JP4580160B2 - 有機エレクトロルミネッセンスデバイス - Google Patents
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Description
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス(EL)デバイスに関し、より詳しくは、外光反射の少ない有機エレクトロルミネッセンスデバイスに関する。
有機エレクトロルミネッセンス(EL)デバイスは、透過性基材上に成膜・パターニングが施された透明電極を陽極とし、その上に機能性有機材料、具体的にはホール輸送性材料、発光性材料、電子輸送性材料等を順に積層し、機能性有機材料の上にマグネシウム−銀合金や、アルミニウム−リチウム合金などを積層したものを陰極とする構成とされ、透過性基材を通してデバイス外部に取り出されるEL光をディスプレイとして利用する。
光を外部に取り出す方向と反対側に配された背面側の金属陰極は、高い反射性を持ち、デバイスに強い光学干渉効果をもたらす。従って、この背面金属陰極による内部EL光の反射干渉現象を最適化することにより、外部に取り出されるEL光強度を増強することが可能となる。
しかし、この背面金属陰極は、EL光を増強する反面、デバイス内部に入射する外部光の大部分を反射してしまうため、EL光の視認性が著しく低下してしまう。このため、有機ELデバイスには、背面金属陰極による外光反射を抑えるための手法を施す必要がある。
この外光反射を抑える一つの手法としては、円偏向フィルタを用いる方法がある。しかし、円偏向フィルタは、高価なパーツであるためコストの増大につながる。また円偏向フィルタは、フィルタ自体の透過率が40%程度であるので、円偏向フィルタを使用した場合には、内部EL光の取り出し光強度も40%前後に減衰してしまう。
外光反射を抑える為の他の手法としては、光学干渉効果を利用し、光学薄膜の低反射率積層構造体によって外光反射を低減する方法が知られている。この低反射率積層構造体を開示した先行技術としては、以下のようなものがある。
特開2001-332391号公報は、低反射率積層構造体としてアルミ、酸化亜鉛(ZnO)、及びアルミを開示している。具体的に、特開2001-332391号公報では、透明基材上に成膜された透明電極であるインジウム錫酸化物(ITO)の上に、正孔輸送層として4,4’−ビス−[(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]−ビフェニル(NPD)を、発光層としてトリス(8−キノリノラト−N1, 08)−アルミニウム(Alq3)を順に成膜した後に、フッ化リチウムを成膜している。そしてフッ化リチウム膜の上に、アルミ、酸化亜鉛(ZnO)、及びアルミを順に成膜し、低反射率積層構造体を構成している。
特開2001-332391号公報に開示された低反射率積層構造体にて用いられるZnOは導電性無機膜であるため、有機ELデバイスを製造する装置に蒸着源の追加が必要である。また、有機ELデバイスの有機層は、成膜時のダメージを受けやすく、ZnOのように熱蒸発に高温を要する無機材料では熱ダメージが発生する。また、EB蒸着が必要な材料では、反射電子によるダメージが発生する。ところが、低反射率積層構造体は、有機ELデバイスにおける陰極をかねるため、前記第２半透過性層は導電性を持つ必要がある。よって、特開2001-332391号公報に開示された例では、有機物へのダメージの少ない材料を選択することが出来なかった。
本発明の課題としては、有機ELデバイスにダメージを与えることなく、低反射率積層構造体を有機ELデバイスに付与すること等が挙げられる。
本発明の請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンスデバイスは、陽極として機能する透明電極と、発光性の有機物を含む有機物薄膜積層体と、陰極として機能する背面電極構造体とを順に積層して構成される有機エレクトロルミネッセンスデバイスであって、
前記背面電極構造体は、前記有機物薄膜積層体上に、第１半透過性膜と、有機物からなる第２半透過性膜と、反射層とが順に成膜されてなる光学干渉を利用した低反射率積層構造を有し、前記第１半透過性膜および前記反射層は導電性を有し、前記第２半透過性膜は電子を供給する引き出し電極の上方には成膜されておらず、前記第１半透過性膜と前記反射層とが前記引き出し電極の上方の接続部にて接続されていることを特徴とする。
前記背面電極構造体は、前記有機物薄膜積層体上に、第１半透過性膜と、有機物からなる第２半透過性膜と、反射層とが順に成膜されてなる光学干渉を利用した低反射率積層構造を有し、前記第１半透過性膜および前記反射層は導電性を有し、前記第２半透過性膜は電子を供給する引き出し電極の上方には成膜されておらず、前記第１半透過性膜と前記反射層とが前記引き出し電極の上方の接続部にて接続されていることを特徴とする。
本願発明者らは、低反射率積層構造体を、通常有機ELデバイスを作製するときに用いるAlと、有機物で構成することが出来ることを見出した。また、発明者らは、半導体である有機物で構成された低反射率積層構造体を有機ELデバイスの陰極に用いることができることを見出した。
以下、図面を参照しながら本発明に係る有機ELデバイスの実施形態について、詳細に説明する。
（第１実施形態）
以下、本発明に係る有機ELデバイスの第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態の有機ELデバイス１０を示す図である。有機ELデバイス１０は、透明基板１１上に、陽極として機能するＩＴＯを素材とする透明電極１２と、有機層１３と、陰極として機能する背面電極構造体１４とを順に積層して構成されている。
以下、本発明に係る有機ELデバイスの第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態の有機ELデバイス１０を示す図である。有機ELデバイス１０は、透明基板１１上に、陽極として機能するＩＴＯを素材とする透明電極１２と、有機層１３と、陰極として機能する背面電極構造体１４とを順に積層して構成されている。
有機層１３は、透明基板１１上に成膜された透明電極１２上にパターニングなどの必要な工程を施した後に、真空槽内で複数の有機物を順次加熱蒸着して作製されている。例えば、透明電極１２の上に、ホール輸送層を数十〜数百nm堆積させた後、発光層を同じく堆積し、続いて電子輸送層を堆積する。これらの層の機能は、一つの層が複数の機能を有している場合もある。また、ひとつの機能を複数の材料の積層で構成することもある。以上は、低分子系有機EL材料の製膜方法であるが、高分子系有機EL材料等を用い、溶液をスピンコート法やインクジェット法等で順次塗布してもよい。
このようにして順次多層積層成膜された有機ELデバイスは、pn接合型の半導体発光ダイオードのように振る舞う。すなわち、透明電極１２と背面電極構造体１４の間に電圧を印加すると、陽極である透明電極１２からホールが有機層１３内部に注入され、陰極である背面電極構造体１４から電子が有機層１３内部に注入される。ホールは、ホール輸送層中を輸送され、電子は電子輸送層中を輸送され、発光層内部で両キャリアが再結合し、そのエネルギーが発光層分子を励起し、励起分子が基底状態に戻る際に蛍光またはリン光を発する。
背面電極構造体１４は、有機層１３上に成膜される層であり、複数の層から構成された低反射率積層構造体として機能する。この背面電極構造体１４は、金属を素材とした第１半透過性膜１５の上に有機物を素材とした第２半透過性膜１６を蒸着し、第２半透過性膜１６上に金属を素材とした反射層１７が積層されて構成されている。
第１半透過性膜１５は、透明基板１１から入射した光を一部透過し、一部反射する。第１半透過性膜１５は、膜にならない程薄く、段部における連続性が低いため、横方向（透明基板１１に平行な方向、以下横方向）の配線抵抗が高く、電流を殆ど流さない。
第１半透過性膜１５は、真空加熱蒸着法により有機層１３上に成膜される光半透過性膜であり、具体的な素材としては、Al, Au, Cr, Cu, Agや、低仕事関数金属のMg,Ca等を用いることが可能である。第１半透過性膜１５は、導電性でありかつ真空加熱蒸着法による成膜時に有機層１３にダメージを与えないものであることが好ましい。
第２半透過性膜１６は、有機物から構成され、第１半透過性膜１５上に成膜された光半透過性薄膜である。第２半透過性膜１６は、有機物を真空加熱蒸着法により第１半透過性膜１５上に堆積することにより成膜される。第２半透過性膜は、第１半透過性膜１５と反射層１７間に電流を流す必要があるため、半導体または導体で構成されている。例として、第２半透過性膜１６は、トリス（8―キノリノラト−N1, 08）−アルミニウム(Alq3)、銅フタロシアニン(CuPC)等を用いることが可能である。このAlq3及び銅フタロシアニンは、有機層１３内部の層の組成と同一であるため、デバイス成膜時の蒸着源を増やすことなく第２半透過性膜１６を成膜することが可能である。また、有機物である第２半透過性膜１６として有機物を成膜する場合の蒸着温度は、200〜350℃程度である。この温度は、ZnO等の無機半透過性膜を蒸着する場合の温度（1725℃）と比べて十分に低いため、有機層１３へのダメージが少なく、また製造装置の真空槽への熱的負荷も小さい。
反射層１７は、光学反射層であり、第１半透過性膜１５と同じ素材でよく、異なっていてもよい。反射層１７は、配線として十分に低抵抗で、図１の矢印に示す経路に沿って電流を流す電荷パスとして機能する。反射層１７は、引き出し電極１８から供給された電子を輸送し、第２半透過性膜１６及び第１半透過性膜１５を介して有機層１３に電子を注入する。反射層１７は、必ずしも第１半透過性膜１５と同じ素材で構成する必要はないが、蒸着源の数を増やさないためには、第１半透過性膜と同一の素材であることが好ましい。
背面電極構造体１４を構成する第１半透過性膜１５、第２半透過性膜１６、反射層１７は、透明基板１１の外部から入射する低反射率積層構造体として機能する。この低反射率積層構造体に入射した光は、有機層１３と第１半透過性膜１５の界面、第１半透過性膜と第２半透過性膜１６の界面、及び第２半透過性膜１６と反射層１７の界面で反射し、各界面での反射光は互いに干渉しあう。低反射率積層構造体では、光学干渉や光の吸収により、目的とする波長の光を弱めるように、第１半透過性膜１５、第２半透過性膜１６の厚みが調整されている。例としては、第２半透過性膜１６の光学的膜厚が目的波長λの概略１／４となるように調整されている。
上記構成によれば、外部から有機ELデバイス１０内部に入射した外部光は、低反射率積層構造体である背面電極構造体１４に入射し、強度が弱められて低反射積層体外部に出力されるので、外部光の反射が小さいデバイスとなる。従って、背面電極構造体１４は、有機ELデバイスの背面電極でありかつ低反射率積層構造体として機能することが可能である。
また、有機層１３を構成する素材と同一の素材のもので第２半透過性膜１６を成膜した場合には、第２半透過性膜１６と蒸着源を共有できるため、蒸着源の数を減らすことが可能となる。また、コンタミネーションの影響もなくなる。
また、本実施形態でも、第１半透過性膜１５としてAl、第２半透過性膜１６としてAlq3を用いた場合には、ZnO等の無機物を成膜する場合よりも蒸着温度が低いため、有機層１３へのダメージを低くすることが可能である。また、Al及びAlq3を用いた場合には、これらの蒸着温度が低いため、蒸着源への負荷を小さくすることが可能となる。
なお、本実施形態では、第２半透過性膜１６は、導体又は半導体であるとしたが、第１半透過性膜１５が、有機層１３に電荷を供給できる程度の厚みを有し、横方向に連続性を有している場合には、絶縁体であってもよい。
（第２実施形態）
以下、本発明に係る有機ELデバイスの第２実施形態について説明する。図２は、第２実施形態の有機ELデバイス２０を示す図である。有機ELデバイス２０は、透明基板２１上に、陽極として機能するＩＴＯを素材とする透明電極２２と、有機層２３と、陰極として機能する背面電極構造体２４とを順に積層して構成されている。透明基板２１、透明電極２２及び有機層２３の構成は、第１実施形態に記載の透明基板１１、透明電極１２及び有機層１３と同等である。
以下、本発明に係る有機ELデバイスの第２実施形態について説明する。図２は、第２実施形態の有機ELデバイス２０を示す図である。有機ELデバイス２０は、透明基板２１上に、陽極として機能するＩＴＯを素材とする透明電極２２と、有機層２３と、陰極として機能する背面電極構造体２４とを順に積層して構成されている。透明基板２１、透明電極２２及び有機層２３の構成は、第１実施形態に記載の透明基板１１、透明電極１２及び有機層１３と同等である。
背面電極構造体２４は、有機層２３上に成膜される層であり、複数の層から構成された低反射率積層構造体として機能する。この背面電極構造体２４は、導電性の第１半透過性膜２５の上に有機物からなる第２半透過性膜２６を蒸着し、第２半透過性膜２６上に導電性の反射層２７が積層されて構成されている。ここで、第１半透過性膜２５，第２半透過性膜２６，及び反射層２７の素材は、第１実施形態に記載の第１半透過性膜１５，第２半透過性膜１６，及び反射層１７と同一のものを用いることが可能である。
本実施形態では、第２半透過性膜が電子を供給する引き出し電極２８の上方には成膜されておらず、第１半透過性膜２５と反射層２７は、引き出し電極２８の上方の接続部２９にて接続されている。本実施形態の構成では、電流は、第１実施形態と異なり第２半透過性膜２６を介さず、引き出し電極２８から反射層２７、接続部２９、第１半透過性膜２５の順に流れる。この場合、第２半透過性膜２６は、絶縁性であってもよい。
背面電極構造体２４を構成する第１半透過性膜２５、第２半透過性膜２６、反射層２７は、透明基板２１の外部から入射する低反射率積層構造体として機能する。この低反射率積層構造体に入射した光は、有機層２３と第１半透過性膜２５の界面、第１半透過性膜２５と第２半透過性膜２６の界面、及び第２半透過性膜２６と反射層２７の界面で反射し、各界面での反射光は互いに干渉しあう。低反射率積層構造体では、光学干渉や光の吸収により、目的とする波長の光を弱めるように、第１半透過性膜２５、第２半透過性膜２６の厚みが調整されている。例としては、第２半透過性膜２６の光学的膜厚が目的波長λの概略１／４となるように調整されている。
上記構成によれば、外部から有機ELデバイス２０内部に入射した外部光は、低反射率積層構造体である背面電極構造体２４に入射し、強度が弱められて低反射積層体外部に出力される。従って、外部光の出力を弱め、有機層２３から出射するEL光強度を相対的に強めることが可能となる。従って、背面電極構造体２４は、有機ELデバイスの背面電極でありかつ低反射率積層構造体として機能することが可能である。
また、本実施形態は、第２半透過性膜２６としてAl及びAlq3を用いた場合には、ZnO等の無機物を成膜する場合よりも蒸着温度が低いため、有機層２３へのダメージが低くすることが可能である。また、Al及びAlq3を用いた場合には、これらの蒸着温度が低いため、蒸着源への負荷が小さくすることが可能となる。
また、有機層を構成する素材と同一の素材のもので第２半透過性膜２６を成膜した場合には、第２半透過性膜２６用に蒸着源を共有できるため、蒸着源の数を減らすことが可能となる。
（層構造について）
図７は、第１実施形態及び第２実施形態の有機ELデバイス１０，２０の層構造を模式的に表したものである。
図７における有機ELデバイス１００は、電極層１０５上に発光性の有機物を含む有機物薄膜積層体１０４が配置され、そして有機物薄膜積層体１０４上に、第１半透過性膜１０３、第２半透過性膜１０２及び反射層１０１が順に積層されて構成されている。
図７は、第１実施形態及び第２実施形態の有機ELデバイス１０，２０の層構造を模式的に表したものである。
図７における有機ELデバイス１００は、電極層１０５上に発光性の有機物を含む有機物薄膜積層体１０４が配置され、そして有機物薄膜積層体１０４上に、第１半透過性膜１０３、第２半透過性膜１０２及び反射層１０１が順に積層されて構成されている。
反射層１０１、第２半透過性膜１０２、および第１半透過性膜１０３は、光学干渉や光の吸収により、目的とする波長の光を弱める低反射率積層構造を構成している。
第２半透過性膜１０２は、有機物によって構成されている。この第２半透過性膜１０２は、有機物薄膜積層体１０４を構成する有機物によって構成されていてもよい。
第２半透過性膜１０２は、有機物によって構成されている。この第２半透過性膜１０２は、有機物薄膜積層体１０４を構成する有機物によって構成されていてもよい。
有機ELデバイス１００では、第１半透過性膜１０３が有機物薄膜積層体１０４に電子またはホールを供給する電極として機能しており、第１半透過性膜１０３、有機物薄膜積層体１０４、及び電極層１０５によって有機EL光を発光させるための有機EL機能部が構成されている。すなわち、有機ELデバイス１００においては、有機EL機能部と、低反射率積層構造とが一部重複している。
ここで、第１半透過性膜１０３は、第２半透過性膜１０２、または第２半透過性膜１０２及び反射層１０１を介して電子またはホールを受け取ってもよいし、外部の供給源または供給配線等から直接電子またはホールを受け取ってもよい。
ここで、第１半透過性膜１０３は、第２半透過性膜１０２、または第２半透過性膜１０２及び反射層１０１を介して電子またはホールを受け取ってもよいし、外部の供給源または供給配線等から直接電子またはホールを受け取ってもよい。
この有機ELデバイス１００では、電極層１０５と第１半透過性膜１０３からそれぞれ有機物薄膜積層体１０４に電子及びホールが供給され、有機物薄膜積層体１０４内で電子及びホールが再結合することにより発光する。発光した光は、電極層１０５側から外部に出射される。
また、外部から電極層１０５に入射した外部光は、有機物薄膜積層体１０４と第１半透過性膜１０３の界面、第１半透過性膜１０３と第２半透過性膜１０２の界面、及び第２半透過性膜１０２と反射層１０１の界面で反射し、各界面での反射光は互いに干渉しあい弱められる。したがって、外部光の反射率が低下し、相対的に有機物薄膜積層体１０４内で発光した発光光の輝度が向上する。
なお、有機物薄膜積層体１０４にて発光した光は、反射層１０１側から出射されるようにしてもよい。この場合には、第１半透過性膜１０３が実質的には反射層として機能し、そして反射層１０１が実質的には第１半透過性膜として機能し、反射層１０１から入射した外部光の反射率を低下させることが可能である。
ここで、本発明に係る有機ELデバイスの層構造としては、上記有機ELデバイス１００に限られることはなく、様々な変形例が考えられる。
図８は、有機ELデバイスの層構造の第１の変形例を示す図である。
図８に示す有機ELデバイス１１０は、電極層１１５上に有機物層１１４が配置され、そして有機物層１１４上に、第１半透過性膜１１３、第２半透過性膜１１２及び反射層１１１が順に積層されて構成されている。
図８に示す有機ELデバイス１１０は、電極層１１５上に有機物層１１４が配置され、そして有機物層１１４上に、第１半透過性膜１１３、第２半透過性膜１１２及び反射層１１１が順に積層されて構成されている。
反射層１１１、第２半透過性膜１１２、および第１半透過性膜１１３は、光学干渉や光の吸収により、目的とする波長の光を弱める低反射率積層構造を構成している。
また、本変形例では、発光性の有機物は、有機物層１１４、第１半透過性膜１１３及び第２半透過性膜１１２の何れか一つに設けられ、有機物層１１４、第１半透過性膜１１３及び第２半透過性膜１１２により有機物薄膜積層体が構成されている。
また、本変形例では、発光性の有機物は、有機物層１１４、第１半透過性膜１１３及び第２半透過性膜１１２の何れか一つに設けられ、有機物層１１４、第１半透過性膜１１３及び第２半透過性膜１１２により有機物薄膜積層体が構成されている。
反射層１１１は、第２半透過性膜１１２に電子またはホールを供給する電極として機能しており、反射層１１１，第２半透過性膜１１２、第１半透過性膜１１３、有機物層１１４、第１半透過性膜１１３及び第２半透過性膜１１２及び電極層１１５によって有機EL光を発光させるための有機EL機能部が構成されている。すなわち、有機ELデバイス１１０においては、有機EL機能部が低反射率積層構造を含む構造となっている。
なお、少なくとも第２半透過性膜１１２は、有機物によって構成されている。
なお、少なくとも第２半透過性膜１１２は、有機物によって構成されている。
この有機ELデバイス１１０では、電極層１１５と第１半透過性膜１１３からそれぞれ有機物薄膜積層体に電子及びホールが供給され、有機物薄膜積層体内で電子及びホールが再結合することにより発光する。発光した光は、電極層１１５側から外部に出射される。
また、外部から電極層１１５に入射した外部光は、有機物層１１４と第１半透過性膜１１３の界面、第１半透過性膜１１３と第２半透過性膜１１２の界面、及び第２半透過性膜１１２と反射層１１１の界面で反射し、各界面での反射光は互いに干渉しあい弱められる。したがって、外部光の反射率が低下し、相対的に有機物薄膜積層体１１４内で発光した発光光の輝度が向上する。
なお、有機物薄膜積層体内にて発光した光は、反射層１１１側から出射されるようにしてもよい。この場合には、第１半透過性膜１１３が実質的には反射層として機能し、そして反射層１１１が実質的には第１半透過性膜として機能し、反射層１１１から入射した外部光の反射率を低下させることが可能である。
図９は、有機ELデバイスの層構造の第２の変形例を示す図である。
図９に示す有機ELデバイス１２０では、第１電極層１２３上に発光性の有機物を含む有機物薄膜積層体１２２が配置され、そして有機物薄膜積層体１２２上に、第２電極層１２１が配置されている。
図９に示す有機ELデバイス１２０では、第１電極層１２３上に発光性の有機物を含む有機物薄膜積層体１２２が配置され、そして有機物薄膜積層体１２２上に、第２電極層１２１が配置されている。
ここで、第２電極層１２１、有機物薄膜積層体１２２及び第１電極層１２３は、それぞれ反射層、第２半透過性膜及び第１半透過性膜を構成し、全体として光学干渉や光の吸収により、目的とする波長の光を弱める低反射率積層構造をなしている。また、第２電極層１２１、有機物薄膜積層体１２２及び第１電極層１２３によって有機EL光を発光させるための有機EL機能部が構成され、すなわち、有機ELデバイス１２０は、有機EL機能部全体が低反射率積層構造となる構造を有している。
この有機ELデバイス１２０では、第２電極層１２１と第１電極層１２３からそれぞれ有機物薄膜積層体１２２に電子及びホールが供給され、有機物薄膜積層体１２２内で電子及びホールが再結合することにより発光する。発光した光は、第１電極層１２３側から外部に出射される。
また、外部から第１電極層１２３に入射した外部光は、第１電極層１２３と外界との界面、第１電極層１２３と有機物薄膜積層体１２２との界面、及び有機物薄膜積層体１２２と第２電極層１２１との界面で反射し、各界面での反射光は互いに干渉しあい弱められる。したがって、外部光の反射率が低下し、相対的に有機物薄膜積層体１２２内で発光した発光光の輝度が向上する。
なお、有機物薄膜積層体１２２にて発光した光は、第２電極層１２１側から出射されるようにしてもよい。この場合には、第１電極層１２３が実質的には反射層として機能し、そして第２電極層１２１が実質的には第１半透過性膜として機能し、第２電極層１２１から入射した外部光の反射率を低下させることが可能である。
図１０は、有機ELデバイスの層構造の第３の変形例を示す図である。
図１０に示す有機ELデバイス１３０は、第１電極層１３７上に複数の有機物層１３６，１３５，１３４，１３３，１３２が順に積層され、有機物層１３２上に第２電極層１３１が積層されて構成されている。
複数の有機物層１３２，１３３，１３４，１３５，１３６の少なくとも一つは、発光性の有機物を含む発光層であり、複数の有機物層１３２，１３３，１３４，１３５，１３６全体で、有機物薄膜積層体を構成している。
図１０に示す有機ELデバイス１３０は、第１電極層１３７上に複数の有機物層１３６，１３５，１３４，１３３，１３２が順に積層され、有機物層１３２上に第２電極層１３１が積層されて構成されている。
複数の有機物層１３２，１３３，１３４，１３５，１３６の少なくとも一つは、発光性の有機物を含む発光層であり、複数の有機物層１３２，１３３，１３４，１３５，１３６全体で、有機物薄膜積層体を構成している。
本変形例では、有機物薄膜積層体の有機物層１３５が第１半透過性膜を、有機物層１３４が第２半透過性膜を、そして有機物層１３３が反射層を構成しており、全体で光学干渉や光の吸収により、目的とする波長の光を弱める低反射率積層構造をなしている。そして、第１電極層１３１、複数の有機層１３２，１３３，１３４，１３５，１３６及び第２電極層１３７は、全体で有機EL光を発光させるための有機EL機能部を構成している。すなわち、有機ELデバイス１３０においては、有機EL機能部の内部に低反射率積層構造が設けられた構造となっている。
この有機ELデバイス１３０では、第１電極層１３７と第２電極層１３１からそれぞれ有機物薄膜積層体に電子及びホールが供給され、有機物薄膜積層体内で電子及びホールが再結合することにより発光する。発光した光は、第１電極層１３７側から外部に出射される。
また、外部から第１電極層１３７に入射した外部光は、有機物層１３６と有機物層１３５との界面、有機物層１３５と有機物層１３４との界面、及び有機物層１３４と有機物層１３３との界面で反射し、各界面での反射光は互いに干渉しあい弱められる。したがって、外部光の反射率が低下し、相対的に有機物薄膜積層体内で発光した発光光の輝度が向上する。
なお、有機物薄膜積層体にて発光した光は、第２電極層１３１側から出射されるようにしてもよい。この場合には、有機物層１３３が実質的には第１半透過性膜として機能し、そして有機物層１３５が実質的には反射層として機能することにより、第２電極層１３１側から入射した外部光の反射率を低下させることが可能である。
図１１は、有機ELデバイスの層構造の第４の変形例を示す図である。
図１１における有機ELデバイス１４０は、第１電極層１４６上に発光性の有機物を含む有機物薄膜積層体１４５が配置され、そして有機物薄膜積層体１４５上に第２電極層１４４が積層され、この第２電極層１４４上に第１半透過性膜１４３、第２半透過性膜１４２及び反射層１４１が順に積層されて構成されている。
図１１における有機ELデバイス１４０は、第１電極層１４６上に発光性の有機物を含む有機物薄膜積層体１４５が配置され、そして有機物薄膜積層体１４５上に第２電極層１４４が積層され、この第２電極層１４４上に第１半透過性膜１４３、第２半透過性膜１４２及び反射層１４１が順に積層されて構成されている。
反射層１４１、第２半透過性膜１４２、および第１半透過性膜１４３は、光学干渉や光の吸収により、目的とする波長の光を弱める低反射率積層構造を構成している。
第２半透過性膜１４２は、有機物によって構成されている。この第２半透過性膜１４２は、有機物薄膜積層体１４５を構成する有機物によって構成されていてもよい。
第２半透過性膜１４２は、有機物によって構成されている。この第２半透過性膜１４２は、有機物薄膜積層体１４５を構成する有機物によって構成されていてもよい。
有機ELデバイス１４０では、第１電極層１４６、有機物薄膜積層体１４５及び第２電極層１４４によって有機EL光を発光させるための有機EL機能部が構成されている。すなわち、有機ELデバイス１４０においては、有機EL機能部上に低反射率積層構造が設けられている。
この有機ELデバイス１４０では、第１電極層１４６と第２電極層１４７からそれぞれ有機物薄膜積層体１４５に電子及びホールが供給され、有機物薄膜積層体１４５内で電子及びホールが再結合することにより発光する。発光した光は、第１電極層１４６側から外部に出射される。
また、外部から第１電極層１４６に入射した外部光は、第２電極層１４４と第１半透過性膜１４３の界面、第１半透過性膜１４３と第２半透過性膜１４２の界面、及び第２半透過性膜１４２と反射層１４１の界面で反射し、各界面での反射光は互いに干渉しあい弱められる。したがって、外部光の反射率が低下し、相対的に有機物薄膜積層体１４５内で発光した発光光の輝度が向上する。
なお、有機物薄膜積層体１４５にて発光した光は、反射層１４１側から出射されるようにしてもよい。この場合には、第１半透過性膜１４３が実質的には反射層として機能し、そして反射層１４１が実質的には第１半透過性膜として機能し、反射層１４１から入射した外部光の反射率を低下させることが可能である。
また、上記説明においては、各有機ELデバイスは、低反射率積層構造を一つ有するとして説明を行ったが、これに限られることはなく、複数の低反射率積層構造を一つの有機ELデバイス内に構成するようにしてもよい。
（実施例１）
第１実施形態及び第２実施形態に係る第２半透過性膜１６，２６として使用されるトリス(8-キノリノラト-N1,08)-アルミニウム(Alq3)を用いた低反射性積層体を作成した。低反射性積層体を構成するためには、簡単な場合には、Alq3の光学的膜厚が低減させるべき光の目的波長λの概略1/4であればよい。Alq3の屈折率は、たとえばエリプソメトリ法などで測定することが出来、波長525nmにおいて1.76である。
第１実施形態及び第２実施形態に係る第２半透過性膜１６，２６として使用されるトリス(8-キノリノラト-N1,08)-アルミニウム(Alq3)を用いた低反射性積層体を作成した。低反射性積層体を構成するためには、簡単な場合には、Alq3の光学的膜厚が低減させるべき光の目的波長λの概略1/4であればよい。Alq3の屈折率は、たとえばエリプソメトリ法などで測定することが出来、波長525nmにおいて1.76である。
膜の屈折率をn、厚さをdとしたとき、その光学厚さはn×dで与えられ、Alq3膜の場合、λ=525nmの1/4となるdは
n・d ＝ 525/4 ＝ 131.25
∴ d ＝74.6 nm
である。
n・d ＝ 525/4 ＝ 131.25
∴ d ＝74.6 nm
である。
界面活性剤で超音波洗浄を行った後乾燥させたソーダライムガラス上に、真空加熱蒸着法によりアルミニウムを5nm堆積させた後、同じく真空加熱蒸着法によりAlq3を20, 40, 60, 80nm堆積させ、続いて同じく真空加熱蒸着法によりアルミニウムを100nm堆積した構造体を作製した。図３は、実施例1の、ソーダライムガラスから観察した光の反射率である。反射率の最低値は1%程度であり、また、Alq3厚さを調整することで、反射率の調整が可能であることが確認された。
（実施例２）
実施例２として、実施例１の低反射率積層構造体を第２実施形態に係る有機ELデバイス２の陰極として用いたものを作製した。ソーダライムガラス上に成膜された透明電極をパターニングし、その上に有機ELデバイスを以下の要領で作製した。
実施例２として、実施例１の低反射率積層構造体を第２実施形態に係る有機ELデバイス２の陰極として用いたものを作製した。ソーダライムガラス上に成膜された透明電極をパターニングし、その上に有機ELデバイスを以下の要領で作製した。
30×30mmサイズのソーダライムガラスに2mm幅でストライプをパターニングし、その上に６×12mmのサイズで有機物を蒸着した。ホール注入層として銅フタロシアニンを25nm、ホール輸送層としてNPDを45nm、発光層としてAlq3を60nm順次真空中にて加熱蒸着した。その後、電子注入添加材として、Li2Oを0.3nm積層した。その後、透明電極と直交する方
向に2mm幅のアルミニウムを5nm成膜した。続いて、Alq3を6×12mmのサイズで80nm成膜した。最後に、再び透明電極と直交する方向に2ｍｍ幅のアルミニウムを100nm蒸着した素子を作製した。本実施例では、画素の近傍で、導電性の高い高反射層である厚いアルミと、有機ELデバイスの電極となる第一の半透過性膜である薄いアルミを接続することで、第一の半透過性膜を有効に有機ELデバイスの陰極として作用させた。
向に2mm幅のアルミニウムを5nm成膜した。続いて、Alq3を6×12mmのサイズで80nm成膜した。最後に、再び透明電極と直交する方向に2ｍｍ幅のアルミニウムを100nm蒸着した素子を作製した。本実施例では、画素の近傍で、導電性の高い高反射層である厚いアルミと、有機ELデバイスの電極となる第一の半透過性膜である薄いアルミを接続することで、第一の半透過性膜を有効に有機ELデバイスの陰極として作用させた。
（比較例1）
比較例1として、ソーダライムガラス上に成膜された透明電極をパターニングし、その上にホール注入層として銅フタロシアニンを25nm、ホール輸送層としてNPDを45nm、発光層としてAlq3を60nm順次真空中にて加熱蒸着した。その後、電子注入添加材として、Li2Oを0.3nm積層した後、アルミを100nm蒸着し、比較例１の有機ELデバイスとした。
比較例1として、ソーダライムガラス上に成膜された透明電極をパターニングし、その上にホール注入層として銅フタロシアニンを25nm、ホール輸送層としてNPDを45nm、発光層としてAlq3を60nm順次真空中にて加熱蒸着した。その後、電子注入添加材として、Li2Oを0.3nm積層した後、アルミを100nm蒸着し、比較例１の有機ELデバイスとした。
図４は、実施例２と比較例１のデバイスの電圧-電流特性を示す図である。図４より、両デバイスの電圧-電流特性はほとんど同一であることがわかる。このことは、両デバイスにおいて有機ダイオードが等しく機能しており、同一電流に対するデバイスの内部発光強度も等しいと見なすことが出来る。また、視認された発光面は均一であり、Alq3を用いた低反射率積層構造体は、陰極として有効に働いていることがわかった。
（実施例３）
第１実施形態及び第２実施形態に係る第２半透過性膜１６，２６として使用される銅フタロシアニン(CuPC)を用いた低反射性積層体を作成した。界面活性剤で超音波洗浄を行った後に乾燥させたソーダライムガラス上に、真空加熱蒸着法によりアルミニウムを5nm堆積させた後、同じく、真空加熱蒸着法によりCuPCを50, 70, 90, 120, 150nm堆積させ、続いて同じく真空加熱蒸着法によりアルミニウムを100nm堆積した構造体をそれぞれ作成した。
第１実施形態及び第２実施形態に係る第２半透過性膜１６，２６として使用される銅フタロシアニン(CuPC)を用いた低反射性積層体を作成した。界面活性剤で超音波洗浄を行った後に乾燥させたソーダライムガラス上に、真空加熱蒸着法によりアルミニウムを5nm堆積させた後、同じく、真空加熱蒸着法によりCuPCを50, 70, 90, 120, 150nm堆積させ、続いて同じく真空加熱蒸着法によりアルミニウムを100nm堆積した構造体をそれぞれ作成した。
図５は、第２半透過性膜をCuPCで構成した実施例３の低反射率積層構造体のソーダライムガラス側から観察した反射率である。反射率の最低値は、1%程度であり十分に反射光を抑制している。
（実施例４）
実施例４として、実施例３のうち最も反射率が低い厚さ70nmのCuPCで構成された低反射率積層構造体を第２実施形態に係る有機ELデバイス２０の陰極として用いたものを作製した。ソーダライムガラス上に成膜された透明電極をパターニングし、その上に有機ELデバイスを以下の要領で作製した。
実施例４として、実施例３のうち最も反射率が低い厚さ70nmのCuPCで構成された低反射率積層構造体を第２実施形態に係る有機ELデバイス２０の陰極として用いたものを作製した。ソーダライムガラス上に成膜された透明電極をパターニングし、その上に有機ELデバイスを以下の要領で作製した。
ソーダライムガラス上に成膜された透明電極をパターニングし、その上にホール注入層として銅フタロシアニンを25nm、ホール輸送層としてNPDを45nm、発光層としてAlq3を60nm順次真空中にて加熱蒸着した。そして発光層上に、電子注入添加剤としてLiO2を0.3nm、アルミニウムを5nm、銅フタロシアニンを70nm、アルミニウムを100nm、順次蒸着したデバイスを作製した。
（比較例２）
比較例２として、ソーダライムガラス上に成膜された透明電極をパターニングし、その上にホール注入層として銅フタロシアニンを25nm、ホール輸送層としてNPDを45nm、発光層としてAlq3を60nm順次真空中にて加熱蒸着した。その後、電子注入添加材として、Li2Oを0.3nm積層した後、アルミを100nm蒸着し、比較例１の有機ELデバイスとした。
比較例２として、ソーダライムガラス上に成膜された透明電極をパターニングし、その上にホール注入層として銅フタロシアニンを25nm、ホール輸送層としてNPDを45nm、発光層としてAlq3を60nm順次真空中にて加熱蒸着した。その後、電子注入添加材として、Li2Oを0.3nm積層した後、アルミを100nm蒸着し、比較例１の有機ELデバイスとした。
図６は、実施例４と比較例２のデバイスの電圧-電流特性を示す図である。図４より、両デバイスの電圧-電流特性はほとんど同一であることがわかる。このことは、両デバイスにおいて有機ダイオードが等しく機能しており、同一電流に対するデバイスの内部発光強度も等しいと見なすことが出来る。また、視認された発光面は均一であり、CuPCを用いた低反射率積層構造体は、陰極として有効に働いていることがわかった。
１０，２０ 有機ELデバイス
１１，２１ 透明基板
１２，２２ 透明電極（陽極）
１３，２３ 有機層
１４，２４ 背面電極構造体（低反射構造積層体）
１５，２５ 第１半透過性膜
１６，２６ 第２半透過性膜
１７，２７ 反射層
１８，２８ 引き出し電極
２９ 接続部
１１，２１ 透明基板
１２，２２ 透明電極（陽極）
１３，２３ 有機層
１４，２４ 背面電極構造体（低反射構造積層体）
１５，２５ 第１半透過性膜
１６，２６ 第２半透過性膜
１７，２７ 反射層
１８，２８ 引き出し電極
２９ 接続部
Claims (5)
- 陽極として機能する透明電極と、発光性の有機物を含む有機物薄膜積層体と、陰極として機能する背面電極構造体とを順に積層して構成される有機エレクトロルミネッセンスデバイスであって、
前記背面電極構造体は、前記有機物薄膜積層体上に、第１半透過性膜と、有機物からなる第２半透過性膜と、反射層とが順に成膜されてなる光学干渉を利用した低反射率積層構造を有し、
前記第１半透過性膜および前記反射層は導電性を有し、前記第２半透過性膜は電子を供給する引き出し電極の上方には成膜されておらず、前記第１半透過性膜と前記反射層とが前記引き出し電極の上方の接続部にて接続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デバイス。 - 前記第１半透過性膜と、前記有機物からなる第２半透過性膜と、前記反射層とは、真空蒸着によって成膜されてなる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デバイス。
- 前記第２半透過性膜を構成する有機物はアルミキノリノール錯体である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デバイス。
- 前記第２半透過性膜を構成する有機物は銅フタロシアニンである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デバイス。
- 前記第２半透過性膜は、前記発光性の有機物を含む前記有機物薄膜積層体のうちの一つと同一の素材で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンスデバイス。
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