となる部分に対して青色発光層を膜厚２０ｎｍで形成した。緑色発光層は、ホスト材料として上記の化合物２、発光ドーパントとして上記の化合物３（重量比１．０％）を共蒸着して形成された。青色発光の発光層に含まれる、化合物２、化合物３は式１０を満たすため、発光位置は電子輸送層側であった。

次に励起子ブロック層として上記の化合物４を１０ｎｍ蒸着し、続いて電子輸送層として、上記の化合物５を２０ｎｍ蒸着した。次に、電子注入層として、化合物５と炭酸セシウムが２０ｗｔ％になるように１０ｎｍ共蒸着した。

次に、Ａｇ層を蒸着して膜厚２５ｎｍの第２電極を形成した。次に、光学調整層として、化合物５を７０ｎｍ蒸着し、有機ＥＬ素子を作製した。

有機ＥＬ素子作製後、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とガラス基板の成膜面とをエポキシ樹脂接着剤を用いて封止した。

上記手順で得られた発光装置を評価したところ、得られた発光から赤色、緑色、青色の有機ＥＬ素子からの出射される光のスペクトルの最大ピーク波長はそれぞれ、λ_Ｒ＝６２３ｎｍ、λ_Ｇ＝５１７ｎｍ、λ_Ｂ＝４５０ｎｍであった。

表５に本実施例で作製した有機ＥＬ素子の各色の第１光学距離と第２光学距離、及び式２から算出される光学距離をまとめた。赤色、緑色、青色の有機ＥＬ素子で実施例４の構成と式２，６から算出された値とがほぼ一致していた。また、実施例１の構成は、式４，５，７，８を満たしていた。

表６に、電流密度が２５ｍＡ／ｃｍ^２における実施例２で作製した各青色の有機ＥＬ素子のＥＬ特性の測定した結果を示す。

以上のようにして、低駆動電圧で高い発光効率を有する赤色、緑色、青色の有機ＥＬ素子を備える発光装置を得ることができる。

１１ 基板
１２ トランジスタ
１０１ 第１層
１０２ 第２層
１０４ 第２電極
１１０ 第１電極

Claims (6)

1. 基板上に、第１電極と発光層と第２電極とを有する有機ＥＬ素子と、前記第１電極と接続されたトランジスタと、を有する発光装置であって、
   前記有機ＥＬ素子の前記発光層の発光位置と前記第１電極の反射面との間の第１光学距離Ｌ_１は下記式Ａを満たし、
   前記第１電極は、前記トランジスタと接続されたＡｌを含む第１層と、前記第１層を覆うＭｏとＷのうち少なくとも一方を含む第２層と、を有することを特徴とする発光装置。
   Ｌ_１＞０でかつ（λ／８）×（−１−２Φ_１／π）＜Ｌ_１＜（λ／８）×（１−２Φ_１／π） ・・・式Ａ
   ここで、λは各有機ＥＬ素子の発する光のスペクトルの最大ピーク波長、Φ_１は波長λにおける前記第１電極の反射面の位相シフトを表す。
2. 前記第２層は、ＭｏとＷのうち少なくとも一方を含む金属膜と、ＭｏとＷのうち少なくとも一方の酸化物を含む酸化膜と、を前記第１層側から順に有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記有機ＥＬ素子の前記発光層の発光位置と前記第２電極の反射面との間の第２光学距離Ｌ_２は下記式Ｂを満たしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
   Ｌ_２＞０でかつ（λ／８）×（−１−２Φ_２／π）＜Ｌ_２＜（λ／８）×（１−２Φ_２／π） ・・・式Ｂ
   ここで、Φ_２は波長λにおける前記第２電極の反射面の位相シフトを表す。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置と、前記発光装置によって潜像が形成される感光体と、前記感光体を帯電する帯電手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
5. 前記複数の有機ＥＬ素子が、異なる色を発する複数の有機ＥＬ素子を含んでいることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置。
6. 請求項５に記載の発光装置と、撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。