JP4226835B2 - 発光素子、その製造方法およびこれを用いた表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）素子に関し、詳細には、有機ＥＬ素子からの発光が、隣接した有機ＥＬ素子の領域に漏洩する虞の無い光の取り出し効率に優れた発光素子に関し、さらに、この素子を有する表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子は、電界を印加することにより、陽極より注入された正孔と陰極より注入された電子との再結合により、蛍光性物質が発光する原理を利用した自発型の発光素子である。イーストマン・コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによって、積層型素子による低電圧駆動有機ＥＬ素子の報告（C.W.Tang, S.A.VanSlyke, Applied Physics Letters ，５１巻，９１３頁、１９８７年など）がなされて以来、有機材料を構成材料とする有機ＥＬ素子に関する研究が盛んに行われている。
Ｔａｎｇらは、トリス（８−ヒドロキシキノリノールアルミニウム）を発光層に、トリフェニルジアミン誘導体を正孔輸送層に用いた有機ＥＬ素子をガラス基板上に作製している。積層構造の利点としては、発光層への正孔の注入効率を高められること、陰極より注入された電子をブロックして再結合により生成する励起子の生成効率を高められること、発光層内で生成した励起子を閉じこめられることなどが挙げられる。この例のように有機ＥＬ素子の素子構造としては、正孔輸送（注入）層、電子輸送性発光層の２層型、又は正孔輸送（注入）層、発光層、電子輸送（注入）層の３層型等が知られている。
こうした積層型構造素子では、注入された正孔と電子の再結合効率を高めるため、素子構造や形成方法の工夫がなされている。
【０００３】
また、有機ＥＬ素子は、キャリア再結合の際にスピン統計の依存性により、一重項生成の確率に制限があり、したがって発光確率に上限が生じる。この上限の値はおよそ２５％であると考えられている。更に有機ＥＬ素子は、その発光体の屈折率の影響のため、臨界角以上の出射角の光は全反射を起こし外部に取り出すことができない。このため発光体の屈折率がたとえば１．６とすると発光量全体の２０％程度しか有効に利用できず、エネルギーの変換効率の限界としては一重項生成確率を併せ全体で５％（０．２５×０．２＝０．０５）程度であり、低効率とならざるをえない（筒井哲夫「有機エレクトロルミネッセンスの現状と動向」、月刊ディスプレイ、ｖｏｌ．１、Ｎｏ．３、ｐ１１、１９９５年９月）。発光確率に強い制限の生じる有機ＥＬ素子は、光の取り出し効率が致命的ともいえる効率の低下を招くことになる。
【０００４】
このような光の取り出し効率を向上させる手法として、従来、無機ＥＬ素子などの同等な構造を持つ発光素子を用いて検討されてきた。例えば、基板に集光性を持たせることで効率を向上させる方法（特開昭６３−３１４７９５号公報）は、発光面積の大きな素子に対しては有効であるが、ドットマトリクスディスプレイ等の画素面積の微小な素子には、集光性を持たせるレンズの形成が困難である。また基板ガラスと発光体の間に中間の屈折率を持つ平坦層を導入し、反射防止膜を形成する方法（特開昭６２−１７２６９１号公報）もあるが、この方法では、前方への光の取り出し効率の改善の効果はあるが全反射を有効に防ぐことはできない。したがって屈折率の大きな無機ＥＬ素子に対しては有効であっても、比較的低屈折率の発光体である有機ＥＬ素子に対しては大きな改善効果を生まない。
【０００５】
また基板の有機ＥＬ素子と接しない面における全反射を低減させる方法として、この面に光を拡散させる機能を持たせる手法（特開２０００−２３１９８５号公報）があるが、従来用いられているガラス基板では有機ＥＬ素子とガラス基板の間の界面において全反射される光の割合が大きいために、その効果は小さい。
【０００６】
またこうした光拡散機能を有する基板を用いて、有機ＥＬ素子を複数並べた発光素子を作製した場合、有機ＥＬ素子から発せられた光が隣接する画素領域へ到達するために、本来非発光画素であるはずの画素から光が観測される光もれの問題が生じる。この光もれを解決するために、基板と有機ＥＬ素子の間にブラックマスクと光拡散層を設ける手法が検討されている（特開平１１−８０７０号公報参照）。
【０００７】
しかしながらこの場合には、ブラックマスクによって光の一部が吸収されてしまうため、光取り出し効率がさらに低下するという問題点がある。
したがって有機ＥＬ素子を用いた発光素子の光もれ防止と光の取り出し効率の改善方法は未だ不十分であり、この方法の開拓が有機ＥＬ素子の実用化に不可欠である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、有機ＥＬ素子を用いた発光素子の光もれ防止と光の取り出し効率を改善し、高性能な発光素子及び表示装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発光素子の発明は、光透過性基板上に、高屈折率層と、透明な第１の電極及び第２の電極とに挟持された１層もしくは多層の有機薄膜層よりなる有機エレクトロルミネッセンス素子とを少なくとも備え、前記高屈折率層は１．６５以上の屈折率を有すると共に、前記高屈折率層と前記光透過性基板との界面が、中心線平均粗さで０．０１μｍ以上、０．６μｍ以下の範囲にあることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発光素子の発明は、光透過性基板上に、高屈折率層と、透明な第１の電極及び第２の電極とに挟持された１層もしくは多層の有機薄膜層よりなる有機エレクトロルミネッセンス素子とを少なくとも備え、前記高屈折率層は前記発光層よりも大きい屈折率を有すると共に、前記高屈折率層と前記光透過性基板との界面が、中心線平均粗さで０．０１μｍ以上、０．６μｍ以下の範囲にあることを特徴とする発光素子。
【００１１】
請求項３に記載の発光素子の発明は、請求項１において、前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面の展開面積比が、１．０２以上であることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発光素子の発明は、請求項２において、前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面の展開面積比が、１．０２以上であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発光素子の発明は、請求項２において、前記高屈折率層が窒化シリコンからなることを特徴とする請求項１または３に記載の発光素子。
【００１４】
請求項６に記載の発光素子の発明は、請求項２または４において、前記高屈折率層が窒化シリコンからなることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発光素子の発明は、請求項１、３または５のいずれか１項において、前記光透過性基板が複数の光透過性層からなり、高屈折率層と接する光透過性層が、他の光透過性層よりも小さい屈折率を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発光素子の発明は、請求項２、４または６のいずれか１項において、前記光透過性基板が複数の光透過性層からなり、高屈折率層と接する光透過性層が、他の光透過性層よりも小さい屈折率を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項９に記載の発光素子の発明は、請求項７において、高屈折率層と接する光透過性層が多孔質シリカからなることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０に記載の発光素子の発明は、請求項８において、高屈折率層と接する光透過性層が多孔質シリカからなることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１に記載の発光素子の発明は、請求項１、３、５、７または９のいずれか１項において、前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面形状が光透過性基板に対する逆スパッタリング法により形成されることを特徴とする。
【００２０】
請求項１２に記載の発光素子の発明は、請求項２、４、６、８または１０のいずれか１項において、前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面形状が光透過性基板に対する逆スパッタリング法により形成されることを特徴とする。
【００２１】
請求項１３に記載の発光素子の発明は、請求項１、３、５、７または９のいずれか１項において、前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面の形状が光透過性基板上に被覆率１以下に薄膜状に形成され、前記薄膜を有する光透過性基板がエッチングされて形成されることを特徴とする。
【００２２】
請求項１４に記載の発光素子の発明は、請求項２、４、６、８、または１０において、前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面の形状が光透過性基板上に被覆率１以下に薄膜状に形成され、前記薄膜を有する光透過性基板がエッチングされて形成されることを特徴とする。
【００２３】
請求項１５に記載の発光素子の発明は、請求項１、３、５、７、９、１１または１３のいずれか１項において、前記高屈折率層の厚みが０．４〜２μｍの範囲にあることを特徴とする。
【００２４】
請求項１６に記載の発光素子の発明は、請求項２、４、６、８、１０、１２または１４のいずれか１項において、前記高屈折率層の厚みが０．４〜２μｍの範囲にあることを特徴とする。
【００２５】
請求項１７に記載の表示装置の発明は、請求項１、３、５、７、９、１１、１３または１５のいずれか１項の発光素子が複数配置された事を特徴とする。
【００２６】
請求項１８に記載の表示装置の発明は、請求項２、４、６、８、１０、１２、１４または１６のいずれか１項に記載の発光素子が、複数配置された事を特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
発明者は上記の問題を解決すべく鋭意検討した結果、有機ＥＬ素子を用いた発光素子において、光透過性基板上に有機ＥＬ素子の発光層の屈折率よりも大きな屈折率かあるいは１．６５よりも大きな屈折率を有する高屈折率層を設けた上に有機ＥＬ素子を備え、前記光透過性基板と前記高屈折率層の界面の中心線平均粗さが０．０１μｍ以上、０．６μｍ以下とすることにより、光もれの影響が抑制され光取り出し効率の改善された発光素子が得られる事を見出した。
【００２８】
さらに前記高屈折率層の膜厚を０．４〜２μｍとする事及び、前記界面の展開面積比が１．０２以上となるように成型する事により、さらに光もれが抑制され光取り出し効率の改善された発光素子が得られる事を見出した。
ここで展開面積比とは、光透過性基板上の粗面化された部分を光透過性基板面に投影した面積をＳ１、光透過性基板の粗面化された部分の表面積をＳ２とした場合に、Ｓ２／Ｓ１で求められる数値である。
【００２９】
また光透過性基板を複数の光透過性層で構成し、高屈折率層と接する光透過性層の屈折率を他の光透過性層よりも小さくすることにより、さらに光もれが抑制され光取り出し効率の改善された発光素子が得られる事を見出した。
【００３０】
本発明の発光素子の断面図を図１及び図２に示す。従来の有機ＥＬ素子に於いては、発光層から発せられた光が有機ＥＬ素子−基板界面、基板−空気界面の２つの界面での損失により、発光層から発せられた光のおよそ２割（約２０％）しか有効に取り出せない。透明な第１の電極と光透過性基板の間に発光層の屈折率よりも大きな屈折率かあるいは１．６５よりも大きな屈折率を有する高屈折率層を設ける事で、有機ＥＬ素子内に閉じ込められて損失される光の割合を低減し、高屈折率層側へより多くの光を取り出すことができるが、これだけでは同時に高屈折率層−光透過性基板界面及び光透過性基板−空気界面で損失する光の割合が増え、全体としては光の取り出し効率は変化しない。
【００３１】
この光透過性基板と高屈折率層の界面を粗面化することにより界面で光が種々の方向へ出射、反射するために高屈折率層から光透過性基板中へ出射されない光の割合を低下させることができるが、等方的な拡散では光透過性基板−空気界面において損失される光の割合が大きいため光の取り出し効率向上の効果は小さい上に、隣接する画素への光もれが生じる。
【００３２】
ここで高屈折率層−光透過性基板界面を中心線平均粗さ０．０１μｍ以上、０．６μｍ以下の祖面とすると、高屈折率層から光透過性基板へ導入される光のうち光透過性基板の基板面の法線方向に進む成分の割合が大きくなる。光透過性基板の法線方向に進む成分は光透過性基板−空気界面で反射されずに空気中へ射出されるため高屈折率層−光透過性基板界面での損失低減と相まって、光取り出し効率は大きく改善される。また光透過性基板の基板面の法線方向に進む光の成分が増えると、光もれの原因となる基板面に平行な方向へ広がる光の成分の割合が低下するために、隣接画素同士の光もれは改善される。
【００３３】
ただし、光透過性基板と有機ＥＬ素子の間に高屈折率層を設けなかった場合、有機ＥＬ素子内に閉じ込められる光の割合が非常に大きいため、光の取り出し効率の向上効果は無いに等しい。さらに光透過性基板−高屈折率層界面の展開面積比が１．０２以上であることにより基板面の法線方向へ進む光の割合がさらに増加し、より光もれが効果的に抑制される。
【００３４】
また、高屈折率層を０．４〜２．０μｍの膜厚に形成することにより、高屈折率層内で基板面に平行な方向へ光が広がることを抑制することが出来、さらに光もれが効果的に抑制される。またさらに、光透過性基板を複数の光透過性層の積層により形成し、高屈折率層と接する光透過性層が他の光透過性層よりも小さい屈折率を有するようにすることで、高屈折率層−光透過性基板界面での損失がさらに低減されると共に、基板面の法線方向へ進む光の割合がより増大し、より高い光取り出し効率が実現される。
【００３５】
光透過性基板−高屈折率層界面の粗面化はいかなる手法も用いることが可能であるが、光透過性基板に対する逆スパッタリング法あるいは被覆率１以下の薄膜を形成しこれをマスクとして用いてエッチングする方法を用い、高屈折率層を窒化シリコン膜などのＣＶＤや真空蒸着等の真空プロセスで製膜することで、この界面の形状形成を真空一貫プロセスで行うことが出来、低コストに目的の構造を得ることが出来る。
有機ＥＬ素子の形成プロセスにスパッタリング及び真空蒸着法を用いた場合には光透過性基板から発光素子まで真空一貫プロセスにより作製することが可能であり、真空プロセスの簡素化の効果はより大きくなる。
【００３６】
すなわち本発明は以下のア〜コの発光素子である。
ア：光透過性基板上に設けられた高屈折率層及びその上に設けられた透明な第１の電極及び第２の電極に挟持された１層もしくは複数層の有機薄膜層よりなる有機エレクトロルミネッセンス素子を少なくとも備え、前記高屈折率層は１．６５以上の屈折率を有すると共に高屈折率層と光透過性基板の界面の中心線平均粗さが０．０１μｍ以上、０．６μｍ以下であることを特徴とする発光素子。
イ：光透過性基板上に設けられた高屈折率層及びその上に設けられた透明な第１の電極及び第２の電極に挟持された１層もしくは複数層の有機薄膜層よりなる有機エレクトロルミネッセンス素子を少なくとも備え、前記高屈折率層は前記発光層よりも大きい屈折率を有すると共に高屈折率層と光透過性基板の界面の中心線平均粗さが０．０１μｍ以上、０．６μｍ以下であることを特徴とする発光素子。
ウ：前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面の展開面積比が１．０２以上であることを特徴とするア記載の発光素子。
エ：前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面の展開面積比が１．０２以上であることを特徴とするイ記載の発光素子。
オ：前記高屈折率層が窒化シリコンからなることを特徴とするア及びウ記載の発光素子。
カ：前記高屈折率層が窒化シリコンからなることを特徴とするキ及びケ記載の発光素子。
キ：前記光透過性基板が複数の光透過性層からなり、高屈折率層と接する光透過性層がその他の光透過性層よりも小さい屈折率を有することを特徴とする前記ア、ウ、オ記載の発光素子。
ク：前記光透過性基板が複数の光透過性層からなり、高屈折率層と接する光透過性層がその他の光透過性層よりも小さい屈折率を有することを特徴とする前記イ、エ、カ記載の発光素子。
【００３７】
ケ：高屈折率層と接する光透過性層が多孔質シリカからなることを特徴とするキ記載の発光素子
コ：高屈折率層と接する光透過性層が多孔質シリカからなることを特徴とするク記載の発光素子
サ：前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面形状が光透過性基板に対する逆スパッタリング法により形成されることを特徴とする前記ア、ウ、オ、キ、ケ記載の発光素子。
シ：前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面形状が光透過性基板に対する逆スパッタリング法により形成されることを特徴とする前記イ、エ、カ、ク、コ記載の発光素子。
ス：前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面形状が光透過性基板上に被覆率１以下の薄膜を形成する工程と前記薄膜を有する光透過性基板をエッチングする工程により形成されることを特徴とするア、ウ、オ、キ、ケ記載の発光素子。
セ：前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面形状が光透過性基板上に被覆率１以下の薄膜を形成する工程と前記薄膜を有する光透過性基板をエッチングする工程により形成されることを特徴とするイ、エ、カ、ク、コ記載の発光素子。
ソ：前記高屈折率層が０．４〜２μｍの厚さを有することを特徴とするア，ウ，オ，キ，ケ，サ、ス記載の発光素子。
タ：前記高屈折率層が０．４〜２μｍの厚さを有することを特徴とするイ，エ，カ，ク，コ，シ、セ記載の発光素子。
チ：ア，ウ，オ，キ，ケ，サ，ス、ソ記載の発光素子を複数並置した事を特徴とする表示装置。
ツ：イ，エ，カ，ク，コ，シ、セ、タ記載の発光素子を複数並置した事を特徴とする表示装置。
【００３８】
＜実施形態＞
本発明における有機ＥＬ素子の素子構造は、第１の電極、第２の電極の両電極間に少なくとも発光層を含む1 層あるいは複数層の有機層を有する構造でありさえすれば、特にその構造に制約を受けない。第１の電極、第２の電極はいずれかが陽極、他方が陰極の役割を果たす。第１の電極が陽極、第２の電極が陰極である場合、有機ＥＬ素子の構造例として、図３〜６に示すように▲１▼陽極、発光層、陰極、▲２▼陽極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極、▲３▼陽極、正孔輸送層、発光層、陰極、あるいは▲４▼陽極、発光層、電子輸送層、陰極等の構造が挙げられる。またこれらの有機層間及び有機層電極間に電荷注入特性の向上や絶縁破壊を抑制あるいは発光効率を向上させる目的で、弗化リチウム、弗化マグネシウム、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等の無機の誘電体、絶縁体からなる薄膜層、あるいは有機層と電極材料又は金属との混合層、あるいはポリアニリン、ポリアセチレン誘導体、ポリジアセチレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体等の有機高分子薄膜を挿入してもよい。
本発明に用いられる発光材料としては特に限定されず、通常発光材料として使用されている化合物であれば特に制限されず、何を使用してもよい。
【００３９】
例えば、下記のトリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）［１］、ビスジフェニルビニルビフェニル（ＢＤＰＶＢｉ）［２］、１，３−ビス（ｐ−ｔ−ブチルフェニル−１，３，４−オキサジアゾールイル）フェニル（ＯＸＤ−７）［３］、Ｎ，Ｎ' −ビス（２，５−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ペリレンテトラカルボン酸ジイミド（ＢＰＰＣ）［４］、１，４ビス（Ｎ−ｐ−トリル−Ｎ−４−（４−メチルスチリル）フェニルアミノ）ナフタレン［５］等の低分子発光材料、
ポリフェニレンビニレン系ポリマーなどの高分子系発光材料を挙げることができる。
【００４０】
【化１】
【００４１】
また、電荷輸送材料に蛍光材料をドープした層を発光材料として用いることもできる。例えば、前記のＡｌｑ３（化学式［１］）などのキノリノール金属錯体に４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）（化学式［６］）、２，３−キナクリドン（化学式［７］）などのキナクリドン誘導体、３−（２' −ベンゾチアゾール）−７−ジエチルアミノクマリン（化学式［８］）などのクマリン誘導体をドープした層、あるいは電子輸送材料ビス（２−メチル−８−ヒドロキシキノリン）−４−フェニルフェノール−アルミニウム錯体（化学式［９］）にペリレン（化学式［１０］）等の縮合多環芳香族をドープした層、あるいは正孔輸送材料４，４' −ビス（ｍ−トリルフェニルアミノ）ビフェニル（ＴＰＤ）（化学式［１１］）にルブレン（化学式［１２］）等をドープした層等を用いることができる。
【００４２】
【化２】
【００４３】
本発明に用いられる正孔輸送材料は特に限定されず、通常正孔輸送材料として使用されている化合物であれば何を使用してもよい。例えば、ビス（ジ（ｐ−トリル）アミノフェニル）−１，１−シクロヘキサン（化学式［１３］）、ＴＰＤ（化学式［１１］）、Ｎ，Ｎ' −ジフェニル−Ｎ−Ｎ−ビス（１−ナフチル）−１，１' −ビフェニル）−４，４' −ジアミン（ＮＰＢ）（化学式［１４］）等のトリフェニルジアミン類や、スターバースト型分子（化学式［１５］〜［１７］等）等が挙げられる。
【００４４】
【化３】
【００４５】
本発明に用いられる電子輸送材料は特に限定されず、通常電子輸送材として使用されている化合物であれば何を使用してもよい。例えば、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（Ｂｕ−ＰＢＤ）（化学式［１８］）、ＯＸＤ−７（化学式［３］）等のオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体（化学式［１９］、［２０］等）、キノリノール系の金属錯体（化学式［１］、［９］、［２１］〜［２４］等）が挙げられる。
【００４６】
【化４】
【００４７】
有機薄膜ＥＬ素子の陽極は、正孔を正孔輸送層に注入する役割を担うものであり、４．５ｅＶ以上の仕事関数を有することが効果的である。本発明に用いられる陽極材料の具体例としては、酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）、酸化錫（ＮＥＳＡ）、金、銀、白金、銅等が適用できる。また陰極としては、電子輸送帯又は発光層に電子を注入する目的で、仕事関数の小さい材料が好ましい。陰極材料は特に限定されないが、具体的にはインジウム、アルミニウム、マグネシウム、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−スカンジウム−リチウム合金、マグネシウム−銀合金等が使用できる。
【００４８】
本発明の有機ＥＬ素子に於ける各層の形成方法は特に限定されない。従来公知の真空蒸着法、スピンコーティング法等による形成方法を用いることができる。本発明の有機ＥＬ素子に用いる、前記の化合物を含有する有機薄膜層は、真空蒸着法、分子線蒸着法（ＭＢＥ法）あるいは溶媒に溶かした溶液のディッピング法、スピンコーティング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法等の塗布法による公知の方法で形成することができる。
【００４９】
本発明に於ける有機ＥＬ素子の発光層、正孔輸送層、電子輸送層の膜厚は特に制限されないが、一般に膜厚が薄すぎるとピンホール等の欠陥が生じやすく、逆に厚すぎると高い印加電圧が必要となり効率が悪くなるため、通常は数ｎｍから１μｍの範囲が好ましい。
【００５０】
本発明における高屈折率層は発光層の屈折率より大きい屈折率か、１．６５よりも大きい屈折率を有する。これに用いることの出来る材料の例としてはＦＤ−１１、ＬａＫ３、ＢａＦ１０、ＬａＦ２、ＳＦ１３、ＳＦＳ１などの高屈折率光学ガラスやジルコニア、Ｔａ2 Ｏ5 、サファイアガラス、チタニアガラス、ＺｎＳｅ、窒化シリコン等の無機材料の他、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）系樹脂などに代表される含硫黄系樹脂等が挙げられる。
また本発明における光透過性基板およびこれを構成する光透過性層としては有機ＥＬ素子から発せられる光に対して透過性を有していればどのようなものでも用いることができる。例えばガラスの他、多孔質シリカや樹脂からなる基板も用いることができる。
【００５１】
本発明の高屈折率層に接する光透過性層は他の光透過性層よりも小さい屈折率を有するが、さらに１．３以下の屈折率を有することが望ましい。１．３以下の屈折率を有する光透過性層としては多孔質シリカなどが使用できる。
【００５２】
光透過性基板と高屈折率層の界面を粗面化する方法としては、目的の界面形状が得られればどのようなものでも用いることが出来る。例としては研磨法や逆スパッタリング法、さらに被覆率１以下の薄膜を形成しこれをマスクとしてエッチングを行う方法などの他、多孔性シリカからなる光透過性層の表面の凹凸をそのまま利用することも可能である。プロセスとしては、光透過性基板を粗面化しその上に高屈折率層を形成しても、高屈折率層を粗面化しその上に光透過性基板を形成しても、いずれでも良い。
【００５３】
これらのうち、光透過性基板の粗面化を逆スパッタリング法やドライエッチング法によって行い、この上にプラズマＣＶＤ法などにより窒化シリコンを形成した場合、各プロセスを真空一貫の条件下で行うことができコスト面で有利である。また、有機エレクトロルミネッセンス素子の形成もスパッタリング及び真空蒸着法を用いて行った場合、その全工程を真空プロセス中で行うことができ、コスト削減効果はさらに大きくなる。
【００５４】
前記被覆率１以下の薄膜を形成する材料としては、金、銀、ニッケル、コバルト等の金属やそれらの合金、あるいは酸化インジウム錫合金などの金属酸化物などの無機物を、真空蒸着あるいはスパッタリング等の一般的な製膜法により島状に形成したものが使用できる他、通常のフォトリソグラフィー用レジストを島状パターンに露光後現像したものも使用できる。エッチング法としてはウェットエッチング、ドライエッチングのいずれも使用できるが、前述の通りドライエッチング法を用いた場合、後のプロセスとの組み合わせによって大きなコスト削減効果が期待できる。
【００５５】
以下、本発明を実施例をもとに詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されて解釈されるものではない。
【００５６】
【実施例１】
実施例１の発光素子の構造を図１に示す。ガラス基板に対しＡｒを用いた逆スパッタリング法を基板表面の中心線平均粗さが０．０１μｍになるまで行った。この上に窒化シリコンをプラズマＣＶＤ法により１．２μｍの膜厚で形成した。得られた窒化シリコン膜の屈折率は１．９８であった。この窒化シリコン膜を研磨により平坦化した。この上にＩＴＯを８０μｍ幅、１２０μ間隔のストライプ状でシート抵抗が２０Ω／□になるようにスパッタリング法により製膜し、第１の電極２とした。この電極２上に正孔輸送層３として、化学式［１４］の化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。その上に発光層４として［１］を真空蒸着法により５０ｎｍ形成した。次に、電子輸送層５として化学式［１８］の化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。次いで、第２の電極６としてマグネシウム−銀合金を、マスクを通した真空蒸着法によって第１の電極のストライプと直交するストライプとなるよう、幅８０μｍ、間隔１２０μｍに、厚さ２００ｎｍ形成して発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない１００５０ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００５７】
【実施例２】
ガラス基板に対し逆スパッタリング法を用いて基板表面の中心線粗さが０．０５μｍとなるまで行った以外は実施例１と同様にして、発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれがない１１０００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００５８】
【実施例３】
ガラス基板に対し逆スパッタリング法を用いて基板表面の中心線粗さが０．６μｍになるまで行った以外は実施例１と同様にして、発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれがない１０１００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００５９】
【実施例４】
ガラス基板に対し逆スパッタリング法を用い、基板表面の中心線粗さが０．０５μｍで、かつ展開面積比が１．０３になるまで行った以外は実施例１と同様にして、発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない１２０００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００６０】
【実施例５】
窒化シリコン膜の膜厚が０．４μｍである他は実施例４と同様の手法により発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない１０９００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００６１】
【実施例６】
窒化シリコン膜の膜厚が２μｍである他は実施例４と同様の手法により発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない１１０００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００６２】
【実施例７】
石英ガラス基板に対しＤＣスパッタ装置により電流２ｍＡ、製膜時間１２０秒の条件で金を製膜した。これに対し、圧力で２．６Ｐａの四フッ化炭素ガスを用いた反応性イオンエッチングをＲＦパワー１００Ｗ、エッチング時間２３３秒の条件で行った。エッチング後、王水により金を取り除いた。こうして得られたガラス基板面は中心線粗さ０．０２μｍ、展開面積比１．２５の粗面であった。この上に窒化シリコンをプラズマＣＶＤ法により１μｍの膜厚で形成した。得られた窒化シリコン膜の屈折率は１．９８であった。この窒化シリコン膜を研磨に平坦化した上にＩＴＯを８０μｍ幅、１２０μ間隔のストライプ状でシート抵抗が２０Ω／□になるようにスパッタリング法により製膜し、第１の電極２とした。その上に正孔輸送層３として、化学式［１４］の化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。その上に発光層４として化学式［１］の化合物を真空蒸着法により５０ｎｍ形成した。次に、電子輸送層５として化学式［１８］で示される化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。次に第２の電極６としてマグネシウム−銀合金を、マスクを通した真空蒸着法によって第１の電極のストライプと直交するストライプとなるように、幅８０μｍ、間隔１２０μｍに２００ｎｍ形成して発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素へ光もれのない１３２００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００６３】
【実施例８】
ガラス基板に対しＤＣスパッタ装置により電流２ｍＡ、製膜時間１２０秒の条件で金を製膜した。これに対し、２．６Ｐａの四フッ化炭素ガスを用いた反応性イオンエッチングをＲＦ出力１００Ｗ、エッチング時間２３３秒の条件で行った。エッチング後、王水により金を取り除いた。こうして得られたガラス基板面は、中心線粗さ０．０２μｍ、展開面積比１．２５の粗面であった。この上にジルコニアを真空蒸着法により１．８μｍの膜厚で形成した。ジルコニア膜を研磨により平坦化した上にＩＴＯを８０μｍ幅、１２０μ間隔のストライプ状でシート抵抗が２０Ω／□になるようにスパッタリング法により製膜し、第１の電極２とした。その上に正孔輸送層３として、化学式［１４］の化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成し、その上に発光層４として化学式［１］の化合物を真空蒸着法により５０ｎｍ形成した。次いで、電子輸送層５として化学式［１８］の化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。次に第２の電極６としてマグネシウム−銀合金を、マスクを通した真空蒸着法によって第１の電極のストライプと直交するストライプとなるよう幅８０μｍ、間隔１２０μｍに、厚さ２００ｎｍ形成して発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素へ光もれのない１３８００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００６４】
【実施例９】
ガラス基板に対しＲＦスパッタ装置によりＲＦ出力２００Ｗ、製膜時間４００秒の条件でコバルトを製膜した。これに、圧力で２．６Ｐａの四フッ化炭素ガスを用いた反応性イオンエッチングをＲＦ出力１００Ｗ、エッチング時間２３３秒の条件で行った。エッチング後、王水によりコバルトを取り除いた。こうして得られたガラス基板面は中心線粗さ０．０４μｍ、展開面積比１．１０の粗面であった。この上に窒化シリコンをプラズマＣＶＤ法により１．２μｍの膜厚で形成した。窒化シリコン膜を研磨により平坦化した上にＩＴＯを８０μｍ幅、１２０μ間隔のストライプ状でシート抵抗が２０Ω／□になるようにスパッタリング法により製膜し、第１の電極２とした。その上に正孔輸送層３として、化合物［１４］を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。その上に発光層４として化学式［１］の化合物を真空蒸着法により５０ｎｍ形成した。次に、電子輸送層５として化学式［１８］の化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。次に第２の電極６としてマグネシウム−銀合金をマスクを通した真空蒸着法によって第１の電極のストライプと直交するストライプとなるよう幅８０μｍ、間隔１２０μｍに２００ｎｍ形成して発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない１３７００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００６５】
【実施例１０】
ガラス基板に対しコバルト膜の代わりにＲＦスパッタ装置によりＲＦ出力２００Ｗ、製膜時間２００秒の条件で酸化インジウム錫合金を製膜する他は実施例９と同様の手法により発光素子を作製した。窒素化シリコン膜を形成する前のガラス基板面は中心線粗さ０．０２μｍ、展開面積比２．０５の粗面であった。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない１４０００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００６６】
【実施例１１】
ガラス基板に対しコバルト膜の代わりに真空蒸着法により銀を１００Åの膜厚で製膜し、高屈折率層として１．２μｍの酸化ジルコニウムの真空蒸着膜を用いる他は実施例９と同様の手法により発光素子を作製した。酸化ジルコニウム膜を形成する前のガラス基板面は中心線粗さ０．０３μｍ、展開面積比２．１０の粗面であった。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない１５０００ｃｄ／ｍ2 の発光が得られた。
【００６７】
【実施例１２】
実施例１２の発光素子の構造を図２に示す。ガラス基板上にテトラエトキシシランとエタノールとシュウ酸の反応により得られた反応物と粒径１５ｎｍのシリカ粒子をメタノールに分散させたシリカゾル、さらにエタノール及びブチルセロソルブを混合した塗布液をスピンコータにより製膜した後、３００℃に加熱して１０００Åの硬化膜とした。得られた膜の屈折率は１．２８であった。これに対しＡｒを用いた逆スパッタリング法を基板表面の中心線平均粗さが０．０３μｍになるまで行った。この上に窒化シリコンをプラズマＣＶＤ法により１．２μｍの膜厚で形成した。得られた窒化シリコン膜の屈折率は１．９８であった。この窒化シリコン膜を研磨により平坦化した上にＩＴＯを８０μｍ幅、１２０μ間隔のストライプ状でシート抵抗が２０Ω／□になるようにスパッタリング法により製膜し、第１の電極２とした。その上に正孔輸送層３として、化学式［１４］で示される化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。その上に発光層４として化学式［１］で示される化合物を真空蒸着法により５０ｎｍ形成した。次に、電子輸送層５として化学式［１８］で示される化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。次に第２の電極６としてマグネシウム−銀合金をマスクを通した真空蒸着法によって第１の電極のストライプと直交するストライプとなるよう幅８０μｍ、間隔１２０μｍに２００ｎｍ形成して発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない１５０００ｃｄ／ｍ2 の発光が得られた。
【００６８】
【実施例１３】
窒化シリコン膜の代わりに、真空蒸着法で作製した１．２μｍの膜厚のジルコニア膜を用いる他は実施例９と同様の手法により発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない１５３００ｃｄ／ｍ2 の発光が得られた。
【００６９】
【実施例１４】
ガラス基板上にテトラエトキシシランとエタノールとシュウ酸の反応により得られた反応物と粒径１５ｎｍのシリカ粒子をメタノールに分散させたシリカゾル、さらにエタノール及びブチルセロソルブを混合した塗布液をスピンコータにより製膜した後、３００℃に加熱して１０００Å（１００ｎｍ）の硬化膜とした。得られた膜の屈折率は１．２８であった。この上にＲＦスパッタ装置によりＲＦ出力２００Ｗ、製膜時間４００秒の条件でコバルトを製膜した。これに対し、圧力で２．６Ｐａの四フッ化炭素ガスを用いた反応性イオンエッチングをＲＦ出力１００Ｗ、エッチング時間８０秒の条件で行った。エッチング後、王水によりコバルトを取り除いた。こうして得た基板面は中心線平均粗さ０．０７μｍ、展開面積比１．１５であった。この上に窒化シリコンをプラズマＣＶＤ法により１．２μｍの膜厚で形成した。得られた窒化シリコン膜の屈折率は１．９８であった。この窒化シリコン膜を研磨により平坦化した上にＩＴＯを８０μｍ幅、１２０μ間隔のストライプ状でシート抵抗が２０Ω／□になるようにスパッタリング法により製膜し、第１の電極２とした。その上に正孔輸送層３として、化学式［１４］で示される化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。その上に発光層４として化学式［１］で示される化合物を真空蒸着法により５０ｎｍ形成した。次に、電子輸送層５として化学式［１８］で示される化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。次に第２の電極６としてマグネシウム−銀合金をマスクを通した真空蒸着法によって第１の電極のストライプと直交するストライプとなるよう幅８０μｍ、間隔１２０μｍに２００ｎｍ形成して発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない１５９００ｃｄ／ｍ2 の発光が得られた。
【００７０】
【実施例１５】
ガラス基板に対しＡｒを用いた逆スパッタリング法を基板表面の中心線平均粗さが０．０１μｍになるまで行った。この上に窒化シリコンをプラズマＣＶＤ法により１．２μｍの膜厚で形成した。得られた窒化シリコン膜の屈折率は１．９８であった。この窒化シリコン膜を研磨により平坦化した。この上にＩＴＯを８０μｍ幅、１２０μ間隔のストライプ状でシート抵抗が２０Ω／□になるようにスパッタリング法により製膜し、第１の電極２とした。その上に発光層４として化学式［５］で示される化合物を真空蒸着法により１００ｎｍ形成した。次に第２の電極６としてマグネシウム−銀合金をマスクを通した真空蒸着法によって第１の電極のストライプと直交するストライプとなるよう幅８０μｍ、間隔１２０μｍに２００ｎｍ形成して発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない４０５０ｃｄ／ｍ2 の発光が得られた。
【００７１】
【実施例１６】
ガラス基板に対しＡｒを用いた逆スパッタリング法を基板表面の中心線平均粗さが０．０１μｍになるまで行った。この上に窒化シリコンをプラズマＣＶＤ法により１．２μｍの膜厚で形成した。得られた窒化シリコン膜の屈折率は１．９８であった。この窒化シリコン膜を研磨により平坦化した。この上にＩＴＯを８０μｍ幅、１２０μ間隔のストライプ状でシート抵抗が２０Ω／□になるようにスパッタリング法により製膜し、第１の電極２とした。その上に正孔輸送層３として、化学式［１４］で示される化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。その上に発光層４として化学式［１］で示される化合物を真空蒸着法により５０ｎｍ形成した。次に第２の電極６としてマグネシウム−銀合金をマスクを通した真空蒸着法によって第１の電極のストライプと直交するストライプとなるよう幅８０μｍ、間隔１２０μｍに２００ｎｍ形成して発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない８５００ｃｄ／ｍ2 の発光が得られた。
【００７２】
【実施例１７】
ガラス基板に対しＡｒを用いた逆スパッタリング法を基板表面の中心線平均粗さが０．０１μｍになるまで行った。この上に窒化シリコンをプラズマＣＶＤ法により１．２μｍの膜厚で形成した。得られた窒化シリコン膜の屈折率は１．９８であった。この窒化シリコン膜を研磨により平坦化した。この上にＩＴＯを８０μｍ幅、１２０μ間隔のストライプ状でシート抵抗が２０Ω／□になるようにスパッタリング法により製膜し、第１の電極２とした。その上に発光層４として化学式［５］で示される化合物を真空蒸着法により５０ｎｍ形成した。次に、電子輸送層５として化学式［１８］で示される化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。次に第２の電極６としてマグネシウム−銀合金をマスクを通した真空蒸着法によって第１の電極のストライプと直交するストライプとなるよう幅８０μｍ、間隔１２０μｍに２００ｎｍ形成して発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない９０５０ｃｄ／ｍ2 の発光が得られた。
【００７３】
【比較例１】
ガラス基板に対し逆スパッタリングを施さない以外は実施例１と同様の手法により発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から３０００ｃｄ／ｍ2 の発光が得られたが、各画素点灯時には隣接する画素領域から光もれが観測された。
【００７４】
【発明の効果】
本発明の有機ＥＬ素子を用いた発光素子によって、光もれを効果的に防止し、光の取り出し効率を改善することができ、また本発明によって、高性能な発光素子及び表示装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子の断面図である。
【図２】本発明に用いられる有機ＥＬ素子の断面図である。
【図３】本発明に用いられる有機ＥＬ素子の断面図である。
【図４】本発明に用いられる有機ＥＬ素子の断面図である。
【図５】本発明に用いられる有機ＥＬ素子の断面図である。
【図６】本発明に用いられる有機ＥＬ素子の断面図である。
【符号の説明】
１ 光透過性基板
２ 第１の電極
３ 正孔輸送層
４ 発光層
５ 電子輸送層
６ 第２の電極
７ 有機薄膜層（正孔輸送層３、発光層４、電子輸送層５）
８ 高屈折率層
９ 低屈折率光透過性層
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）素子に関し、詳細には、有機ＥＬ素子からの発光が、隣接した有機ＥＬ素子の領域に漏洩する虞の無い光の取り出し効率に優れた発光素子に関し、さらに、この素子を有する表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子は、電界を印加することにより、陽極より注入された正孔と陰極より注入された電子との再結合により、蛍光性物質が発光する原理を利用した自発型の発光素子である。イーストマン・コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによって、積層型素子による低電圧駆動有機ＥＬ素子の報告（C.W.Tang, S.A.VanSlyke, Applied Physics Letters ，５１巻，９１３頁、１９８７年など）がなされて以来、有機材料を構成材料とする有機ＥＬ素子に関する研究が盛んに行われている。
Ｔａｎｇらは、トリス（８−ヒドロキシキノリノールアルミニウム）を発光層に、トリフェニルジアミン誘導体を正孔輸送層に用いた有機ＥＬ素子をガラス基板上に作製している。積層構造の利点としては、発光層への正孔の注入効率を高められること、陰極より注入された電子をブロックして再結合により生成する励起子の生成効率を高められること、発光層内で生成した励起子を閉じこめられることなどが挙げられる。この例のように有機ＥＬ素子の素子構造としては、正孔輸送（注入）層、電子輸送性発光層の２層型、又は正孔輸送（注入）層、発光層、電子輸送（注入）層の３層型等が知られている。
こうした積層型構造素子では、注入された正孔と電子の再結合効率を高めるため、素子構造や形成方法の工夫がなされている。
【０００３】
また、有機ＥＬ素子は、キャリア再結合の際にスピン統計の依存性により、一重項生成の確率に制限があり、したがって発光確率に上限が生じる。この上限の値はおよそ２５％であると考えられている。更に有機ＥＬ素子は、その発光体の屈折率の影響のため、臨界角以上の出射角の光は全反射を起こし外部に取り出すことができない。このため発光体の屈折率がたとえば１．６とすると発光量全体の２０％程度しか有効に利用できず、エネルギーの変換効率の限界としては一重項生成確率を併せ全体で５％（０．２５×０．２＝０．０５）程度であり、低効率とならざるをえない（筒井哲夫「有機エレクトロルミネッセンスの現状と動向」、月刊ディスプレイ、ｖｏｌ．１、Ｎｏ．３、ｐ１１、１９９５年９月）。発光確率に強い制限の生じる有機ＥＬ素子は、光の取り出し効率が致命的ともいえる効率の低下を招くことになる。
【０００４】
このような光の取り出し効率を向上させる手法として、従来、無機ＥＬ素子などの同等な構造を持つ発光素子を用いて検討されてきた。例えば、基板に集光性を持たせることで効率を向上させる方法（特開昭６３−３１４７９５号公報）は、発光面積の大きな素子に対しては有効であるが、ドットマトリクスディスプレイ等の画素面積の微小な素子には、集光性を持たせるレンズの形成が困難である。また基板ガラスと発光体の間に中間の屈折率を持つ平坦層を導入し、反射防止膜を形成する方法（特開昭６２−１７２６９１号公報）もあるが、この方法では、前方への光の取り出し効率の改善の効果はあるが全反射を有効に防ぐことはできない。したがって屈折率の大きな無機ＥＬ素子に対しては有効であっても、比較的低屈折率の発光体である有機ＥＬ素子に対しては大きな改善効果を生まない。
【０００５】
また基板の有機ＥＬ素子と接しない面における全反射を低減させる方法として、この面に光を拡散させる機能を持たせる手法（特開２０００−２３１９８５号公報）があるが、従来用いられているガラス基板では有機ＥＬ素子とガラス基板の間の界面において全反射される光の割合が大きいために、その効果は小さい。
【０００６】
またこうした光拡散機能を有する基板を用いて、有機ＥＬ素子を複数並べた発光素子を作製した場合、有機ＥＬ素子から発せられた光が隣接する画素領域へ到達するために、本来非発光画素であるはずの画素から光が観測される光もれの問題が生じる。この光もれを解決するために、基板と有機ＥＬ素子の間にブラックマスクと光拡散層を設ける手法が検討されている（特開平１１−８０７０号公報参照）。
【０００７】
しかしながらこの場合には、ブラックマスクによって光の一部が吸収されてしまうため、光取り出し効率がさらに低下するという問題点がある。
したがって有機ＥＬ素子を用いた発光素子の光もれ防止と光の取り出し効率の改善方法は未だ不十分であり、この方法の開拓が有機ＥＬ素子の実用化に不可欠である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、有機ＥＬ素子を用いた発光素子の光もれ防止と光の取り出し効率を改善し、高性能な発光素子及び表示装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発光素子の発明は、光透過性基板上に、高屈折率層と、透明な第１の電極及び第２の電極とに挟持された１層もしくは多層の有機薄膜層よりなる有機エレクトロルミネッセンス素子とを少なくとも備え、前記高屈折率層は１．６５以上の屈折率を有すると共に、前記高屈折率層と前記光透過性基板との界面が、中心線平均粗さで０．０１μｍ以上、０．６μｍ以下の範囲にあることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発光素子の発明は、光透過性基板上に、高屈折率層と、透明な第１の電極及び第２の電極とに挟持された１層もしくは多層の有機薄膜層よりなる有機エレクトロルミネッセンス素子とを少なくとも備え、前記高屈折率層は前記発光層よりも大きい屈折率を有すると共に、前記高屈折率層と前記光透過性基板との界面が、中心線平均粗さで０．０１μｍ以上、０．６μｍ以下の範囲にあることを特徴とする発光素子。
【００１１】
請求項３に記載の発光素子の発明は、請求項１において、前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面の展開面積比が、１．０２以上であることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発光素子の発明は、請求項２において、前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面の展開面積比が、１．０２以上であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発光素子の発明は、請求項２において、前記高屈折率層が窒化シリコンからなることを特徴とする請求項１または３に記載の発光素子。
【００１４】
請求項６に記載の発光素子の発明は、請求項２または４において、前記高屈折率層が窒化シリコンからなることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発光素子の発明は、請求項１、３または５のいずれか１項において、前記光透過性基板が複数の光透過性層からなり、高屈折率層と接する光透過性層が、他の光透過性層よりも小さい屈折率を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発光素子の発明は、請求項２、４または６のいずれか１項において、前記光透過性基板が複数の光透過性層からなり、高屈折率層と接する光透過性層が、他の光透過性層よりも小さい屈折率を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項９に記載の発光素子の発明は、請求項７において、高屈折率層と接する光透過性層が多孔質シリカからなることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０に記載の発光素子の発明は、請求項８において、高屈折率層と接する光透過性層が多孔質シリカからなることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１に記載の発光素子の発明は、請求項１、３、５、７または９のいずれか１項において、前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面形状が光透過性基板に対する逆スパッタリング法により形成されることを特徴とする。
【００２０】
請求項１２に記載の発光素子の発明は、請求項２、４、６、８または１０のいずれか１項において、前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面形状が光透過性基板に対する逆スパッタリング法により形成されることを特徴とする。
【００２１】
請求項１３に記載の発光素子の発明は、請求項１、３、５、７または９のいずれか１項において、前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面の形状が光透過性基板上に被覆率１以下に薄膜状に形成され、前記薄膜を有する光透過性基板がエッチングされて形成されることを特徴とする。
【００２２】
請求項１４に記載の発光素子の発明は、請求項２、４、６、８、または１０において、前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面の形状が光透過性基板上に被覆率１以下に薄膜状に形成され、前記薄膜を有する光透過性基板がエッチングされて形成されることを特徴とする。
【００２３】
請求項１５に記載の発光素子の発明は、請求項１、３、５、７、９、１１または１３のいずれか１項において、前記高屈折率層の厚みが０．４〜２μｍの範囲にあることを特徴とする。
【００２４】
請求項１６に記載の発光素子の発明は、請求項２、４、６、８、１０、１２または１４のいずれか１項において、前記高屈折率層の厚みが０．４〜２μｍの範囲にあることを特徴とする。
【００２５】
請求項１７に記載の表示装置の発明は、請求項１、３、５、７、９、１１、１３または１５のいずれか１項の発光素子が複数配置された事を特徴とする。
【００２６】
請求項１８に記載の表示装置の発明は、請求項２、４、６、８、１０、１２、１４または１６のいずれか１項に記載の発光素子が、複数配置された事を特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
発明者は上記の問題を解決すべく鋭意検討した結果、有機ＥＬ素子を用いた発光素子において、光透過性基板上に有機ＥＬ素子の発光層の屈折率よりも大きな屈折率かあるいは１．６５よりも大きな屈折率を有する高屈折率層を設けた上に有機ＥＬ素子を備え、前記光透過性基板と前記高屈折率層の界面の中心線平均粗さが０．０１μｍ以上、０．６μｍ以下とすることにより、光もれの影響が抑制され光取り出し効率の改善された発光素子が得られる事を見出した。
【００２８】
さらに前記高屈折率層の膜厚を０．４〜２μｍとする事及び、前記界面の展開面積比が１．０２以上となるように成型する事により、さらに光もれが抑制され光取り出し効率の改善された発光素子が得られる事を見出した。
ここで展開面積比とは、光透過性基板上の粗面化された部分を光透過性基板面に投影した面積をＳ１、光透過性基板の粗面化された部分の表面積をＳ２とした場合に、Ｓ２／Ｓ１で求められる数値である。
【００２９】
また光透過性基板を複数の光透過性層で構成し、高屈折率層と接する光透過性層の屈折率を他の光透過性層よりも小さくすることにより、さらに光もれが抑制され光取り出し効率の改善された発光素子が得られる事を見出した。
【００３０】
本発明の発光素子の断面図を図１及び図２に示す。従来の有機ＥＬ素子に於いては、発光層から発せられた光が有機ＥＬ素子−基板界面、基板−空気界面の２つの界面での損失により、発光層から発せられた光のおよそ２割（約２０％）しか有効に取り出せない。透明な第１の電極と光透過性基板の間に発光層の屈折率よりも大きな屈折率かあるいは１．６５よりも大きな屈折率を有する高屈折率層を設ける事で、有機ＥＬ素子内に閉じ込められて損失される光の割合を低減し、高屈折率層側へより多くの光を取り出すことができるが、これだけでは同時に高屈折率層−光透過性基板界面及び光透過性基板−空気界面で損失する光の割合が増え、全体としては光の取り出し効率は変化しない。
【００３１】
この光透過性基板と高屈折率層の界面を粗面化することにより界面で光が種々の方向へ出射、反射するために高屈折率層から光透過性基板中へ出射されない光の割合を低下させることができるが、等方的な拡散では光透過性基板−空気界面において損失される光の割合が大きいため光の取り出し効率向上の効果は小さい上に、隣接する画素への光もれが生じる。
【００３２】
ここで高屈折率層−光透過性基板界面を中心線平均粗さ０．０１μｍ以上、０．６μｍ以下の祖面とすると、高屈折率層から光透過性基板へ導入される光のうち光透過性基板の基板面の法線方向に進む成分の割合が大きくなる。光透過性基板の法線方向に進む成分は光透過性基板−空気界面で反射されずに空気中へ射出されるため高屈折率層−光透過性基板界面での損失低減と相まって、光取り出し効率は大きく改善される。また光透過性基板の基板面の法線方向に進む光の成分が増えると、光もれの原因となる基板面に平行な方向へ広がる光の成分の割合が低下するために、隣接画素同士の光もれは改善される。
【００３３】
ただし、光透過性基板と有機ＥＬ素子の間に高屈折率層を設けなかった場合、有機ＥＬ素子内に閉じ込められる光の割合が非常に大きいため、光の取り出し効率の向上効果は無いに等しい。さらに光透過性基板−高屈折率層界面の展開面積比が１．０２以上であることにより基板面の法線方向へ進む光の割合がさらに増加し、より光もれが効果的に抑制される。
【００３４】
また、高屈折率層を０．４〜２．０μｍの膜厚に形成することにより、高屈折率層内で基板面に平行な方向へ光が広がることを抑制することが出来、さらに光もれが効果的に抑制される。またさらに、光透過性基板を複数の光透過性層の積層により形成し、高屈折率層と接する光透過性層が他の光透過性層よりも小さい屈折率を有するようにすることで、高屈折率層−光透過性基板界面での損失がさらに低減されると共に、基板面の法線方向へ進む光の割合がより増大し、より高い光取り出し効率が実現される。
【００３５】
光透過性基板−高屈折率層界面の粗面化はいかなる手法も用いることが可能であるが、光透過性基板に対する逆スパッタリング法あるいは被覆率１以下の薄膜を形成しこれをマスクとして用いてエッチングする方法を用い、高屈折率層を窒化シリコン膜などのＣＶＤや真空蒸着等の真空プロセスで製膜することで、この界面の形状形成を真空一貫プロセスで行うことが出来、低コストに目的の構造を得ることが出来る。
有機ＥＬ素子の形成プロセスにスパッタリング及び真空蒸着法を用いた場合には光透過性基板から発光素子まで真空一貫プロセスにより作製することが可能であり、真空プロセスの簡素化の効果はより大きくなる。
【００３６】
すなわち本発明は以下のア〜コの発光素子である。
ア：光透過性基板上に設けられた高屈折率層及びその上に設けられた透明な第１の電極及び第２の電極に挟持された１層もしくは複数層の有機薄膜層よりなる有機エレクトロルミネッセンス素子を少なくとも備え、前記高屈折率層は１．６５以上の屈折率を有すると共に高屈折率層と光透過性基板の界面の中心線平均粗さが０．０１μｍ以上、０．６μｍ以下であることを特徴とする発光素子。
イ：光透過性基板上に設けられた高屈折率層及びその上に設けられた透明な第１の電極及び第２の電極に挟持された１層もしくは複数層の有機薄膜層よりなる有機エレクトロルミネッセンス素子を少なくとも備え、前記高屈折率層は前記発光層よりも大きい屈折率を有すると共に高屈折率層と光透過性基板の界面の中心線平均粗さが０．０１μｍ以上、０．６μｍ以下であることを特徴とする発光素子。
ウ：前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面の展開面積比が１．０２以上であることを特徴とするア記載の発光素子。
エ：前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面の展開面積比が１．０２以上であることを特徴とするイ記載の発光素子。
オ：前記高屈折率層が窒化シリコンからなることを特徴とするア及びウ記載の発光素子。
カ：前記高屈折率層が窒化シリコンからなることを特徴とするキ及びケ記載の発光素子。
キ：前記光透過性基板が複数の光透過性層からなり、高屈折率層と接する光透過性層がその他の光透過性層よりも小さい屈折率を有することを特徴とする前記ア、ウ、オ記載の発光素子。
ク：前記光透過性基板が複数の光透過性層からなり、高屈折率層と接する光透過性層がその他の光透過性層よりも小さい屈折率を有することを特徴とする前記イ、エ、カ記載の発光素子。
【００３７】
ケ：高屈折率層と接する光透過性層が多孔質シリカからなることを特徴とするキ記載の発光素子
コ：高屈折率層と接する光透過性層が多孔質シリカからなることを特徴とするク記載の発光素子
サ：前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面形状が光透過性基板に対する逆スパッタリング法により形成されることを特徴とする前記ア、ウ、オ、キ、ケ記載の発光素子。
シ：前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面形状が光透過性基板に対する逆スパッタリング法により形成されることを特徴とする前記イ、エ、カ、ク、コ記載の発光素子。
ス：前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面形状が光透過性基板上に被覆率１以下の薄膜を形成する工程と前記薄膜を有する光透過性基板をエッチングする工程により形成されることを特徴とするア、ウ、オ、キ、ケ記載の発光素子。
セ：前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面形状が光透過性基板上に被覆率１以下の薄膜を形成する工程と前記薄膜を有する光透過性基板をエッチングする工程により形成されることを特徴とするイ、エ、カ、ク、コ記載の発光素子。
ソ：前記高屈折率層が０．４〜２μｍの厚さを有することを特徴とするア，ウ，オ，キ，ケ，サ、ス記載の発光素子。
タ：前記高屈折率層が０．４〜２μｍの厚さを有することを特徴とするイ，エ，カ，ク，コ，シ、セ記載の発光素子。
チ：ア，ウ，オ，キ，ケ，サ，ス、ソ記載の発光素子を複数並置した事を特徴とする表示装置。
ツ：イ，エ，カ，ク，コ，シ、セ、タ記載の発光素子を複数並置した事を特徴とする表示装置。
【００３８】
＜実施形態＞
本発明における有機ＥＬ素子の素子構造は、第１の電極、第２の電極の両電極間に少なくとも発光層を含む1 層あるいは複数層の有機層を有する構造でありさえすれば、特にその構造に制約を受けない。第１の電極、第２の電極はいずれかが陽極、他方が陰極の役割を果たす。第１の電極が陽極、第２の電極が陰極である場合、有機ＥＬ素子の構造例として、図３〜６に示すように▲１▼陽極、発光層、陰極、▲２▼陽極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極、▲３▼陽極、正孔輸送層、発光層、陰極、あるいは▲４▼陽極、発光層、電子輸送層、陰極等の構造が挙げられる。またこれらの有機層間及び有機層電極間に電荷注入特性の向上や絶縁破壊を抑制あるいは発光効率を向上させる目的で、弗化リチウム、弗化マグネシウム、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等の無機の誘電体、絶縁体からなる薄膜層、あるいは有機層と電極材料又は金属との混合層、あるいはポリアニリン、ポリアセチレン誘導体、ポリジアセチレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体等の有機高分子薄膜を挿入してもよい。
本発明に用いられる発光材料としては特に限定されず、通常発光材料として使用されている化合物であれば特に制限されず、何を使用してもよい。
【００３９】
例えば、下記のトリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）［１］、ビスジフェニルビニルビフェニル（ＢＤＰＶＢｉ）［２］、１，３−ビス（ｐ−ｔ−ブチルフェニル−１，３，４−オキサジアゾールイル）フェニル（ＯＸＤ−７）［３］、Ｎ，Ｎ' −ビス（２，５−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ペリレンテトラカルボン酸ジイミド（ＢＰＰＣ）［４］、１，４ビス（Ｎ−ｐ−トリル−Ｎ−４−（４−メチルスチリル）フェニルアミノ）ナフタレン［５］等の低分子発光材料、
ポリフェニレンビニレン系ポリマーなどの高分子系発光材料を挙げることができる。
【００４０】
【化１】
また、電荷輸送材料に蛍光材料をドープした層を発光材料として用いることもできる。例えば、前記のＡｌｑ３（化学式［１］）などのキノリノール金属錯体に４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）（化学式［６］）、２，３−キナクリドン（化学式［７］）などのキナクリドン誘導体、３−（２' −ベンゾチアゾール）−７−ジエチルアミノクマリン（化学式［８］）などのクマリン誘導体をドープした層、あるいは電子輸送材料ビス（２−メチル−８−ヒドロキシキノリン）−４−フェニルフェノール−アルミニウム錯体（化学式［９］）にペリレン（化学式［１０］）等の縮合多環芳香族をドープした層、あるいは正孔輸送材料４，４' −ビス（ｍ−トリルフェニルアミノ）ビフェニル（ＴＰＤ）（化学式［１１］）にルブレン（化学式［１２］）等をドープした層等を用いることができる。
【００４２】
【化２】
本発明に用いられる正孔輸送材料は特に限定されず、通常正孔輸送材料として使用されている化合物であれば何を使用してもよい。例えば、ビス（ジ（ｐ−トリル）アミノフェニル）−１，１−シクロヘキサン（化学式［１３］）、ＴＰＤ（化学式［１１］）、Ｎ，Ｎ' −ジフェニル−Ｎ−Ｎ−ビス（１−ナフチル）−１，１' −ビフェニル）−４，４' −ジアミン（ＮＰＢ）（化学式［１４］）等のトリフェニルジアミン類や、スターバースト型分子（化学式［１５］〜［１７］等）等が挙げられる。
【００４４】
【化３】
本発明に用いられる電子輸送材料は特に限定されず、通常電子輸送材として使用されている化合物であれば何を使用してもよい。例えば、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（Ｂｕ−ＰＢＤ）（化学式［１８］）、ＯＸＤ−７（化学式［３］）等のオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体（化学式［１９］、［２０］等）、キノリノール系の金属錯体（化学式［１］、［９］、［２１］〜［２４］等）が挙げられる。
【００４６】
【化４】
有機薄膜ＥＬ素子の陽極は、正孔を正孔輸送層に注入する役割を担うものであり、４．５ｅＶ以上の仕事関数を有することが効果的である。本発明に用いられる陽極材料の具体例としては、酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）、酸化錫（ＮＥＳＡ）、金、銀、白金、銅等が適用できる。また陰極としては、電子輸送帯又は発光層に電子を注入する目的で、仕事関数の小さい材料が好ましい。陰極材料は特に限定されないが、具体的にはインジウム、アルミニウム、マグネシウム、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−スカンジウム−リチウム合金、マグネシウム−銀合金等が使用できる。
【００４８】
本発明の有機ＥＬ素子に於ける各層の形成方法は特に限定されない。従来公知の真空蒸着法、スピンコーティング法等による形成方法を用いることができる。本発明の有機ＥＬ素子に用いる、前記の化合物を含有する有機薄膜層は、真空蒸着法、分子線蒸着法（ＭＢＥ法）あるいは溶媒に溶かした溶液のディッピング法、スピンコーティング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法等の塗布法による公知の方法で形成することができる。
【００４９】
本発明に於ける有機ＥＬ素子の発光層、正孔輸送層、電子輸送層の膜厚は特に制限されないが、一般に膜厚が薄すぎるとピンホール等の欠陥が生じやすく、逆に厚すぎると高い印加電圧が必要となり効率が悪くなるため、通常は数ｎｍから１μｍの範囲が好ましい。
【００５０】
本発明における高屈折率層は発光層の屈折率より大きい屈折率か、１．６５よりも大きい屈折率を有する。これに用いることの出来る材料の例としてはＦＤ−１１、ＬａＫ３、ＢａＦ１０、ＬａＦ２、ＳＦ１３、ＳＦＳ１などの高屈折率光学ガラスやジルコニア、Ｔａ2 Ｏ5 、サファイアガラス、チタニアガラス、ＺｎＳｅ、窒化シリコン等の無機材料の他、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）系樹脂などに代表される含硫黄系樹脂等が挙げられる。
また本発明における光透過性基板およびこれを構成する光透過性層としては有機ＥＬ素子から発せられる光に対して透過性を有していればどのようなものでも用いることができる。例えばガラスの他、多孔質シリカや樹脂からなる基板も用いることができる。
【００５１】
本発明の高屈折率層に接する光透過性層は他の光透過性層よりも小さい屈折率を有するが、さらに１．３以下の屈折率を有することが望ましい。１．３以下の屈折率を有する光透過性層としては多孔質シリカなどが使用できる。
【００５２】
光透過性基板と高屈折率層の界面を粗面化する方法としては、目的の界面形状が得られればどのようなものでも用いることが出来る。例としては研磨法や逆スパッタリング法、さらに被覆率１以下の薄膜を形成しこれをマスクとしてエッチングを行う方法などの他、多孔性シリカからなる光透過性層の表面の凹凸をそのまま利用することも可能である。プロセスとしては、光透過性基板を粗面化しその上に高屈折率層を形成しても、高屈折率層を粗面化しその上に光透過性基板を形成しても、いずれでも良い。
【００５３】
これらのうち、光透過性基板の粗面化を逆スパッタリング法やドライエッチング法によって行い、この上にプラズマＣＶＤ法などにより窒化シリコンを形成した場合、各プロセスを真空一貫の条件下で行うことができコスト面で有利である。また、有機エレクトロルミネッセンス素子の形成もスパッタリング及び真空蒸着法を用いて行った場合、その全工程を真空プロセス中で行うことができ、コスト削減効果はさらに大きくなる。
【００５４】
前記被覆率１以下の薄膜を形成する材料としては、金、銀、ニッケル、コバルト等の金属やそれらの合金、あるいは酸化インジウム錫合金などの金属酸化物などの無機物を、真空蒸着あるいはスパッタリング等の一般的な製膜法により島状に形成したものが使用できる他、通常のフォトリソグラフィー用レジストを島状パターンに露光後現像したものも使用できる。エッチング法としてはウェットエッチング、ドライエッチングのいずれも使用できるが、前述の通りドライエッチング法を用いた場合、後のプロセスとの組み合わせによって大きなコスト削減効果が期待できる。
【００５５】
以下、本発明を実施例をもとに詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されて解釈されるものではない。
【００５６】
【実施例１】
実施例１の発光素子の構造を図１に示す。ガラス基板に対しＡｒを用いた逆スパッタリング法を基板表面の中心線平均粗さが０．０１μｍになるまで行った。この上に窒化シリコンをプラズマＣＶＤ法により１．２μｍの膜厚で形成した。得られた窒化シリコン膜の屈折率は１．９８であった。この窒化シリコン膜を研磨により平坦化した。この上にＩＴＯを８０μｍ幅、１２０μ間隔のストライプ状でシート抵抗が２０Ω／□になるようにスパッタリング法により製膜し、第１の電極２とした。この電極２上に正孔輸送層３として、化学式［１４］の化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。その上に発光層４として［１］を真空蒸着法により５０ｎｍ形成した。次に、電子輸送層５として化学式［１８］の化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。次いで、第２の電極６としてマグネシウム−銀合金を、マスクを通した真空蒸着法によって第１の電極のストライプと直交するストライプとなるよう、幅８０μｍ、間隔１２０μｍに、厚さ２００ｎｍ形成して発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない１００５０ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００５７】
【実施例２】
ガラス基板に対し逆スパッタリング法を用いて基板表面の中心線粗さが０．０５μｍとなるまで行った以外は実施例１と同様にして、発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれがない１１０００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００５８】
【実施例３】
ガラス基板に対し逆スパッタリング法を用いて基板表面の中心線粗さが０．６μｍになるまで行った以外は実施例１と同様にして、発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれがない１０１００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００５９】
【実施例４】
ガラス基板に対し逆スパッタリング法を用い、基板表面の中心線粗さが０．０５μｍで、かつ展開面積比が１．０３になるまで行った以外は実施例１と同様にして、発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない１２０００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００６０】
【実施例５】
窒化シリコン膜の膜厚が０．４μｍである他は実施例４と同様の手法により発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない１０９００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００６１】
【実施例６】
窒化シリコン膜の膜厚が２μｍである他は実施例４と同様の手法により発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない１１０００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００６２】
【実施例７】
石英ガラス基板に対しＤＣスパッタ装置により電流２ｍＡ、製膜時間１２０秒の条件で金を製膜した。これに対し、圧力で２．６Ｐａの四フッ化炭素ガスを用いた反応性イオンエッチングをＲＦパワー１００Ｗ、エッチング時間２３３秒の条件で行った。エッチング後、王水により金を取り除いた。こうして得られたガラス基板面は中心線粗さ０．０２μｍ、展開面積比１．２５の粗面であった。この上に窒化シリコンをプラズマＣＶＤ法により１μｍの膜厚で形成した。得られた窒化シリコン膜の屈折率は１．９８であった。この窒化シリコン膜を研磨に平坦化した上にＩＴＯを８０μｍ幅、１２０μ間隔のストライプ状でシート抵抗が２０Ω／□になるようにスパッタリング法により製膜し、第１の電極２とした。その上に正孔輸送層３として、化学式［１４］の化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。その上に発光層４として化学式［１］の化合物を真空蒸着法により５０ｎｍ形成した。次に、電子輸送層５として化学式［１８］で示される化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。次に第２の電極６としてマグネシウム−銀合金を、マスクを通した真空蒸着法によって第１の電極のストライプと直交するストライプとなるように、幅８０μｍ、間隔１２０μｍに２００ｎｍ形成して発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素へ光もれのない１３２００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００６３】
【実施例８】
ガラス基板に対しＤＣスパッタ装置により電流２ｍＡ、製膜時間１２０秒の条件で金を製膜した。これに対し、２．６Ｐａの四フッ化炭素ガスを用いた反応性イオンエッチングをＲＦ出力１００Ｗ、エッチング時間２３３秒の条件で行った。エッチング後、王水により金を取り除いた。こうして得られたガラス基板面は、中心線粗さ０．０２μｍ、展開面積比１．２５の粗面であった。この上にジルコニアを真空蒸着法により１．８μｍの膜厚で形成した。ジルコニア膜を研磨により平坦化した上にＩＴＯを８０μｍ幅、１２０μ間隔のストライプ状でシート抵抗が２０Ω／□になるようにスパッタリング法により製膜し、第１の電極２とした。その上に正孔輸送層３として、化学式［１４］の化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成し、その上に発光層４として化学式［１］の化合物を真空蒸着法により５０ｎｍ形成した。次いで、電子輸送層５として化学式［１８］の化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。次に第２の電極６としてマグネシウム−銀合金を、マスクを通した真空蒸着法によって第１の電極のストライプと直交するストライプとなるよう幅８０μｍ、間隔１２０μｍに、厚さ２００ｎｍ形成して発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素へ光もれのない１３８００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００６４】
【実施例９】
ガラス基板に対しＲＦスパッタ装置によりＲＦ出力２００Ｗ、製膜時間４００秒の条件でコバルトを製膜した。これに、圧力で２．６Ｐａの四フッ化炭素ガスを用いた反応性イオンエッチングをＲＦ出力１００Ｗ、エッチング時間２３３秒の条件で行った。エッチング後、王水によりコバルトを取り除いた。こうして得られたガラス基板面は中心線粗さ０．０４μｍ、展開面積比１．１０の粗面であった。この上に窒化シリコンをプラズマＣＶＤ法により１．２μｍの膜厚で形成した。窒化シリコン膜を研磨により平坦化した上にＩＴＯを８０μｍ幅、１２０μ間隔のストライプ状でシート抵抗が２０Ω／□になるようにスパッタリング法により製膜し、第１の電極２とした。その上に正孔輸送層３として、化合物［１４］を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。その上に発光層４として化学式［１］の化合物を真空蒸着法により５０ｎｍ形成した。次に、電子輸送層５として化学式［１８］の化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。次に第２の電極６としてマグネシウム−銀合金をマスクを通した真空蒸着法によって第１の電極のストライプと直交するストライプとなるよう幅８０μｍ、間隔１２０μｍに２００ｎｍ形成して発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない１３７００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００６５】
【実施例１０】
ガラス基板に対しコバルト膜の代わりにＲＦスパッタ装置によりＲＦ出力２００Ｗ、製膜時間２００秒の条件で酸化インジウム錫合金を製膜する他は実施例９と同様の手法により発光素子を作製した。窒素化シリコン膜を形成する前のガラス基板面は中心線粗さ０．０２μｍ、展開面積比２．０５の粗面であった。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない１４０００ｃｄ/ ｍ2 の発光が得られた。
【００６６】
【実施例１１】
ガラス基板に対しコバルト膜の代わりに真空蒸着法により銀を１００Åの膜厚で製膜し、高屈折率層として１．２μｍの酸化ジルコニウムの真空蒸着膜を用いる他は実施例９と同様の手法により発光素子を作製した。酸化ジルコニウム膜を形成する前のガラス基板面は中心線粗さ０．０３μｍ、展開面積比２．１０の粗面であった。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない１５０００ｃｄ／ｍ2 の発光が得られた。
【００６７】
【実施例１２】
実施例１２の発光素子の構造を図２に示す。ガラス基板上にテトラエトキシシランとエタノールとシュウ酸の反応により得られた反応物と粒径１５ｎｍのシリカ粒子をメタノールに分散させたシリカゾル、さらにエタノール及びブチルセロソルブを混合した塗布液をスピンコータにより製膜した後、３００℃に加熱して１０００Åの硬化膜とした。得られた膜の屈折率は１．２８であった。これに対しＡｒを用いた逆スパッタリング法を基板表面の中心線平均粗さが０．０３μｍになるまで行った。この上に窒化シリコンをプラズマＣＶＤ法により１．２μｍの膜厚で形成した。得られた窒化シリコン膜の屈折率は１．９８であった。この窒化シリコン膜を研磨により平坦化した上にＩＴＯを８０μｍ幅、１２０μ間隔のストライプ状でシート抵抗が２０Ω／□になるようにスパッタリング法により製膜し、第１の電極２とした。その上に正孔輸送層３として、化学式［１４］で示される化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。その上に発光層４として化学式［１］で示される化合物を真空蒸着法により５０ｎｍ形成した。次に、電子輸送層５として化学式［１８］で示される化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。次に第２の電極６としてマグネシウム−銀合金をマスクを通した真空蒸着法によって第１の電極のストライプと直交するストライプとなるよう幅８０μｍ、間隔１２０μｍに２００ｎｍ形成して発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない１５０００ｃｄ／ｍ2 の発光が得られた。
【００６８】
【実施例１３】
窒化シリコン膜の代わりに、真空蒸着法で作製した１．２μｍの膜厚のジルコニア膜を用いる他は実施例９と同様の手法により発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない１５３００ｃｄ／ｍ2 の発光が得られた。
【００６９】
【実施例１４】
ガラス基板上にテトラエトキシシランとエタノールとシュウ酸の反応により得られた反応物と粒径１５ｎｍのシリカ粒子をメタノールに分散させたシリカゾル、さらにエタノール及びブチルセロソルブを混合した塗布液をスピンコータにより製膜した後、３００℃に加熱して１０００Å（１００ｎｍ）の硬化膜とした。得られた膜の屈折率は１．２８であった。この上にＲＦスパッタ装置によりＲＦ出力２００Ｗ、製膜時間４００秒の条件でコバルトを製膜した。これに対し、圧力で２．６Ｐａの四フッ化炭素ガスを用いた反応性イオンエッチングをＲＦ出力１００Ｗ、エッチング時間８０秒の条件で行った。エッチング後、王水によりコバルトを取り除いた。こうして得た基板面は中心線平均粗さ０．０７μｍ、展開面積比１．１５であった。この上に窒化シリコンをプラズマＣＶＤ法により１．２μｍの膜厚で形成した。得られた窒化シリコン膜の屈折率は１．９８であった。この窒化シリコン膜を研磨により平坦化した上にＩＴＯを８０μｍ幅、１２０μ間隔のストライプ状でシート抵抗が２０Ω／□になるようにスパッタリング法により製膜し、第１の電極２とした。その上に正孔輸送層３として、化学式［１４］で示される化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。その上に発光層４として化学式［１］で示される化合物を真空蒸着法により５０ｎｍ形成した。次に、電子輸送層５として化学式［１８］で示される化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。次に第２の電極６としてマグネシウム−銀合金をマスクを通した真空蒸着法によって第１の電極のストライプと直交するストライプとなるよう幅８０μｍ、間隔１２０μｍに２００ｎｍ形成して発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない１５９００ｃｄ／ｍ2 の発光が得られた。
【００７０】
【実施例１５】
ガラス基板に対しＡｒを用いた逆スパッタリング法を基板表面の中心線平均粗さが０．０１μｍになるまで行った。この上に窒化シリコンをプラズマＣＶＤ法により１．２μｍの膜厚で形成した。得られた窒化シリコン膜の屈折率は１．９８であった。この窒化シリコン膜を研磨により平坦化した。この上にＩＴＯを８０μｍ幅、１２０μ間隔のストライプ状でシート抵抗が２０Ω／□になるようにスパッタリング法により製膜し、第１の電極２とした。その上に発光層４として化学式［５］で示される化合物を真空蒸着法により１００ｎｍ形成した。次に第２の電極６としてマグネシウム−銀合金をマスクを通した真空蒸着法によって第１の電極のストライプと直交するストライプとなるよう幅８０μｍ、間隔１２０μｍに２００ｎｍ形成して発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない４０５０ｃｄ／ｍ2 の発光が得られた。
【００７１】
【実施例１６】
ガラス基板に対しＡｒを用いた逆スパッタリング法を基板表面の中心線平均粗さが０．０１μｍになるまで行った。この上に窒化シリコンをプラズマＣＶＤ法により１．２μｍの膜厚で形成した。得られた窒化シリコン膜の屈折率は１．９８であった。この窒化シリコン膜を研磨により平坦化した。この上にＩＴＯを８０μｍ幅、１２０μ間隔のストライプ状でシート抵抗が２０Ω／□になるようにスパッタリング法により製膜し、第１の電極２とした。その上に正孔輸送層３として、化学式［１４］で示される化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。その上に発光層４として化学式［１］で示される化合物を真空蒸着法により５０ｎｍ形成した。次に第２の電極６としてマグネシウム−銀合金をマスクを通した真空蒸着法によって第１の電極のストライプと直交するストライプとなるよう幅８０μｍ、間隔１２０μｍに２００ｎｍ形成して発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない８５００ｃｄ／ｍ2 の発光が得られた。
【００７２】
【実施例１７】
ガラス基板に対しＡｒを用いた逆スパッタリング法を基板表面の中心線平均粗さが０．０１μｍになるまで行った。この上に窒化シリコンをプラズマＣＶＤ法により１．２μｍの膜厚で形成した。得られた窒化シリコン膜の屈折率は１．９８であった。この窒化シリコン膜を研磨により平坦化した。この上にＩＴＯを８０μｍ幅、１２０μ間隔のストライプ状でシート抵抗が２０Ω／□になるようにスパッタリング法により製膜し、第１の電極２とした。その上に発光層４として化学式［５］で示される化合物を真空蒸着法により５０ｎｍ形成した。次に、電子輸送層５として化学式［１８］で示される化合物を真空蒸着法にて２０ｎｍ形成した。次に第２の電極６としてマグネシウム−銀合金をマスクを通した真空蒸着法によって第１の電極のストライプと直交するストライプとなるよう幅８０μｍ、間隔１２０μｍに２００ｎｍ形成して発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から隣接画素への光もれのない９０５０ｃｄ／ｍ2 の発光が得られた。
【００７３】
【比較例１】
ガラス基板に対し逆スパッタリングを施さない以外は実施例１と同様の手法により発光素子を作製した。この素子の各有機ＥＬ素子に直流電圧１０Ｖを順次印加したところ、各素子から３０００ｃｄ／ｍ2 の発光が得られたが、各画素点灯時には隣接する画素領域から光もれが観測された。
【００７４】
【発明の効果】
本発明の有機ＥＬ素子を用いた発光素子によって、光もれを効果的に防止し、光の取り出し効率を改善することができ、また本発明によって、高性能な発光素子及び表示装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子の断面図である。
【図２】本発明に用いられる有機ＥＬ素子の断面図である。
【図３】本発明に用いられる有機ＥＬ素子の断面図である。
【図４】本発明に用いられる有機ＥＬ素子の断面図である。
【図５】本発明に用いられる有機ＥＬ素子の断面図である。
【図６】本発明に用いられる有機ＥＬ素子の断面図である。
【符号の説明】
１ 光透過性基板
２ 第１の電極
３ 正孔輸送層
４ 発光層
５ 電子輸送層
６ 第２の電極
７ 有機薄膜層（正孔輸送層３、発光層４、電子輸送層５）
８ 高屈折率層
９ 低屈折率光透過性層
Claims (16)
- 光透過性基板上に、高屈折率層と、透明な第１の電極及び第２の電極とに挟持された１層もしくは多層の有機薄膜層よりなる有機エレクトロルミネッセンス素子とを少なくとも備え、前記高屈折率層は１．６５以上の屈折率を有すると共に、前記高屈折率層と前記光透過性基板との界面が、中心線平均粗さで０．０１μｍ以上、０．６μｍ以下の範囲にあることを特徴とする発光素子。
- 光透過性基板上に、高屈折率層と、透明な第１の電極及び第２の電極とに挟持された１層もしくは多層の有機薄膜層よりなる有機エレクトロルミネッセンス素子とを少なくとも備え、前記高屈折率層は前記発光層よりも大きい屈折率を有すると共に、前記高屈折率層と前記光透過性基板との界面が、中心線平均粗さで０．０１μｍ以上、０．６μｍ以下の範囲にあることを特徴とする発光素子。
- 前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面の展開面積比が、１．０２以上であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面の展開面積比が、１．０２以上であることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
- 前記高屈折率層が窒化シリコンからなることを特徴とする請求項１または３に記載の発光素子。
- 前記高屈折率層が窒化シリコンからなることを特徴とする請求項２または４に記載の発光素子。
- 前記光透過性基板が複数の光透過性層からなり、高屈折率層と接する光透過性層が、他の光透過性層よりも小さい屈折率を有することを特徴とする請求項１、３または５のいずれか１項に記載の発光素子。
- 前記光透過性基板が複数の光透過性層からなり、高屈折率層と接する光透過性層が、他の光透過性層よりも小さい屈折率を有することを特徴とする請求項２、４または６のいずれか１項に記載の発光素子。
- 高屈折率層と接する光透過性層が多孔質シリカからなることを特徴とする請求項７に記載の発光素子。
- 高屈折率層と接する光透過性層が多孔質シリカからなることを特徴とする請求項８に記載の発光素子。
- 前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面形状が光透過性基板に対する逆スパッタリング法により形成されることを特徴とする請求項１、３、５、７または９のいずれか１項に記載の発光素子。
- 前記光透過性基板と前記高屈折率層との界面形状が光透過性基板に対する逆スパッタリング法により形成されることを特徴とする請求項２、４、６、８または１０のいずれか１項に記載の発光素子。
- 前記高屈折率層の厚みが０．４〜２μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１、３、５、７、９または１１のいずれか１項に記載の発光素子。
- 前記高屈折率層の厚みが０．４〜２μｍの範囲にあることを特徴とする請求項２、４、６、８、１０または１２のいずれか１項に記載の発光素子。
- 請求項１、３、５、７、９、１１または１３のいずれか１項に記載の発光素子が複数配置された事を特徴とする表示装置。
- 請求項２、４、６、８、１０、１２または１４のいずれか１項に記載の発光素子が複数配置された事を特徴とする表示装置。
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