JP2018190666A - 有機エレクトロルミネッセンス素子、表示装置、照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スーパーハイビジョン規格の色域に対応可能であり、色度の視野角変化が少なく、かつ低コストに製造することが可能な有機エレクトロルミネッセンス素子、およびこれを用いた表示装置、照明装置を提供する。【解決手段】第２電極層の他面側に接して形成された第１キャッピング層と、該第１キャッピング層に重ねて形成された第２キャッピング層とを備え、第１キャッピング層は、屈折率が２．１以上、２．７以下の材料から形成され、また、第２キャッピング層は、屈折率が１．６以上、１．９以下の材料から形成されていることを特徴とする。【選択図】図３

Description

この発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、エレクトロルミネッセンス（電界発光）を「ＥＬ」と記す場合がある。）、およびこれを用いた表示装置、照明装置に関する。

有機ＥＬ素子は、自発光型、視野角が広い、視認性に優れる、低電圧駆動、面発光、薄型化・軽量化が可能、多色表示が可能、などの特徴を有しているため、ディスプレイや照明として用いることができる。

有機ＥＬ素子は、通常、透明基板上に、陽極層、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、陰極層がこの順に積層されることにより構成されている。有機ＥＬ素子の発光は、以下に示す（ｉ）〜（ｖ）の過程を経て生じる。
（ｉ）正孔および電子が電極から注入される。
（ｉｉ）注入された正孔および電子が輸送される。
（ｉｉｉ）発光層内で正孔と電子が再結合する。
（ｉｖ）発光材料が電子的励起状態を形成する。
（ｖ）発光材料が電子的励起状態から光を放射する。

有機ＥＬ素子では、高効率化するために、リン光を示す発光材料とホスト材料とを組み合わせて発光層として用いるリン光有機ＥＬ素子が知られている。リン光発光材料としては、高い発光効率を示す材料としてイリジウム錯体が一般的に用いられている。イリジウム錯体を用いた有機ＥＬ素子は、発光スペクトルの半値幅が大きく色純度が低いという特徴がある。

しかし近年、超高精細度テレビジョン（ＵＨＤＴＶ、以下、スーパーハイビジョンと記す場合がある。）において、三原色がスペクトル軌跡上に位置した広色域表色系を用いることがＩＴＵ−Ｒ勧告（ＢＴ２０２０）に規定されるなど、ディスプレイに用いる発光デバイスとして高色純度発光のものが求められている（例えば、非特許文献１を参照）。イリジウム錯体のような発光スペクトルの半値幅が広い発光材料をディスプレイに用いる場合、カラーフィルターや非常に強いマイクロキャビティ構造を用いて発光スペクトルを先鋭化する必要があり、光透過率の低下によって光の利用効率が低くなるという課題がある。

このような課題に対応するために、発光スペクトル半値幅が狭い発光材料が開発されつつある。例えば、分子の振動を抑えるよう設計されたリン光材料である白金錯体は半値幅１８ｎｍの高色純度な緑色発光が得られることが報告されている（例えば、非特許文献２を参照）。

また、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させるために、光学干渉距離の調整を行う手法が広く知られている。また、上面発光型有機ＥＬ素子（トップエミッション型有機ＥＬ素子）においては、発光効率の向上、発光スペクトルの先鋭化とピーク波長の調整を行う手段として、発光層を含む有機層を金属電極と半透明金属電極で挟持し、マイクロキャビティと呼ばれる光学的な共振器を構築することで発光スペクトルを調整する構成も知られている。

例えば、特許文献１に開示された発明では、トップエミッション型有機ＥＬ素子の上部電極（陰極層）上に、波長数ｎｍから数１００ｎｍの光に対して屈折率１．７以上、膜厚６００Åの有機キャッピング層を製膜し、光学距離の調整を行うことによって、赤色発光素子と緑色発光素子において色純度の増加及び１．５倍程度の発光光量の増強を実現できるとしている。

特開２００６−１５６３９０号公報

Recommendation ITU-R BT.2020-2 (2015) T. Fleetham, Arizona State University, PhD thesis, pp. 116-122 (2014)

しかしながら、非特許文献１に示すような、スーパーハイビジョン規格の色域を達成するには、従来知られている有機ＥＬ発光素子では各色の色純度、特に緑色の色純度に大きな課題があり、高色純度発光材料だけでは限界がある。そのためマイクロキャビティ構造、キャッピング層、カラーフィルター等による発光スペクトルの先鋭化が必要である。

マイクロキャビティ構造の導入及びキャッピング層の導入は、有機ＥＬ発光素子の発光面における正面方向の発光効率及び色純度を向上させることが可能である。しかしながら、どちらも放射光が前方に集中するために、視野角が正面方向から斜め方向に変化すると、色度の変化が大きくなり、正確な色再現性が得られないという課題があった。

一方、カラーフィルターによるスペクトルの先鋭化では、色度の視野角変化が少ないが、スーパーハイビジョン規格の色域を達成するためには、高濃度かつ厚いカラーフィルター層が必要であり、光の透過効率が低下して損失が大きくなり、また、部材の製造コストが大きくなるという課題があった。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、スーパーハイビジョン規格の色域に対応可能であり、色度の視野角変化が少なく、かつ低コストに製造することが可能な有機エレクトロルミネッセンス素子、およびこれを用いた表示装置、照明装置を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意検討を重ねた。その結果、陰極層に接するように、それぞれ所定の範囲の屈折率をもつ２層のキャッピング層を形成すればよいことを見出し、本発明を想到した。

すなわち、本発明は、以下の発明に関わる。
［１］ 導電性を有する第１電極層と、導電性および光透過性を有する第２電極層と、前記第１電極層と前記第２電極層との間に配された発光層と、を少なくとも有し、前記発光層で生じた光を前記第２電極層の一面側から他面側に向けて透過させ外部に出射させる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記第２電極層の前記他面側に接して形成された第１キャッピング層と、該第１キャッピング層に重ねて形成された第２キャッピング層とを備え、前記第１キャッピング層は、屈折率が２．１以上、２．７以下の材料から形成され、また、前記第２キャッピング層は、屈折率が１．６以上、１．９以下の材料から形成されていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。

本発明によれば、トップエミッション型の有機ＥＬ素子２０において、半透過反射膜である第２電極層と接するように屈折率が２．１以上２．７以下の第１キャッピング層を形成し、さらにこの第１キャッピング層に重ねて屈折率が１．６以上、１．９以下の第２キャッピング層を形成することにより、色度の視野角変化が少なく、かつ低コストに製造することが可能な、スーパーハイビジョン規格の色域に対応した有機ＥＬ素子を実現することができる。

［２］ 前記第１キャッピング層の屈折率をＮ１、前記第１キャッピング層の膜厚をＤ１、前記第２キャッピング層の屈折率をＮ２、前記第２キャッピング層の膜厚をＤ２、前記発光層から放射される最大発光強度を持つ放射光の波長をλ、とそれぞれ定義した時に、下記の（１）式および（２）式を共に満たすことを特徴とする［１］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
Ｎ１×Ｄ１／λ≦０．１・・・（１）
（Ｎ１×Ｄ１＋Ｎ２×Ｄ２）／λ＝ｍ×４（但し、ｍ＝任意の整数）・・・（２）

［３］ 前記第１キャッピング層を構成する材料は、窒化シリコン、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ビスマスのうち、少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする［１］または［２］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

［４］ ［１］ないし［３］のいずれか１つに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えることを特徴とする表示装置。

［５］ ［１］ないし［３］のいずれか１つに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えることを特徴とする照明装置。

本発明の誘導結合プラズマ質量分析方法によれば、スーパーハイビジョン規格の色域に対応可能であり、色度の視野角変化が少なく、かつ低コストに製造することが可能な有機エレクトロルミネッセンス素子、およびこれを用いた表示装置、照明装置を提供することが可能になる。

本発明の表示装置の一例を示す断面図である。 図１に示す表示装置の要部拡大断面図である。 本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子を示す模式断面図である。 本発明の検証例を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子、表示装置、照明装置について説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

「有機エレクトロルミネッセンス素子、表示装置」
図１は、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた表示装置の一例を示す斜視図である。また、図２は、図１の要部拡大断面図である。
本実施形態の有機ＥＬ表示装置（表示装置）１は、不図示の駆動素子等が形成された基板１０と、基板１０上に形成された複数の有機ＥＬ素子（発光素子）２０，２０…と、有機ＥＬ素子２０を覆い基板１０と密着して設けられた保護層３０と、保護層３０に積層して形成された遮光層４０と、を有している。なお、以下の説明では、遮光層４０が形成された側を上面側と称することがある。

複数の有機ＥＬ素子２０，２０…は、それぞれの有機ＥＬ素子２０ごとに設けられた画素電極（陽極層）２１と、複数の有機ＥＬ素子２０，２０…に渡って形成された共通電極である陰極層２２と、画素電極２１の一面側２１ａと陰極層２２の一面側２２ａとの間に設けられた発光部２３と、陰極層２２の他面側２２ｂに接するように形成された第１キャッピング層２４と、この第１キャッピング層２４に重ねて形成された第２キャッピング層２５とを備えている。それぞれの有機ＥＬ素子２０のより詳しい構成は後ほど詳述する。

保護層３０は、複数の有機ＥＬ素子２０，２０…を覆うように形成された第１封止層３１と、第１封止層３１に重ねて形成された平坦化層３２と、平坦化層３２の全面を覆うように形成された第２封止層３３とを備えている。

遮光層４０は、上面側から平面視した時に、互いに隣接する有機ＥＬ素子２０，２０どうしの間に設けられ、それぞれの有機ＥＬ素子２０と平面的に重なる矩形の開口部４１を有している。
また、互いに隣接する有機ＥＬ素子２０，２０…の画素電極２１どうしの間の領域には絶縁層２９が設けられ、隣接する画素電極２１間の短絡を抑制している。

本実施形態の有機ＥＬ装置（表示装置）１では、それぞれの有機ＥＬ素子２０を構成する発光部２３で生じる光が、陰極層２２側から外部へ出射されるトップエミッション型を採用している。また、有機ＥＬ装置（表示装置）１は、複数の有機ＥＬ素子２０，２０…がマトリクス状に配列形成されており、任意の有機ＥＬ素子２０を駆動させることにより画像表示を行う。

第１封止層３１は、有機ＥＬ素子２０を構成する第１キャッピング層２４や第２キャッピング層２５の破損を抑制する機能を有する。また、有機ＥＬ素子２０への水分の浸入を防ぐガスバリア層としての機能も兼ね備える。

第１封止層３１はＥＣＲスパッタ法やイオンプレーティング法などの高密度プラズマ成膜法を用いて形成することができる。形成前には、形成表面に酸素プラズマ処理を行い、形成する膜の密着性を向上させることが好ましい。第１封止層３１は、透明性や密着性、耐水性、絶縁性、更にはガスバリア性を考慮して、酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコンなどのケイ素化合物で構成することが望ましい。

なお、本実施形態においては、第１封止層３１を単層で形成しているが、複数層で積層してもよい。例えば、低弾性率の下層と高耐水性の上層とで第１封止層３１を構成してもよい。

第１封止層３１に重ねて形成される平坦化層３２は、光透過性を有し、有機ＥＬ素子２０の形状の影響により、凹凸状に形成された第１封止層３１の凹凸部分を埋めるように配置され、平坦化層３２の上面３２ａが略平坦面になるように形成される。

平坦化層３２の形成材料としては、硬化性の樹脂材料が好適に用いられ、例えば、光硬化性のエポキシ樹脂を好適に用いることができる。光硬化性樹脂は、熱硬化性樹脂と比べて硬化収縮が小さいため、残留応力が小さく、有機ＥＬ素子２０の破損を抑制することができ好ましい。

平坦化層３２の上には、平坦化層３２の端部を含め全面を被覆し（図１参照）、且つ第１封止層３１の全面を覆う第２封止層３３が形成されている。第２封止層３３は、酸素や水分が浸入するのを防止する機能をする。平坦化層３２の上面が略平坦化されるので、第２封止層３３の表面も平坦化されて形成されている。

第２封止層３３は、上述の第１封止層３１と同様の形成材料を用いて形成することができ、ＥＣＲスパッタ法やイオンプレーティング法などの高密度プラズマ成膜法を用いて形成することができる。形成前には、形成面の酸素プラズマ処理を行って形成した膜の密着性を向上させることが好ましい。なお、本実施形態においては、第２封止層３３を単層で形成しているが、複数層で積層してもよい。

有機ＥＬ素子２０，２０…は、青色光を発光する第１有機ＥＬ素子２０Ｂと、緑色光を発光する第２有機ＥＬ素子２０Ｇと、赤色光を発光する第３有機ＥＬ素子２０Ｒとからなり、これら３色の有機ＥＬ素子２０がこの順で繰り返し配列されている。
これにより、各有機ＥＬ素子２０Ｂ，２０Ｇ，２０Ｒから色純度が高い青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲとして観察者側に射出され、カラー表示が可能となっている。

なお、有機ＥＬ表示装置（表示装置）１のカラー化の方式は、本実施形態のように有機ＥＬ素子２０のそれぞれから青色光、緑色光、および赤色光を出射する方式以外にも、それぞれの有機ＥＬ素子２０の光の出射側にカラーフィルターを設けるフィルター方式や、有機ＥＬ素子２０として青色発光素子を用い、青色光の一部を波長変換層を介して緑色光や赤色光に変換する色変換方式など、各種のカラー化方式を適用することができる。

遮光層４０の形成材料としては、金属材料が好適に用いられ、例えば、アルミニウムやクロム（低反射クロムを含む）が挙げられる。遮光層４０は、例えば、保護層３０上に上述の金属材料の薄膜を形成した後、ドライエッチングなどの乾式工程で格子状にパターニングされた開口部４１を形成することにより得られる。乾式工程を用いることにより、高精細な開口部４１を有する遮光層４０とすることができる。

図３は、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す模式断面図である。なお、この図３は、各層の実際の厚み比率を反映して表現しているものではなく、その層構成を明瞭に説明するためのものである。
図１に示す有機ＥＬ表示装置（表示装置）１を構成する本実施形態の有機ＥＬ素子２０は、第１電極層である画素電極（陽極層：第１電極層）２１と、共通電極である陰極層（第２電極層）２２と、この画素電極（陽極層）２１および陰極層２２との間に形成された発光部２３と、陰極層２２の他面側２２ｂに接するように形成された第１キャッピング層２４と、この第１キャッピング層２４に重ねて形成された第２キャッピング層２５とを備えている。

発光部２３は、画素電極（陽極層）２１に接する正孔注入層２３Ａと、正孔輸送層２３Ｂと、発光層２３Ｃと、電子輸送層２３Ｄと、陰極層２２に接する電子注入層２３Ｅとがこの順に形成されたものである。

（基板）
一面に有機ＥＬ素子２０が形成される基板１０の材料としては、本実施形態のようにトップエミッション型である場合、透明材料および不透明材料を用いることができる。例えば、樹脂材料、ガラス材料等が挙げられる。基板１０の材料は、１種のみを用いてもよいし、２種以上組み合わせて使用してもよい。

基板１０に用いられる樹脂材料の具体例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレート等、各種のプラスチック基板を用いることができる。基板１０の材料として、樹脂材料を用いた場合、柔軟性に優れた有機ＥＬ素子２０が得られるため好ましい。

また、基板１０に用いられるガラス材料の具体例としては、石英ガラス、ソーダガラス、パイレックス（登録商標）等が挙げられる。また、窒化ケイ素等の無機物基板を用いることもできる。

（陽極層：第１電極層）
画素電極（陽極層：第１電極層）２１は、正孔注入層２３Ａまたは正孔輸送層２３Ｂに正孔を注入する。このため、画素電極（陽極層）２１の材料としては、仕事関数が比較的大きい各種金属材料や、各種合金等が用いられる。画素電極（陽極層）２１は、本実施形態のようにトップエミッション型である場合、光の透過性、反射性に特に制限はないが、光反射性の電極が用いられる場合が多い。

画素電極（陽極層：第１電極層）２１の構成材料の具体例としては、金、ヨウ化銅、酸化スズ、アルミニウムドープの酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）、インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）、インジウム酸化亜鉛（ＩＺＯ）、フッ素酸化スズ（ＦＴＯ）および上記材料の積層膜が挙げられる。これら画素電極（陽極層）２１は、表面を鏡面にして光反射性を高めることも好ましい。

なお、本実施形態のようにトップエミッション型である場合において、画素電極（陽極層）２１を光透過性の材料で構成する際には、基板１０と画素電極（陽極層）２１との間に、光反射層やこれを保護する保護層などを更に形成することが好ましい。

（正孔注入層）
正孔注入層２３Ａに用いられる材料は、画素電極（陽極層）２１の仕事関数と正孔輸送層２３Ｂのイオン化ポテンシャル（ＩＰ）との関係、電荷輸送特性等の観点に応じて選択される。正孔注入層２３Ａの材料は、適切なＩＰと電荷輸送特性を有する化合物であればよく、低分子、高分子問わず、各種の有機化合物、無機化合物を選択して用いることができる。正孔注入層８の材料は、１種のみであってもよいし、２種以上組み合わせて用いてもよい。

正孔注入層２３Ａに用いられる無機化合物としては、例えば、モリブデン酸化物（ＭｏＯｘ）、酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）等が挙げられる。無機化合物は、有機化合物と比較して安定である。このため、正孔注入層８に無機化合物を用いた場合、有機化合物を用いた場合と比較して、酸素や水に対する高い耐性が得られやすい。

正孔注入層８に用いられる有機化合物としては、例えば、下記一般式（１−１）〜（１−１９）で示される化合物が挙げられる。

これら正孔注入層２３Ａに用いる材料の具体例のうち、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、モリブデン酸化物（ＭｏＯｘ）、酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）等が好ましく、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳについても好適に用いられることがある。

（正孔輸送層）
正孔輸送層２３Ｂに用いられる材料としては、例えば、ＨＴＥＢ−２（関東化学株式会社製）、ＨＴＥＢ−４（関東化学株式会社製）及び下記一般式（２−１）〜（２−３５）で示される化合物が挙げられる。一般式（２−１）〜（２−３５）で示される化合物の中でも特に、一般式（２−１）で示されるα−ＮＰＤと、バンドギャップが大きく、電気的安定性・熱的安定性に優れる一般式（２−３５）で示される化合物とを組み合わせて用いることが好ましい。
正孔輸送層２３Ｂの材料は、１種のみであってもよいし、２種以上組み合わせて用いてもよい。また、正孔輸送層２３Ｂは、１層のみで形成されていてもよいし、２層以上積層して形成されたものであってもよい。

（発光層）
本実施形態の有機ＥＬ素子２０に含まれる発光層２３Ｃは、電荷輸送および電荷再結合を行うホスト材料と、発光材料であるゲスト材料とを含む。発光層２３Ｃの発光材料として、公知な各色の発光材料を用いることができる。特に、発光スペクトルの半値幅を小さくすることが可能な白金またはパラジウム錯体を用いることがより好ましい。
ホスト材料からのエネルギー移動を有効に行うために、ホスト材料の発光波長とゲスト材料の吸収波長が重なることが好ましい。また、ゲスト材料がリン光材料の場合には、ホスト材料のＴ１エネルギーが、ゲスト材料のＴ１エネルギーよりも大きいことが好ましい。
ホスト材料中のゲスト材料の含有量は、例えば、３〜１０重量％であることが好ましい。ゲスト材料の含有量が上記範囲であると、ホスト材料からゲスト材料へのエネルギー移動が効率的になり、なおかつゲスト材料の濃度増加による三重項−三重項消滅（ＴＴＡ）による効率低下を防ぐことができる。これにより、有機ＥＬ素子２０の発光効率を向上させることができる。

（電子輸送層）
電子輸送層２３Ｄに用いる材料としては、公知の電子輸送材料を使用することができる。例えば、下記一般式（３−１）〜（３−２８）で示される化合物が挙げられる。一般式（３−１）〜（３−２８）で示される化合物の中でも特に、一般式（３−４）で示されるＴＰＢｉが好ましい。適切なＬＵＭＯ（Lowest Unoccupied Molecular Orbital）レベルを有する電子輸送層２３Ｄを、発光層２３Ｃと電子注入層２３Ｅとの間に設けることで、電子注入層２３Ｅから電子輸送層２３Ｄへの電子注入障壁を緩和し、さらに、電子輸送層２３Ｄから発光層２３Ｃへの電子注入障壁を緩和することができる。

また、この材料が適切なＨＯＭＯ（Highest Occupied Molecular Orbital）レベルを有すると、発光層で再結合せずに対極へ流出する正孔を阻止し、発光層２３Ｃ内に正孔を閉じ込め、発光層２３Ｃ内での再結合効率を高めることができる。なお、電子注入障壁が問題とならず、さらに、発光層２３Ｃの電子輸送能が十分に高い場合には、電子輸送層２３Ｄを省略することもできる。

（電子注入層）
電子注入層２３Ｅに用いられる材料は、陰極層２２の仕事関数と電子輸送層２３ＤのＬＵＭＯ（Lowest Unoccupied Molecular Orbital）レベル等の観点から選ばれる。電子注入層２３Ｅに用いられる材料は、電子輸送層２３Ｄを設けない場合には、発光層２３Ｃのゲスト材料およびホスト材料のＬＵＭＯレベルを考慮して選ばれる。

電子注入層２３Ｅに用いられる材料は、有機化合物でもよいし、無機化合物でもよい。電子注入層２３Ｅとして無機化合物を用いる場合、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、特にフッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム、または炭酸セシウム等を用いることができ、フッ化リチウムを用いることが好ましい。

（陰極層：第２電極層）
陰極層（第２電極層）２２は、電子注入層２３Ｅまたは電子輸送層２３Ｄに電子を注入する。このため、陰極層２２の材料としては、仕事関数の比較的小さな各種金属材料、各種合金等が用いられる。陰極層２２の材料の具体例としては、アルミニウム、銀、マグネシウム、カルシウム、金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、マグネシウムインジウム合金（ＭｇＩｎ）、銀合金等が挙げられる。

本実施形態のように有機ＥＬ素子２０がトップエミッション型である場合、陰極層２２の材料として透明導電材料が用いられる。なお、陰極層２２の材料としてＩＴＯを用いた場合、ＩＴＯの仕事関数が大きいため、電子注入が困難となる。また、ＩＴＯ膜は、スパッタ法やイオンビーム蒸着法を用いて成膜するため、成膜時に電子注入層２３Ｅにダメージが与えられる可能性がある。このため、陰極層２２の材料としてＩＴＯを用いる場合には、電子注入層２３ＥとＩＴＯとの間に、スパッタリングの保護層となるマグネシウム層や銅フタロシアニン層を設けることが好ましい。

このような陰極層２２は、膜厚を制御することにより、半透過半反射性を有する。その結果、光反射性の画素電極（陽極層）２１と陰極層２２とは、発光部２３から射出された光を共振させる光共振器を構成する。この光共振気では、画素電極（陽極層）２１と陰極層２２との間の光学距離に対応した共振波長の条件を満たす光のみが増幅され、陰極層２２側から特定のピーク波長の色光が取り出されるマイクロキャビティ構造となっている。

マイクロキャビティを用いた有機ＥＬ素子２０の光路長は、２つの対向する反射もしくは半透過電極間の各層毎に、屈折率（ｎ）に厚さ（ｄ）を乗算したものの和として定義される。マイクロキャビティを用いた本実施形態の有機ＥＬ素子２０は、反射体となる画素電極（陽極層）２１と半透過反射体となる陰極層２２との間に形成される発光部２３を構成する各層の総光路長（ｎ_ｉｄ_ｉ）は、ほぼ下記の（３）式を満たすように設計される。
２Σ（ｎ_ｉｄ_ｉ）／λ_１＋（Ｑ_１＋Ｑ_２）／２ｎ＝ｍ・・・（３）
（３）式中、ｎ_ｉはｉ番目の層の屈折率であり、ｄ_ｉはｉ番目の層の厚さであり、Ｑ_１及びＱ_２はそれぞれ反射体となる画素電極（陽極層）２１の境界面及び半透過反射体となる陰極層２２のラジアンを単位とする位相シフトであり、λ_１は発光層２３Ｃから放射される所定の１次波長であり、ｍは負でない整数である。屈折率と層の厚さとの積を光路長として定義する。本実施形態に係るマイクロキャビティの場合、この１次波長λ_１は青色有機ＥＬ素子では４３０〜４８０ｎｍが好適であり、緑色有機ＥＬ素子では５００ｎｍ〜５５０ｎｍ、赤色有機ＥＬ素子では６００〜６５０ｎｍである。

このような構成の有機ＥＬ素子２０では、例えば、画素電極（陽極層）２１と陰極層２２との離間距離を変更することで、複数の有機ＥＬ素子２０，２０…ごとに共振波長を変更し、射出される光の波長を制御することができる。

（第１キャッピング層）
第１キャッピング層２４は、接触する陰極層２２および発光層２３Ｃよりも屈折率が高い高屈折率材料を用いて形成される。ここで、屈折率が高い層から屈折率が低い層へ臨界角以上の角度で光が入射すると光は全反射する。一方、屈折率が低い層から屈折率が高い層へ光が入射する場合には、入射角が大きい場合であっても光は全反射せず、少なくとも光の一部は屈折率が高い層に入射することができる。

このため、屈折率が低い陰極層２２から屈折率が高い第１キャッピング層２４へ入射する光は、半透明材料からなる陰極層２２と第１キャッピング層２４との界面で全反射することなく、少なくとも光の一部は第１キャッピング層２４を透過することが可能となっているものと考えられる。

一方、第１キャッピング層２４から後述する第２キャッピング層２５へ光が入射する場合は、第２キャッピング層２５との界面で反射を起こすため、適切な光学距離となるよう設計を行うことで正面に集中した放射パターンを緩和することが可能である。

第１キャッピング層２４は、発光部２３から出射される光の発光波長に対する屈折率が２．１以上２．７以下の材料から形成される。こうした屈折率の範囲内であれば無機化合物でも有機化合物でも用いることができる。第１キャッピング層２４の材料の具体例としては、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化タングステン（ＷＯ_３）、酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ，ＴｉＯ_２，Ｔｉ_３Ｏ_５）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）のうち、少なくともいずれか１つを含む材料であればよい。

（第２キャッピング層）
第２キャッピング層２５は、透過した光が屈折率のより低い有機ＥＬ素子２０の外部に出る際、全反射する光の成分が存在するため、陰極層２２との間で弱いキャビティ構造を形成することを可能にする。これにより、第２キャッピング層２５の膜厚を適切に制御することで色純度を向上させることが可能になる。色純度の向上のためには、第１キャッピング層２４および第２キャッピング層２５に関して、以下の膜厚条件を満たすことが好ましい。

即ち、第１キャッピング層２４の屈折率をＮ１、第１キャッピング層２４の膜厚をＤ１、第２キャッピング層２５の屈折率をＮ２、第２キャッピング層２５の膜厚をＤ２、発光層２３Ｃから放射される最大発光強度を持つ放射光の波長をλ、とそれぞれ定義した時に、下記の（１）式および（２）式を共に満たすことが好ましい。
Ｎ１×Ｄ１／λ≦０．１・・・（１）
（Ｎ１×Ｄ１＋Ｎ２×Ｄ２）／λ＝ｍ×４（但し、ｍ＝任意の整数）・・・（２）

第２キャッピング層２５は、屈折率が１．６以上、１．９以下の一般的な有機材料が使用可能である。具体的には、１，３，５−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンズイミダゾール）ベンゼン（ＴＰＢｉ）、４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、２−ＴＮＡＴＡ、４，４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）などの材料が挙げられる。

有機ＥＬ素子２０を製造する際には、基板１０上に、画素電極（陽極層）２１と、正孔注入層２３Ａと、正孔輸送層２３Ｂと、発光層２３Ｃと、電子輸送層２３Ｄと、電子注入層２３Ｅと、陰極層２２と、第１キャッピング層２４と、第２キャッピング層２５とをこの順に形成することにより製造できる。これら各層の形成方法は、特に限定されず、各層に用いられる材料の特性に合わせて、従来公知の種々の形成方法を適宜用いて形成できる。

具体的には、例えば、画素電極（陽極層）２１、陰極層２２、第１キャッピング層２４を形成する方法として、スパッタ法、真空蒸着法、ゾルゲル法、スプレー熱分解（ＳＰＤ）法、原子層堆積（ＡＬＤ）法、気相成膜法、液相成膜法等が挙げられる。
また、正孔注入層２３Ａ、正孔輸送層２３Ｂ、発光層２３Ｃ、電子輸送層２３Ｄ、電子注入層２３Ｅ、第２キャッピング層２５の各層を形成する方法として、有機化合物を含む有機化合物溶液を塗布する塗布法、真空蒸着法、ＥＳＤＵＳ（Evaporative Spray Deposition From Ultra-Dilute Solution）法などが挙げられる。

また、正孔注入層２３Ａ、正孔輸送層２３Ｂ、電子輸送層２３Ｄ、電子注入層２３Ｅ、第１キャッピング層２４のうちいずれかの層が無機材料からなるものである場合、無機材料からなる層は、例えば、スパッタ法、真空蒸着法等の方法を用いて形成できる。

以上のような構成の有機ＥＬ素子２０およびこれを適用した有機ＥＬ表示装置（表示装置）１によれば、トップエミッション型の有機ＥＬ素子２０において、半透過反射膜である陰極層２２と接するように屈折率が２．１以上２．７以下の第１キャッピング層２４を形成し、さらにこの第１キャッピング層２４に重ねて屈折率が１．６以上、１．９以下の第２キャッピング層２５を形成することにより、色度の視野角変化が少なく、かつ低コストに製造することが可能な、スーパーハイビジョン規格の色域に対応した有機ＥＬ素子を実現することができる。

なお、上述した実施形態に示した有機ＥＬ素子２０の層構成を逆にすることもできる。例えば、基板１０に重ねて第２電極層である陰極層２２を形成する。そして、この陰極層２２に重ねて電子注入層２３Ｅ、電子輸送層２３Ｄ、発光層２３Ｃ、正孔輸送層２３Ｂ、正孔注入層２３Ａの順に発光部２３を形成し、更に発光部２３に重ねて画素電極（陽極層）２１、第１キャッピング層２４、及び第２キャッピング層２５を形成した構成であってもよい。

「照明装置」
本発明の照明装置は、例えば、図３に示す有機ＥＬ素子２０と、この有機ＥＬ素子２０の光の出射側に形成した光拡散板なとから構成することができる。こうした照明装置は、色純度が高く、特定の波長範囲の光を照射する光源としても好適に用いることができる。

「他の例」
本発明の有機ＥＬ素子は、上述した実施形態において説明した有機ＥＬ素子に限定されるものではない。
具体的には、図１に示す有機ＥＬ素子２０においては、正孔注入層２３Ａ、正孔輸送層２３Ｂ、電子輸送層２３Ｄ、電子注入層２３Ｅは、必要に応じて形成すればよく、設けられていなくてもよい。
また、画素電極（陽極層）２１と、正孔注入層２３Ａと、正孔輸送層２３Ｂと、発光層２３Ｃと、電子輸送層２３Ｄと、電子注入層２３Ｅと、陰極層２２の各層は、１層で形成されているものであってもよいし、２層以上からなるものであってもよい。

また、図１に示す有機ＥＬ素子２０は、図１に示す画素電極（陽極層）２１と、正孔注入層２３Ａと、正孔輸送層２３Ｂと、発光層２３Ｃと、電子輸送層２３Ｄと、電子注入層２３Ｅと、陰極層２２との間に、他の層を有するものであってもよい。具体的には、有機ＥＬ素子の特性をさらに向上させる等の理由から、必要に応じて、電子阻止層などを有していてもよい。

以下、本発明の検証結果について説明する。
（実施例１）
基板上に、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）とＡｇ合金（フルヤ金属社製ＡＰＣ）からなる反射性の陽極層と、ＰＥＤＯＴ：ＣＨ８０００からなる厚さ２３ｎｍの正孔注入層と、ＨＴＥＢ−０４（関東化学株式会社製）からなる厚さ１７ｎｍの正孔輸送層と、ゲスト材料として緑色発光材料であるＰｔＮ７Ｎを６重量％含み、ホスト材料としてＢＮ−Ｐｈ２を用いた厚さ２０ｎｍの発光層と、ＴＰＢｉからなる厚さ１５ｎｍの電子輸送層と、ＬｉＦからなる厚さ０．７ｎｍの電子注入層と、ＭｇＡｇ合金３ｎｍ，Ａｇ２３ｎｍからなる陰極層とを真空蒸着により順に形成し、その上に厚さ１７ｎｍのＳｉＮからなる第１キャッピング層をミラートロンスパッタで形成し、６０ｎｍのＴＰＢｉからなる第２キャッピング層を真空蒸着により形成し、実施例１の有機ＥＬ素子作製した。ここで用いた材料の分子構造を下記一般式（４−１）〜（４−３）に示す。

（比較例１）
第１キャッピング層を成膜しない以外は、実施例１と同様にして、比較例１の有機ＥＬ素子を作製した。
（比較例２）
第２キャッピング層を成膜しない以外は、実施例１と同様にして、比較例２の有機ＥＬ素子を作製した。

以上のようにして得られた実施例１および比較例１、比較例２の有機ＥＬ素子に対して、ケースレー社製の「２４００型ソースメーター」を用いて電流密度１ｍＡ／ｃｍ^２に相当する電流を流し、コニカミノルタ社製の「スペクトロメーターＣＳ−２０００」を用いて色度―視野角の関係を調べた。この検証結果を表１および図４に示す。

表１および図４に示す検証結果によれば、比較例１は実施例に近い高い色純度を示すものの、ＣＩＥ色度の角度変化が大きく、高い色純度と広い視野角特性が両立できていない。比較例２はＣＩＥ色度の角度変化は小さいものの、色純度が実施例に大きく劣っている。以上により実施例１は０−６０°の視野角変化に対し、有機ＥＬ素子の高色純度かつ広視野角特性が両立された、ディスプレイに適したデバイス構成であることが確認された。

１…有機ＥＬ表示装置（表示装置）
１０…基板
２０…有機ＥＬ素子（発光素子）
２１…画素電極（陽極層：第１電極層）
２２…陰極層（第２電極層）
２３…発光部
２３Ａ…正孔注入層
２３Ｂ…正孔輸送層
２３Ｃ…発光層
２３Ｄ…電子輸送層
２３Ｅ…電子注入層
２４…第１キャッピング層
２５…第２キャッピング層
３０…保護層

Claims (5)

1. 導電性を有する第１電極層と、導電性および光透過性を有する第２電極層と、前記第１電極層と前記第２電極層との間に配された発光層と、を少なくとも有し、前記発光層で生じた光を前記第２電極層の一面側から他面側に向けて透過させ外部に出射させる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
   前記第２電極層の前記他面側に接して形成された第１キャッピング層と、該第１キャッピング層に重ねて形成された第２キャッピング層とを備え、
   前記第１キャッピング層は、屈折率が２．１以上、２．７以下の材料から形成され、また、前記第２キャッピング層は、屈折率が１．６以上、１．９以下の材料から形成されていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
2. 前記第１キャッピング層の屈折率をＮ１、前記第１キャッピング層の膜厚をＤ１、前記第２キャッピング層の屈折率をＮ２、前記第２キャッピング層の膜厚をＤ２、前記発光層から放射される最大発光強度を持つ放射光の波長をλ、とそれぞれ定義した時に、下記の（１）式および（２）式を共に満たすことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   Ｎ１×Ｄ１／λ≦０．１・・・（１）
   （Ｎ１×Ｄ１＋Ｎ２×Ｄ２）／λ＝ｍ×４（但し、ｍ＝任意の整数）・・・（２）
3. 前記第１キャッピング層を構成する材料は、窒化シリコン、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ビスマスのうち、少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えることを特徴とする表示装置。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えることを特徴とする照明装置。

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