KR20160030205A - 유기 일렉트로 루미네센스 소자 및 조명 장치 - Google Patents

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KR20160030205A
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노리히로 이토
다카시 안지키
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파나소닉 아이피 매니지먼트 가부시키가이샤
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Abstract

유기 일렉트로 루미네센스 소자는, 광투과성 전극(2)과, 광투과성 전극(2)과 쌍을 이루고 광반사성을 갖는 대전극(4)과, 광투과성 전극(2)과 대전극(4)의 사이에 배치되는 발광층(3)을 구비하고 있다. 대전극(4)은, Ag 또는 Ag를 함유하는 합금에 의해 구성되어 있다. 유기 일렉트로 루미네센스 소자는, 대전극(4)의 발광층(3)과는 반대측에 보조 반사층(6)을 갖는다. 유기 일렉트로 루미네센스 소자는, 보조 반사층(6)과 대전극(4)의 사이에, 대전극(4)과 보조 반사층(6)의 사이에서 성분이 확산하여 이동하는 것을 저해하는 확산 저해층(5)을 갖는다

Description

유기 일렉트로 루미네센스 소자 및 조명 장치{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT ELEMENT AND LIGHTING DEVICE}
유기 일렉트로 루미네센스 소자 및 그것을 이용한 조명 장치에 관한 발명이 개시된다.
유기 일렉트로 루미네센스 소자(이하 「유기 EL 소자」라고도 한다)로서, 기판 상에 설치된 양극과 음극의 사이에, 홀 주입층, 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등의 기능층을 적층시킨 구조의 것이 일반적으로 알려져 있다. 유기 EL 소자에서는, 양극과 음극의 사이에 전압을 인가함으로써, 발광층에서 발생한 광이 면 형상으로 외부에 취출된다.
유기 EL 소자에서는, 광투과성의 전극을 통해 광이 외부로 취출된다. 그 때, 광투과성의 전극의 쌍을 이루는 전극을 반사성의 전극으로 구성하고, 발광층으로부터의 광을 반사성의 전극으로 반사시켜, 외부로 광을 취출하는 구조가 알려져 있다. 반사성의 전극을 이용함으로써, 광을 외부로 효율적으로 취출할 수 있다.
유기 EL 소자에 있어서는, 광취출 효율이 중요하고, 광취출성을 보다 높이는 구조가 개발되어 있다. 일본국 특허 공개 2003-123987호에서는, 전반사 미러와 하프미러의 사이에 발광층을 설치하여 공진 구조를 형성함으로써, 고휘도를 얻는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이 구조는, 각층에 있어서의 두께의 설정이 어렵고, 소자를 간단하게 형성할 수 없을 우려가 있다.
또, 광반사성을 높이는 구조로서, 반사성의 전극의 반사율을 올리는 것을 생각할 수 있다. 예를 들면, 전극 재료로서 은을 이용하면, 은은 반사성이 높은 금속이기 때문에, 전극의 반사성이 향상되는 것이 기대된다.
그러나, 은은 성막시에 유입되어 적층되는 성질을 갖기 때문에, 이물 등이 혼입된 경우에 쇼트 불량이 발생하기 쉽고, 은을 포함하는 전극을 신뢰성 높게 형성하는 것은 용이하지 않다. 또, 반사성 향상을 위해 은을 많이 사용하면 고비용이 되는 경우가 있고, 경제성이 저하해 버릴 우려가 있다.
이하에 개시되는 발명은, 반사성을 향상함과 더불어, 쇼트 불량을 억제하고, 광취출 효율이 높고 전기적 신뢰성이 높은 유기 일렉트로 루미네센스 소자 및 조명 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
유기 일렉트로 루미네센스 소자가 개시된다. 유기 일렉트로 루미네센스 소자는, 광투과성 전극과, 대전극과, 발광층과, 보조 반사층과, 확산 저해층을 구비하고 있다. 상기 대전극은, 상기 광투과성 전극과 쌍을 이루고, Ag 또는 Ag를 함유하는 합금에 의해 구성되고, 광반사성을 갖는다. 상기 발광층은, 상기 광투과성 전극과 상기 대전극의 사이에 배치된다. 상기 보조 반사층은, 상기 대전극의 상기 발광층과는 반대측에 배치된다. 상기 확산 저해층은, 상기 보조 반사층과 상기 대전극의 사이에 배치된다. 상기 확산 저해층은, 상기 대전극과 상기 보조 반사층의 사이에서 성분이 확산하여 이동하는 것을 저해한다.
조명 장치가 개시된다. 조명 장치는, 상기의 유기 일렉트로 루미네센스 소자와 배선을 구비하고 있다.
상기의 유기 일렉트로 루미네센스 소자 및 조명 장치는, 대전극이 은을 포함하는 것과 더불어, 보조 반사층과 확산 저해층이 설치되므로, 반사성이 향상됨과 더불어, 쇼트 불량이 억제되고, 광취출 효율이 높고, 전기적 신뢰성이 높다.
도 1은 유기 일렉트로 루미네센스 소자의 실시 형태의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 2A~도 2D로 구성된다. 도 2는, 이물에 의한 적층 구조의 영향을 설명하는 단면도이다. 도 2A는 대전극의 두께가 얇은 경우의 일례를 나타낸다. 도 2B는 대전극의 두께가 두꺼운 경우의 일례를 나타낸다. 도 2C는 대전극의 두께가 얇은 경우의 일례를 나타낸다. 도 2D는 대전극의 두께가 두꺼운 경우의 일례를 나타낸다.
도 3은 유기 일렉트로 루미네센스 소자의 실시 형태의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 4는 유기 일렉트로 루미네센스 소자의 실시 형태의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 5는 유기 일렉트로 루미네센스 소자의 실시 형태의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 6은 조명 장치의 일례를 나타내는 개략 사시도이다.
도 7은 도 7A 및 도 7B로 구성된다. 도 7은, 광반사 구조의 반사 특성을 나타내는 그래프이다. 도 7A는 실시예 1을 나타내고 있다. 도 7B는 비교예 1을 나타내고 있다.
유기 일렉트로 루미네센스 소자(유기 EL 소자)의 발명이 개시된다. 유기 EL 소자는, 광투과성 전극(2)과, 광투과성 전극(2)과 쌍을 이루고 광반사성을 갖는 대전극(4)과, 광투과성 전극(2)과 대전극(4)의 사이에 배치되는 발광층(3)을 구비하고 있다. 대전극(4)은, Ag 또는 Ag를 함유하는 합금에 의해 구성되어 있다. 대전극(4)의 발광층(3)과는 반대측에, 보조 반사층(6)이 설치되어 있다. 보조 반사층(6)과 대전극(4)의 사이에, 대전극(4)과 보조 반사층(6)의 사이에 성분이 확산하여 이동하는 것을 저해하는 확산 저해층(5)이 설치되어 있다. 이 유기 EL 소자에서는, 대전극(4)이 은을 포함하는 것과 더불어, 보조 반사층(6)이 설치됨으로써 반사성을 높일 수 있다. 또, 대전극(4)을 은 또는 은합금으로 구성한 경우라도, 대전극(4)은 보조 반사층(6)에서 반사 가능한 정도의 얇은 두께로 구성되어 있기 때문에, 쇼트 불량을 저감할 수 있다. 또, 보조 반사층(6)과 대전극(4)의 사이에 확산 저해층(5)이 설치됨으로써, 성분의 확산에 의해 반사성이 저하하거나 전극의 전기 특성이 변성하거나 하는 것을 억제할 수 있다. 그 때문에, 반사성을 높임과 더불어, 쇼트 불량을 억제할 수 있고, 광취출 효율을 향상시킬 수 있음과 더불어, 전기적 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은, 유기 EL 소자의 실시 형태의 일례를 나타내고 있다. 이 유기 EL 소자는, 광투과성 전극(2)과 발광층(3)과 대전극(4)과 확산 저해층(5)과 보조 반사층(6)을 갖고 있다. 이것들은, 지지 기판으로서 기능하는 광투과성 기판(1)에 지지되어 있다. 도 1에서는, 발광층(3)의 두께 방향의 경계 부분을 파선으로 나타내고 있다. 도 1의 흰색 화살표는, 광의 출사 방향이다.
광투과성 전극(2)과 대전극(4)의 사이에는, 발광층(3)을 포함하는 복수의 기능층에 의해 구성되는 유기층(9)이 설치되어 있다. 유기층(9)의 전체는, 기능층의 집합체에 의해 구성된다. 광투과성 전극(2), 유기층(9) 및 대전극(4)의 적층체가, 유기 발광체(10)가 된다. 또한, 발광에 지장이 없으면, 유기층(9)이 단일의 발광층(3)으로 구성되는 구조여도 된다.
유기 발광체(10)는, 광투과성 기판(1)의 표면에 설치되어 있다. 광투과성 기판(1)은, 발광 적층체를 지지하는 기재가 된다. 유기 발광체(10)의 적층 형성시에는, 광투과성 기판(1) 상에 각층이 순서대로 포개어져 적층된다. 예를 들면, 도 1에서는, 광투과성 기판(1) 상에, 광투과성 전극(2), 유기층(9)을 구성하는 복수의 기능층, 대전극(4)의 순서로 적층된다.
도 1의 유기 EL 소자는, 광투과성을 갖는 광투과성 전극(2)이 광투과성을 갖는 광투과성 기판(1)의 표면에 형성되어 있다. 광투과성 기판(1) 상에 광투과성 전극(2)을 형성하는 경우, 유기 EL 소자를 보다 용이하게 제조할 수 있다. 광투과성 기판(1)은 지지 기판이 된다. 그리고, 발광층(3)에서 발생한 광은 광투과성 기판(1)측으로부터 취출된다. 이 유기 EL 소자는, 이른바 보텀 에미션 구조의 소자이다. 물론, 유기 EL 소자는, 보텀 에미션 구조로 한정되는 것이 아니라, 톱 에미션 구조여도 된다. 톱 에미션 구조에서는, 광투과성 기판(1)은 봉지 기판을 구성할 수 있고, 대전극(4)의 발광층(3)과는 반대측에, 광투과성 기판(1)과 대향하는 지지 기판이 설치된다. 이 경우, 대전극(4)은, 지지 기판 상(표면)에 형성된다.
광투과성 기판(1)은, 적절한 기판 재료에 의해 구성된다. 예를 들면, 유리여도 된다. 유리를 이용한 경우, 유기 발광체(10)를 양호하게 형성하고, 지지할 수 있다. 또, 유리를 이용하면, 수분의 침수를 억제할 수 있고, 유기층(9)의 열화를 억제할 수 있다. 유리를 이용하는 경우, 굴절률이 높은 유리를 이용할 수도 있다. 그로 인해, 굴절률차를 저감하는 것이 가능하다. 고굴절률 유리의 굴절률은 예를 들면 1.7~1.9 정도이다. 물론, 굴절률이 1.7 이하인 일반적인 유리를 이용해도 된다. 또, 플라스틱에 의해 광투과성 기판(1)을 구성해도 된다. 플라스틱의 광투과성 기판(1)을 이용하면, 취급성을 높일 수 있다. 이 경우, 플라스틱은 방습성을 갖는 것이 바람직하다. 플라스틱은 가요성이 있기 위해, 플렉시블한 소자를 형성하는 것이 가능하게 된다. 또, 광투과성 기판(1)으로서, 유리와 플라스틱이 적층된 복합 기판을 이용할 수도 있다. 복합 기판에서는, 광취출성을 높일 수 있다. 복합 기판에서 광투과성 기판(1)을 구성하는 경우, 광취출측(외부측)에 유리를 배치하고, 광투과성 전극(2)측(내부측)에 플라스틱을 배치하는 것이 바람직하다. 그로 인해, 광취출성과 방습성을 높일 수 있다.
광투과성 전극(2)은 적절한 전극 재료로 형성할 수 있다. 예를 들면, 광투과성을 갖는 금속 박막, 금속 산화물막 등을 들 수 있다. 금속 산화물막으로서는, ITO, IZO, AZO 등이 예시된다. 또, 광투과성 전극(2)은, 금속 산화물과 금속 박막의 적층막 등으로 구성해도 된다. 예를 들면, ITO/Ag, Ag/ITO, Ag 합금/ITO, ITO/Ag 합금 등의 적층막을 들 수 있다. 여기서, Ag 합금으로서는 대전극(4)에서 설명하는 재료를 이용할 수 있다. 또한, 적층막의 표기에 있어서의 「/」는 층의 경계를 나타내고, 「/」의 전이 하층(광투과성 기판(1)측), 「/」의 후가 상층(대전극(4)측)을 나타낸다. 광투과성 전극(2)은 양극을 구성할 수도 있고, 음극을 구성할 수도 있다. 바람직한 일형태에서는 광투과성 전극(2)은 양극이 된다.
광투과성 전극(2)은, 가시광 영역의 소쇠 계수가 작은 것이 바람직하다. 예를 들면, 광투과성 전극(2)의 가시광 영역의 소쇠 계수는, 0.05 이하로 할 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
광투과성 전극(2)은, 전하의 이동도가 30㎠/Vs〕이상이고 또한 캐리어 밀도가 1×1021〔/㎤〕미만인 것이 바람직하다. 그로 인해, 같은 저항값으로 광투과성 전극(2)을 구성한 경우에, 가시광 영역 내의 적외역에 가까운 영역에서의 광흡수를 억제할 수 있기 때문에, 흡수 로스를 저감할 수 있다. 즉, 전하의 이동도 및 캐리어 밀도가 이 범위로부터 벗어나면, 동저항에서는, 근적외 영역에서 소쇠 계수가 커지고, 광흡수성이 높아지는 경향이 있지만, 상기와 같이 전하의 이동도 및 캐리어 밀도를 설정하면, 이 현상을 저감시키는 것이 가능하다. 이것은 실험에 의해 확인되어 있다. 전하의 이동도의 상한은 특별히 제한이 없지만, 예를 들면 50〔㎠/Vs〕이하여도 된다. 캐리어 밀도는, 바람직하게는 1×1020〔/㎤〕이상이며, 보다 바람직하게는 5×1020〔/㎤〕이상이다.
유기층(9)은, 광투과성 전극(2)과 대전극(4)의 사이에서, 기능층의 집합체인 기능층군을 구성하고 있다. 기능층군을 구성하는 유기층(9)은, 유기 EL 소자를 구동시켜 발광을 일으키기 위한 적절한 층의 적층체에 의해 구성된다. 복수의 기능층의 적어도 하나는 발광층(3)이다. 발광층(3)은, 발광재료를 포함하는 층이며, 전자와 정공(홀)이 결합하여, 발광을 일으키게 하는 층이다. 발광층(3)은, 통상, 발광재료로서 도펀트와, 이 도펀트를 도프하기 위한 모체로 구성된다.
유기층(9)은, 복수의 발광층(3)을 갖는 것이어도 된다. 그 경우, 복수의 발광층(3) 중 각 발광층(3)은, 발광재료가 다른 층이어도 된다. 또, 복수의 발광재료는, 발광하는 광의 파장이 다른 것이어도 된다. 예를 들면, 적색 발광층과 녹색 발광층과 청색 발광층의 적어도 세 개의 발광층(3)을 설치하고, 적녹청의 삼색의 발광을 일으키게 하면, 여러 가지 색을 만들어 내는 것이 가능하다. 특히, 삼색의 발광을 얻도록 하면, 백색 발광이 가능하고, 조명으로서 유용한 유기 EL 소자를 얻을 수 있다. 또한, 백색 발광은, 예를 들면 청색과 등색의 이색 발광 등이어도 가능하다. 단, 삼색 발광 쪽이 보다 발광 특성이 양호한 백색 발광을 얻을 수 있다.
복수의 발광층(3)을 설치하는 경우, 도 1에서는 발광층(3)은 하나 도시되어 있지만, 이 발광층(3)의 위치에, 복수의 발광층(3)을 설치하도록 해도 된다. 또, 유기 EL 소자는, 멀티 유닛 구조여도 된다. 멀티 유닛 구조는, 양극과 음극 사이에 끼워 전압을 인가하면 발광하는 기능을 갖는 기능층의 집합을 1개의 발광 유닛으로 하여, 복수의 발광 유닛을 중간층을 개재하여 적층한 구조이다. 이 경우의 중간층으로서는, 광투과성 및 도전성을 갖는 층이나, 한쪽의 유닛에 정공을 보냄과 더불어 다른쪽의 유닛에 전자를 보내는 것이 가능한 구조체나, 전하 발생층 등을 들 수 있다. 멀티 유닛 구조에서는, 1개의 양극과 1개의 음극의 사이에, 두께 방향으로 포개지는 복수의 발광 유닛이 전기적으로 직렬 접속하여 배치된다.
유기층(9)은 발광층(3)을 하나만 갖는 것이어도 된다. 그 경우, 간단한 구성으로 유기 EL 소자를 얻을 수 있다. 발광층(3)은, 복수인 경우 및 하나인 경우 중 어느 하나에 있어서도, 복수의 발광 재료를 포함해도 된다. 따라서, 발광층(3)이 하나인 경우에 있어서도, 발광층(3)이 파장이 다른 복수의 발광재료를 포함하면, 백색 발광이 가능하다. 단, 조명 용도로서 양호한 백색 발광을 얻기 위해서는, 발광층(3)은 복수 설치되는 것이 보다 바람직하다.
유기층(9)을 구성하는 개개의 기능층은, 발광층(3) 외에, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 중간층 등이 예시된다. 유기층(9) 내에 있어서의 발광층(3) 이외의 층은, 통상, 전하(정공 또는 전자)를 이동시키는 기능을 갖는 층이 포함된다. 여기에서는, 유기층(9) 중, 발광층(3) 이외의 층을 전하 이동층(8)으로 정의한다. 전하 이동층(8)은, 복층 구조여도 되고, 단층 구조여도 된다. 요컨데 전하(정공 또는 전자)를 이동시키는 기능을 가지면 된다.
전하 이동층(8)은, 발광층(3)의 광투과성 전극(2)측에 배치되는 제1 전하 이동층(8a)과, 발광층(3)의 대전극(4)측에 배치되는 제2 전하 이동층(8b)에 의해 구성된다. 광투과성 전극(2)이 양극을 구성하고 대전극(4)이 음극을 구성하는 경우, 제1 전하 이동층(8a)은, 정공을 이동시키는 기능을 갖는 층으로 형성할 수 있다. 정공의 이동은, 정공의 주입 및/또는 수송으로 정의될 수 있다. 이 경우, 예를 들면, 제1 전하 이동층(8a)은, 광투과성 전극(2)측으로부터, 정공 주입층 및 정공 수송층에 의해 구성할 수 있다. 광투과성 전극(2)이 양극을 구성하고 대전극(4)이 음극을 구성하는 경우, 제2 전하 이동층(8b)은, 전자를 이동시키는 기능을 갖는 층으로 형성할 수 있다. 전자의 이동은, 전자의 주입 및/또는 수송으로 정의될 수 있다. 이 경우, 예를 들면, 제2 전하 이동층(8b)은, 대전극(4)측으로부터, 전자 주입층 및 전자 수송층에 의해 구성할 수 있다.
여기서, 전하 이동층(8)을 구성하는 복수의 기능층 중, 대전극(4)과 접하는 층은, 전하 주입층으로 구성되어 있어도 된다. 이 전하 주입층은, 대전극(4)이 음극을 구성하는 경우, 전자 주입층이 된다. 전하 주입층은 일 함수가 작은 금속 단체의 층이어도 된다. 예를 들면, 전하 주입층(전자 주입층)은, Li, Mg, Na, Cs 등으로 구성할 수 있다. 단, 전하 주입층을 금속 단체의 층으로 형성하는 경우, 광취출성을 높이기 위해서는, 전하 주입층의 두께는 10㎚ 이하인 것이 바람직하다. 특히 본 형태에서는, 대전극(4)은 박막으로 구성될 수 있으므로, 전하 주입층의 두께는 이 범위가 바람직하다. 전하 주입층은, 전하 주입성의 관점으로부터, 예를 들면, 1㎚ 이상이어도 된다. 또, 전하 주입층(전자 주입층)으로서, 금속과 유기막의 혼합막을 이용하는 것도 가능하다. 이 혼합막은, 금속이 유기막에 함유된 층으로서 구성될 수 있다. 이 경우의 전하 주입층의 두께는, 특별히 한정되지 않는다. 전자 주입층이 되는 혼합막으로서는, 예를 들면, Li와 전자 수송성 유기막의 혼합막, Na와 전자 수송성 유기막의 혼합막, 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속과 전자 수송성막의 혼합막, LiO2나 Liq 등과 전자 수송성 유기막의 혼합막 등을 들 수 있다. 또, 혼합막으로서, 유기 전자 도펀트와 전자 수송성 유기막의 혼합막 등도 예시된다. 또한, 전하 주입층은 전하 이동층(8)의 일부이며, 유기층(9)의 일부가 된다. 유기층(9)은, 광투과성 전극(2)과 대전극(4)의 사이에 배치된 적층 구조로 정의된다. 따라서, 여기에서는, 전하 주입층이 금속 단체인 경우라도, 광투과성 전극(2)과 대전극(4)의 사이에 배치된 적층 구조가 유기층(9)이 된다. 즉, 유기층(9)은, 전체적으로 유기물을 포함하는 적층 구조이면 되고, 그 일부에 무기 재료의 층이 설치되어 있어도 된다.
대전극(4)은, 광투과성 전극(2)과 전기적으로 쌍을 이루는 전극이다. 광투과성 전극(2)과 대전극(4)에 전압을 인가함으로써, 전극간에 전류가 흐르고, 발광층(3)에서 발광이 일어난다.
광투과성 전극(2) 및 대전극(4)은, 한쪽이 양극이고 다른쪽이 음극을 구성한다. 일 형태에서는, 광투과성 전극(2)을 양극으로 하고, 대전극(4)을 음극으로 할 수 있다. 다른 형태에서는, 광투과성 전극(2)을 음극으로 하고, 대전극(4)을 양극으로 할 수 있다. 도 1의 유기 EL 소자에서는, 광투과성 전극(2)을 양극으로 하고, 대전극(4)을 음극으로 하는 구조가 보다 바람직하다. 그로 인해, 발광 효율이 높은 소자를 보다 용이하게 제조할 수 있다.
대전극(4)은, Ag 또는 Ag를 함유하는 합금에 의해 구성되어 있다. Ag 또는 Ag를 함유하는 합금(은 합금)을 이용함으로써 광반사성을 높일 수 있다. 은은 광반사성의 전극이 될 수 있는 다른 금속 재료보다 가시광 영역에 있어서의 광반사성이 높기 때문에, 은을 이용함으로써 높은 반사성을 얻을 수 있는 것이다. 또, 은은 도전성이 높기 때문에, 두께를 얇게 해도 전극으로서의 기능을 확보하는 것이 가능하다.
대전극(4)은, 광반사성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 그로 인해, 발광층(3)으로부터 대전극(4)측으로 진행되는 광을 반사시켜 광의 진로를 광 투과성 전극(2)측으로 변경하고, 광투과성 전극(2)측으로부터 취출할 수 있다. 단, 대전극(4)은, 광을 전부 반사시키는 것이 아니라, 일부를 투과시키는 것이 바람직하다. 즉, 대전극(4)은, 광투과성을 갖는 것이 바람직하다. 그로 인해, 대전극(4)이 광투과성을 가질 정도의 박막이 되어 쇼트 불량을 억제함과 더불어, 보조 반사층(6)에 의한 반사성을 얻기 쉽게 하는 것이 가능하다. 대전극(4)은, 바람직하게는, 광투과성을 갖는 광반사성 전극으로서 구성된다.
Ag를 함유하는 합금(Ag 합금)으로서는, 예를 들면, Ag를 주성분으로서 포함하고, Al, Pt, Rh, Mg, Au, Cu, Zn, Ti, Pd, Nd, Bi, 및, Ni로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 합금을 들 수 있다. 구체적으로는, AgBi, AgPd, AgMg, AgNdCu, AgPdCu 등이 예시된다. Ag 합금은, Ag의 함유 비율이 높은 것이 바람직하다. 그로 인해, 반사성을 높일 수 있다. 예를 들면, Ag 합금에 있어서의 Ag의 함유 비율은 중량비로, 90% 이상이 바람직하고, 95% 이상이 보다 바람직하고, 98% 이상이 더 바람직하고, 99% 이상이 보다 더 바람직하다.
도 2는, 유기 EL 소자를 구성하는 층의 적층의 모습의 일례를 나타내고 있다. 도 2는 도 2A~도 2D로 구성된다. 이들 도면에서는, 은 또는 은 합금으로 구성되는 대전극(4)이 적층된 직후의 모습이 나타내어져 있다. 도 2에 의해, 대전극(4)의 성막을 기인으로 하는 쇼트 불량의 발생의 메커니즘의 일례를 설명한다. 도 2A 및 도 2C는 대전극(4)의 두께가 얇은 경우, 도 2B 및 도 2D는 대전극(4)의 두께가 두꺼운 경우를 나타내고 있다.
도 2에서 나타내는 바와 같이, 유기 EL 소자에 있어서는, 광투과성 기판(1) 상에, 각층이 순서대로 적층되어 유기 발광체(10)를 포함하는 적층 구조가 형성된다. 적층은, 증착, 스패터, 도포 등을 적절히 조합하여 행할 수 있다. 광투과성 전극(2)은, 증착 또는 스패터로 형성하는 것이 바람직하다. 유기층(9)의 전부 또는 일부는, 증착으로 형성하는 것이 바람직하다. 대전극(4)은, 증착 또는 스패터로 형성하는 것이 바람직하다. 증착 및 스패터에서는, 진공 프로세스가 가능하다. 진공 프로세스에서는 수분의 침입을 억제할 수 있다.
적층에 있어서, 광투과성 전극(2)은, 표면이 평탄한 층으로서 형성될 수 있다. 또, 도 2A 및 도 2B와 같이, 유기층(9) 중 광투과성 전극(2)에 인접하는 층인 제1 유기층(9a)(예를 들면 정공 주입층)에 있어서는, 표면이 평탄한 층으로서 형성되는 경우가 있다. 예를 들면, 제1 유기층(9a)이 도포에 의해 형성되면, 표면이 보다 평탄한 면이 된다. 물론, 제1 유기층(9a)은 증착이나 스패터에 의해서 형성되어도 된다. 또한, 정공 주입층은, 유기 재료로 구성되는 경우뿐만 아니라, 무기 재료로 구성되는 경우도 있다. 무기 재료로서는, MoO3, WO3 등이 예시된다. 또, 정공 수송성이 높은 유기 재료와 이들 무기 재료의 혼합막이어도 된다. 정공 주입층이 무기 재료로 구성되는 경우도, 정공 주입층은 유기층(9)의 일부가 된다.
여기서, 적층을 행함에 있어서는, 적층 프로세스 도중에, 이물(X)이 혼입되는 경우가 있다. 도 2A 및 도 2B에서는, 제1 유기층(9a) 상에 이물(X)이 부착되어 있는 모습을 나타내고 있다. 이 경우, 제1 유기층(9a)을 형성한 후, 이 위에 적층되는 제2 유기층(9b)을 형성함에 있어서, 이물(X)이 혼입될 수 있다. 제2 유기층(9b)은, 발광층(3) 및 전하 이동층(8) 등의 복수의 기능층을 포함하는 다층 구조여도 된다. 이물(X)의 혼입은, 제1 유기층(9a)과 제2 유기층(9b)의 적층 프로세스가 다른 경우에 있어서 보다 발생하기 쉽다. 예를 들면, 제1 유기층(9a)을 도포로 형성하고, 제2 유기층(9b)을 증착으로 형성하는 경우에는, 이물(X)이 혼입되기 쉬워진다. 물론, 제1 유기층(9a) 및 제2 유기층(9b)을 함께 증착으로 형성하는 경우라도, 적층 방법에 따라서는, 이물(X)이 혼입될 우려가 있다. 또, 도 2C 및 도 2D에서 나타내는 바와 같이, 광투과성 전극(2)과 유기층(9)의 계면에 있어서 이물(X)이 혼입되는 경우도 있다. 이 예에서는, 광투과성 전극(2)의 표면에, 이물(X)이 부착되어 있는 모습이 나타내어져 있다. 또한, 이 경우의 유기층(9)은 제1 유기층(9a)과 제2 유기층(9b)을 합한 것이 된다.
도 2A 및 도 2B로 나타내는 바와 같이, 이물(X)이 혼입된 경우, 제2 유기층(9b) 및 대전극(4)은, 제1 유기층(9a)의 위뿐만 아니라, 이물(X) 상에 형성된다. 이물(X) 상에 형성된 제2 유기층(9b) 및 대전극(4)은, 제1 유기층(9a) 상에 정상적으로 형성된 제2 유기층(9b) 및 대전극(4)과는 분단되어 있다. 도 2A 및 도 2B에서는, 제2 유기층(9b)의 분단 부분은 유기층 분단부(9x)로 나타내어지고, 대전극(4)의 분단 부분은 대전극 분단부(4x)로 나타내어져 있다. 이때, 이물(X)과 제1 유기층(9a)의 사이에서는, 제2 유기층(9b)의 적층시에 이물(X)의 그림자에 숨기 때문에, 제2 유기층(9b)이 적층되지 않게 되거나, 제2 유기층(9b)의 적층량이 적어지거나 할 가능성이 있다. 그리고, 제2 유기층(9b)은 이물(X)의 근방에서는, 이물(X)의 중앙에 가까워질수록 서서히 두께가 작아질 가능성이 있다. 이로 인해, 이물(X)과 제2 유기층(9b)의 사이에 극간이 형성될 수 있다. 도 2C 및 도 2D의 경우도 마찬가지로, 유기층(9)이 분단되어 형성되고, 이물(X)과 유기층(9)의 사이에 극간이 형성될 수 있다.
그리고, 대전극(4)을 형성한 경우, 대전극(4)의 재료로 되어 있는 은은 성막시에 잘 유입되기 때문에, 이물(X)과 제2 유기층(9b)(유기층(9)) 사이의 극간에 들어가 적층되기 쉬워진다. 은은 광반사성 전극이 될 수 있는 다른 금속 재료보다 유입되기 쉽기 때문이다.
이때, 도 2B에서 나타내는 바와 같이, 대전극(4)인 은 함유층의 두께가 두꺼우면, 대전극(4)이 이물(X)에 의해 생긴 극간에 들어가, 대전극(4)이 제1 유기층(9a)에 접촉할 가능성이 높아지고, 쇼트 불량의 원인이 될 가능성이 있다. 또, 도 2D와 같이, 광투과성 전극(2) 상에 이물(X)이 혼입되어 있는 경우에는, 대전극(4)(은 함유층)의 두께가 두꺼우면, 대전극(4)이 광투과성 전극(2)에 직접 접촉하고, 쇼트 불량의 원인이 될 가능성도 있다. 이물(X)에 의해 형성된 극간에 대전극(4)이 침입한 부분은 리크 포인트(LP)가 된다. 리크 포인트란, 정상적인 루트로 전류가 흐르지 않고, 전류가 새어 흐르는 부위이다. 리크 포인트가 생기면, 쇼트 불량의 원인이 된다.
그러나, 도 2A 및 도 2C에서 나타내는 바와 같이, 대전극(4)(은 함유층)이 보조 반사층(6)에서 광을 반사할 수 있는 정도까지 광투과가 가능하도록 두께가 얇아지면, 대전극(4)은 이물(X)에 의해 생긴 극간에 들어가기 어려워지고, 대전극(4)이 제1 유기층(9a)에 접촉하거나, 광투과성 전극(2)에 접촉하거나 하는 것을 억제할 수 있다. 그 때문에, 쇼트 불량을 저감할 수 있고, 전기적 신뢰성을 높일 수 있는 것이다. 또, 대전극(4)의 두께가 보다 얇으면, 대전극(4)에 이용되는 은의 양을 줄일 수 있기 때문에, 보다 염가로 대전극(4)을 형성할 수 있다는 이점이 있다.
대전극(4)은 박막으로 구성될 수 있다. 즉, 대전극(4)은 Ag 박막, 또는, Ag 합금 박막으로 구성될 수 있다. 은을 함유하는 대전극(4)이 박막이 됨으로써, 은의 유입을 억제하여, 전기적 신뢰성을 높일 수 있다.
대전극(4)의 두께는 120㎚보다 작은 것이 바람직하다. 대전극(4)은 은 또는 은 합금으로 형성되는 것이지만, 대전극(4)의 두께가 120㎚를 넘으면, 은의 적층에 의해 쇼트 불량이 발생하기 쉬워질 우려가 있다. 대전극(4)의 두께가 두꺼워지면 순은에 가까워진다. 또, 대전극(4)의 두께가 두꺼워지면 은의 사용량이 증가하기 때문에 염가로 대전극(4)을 형성하기 어려워질 우려가 있다. 또, 대전극(4)의 두께가 120㎚를 넘으면, 광을 모두 반사할 가능성이 높아지고, 보조 반사층(6)에 의한 반사 작용을 얻기 어려워질 우려가 있다. 그들 관점으로부터, 대전극(4)의 두께는 110㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다. 대전극(4)의 두께는 보다 바람직하게는 60㎚ 이하이다. 그로 인해, 쇼트 불량을 더 억제할 수 있다.
대전극(4)의 두께는 10㎚ 이상인 것이 바람직하다. 그로 인해, 대전극(4)의 광반사성을 높일 수 있고, 은 또는 은 합금에 의한 높은 반사 작용을 얻을 수 있다. 또한, 대전극(4)의 두께가 너무 얇아지면, 대전극(4)의 통전성이 저하할 우려가 있다. 단, 은은 도전성이 높기 때문에, 대전극(4)의 두께가 10㎚에 미치지 않는 경우에도, 충분한 도전성을 확보하는 것은 가능하다. 대전극(4)의 두께는 보다 바람직하게는 10~60㎚의 범위이다. 대전극(4)의 더 바람직한 두께는, 보조 반사층(6)의 재료나 두께에 의해 설정될 수 있다.
대전극(4)의 굴절률은, 파장 440~460㎚, 파장 550~570㎚, 및, 파장 610~630㎚에 있어서, 0.17 이하인 것이 바람직하다. 그로 인해, 광반사성과 광투과성을 함께 갖는 대전극(4)을 용이하게 구성할 수 있다. 파장 440~460㎚는 청색의 대표가 되는 파장이다. 파장 550~570㎚는 녹색의 대표가 되는 파장이다. 파장 610~630㎚는 적색의 대표가 되는 파장이다. 따라서, 가시광 영역의 단파장으로부터 장파장에 걸치는 청록적의 파장에 있어서, 굴절률이 낮으면, 대전극(4)을 보다 유리한 구성으로 할 수 있다. 대전극(4)의 굴절률은, 가시광 영역의 전체에 있어서 0.17 이하인 것이 보다 바람직하다. 그로 인해, 더 대전극(4)을 유리한 구성으로 할 수 있다. 가시광 영역의 전체란 400~780㎚의 파장역이어도 된다. 대전극(4)의 굴절률은 낮으면 낮을수록 좋고, 그 하한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 제조의 관점에서는, 대전극(4)의 굴절률은 0.01 이상이어도 된다. 대전극(4)의 굴절률은, 또한, 0.05 이상이어도 된다.
대전극(4)의 소쇠 계수는, 파장 440~460㎚, 파장 550~570㎚, 및, 파장 610~630㎚에 있어서, 5.0 이하인 것이 바람직하다. 그로 인해, 대전극(4)에 의해 광이 흡수되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 광반사성과 광투과성을 함께 갖는 대전극(4)을 용이하게 구성할 수 있다. 파장 440~460㎚는 청색의 대표가 되는 파장이다. 파장 550~570㎚는 녹색의 대표가 되는 파장이다. 파장 610~630㎚는 적색의 대표가 되는 파장이다. 따라서, 가시광 영역의 단파장으로부터 장파장에 걸치는 청록적의 파장에 있어서, 소쇠 계수가 낮으면, 대전극(4)을 보다 유리한 구성으로 할 수 있다. 대전극(4)의 소쇠 계수는, 가시광 영역의 전체에 있어서 5.0 이하인 것이 보다 바람직하다. 그로 인해, 더 대전극(4)을 유리한 구성으로 할 수 있다. 가시광 영역의 전체란 400~780㎚의 파장역이어도 된다. 대전극(4)의 소쇠 계수는 낮으면 낮을수록 좋고, 그 하한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 제조의 관점에서는, 대전극(4)의 소쇠 계수는 0.5 이상이어도 된다. 대전극(4)의 소쇠 계수는, 또한, 1.0 이상이어도 된다.
대전극(4)은, 가시광 영역에 있어서 광반사성을 갖는 것이 바람직하다. 대전극(4)의 광반사율의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 쇼트 불량을 억제함과 더불어 보조 반사층(6)에서의 반사를 효과적으로 얻는다는 관점에서는, 대전극(4)은, 가시광 영역에 있어서의 광반사율이 90% 이하여도 된다. 또한, 쇼트 불량을 억제하기 때문에, 대전극(4)은, 가시광 영역에 있어서의 광반사율이 50% 이하가 되어도 된다.
보조 반사층(6)은, 대전극(4)의 광반사를 보조하는 층이다. 보조 반사층(6)은 대전극(4)의 발광층(3)과는 반대측에 설치되어 있다. 상기와 같이 대전극(4)은 두께가 얇게 형성됨으로써, 일부의 광이 투과하고, 광취출측(광투과성 전극(2)측)과는 반대측으로 광이 진행한다. 그래서, 보조 반사층(6)을 설치함으로써, 대전극(4)을 투과한 광을 반사시켜 광투과성 전극(2)측에 광의 진행 방향을 변경할 수 있다. 그 때문에, 광취출성을 높일 수 있다. 유기 EL 소자에서는, 광반사성을 갖는 대전극(4)과 보조 반사층(6)에 의해, 발광층(3)으로부터의 광을 반사하는 광반사 구조가 형성된다.
보조 반사층(6)은, 가시광 영역에 있어서의 광반사율이 60% 이상인 것이 바람직하다. 그로 인해, 광을 보다 많이 반사시킬 수 있기 때문에, 광취출성을 향상시킬 수 있다. 보조 반사층(6)의 가시광 영역에 있어서의 광반사율은, 70% 이상인 것이 보다 바람직하고, 80% 이상인 것이 더 바람직하고, 90% 이상인 것이 보다 더 바람직하다. 보조 반사층(6)의 광반사율은 높은 쪽이 좋고, 그 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 광의 흡수성이나 재료 특성을 고려하면, 보조 반사층(6)의 광반사율은 95% 이하여도 된다.
보조 반사층(6)은, 바람직하게는, 금속 재료에 의해 구성할 수 있다. 그로 인해, 높은 광반사성을 용이하게 얻을 수 있다. 보조 반사층(6)에 이용하는 금속 재료로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, Al, Mg, Ca, Ti, Cu, Au, 및 이들의 합금 등을 들 수 있다. 이 중에서도, 보조 반사층(6)의 재료로서 Al, Mg가 보다 바람직하다. Al 및 Mg는, 가시광 영역의 전체에 있어서 비교적 균일하게 반사율이 높기 때문에, 보조 반사성을 높일 수 있다. 또한, Al이 특별히 바람직하게 이용된다. Al에서는, 대전극(4)을 박막화했을 때의 반사율의 저하 로스를 효율적으로 억제할 수 있고, 적층 프로세스가 용이하며, 재료도 비교적 염가이기 때문에, 보다 용이하게 제조할 수 있다. 물론, 보조 반사층(6)은, 금속 재료 이외의 광반사성 재료로 형성되어도 된다. 예를 들면, SiO2나 TiO2 등을 이용하여 형성되는 반사막을 이용해도 된다. 또한, 보조 반사층(6)은 Ag를 포함하지 않아도 된다. Ag를 이용하지 않음으로써, 보다 용이하게 제조할 수 있다.
보조 반사층(6)의 두께는 30㎚ 이상인 것이 바람직하다. 그로 인해, 보조 반사층(6)의 광반사성을 높일 수 있다. 보조 반사층(6)의 두께는 50㎚ 이상인 것이 보다 바람직하다. 보조 반사층(6)의 두께의 상한은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 보조 반사층(6)의 두께가 너무 커지면, 재료가 쓸모없게 될 가능성이나 성막 프로세스 시간이 장시간이 됨에 따른 부작용 등이 발생할 우려가 있다. 그 때문에, 보조 반사층(6)의 두께는 200㎚ 이하인 것이 더 바람직하다. 보조 반사층(6)의 두께는 대전극(4)의 두께보다 큰 것이 바람직하다. 그로 인해, 보조 반사 작용을 높게 얻을 수 있다. 보조 반사층(6)의 더 바람직한 두께는, 보조 반사층(6)의 재료나, 대전극(4)의 재료나 두께에 의해 설정될 수 있다.
그런데, 보조 반사층(6)은 Ag 또는 Ag를 포함하는 합금으로 구성되어도 된다. 그 경우, 높은 반사율을 얻을 수 있다. 또, 대전극(4)과 보조 반사층(6)의 사이에는 확산 저해층(5)이 형성되어 있기 때문에, 확산 저해층(5)이 이물(X)에 의한 극간을 막음으로써 성막시에 은이 유입되는 것이 억제되고, 쇼트 불량이 억제될 수 있다. 이 경우, 확산 저해층(5)은, 은의 유입을 억제하는 층(유입 억제층)으로서 기능한다. 단, 확산 저해층(5)의 두께가 얇으면, 은의 유입에 의한 쇼트 불량을 충분히 저감할 수 없게 될 가능성이 있다. 또, 보조 반사층(6)에 은을 이용하면, 재료가 고가가 되어 경제성이 저하할 우려가 있다. 그 때문에, 보조 반사층(6)은 Ag를 포함하지 않는 것이 바람직하다.
확산 저해층(5)은, 대전극(4)과 보조 반사층(6)의 사이에 성분이 확산하여 이동하는 것을 저해하는 층이다. 확산 저해층(5)은, 보조 반사층(6)과 대전극(4)의 사이에 설치되어 있다. 확산 저해층(5)이 장벽이 되어, 대전극(4)으로부터 보조 반사층(6)으로의 성분의 확산, 및, 보조 반사층(6)으로부터 대전극(4)으로의 성분의 확산이 억제된다. 그 때문에, 광반사성을 높일 수 있다.
여기서, 광반사성을 높이는 구조로서는, 대전극(4)에 접해 보조 반사층(6)을 배치하는 구조도 생각할 수 있다. 그러나, 대전극(4)과 보조 반사층(6)이 직접 접하면, 대전극(4)과 보조 반사층(6) 사이의 상호 확산에 의해, 성분이 확산하여 이동할 가능성이 있다. 유기 EL 소자에서는, 일반적으로 구동에 따라 온도가 상승하는 것이며, 상호 확산은, 온도가 높아지면 일어나기 쉬워진다. 예를 들면, 은 또는 은합금으로 구성되는 대전극(4)에, 금속 재료의 보조 반사층(6)을 직접 포개면, 보조 반사층(6) 중의 금속이 경시적으로 확산하여 대전극(4)에 혼입된다. 마이그레이션이라고 불리는 현상도 발생할 수 있다. 구체적으로는, 은단체로 대전극(4)을 구성하고 있는 경우, 은이 합금화된다. 혹은, 은합금으로 대전극(4)을 구성하고 있는 경우, 은합금과는 다른 다른 금속이 섞이거나, 금속의 함유 비율이 다른 것이 되거나 하여, 은합금의 조성이 변성된다. 대전극(4)에, 대전극(4)을 원래 구성하고 있는 은 또는 은합금 이외의 금속이 혼입되면, 반사성이 저하될 우려가 있다. 또, 대전극(4)에, 대전극(4)을 원래 구성하고 있는 은 또는 은합금 이외의 금속이 혼입되면, 대전극(4)의 전기 특성이 변성될 우려도 있다. 그래서, 상기의 유기 EL 소자에서는, 대전극(4)과 보조 반사층(6)의 사이에 확산 저해층(5)을 설치하도록 하고 있다. 이로 인해, 대전극(4)과 보조 반사층(6) 사이에서의 성분의 확산이 저해되기 때문에, 반사율의 경시적인 저하나, 전기 특성의 변성을 억제하는 것이 가능해진다. 대전극(4)과 보조 반사층(6)이 이격됨으로써, 원자 및/또는 분자의 이동이 방해되고, 상호 확산이 억제되는 것이다. 본 형태에서는, 확산 저해층(5)은, 대전극(4)에 접하여 설치되어 있다. 또, 확산 저해층(5)은, 보조 반사층(6)에 접하여 설치되어 있다.
확산 저해층(5)의 소쇠 계수는, 파장 440~460㎚, 파장 550~570㎚, 및, 파장 610~630㎚에 있어서, 0.1 이하인 것이 바람직하다. 그로 인해, 확산 저해층(5)에 의해 광이 필요없이 흡수되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 보조 반사층(6)에 의한 광반사성을 보다 높게 얻을 수 있다. 파장 440~460㎚는 청색의 대표가 되는 파장이다. 파장 550~570㎚는 녹색의 대표가 되는 파장이다. 파장 610~630㎚는 적색의 대표가 되는 파장이다. 따라서, 가시광 영역의 단파장으로부터 장파장에 걸치는 청록적의 파장에 있어서, 소쇠 계수가 낮으면, 확산 저해층(5)을 보다 유리한 구성으로 할 수 있다. 확산 저해층(5)의 소쇠 계수는, 가시광 영역의 전체에 있어서 0.01 이하인 것이 보다 바람직하다. 그로 인해, 더 확산 저해층(5)을 유리한 구성으로 할 수 있다. 가시광 영역의 전체란 400~780㎚의 파장역이어도 된다. 확산 저해층(5)의 소쇠 계수는 낮으면 낮을수록 좋고, 그 하한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 제조의 관점에서는, 확산 저해층(5)의 소쇠 계수는 0.0001 이상이어도 된다.
확산 저해층(5)의 두께는, 대전극(4)의 두께보다 작은 것이 바람직하다. 그로 인해, 광반사성을 효율적으로 높일 수 있고, 광취출성을 향상시킬 수 있다. 확산 저해층(5)의 두께가 대전극(4)의 두께보다 커지면, 확산 저해층(5)에 의한 광흡수 작용이 커질 우려가 있다. 또, 확산 저해층(5)의 두께가 두꺼우면 대전극(4)을 투과한 광에 의한 광간섭 작용의 영향이 커지고, 광반사 구조 전체로서의 반사성이 저하될 우려가 있다. 그 때문에, 확산 저해층(5)을 대전극(4)보다 얇게 하는 것이 바람직한 것이다.
확산 저해층(5)의 두께는 5㎚ 이상인 것이 바람직하다. 그로 인해, 성분의 확산을 저해하는 작용을 보다 높일 수 있다. 확산 저해층(5)의 두께는 20㎚ 이하인 것이 바람직하다. 그로 인해, 확산 저해층(5)에 의한 광흡수를 억제함과 더불어, 광간섭의 영향을 작게 할 수 있다. 확산 저해층(5)의 두께는 10㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다.
확산 저해층(5)은, 절연성을 갖는 것이 바람직한 일형태이다. 확산 저해층(5)이 도전성을 가지면, 확산 저해층(5)과 대전극(4)의 사이에서 상호 확산이 생길 우려가 있다.
확산 저해층(5)은, 쌍극자 모멘트가 0.1D 이상인 물질을 함유하고 있는 것이 바람직하다. 그로 인해, 성분의 확산을 저해하는 작용을 보다 높일 수 있다. 쌍극자 모멘트가 0.1D 이상이 된 극성이 있는 물질을 이용함으로써써, 보조 반사층(6)으로부터 대전극(4)으로의 성분의 확산, 및, 대전극(4)으로부터 보조 반사층(6)으로의 성분의 확산을 저해하는 작용이 높아지는 것이다. 쌍극자 모멘트의 상한은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 10D 이하여도 된다.
확산 저해층(5)은, 대전극(4)과 보조 반사층(6) 사이의 상호 확산을 저해하는 적절한 재료에 의해 형성할 수 있다. 확산 저해층(5)은, 바람직하게는, 무기 재료로 구성된다. 무기 재료에 의해, 광흡수를 억제함과 더불어, 확산 저해층(5)의 확산 저해 작용을 높일 수 있다. 물론, 확산 저해층(5)은 수지 등의 유기 재료로 구성되어도 된다. 그 경우, 광흡수성이 낮은 유기 재료가 이용되는 것이 바람직하다. 또, 확산 저해층(5)은, 유기층(9) 내의 정공 수송층 또는 전자 수송층으로서 사용하는 것이 가능한 각종 재료를 이용하여 형성할 수도 있다. 예를 들면, NPB, BCP, TPD, Bphen, CBP 등이, 확산 저해층(5)의 재료로서 예시된다.
확산 저해층(5)의 재료로서는, 예를 들면, 금속 불화물, 금속 산화물, 규소 산화물, 규소 질화물, 금속 질화물, 규소 산화 질화물, 금속 산화 질화물 등을 들 수 있다. 이것들은 절연성을 갖는 것이어도 된다. 이것들은 쌍극자 모멘트가 0.1D 이상인 것이 바람직하게 이용된다. 구체적으로는, 확산 저해층(5)의 재료로서, LiF, MgF2, SiO2, Al2O3, SiON, TiON 등이 예시된다. 이 중, LiF가 보다 바람직하다. LiF에서는 확산을 저해하는 작용을 높게 얻을 수 있음과 더불어, 제조가 용이해진다.
확산 저해층(5) 및 보조 반사층(6)은, 적절한 방법으로 형성할 수 있다. 확산 저해층(5)은, 증착 또는 스패터로 형성하는 것이 바람직한 일형태이다. 그로 인해, 얇은 두께의 확산 저해층(5)을 효율적으로 형성할 수 있다. 보조 반사층(6)은, 증착 또는 스패터로 형성하는 것이 바람직한 일형태이다. 그로 인해, 반사성이 높은 보조 반사층(6)을 용이하게 형성할 수 있다. 대전극(4), 확산 저해층(5) 및 보조 반사층(6)을 같은 적층 프로세스로 행하는 것도 바람직하다. 그 경우, 이들 층을 연속하여 적층 형성할 수 있기 때문에, 효율적으로 층을 형성할 수 있다.
유기 EL 소자에 있어서는, 통상, 유기 발광체(10)가 봉지된다. 봉지에 의해 외부로부터 수분이 침수하는 것을 억제하고, 소자의 열화를 억제할 수 있다. 도 1의 예에서는, 봉지는, 유기 발광체(10)측에서 광투과성 기판(1)과 대향하도록 배치되는 봉지 기판에 의해 행할 수 있다. 또한, 봉지된 경우, 외부로부터 발광층(3)에 전기를 공급할 수 있도록, 광투과성 전극(2) 및 대전극(4)은, 봉지 영역의 내부로부터 외부로 배선을 인출한 배선 인출 구조가 설치되어 있어도 된다.
도 3은, 유기 EL 소자의 다른 실시 형태를 나타내고 있다. 도 1의 유기 EL 소자와 같은 구성에 대해서는 같은 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 도 3에서는, 발광층(3)의 외연이 파선으로 나타내어져 있다.
도 3의 유기 EL 소자에서는, 보조 반사층(6)은 도전성을 갖고 있다. 그리고, 보조 반사층(6)은, 발광층(3)이 형성되어 있지 않은 영역에서, 대전극(4)에 전기적으로 접속되어 있다. 보조 반사층(6)에 도전성을 부여함과 더불어, 보조 반사층(6)과 대전극(4)을 전기적으로 접속함으로써, 보조 반사층(6)을 전극의 일부로서 기능시킬 수 있기 때문에, 보조 반사층(6)에 의해 대전극(4)의 통전성을 높일 수 있다. 그 때문에, 전기 신뢰성을 더 높일 수 있다. 발광층(3)이 형성되어 있지 않은 영역이란, 평면에서 볼 때 발광층(3)이 설치되어 있지 않은 영역이어도 된다. 평면에서 볼 때란, 기판 표면과 수직인 방향에서 본 경우로 정의된다. 평면에서 볼 때란 발광면에 대해서 정면의 방향에서 본 경우와 같아도 된다.
보조 반사층(6)과 대전극(4)의 전기적 접속은, 보조 반사층(6)이 대전극(4)과 직접 접함으로써 행해져도 된다. 그로 인해, 이들을 용이하게 전기적으로 접속할 수 있다. 여기서, 보조 반사층(6)과 대전극(4)이 직접 접하면, 상호 확산이 일어날 수 있지만, 보조 반사층(6)과 대전극(4)이 전기적으로 접속되는 부분은, 발광층(3)과는 중복되지 않는 영역이기 때문에, 상호 확산되었다고 해도 발광에 미치는 영향을 줄일 수 있다.
보조 반사층(6)은, 평면에서 볼 때 발광층(3)보다 외측에서 대전극(4)에 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다. 그로 인해, 면내의 중앙에 있어서의 발광층(3)에서의 발광을 방해하지 않고, 보조 반사층(6)과 대전극(4)을 전기적으로 접속할 수 있다. 도 3에서는, 발광층(3)은, 파선으로 나타내는 바와 같이, 유기 발광체(10)의 적층 구조 전체보다 약간 작게 형성되어 있다. 발광층(3)의 측방(또는 외주부)에는, 유기층(9) 중 발광층(3) 이외의 층, 예를 들면, 전하 이동층(8)이 적층되어 있어도 된다. 또, 도 3에서는, 확산 저해층(5)은, 대전극(4)보다 약간 작게 형성되어 있다. 그리고, 발광층(3)이 형성되어 있지 않은 영역과 평면에서 볼 때 중복되는 영역인 확산 저해층(5)의 측부(또는 외주부)에 있어서, 보조 반사층(6)이 대전극(4)과 접촉되어 있다. 이 때문에, 광취출성을 높이면서, 전기 특성을 향상시키는 것이 가능해진다. 보조 반사층(6)의 대전극(4)과 접하는 부분은 전기 접속부(6a)가 된다.
확산 저해층(5)은, 평면에서 볼 때, 발광층(3)과 같거나 발광층(3)보다 큰 것이 바람직하다. 그로 인해, 발광층(3)이 형성된 영역에 있어서, 성분의 확산을 저해하는 작용을 높게 얻을 수 있다.
도 3의 유기 EL 소자를 제조하는 경우에는, 발광층(3)을, 유기층(9) 중 발광층(3) 이외의 층보다 평면에서 볼 때 작게 형성한다. 그리고, 대전극(4) 상에, 대전극(4)보다 작고, 발광층(3)과 같거나 발광층(3)보다 크게, 확산 저해층(5)을 형성한다. 그 후, 확산 저해층(5)보다 크게, 보조 반사층(6)을 형성한다. 그로 인해, 보조 반사층(6)과 대전극(4)을, 평면에서 볼 때 발광층(3)이 설치되어 있지 않은 영역에서, 전기적으로 접속할 수 있다.
도 4는, 유기 EL 소자의 다른 실시 형태를 나타내고 있다. 도 1의 유기 EL 소자와 같은 구성에 대해서는 같은 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 도 4에서는, 광취출 구조(11)가 설치되어 있는 점이, 도 1의 형태와는 다르다. 그 이외의 구성은 마찬가지로 형성되어 있다. 또한, 도 4에서는, 도 1의 형태에 광취출 구조(11)를 형성한 예를 나타내고 있지만, 광취출 구조(11)는, 도 3의 형태에 설치되어 있어도 된다.
유기 EL 소자에서는, 광투과성 전극(2)의 발광층(3)과는 반대측에 광투과성 기판(1)을 구비하고, 광투과성 기판(1)의 광투과성 전극(2)측의 표면에, 광취출 구조(11)가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 광취출 구조(11)가 설치됨으로써, 기판계면에서의 굴절률차나 전반사가 저감되기 때문에, 광을 보다 많이 취출할 수 있다. 또, 상기와 같이 보조 반사층(6)을 이용하여 광을 반사시킨 경우, 반사광으로서 대전극(4)에서 반사하는 광과 보조 반사층(6)에서 반사하는 광이 혼재하게 되지만, 광취출 구조(11)를 형성함으로써, 이들 반사광을 보다 효율적으로 취출하는 것이 가능해진다.
도 4에서는, 광취출 구조(11)가, 광투과성 전극(2)과 광투과성 기판(1)의 사이에 설치되어 있다. 광취출 구조(11)는, 광취출층으로서 형성되는 것이 바람직하다. 광취출 구조(11)의 바람직한 일형태는 수지층에 의해 구성된다. 수지층에서는 굴절률차가 저감되어, 광취출성이 높아진다. 또, 광취출 구조(11)의 바람직한 일형태는 적층 구조에 의해 구성된다. 적층 구조에서는, 굴절률차의 저감을 더 도모할 수 있다. 도 4에서는, 제1 투명 재료층(11a)과 제2 투명 재료층(11b)의 적층 구조에 의해 광취출 구조(11)가 형성되어 있다. 제1 투명 재료층(11a)은 광투과성 기판(1)측에 배치되고, 제2 투명 재료층(11b)은 광투과성 전극(2)측에 배치되어 있다. 이 적층 구조는, 고굴절률층과 저굴절률층의 적층으로 구성되는 것이 바람직하다. 그 경우, 제1 투명 재료층(11a) 및 제2 투명 재료층(11b) 중 한쪽이, 고굴절률층이 되고, 다른쪽이 저굴절률층이 된다. 바람직한 일형태에서는, 제1 투명 재료층(11a)이 저굴절률층으로 구성되고, 제2 투명 재료층(11b)이 고굴절률층으로 구성된다.
광취출 구조(11)는, 보다 바람직한 일형태에서는 요철 구조(11c)를 포함하고 있다. 요철 구조(11c)는, 제1 투명 재료층(11a)과 제2 투명 재료층(11b)으로 구성되는 적층 구조의 계면에 설치되는 것이 바람직하다. 요철 구조(11c)에서는, 요철계면에 의해서 광이 산란되기 때문에, 광투과성 기판(1)의 표면에서의 전반사를 억제하고, 광취출성을 높일 수 있다. 요철 구조(11c)는, 나노 오더의 미세한 요철이어도 된다. 그로 인해, 광산란성이 부여되고, 광취출성을 더 높일 수 있다. 요철 구조(11c)는, 저굴절률층과 고굴절률층의 계면에 설치되는 것이 바람직하다. 저굴절률층 및 고굴절률층은 수지로 구성할 수 있다. 고굴절률층에는, 굴절률을 조정하기 위해서, 고굴절률 입자를 함유시켜도 된다.
광취출 구조(11)의 다른 형태로서, 광의 굴절에 혼란을 일으키는 입자를 수지에 혼합한 광취출 구조(11) 등을 이용할 수도 있다. 이 경우, 광취출 구조(11)는 단층이어도 된다. 또, 광취출 구조(11)는, 광투과성 기판(1)의 광투과성 전극(2)측의 표면이 요철면이 된 구조로 형성되어도 된다.
그런데, 상기의 각 형태에 있어서는, 광투과성 기판(1)의 외부측(광투과성 전극(2)과는 반대측)의 표면에, 광을 취출하는 구조가 더 설치되는 것이 더 바람직하다. 이 광을 취출하는 구조는, 광취출층이 설치되거나, 광투과성 기판(1)의 표면이 요철면이 되거나 함으로써 구성되는 것이어도 된다. 광을 취출하는 구조는, 예를 들면 광산란 구조로 구성할 수 있다. 광을 취출하는 구조는, 예를 들면, 광학 필름을 붙임으로써 용이하게 형성할 수 있다. 광투과성 기판(1)의 양면에 광을 취출하는 구조를 설치한 경우에는, 광취출성을 더 향상시킬 수 있다.
도 5는, 유기 EL 소자의 다른 실시 형태를 나타내고 있다. 도 1의 유기 EL 소자와 같은 구성에 대해서는 같은 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 5에서는, 지지 기판이 되는 지지재(12) 상에, 보조 반사층(6), 확산 저해층(5), 대전극(4), 유기층(9), 및, 광투과성 전극(2)이, 이 순서로 형성되어 있다. 발광층(3)에서 생긴 광은 지지재(12)와는 반대측에서 취출된다. 도 5에서는, 톱 에미션 구조의 유기 EL 소자를 나타내고 있다. 도 1과 같은 보텀 에미션 구조뿐만 아니라, 톱 에미션 구조의 유기 EL 소자에 있어서도, 보조 반사층(6) 및 확산 저해층(5)을 설치하는 구성을 채용할 수 있다. 도 5에서는, 도 1의 형태를 톱 에미션 구조로 변형한 예를 나타내고 있지만, 도 3의 형태를 톱 에미션 구조로 변형해도 된다. 도 5에서는, 광투과성 기판(1)은 도시하고 있지 않지만, 광투과성 기판(1)을 봉지 기판으로서 사용해도 된다. 그 경우, 광투과성 기판(1)과 광투과성 전극(2)은 이격되어 있어도 된다.
도 5의 형태에 있어서도, 대전극(4)의 광취출측과 반대측에, 확산 저해층(5) 및 보조 반사층(6)이 설치되어 있기 때문에, 반사성을 높일 수 있고, 광취출성을 향상시킬 수 있다. 또, 보조 반사층(6)과 대전극(4) 사이의 성분의 상호 확산을 억제할 수 있다. 단, 쇼트 불량을 보다 효과적으로 저감시킨다는 관점에서는, 광투과성 기판(1)이 지지 기판으로서 광투과성 전극(2)측에 배치된 도 1의 형태가 유리하다.
조명 장치는, 상기의 유기 EL 소자를 구비하다. 이 조명 장치는 유기 EL 소자를 구비하고 있기 때문에, 발광성이 뛰어난 조명 장치를 얻을 수 있다. 하나의 유기 EL 소자의 발광면은, 예를 들면, 세로 10㎝ 이상, 가로 10㎝ 이상의 직사각형상으로 할 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 조명 장치는, 복수의 유기 EL 소자를 면 형상으로 배치하는 것이어도 된다. 조명 장치는, 유기 EL 소자에 급전하기 위한 배선 구조를 구비하는 것이어도 된다. 조명 장치는, 유기 EL 소자를 지지하는 케이스를 구비하는 것이어도 된다. 조명 장치는, 유기 EL 소자와 전원을 전기적으로 접속하는 플러그를 구비하는 것이어도 된다. 조명 장치는, 패널 형상으로 구성할 수 있다. 조명 장치는 면 형상으로 구성할 수 있다. 조명 장치는, 두께를 얇게 할 수 있기 때문에, 공간절약의 조명기구를 제공하는 것이 가능하다.
도 6은, 조명 장치의 일례이다. 이 조명 장치(100)는, 유기 EL 소자(101)와, 케이스(102)와, 플러그(103)와, 배선(104)을 갖는다. 도 6에서는, 복수(4개)의 유기 EL 소자(101)가 면 형상으로 설치되어 있다. 유기 EL 소자(101)는, 케이스(102)에 수용되어 있다. 플러그(103) 및 배선(104)을 통해 전기가 공급되어 유기 EL 소자(101)가 발광하고, 조명 장치(100)로부터 광이 출사된다.
(실시예)
상기의 반사 구조가 유용한 것을 확인하기 위해, 대전극과 확산 저해층과 보조 반사층을 갖는 적층체(실시예 1)와, 대전극과 보조 반사층을 가지며, 확산 저해층을 갖지 않는 적층체(비교예 1)를 형성하고, 경시적인 반사 특성에 대해 시험했다. 또한, 대전극은 두께 30㎚의 Ag층으로 하고, 확산 저해층은 두께 5㎚의 LiF층으로 하고, 보조 반사층은 두께 60㎚의 Al층으로 했다. 경시적인 반사 특성은, 초기(0h)에서의 반사율과, 90℃, 71시간의 가열 처리 후(71h)에서의 반사율의 비교로 확인했다. 대조로서, 대전극을 두께 120㎚의 Ag층으로 형성한 반사막(비교예 2), 및, 대전극을 두께 100㎚의 Al층으로 형성한 반사막(비교예 3)을 형성하여 반사율을 확인했다. 또한, 비교예 2에 있어서는, 유기 EL 소자의 대전극(반사 전극)으로서 사용하면, Ag의 두께가 큰 것에 기인한다고 생각되는 리크에 의한 쇼트 불량이 확인되었다.
도 7은, 반사 구조의 반사 특성을 나타내는 그래프이다. 도 7은 도 7A 및 도 7B로 구성된다. 도 7A는 실시예 1을 나타내고 있다. 도 7B는 비교예 1을 나타내고 있다. 도 7에서는, 대전극을 Al로 구성한 비교예 3은, 대전극을 Ag로 구성한 비교예 2보다 반사성이 낮고, 대전극을 Ag를 이용하여 형성하는 것이 유리한 것이 확인된다(그래프 중의 「ref.」 참조). 단, Ag에 의한 반사막은 리크에 의한 쇼트 불량이 문제가 될 수 있다. 그래서, Ag막의 두께를 얇게 하고, 보조 반사층을 설치하는 것이 유리해진다. 그리고, 도 7B에 나타내는 바와 같이, 확산 저해층을 설치하지 않은 경우(비교예 1)는, 경시적으로 반사율의 저하가 보였지만, 도 7A에 나타내는 바와 같이, 확산 저해층을 설치함으로써(실시예 1), 반사율의 저하를 억제하는 것이 확인되었다(「0h」, 「71h」참조). 도 7B에서는, 은의 합금화에 의해 반사율이 저하한 것으로 생각된다. 한편, 도 7A에서는, 은의 합금화를 억제함으로써, 반사율이 유지된 것으로 생각된다. 따라서, 대전극과 확산 저해층과 보조 반사층이 적층된 반사 구조는 효과적인 것이 확인되었다.
또한, 광투과성 기판과 광투과성 전극의 사이에, 광취출 구조로서, 저굴절률층과 고굴절률층으로 이루어지고, 그 계면에 요철 구조를 갖는 적층 구조를 갖는 유기 EL 소자(실시예 2)를 형성했다. 이 유기 EL 소자는, 대전극이 두께 15㎚의 Ag층이며, 확산 저해층이 두께 8㎚의 LiF층이며, 보조 반사층이 두께 50㎚의 Al층이다. 또, 상기의 비교예 3에 의해 얻어지는, 대전극의 두께가 100㎚인 Al층이며, 확산 저해층과 보조 반사층을 갖지 않으며, 더 광취출 구조를 설치하지 않은 유기 EL 소자를 대조로서 형성했다. 그리고, 실시예 2의 유기 EL 소자와, 비교예 3의 유기 EL 소자의 전기 특성을 비교하는 시험을 행했다. 표 1에 전기 특성의 결과를 나타낸다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 2는, 비교예 3에 비해, 휘도가 높고, 전력 효율이 좋고, 외부 양자 효율이 높고, 연색성(R9, Ra)도 우수했다. 특히 광취출 효율(외부 양자 효율)에서는, 16%의 효율 향상이 확인되었다.
Figure pct00001

Claims (8)

  1. 광투과성 전극과,
    상기 광투과성 전극과 쌍을 이루고, Ag 또는 Ag를 함유하는 합금에 의해 구성되고, 광반사성을 갖는 대전극과,
    상기 광투과성 전극과 상기 대전극의 사이에 배치되는 발광층과,
    상기 대전극의 상기 발광층과는 반대측에 배치되는 보조 반사층과,
    상기 보조 반사층과 상기 대전극의 사이에 배치되고, 상기 대전극과 상기 보조 반사층의 사이에서 성분이 확산되어 이동하는 것을 저해하는 확산 저해층을 구비하고,
    상기 확산 저해층은 절연성을 갖는, 유기 일렉트로 루미네센스 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 대전극의 굴절률은, 파장 440~460㎚, 파장 550~570㎚, 및, 파장 610~630㎚에 있어서, 0.17 이하이며,
    상기 대전극의 소쇠 계수는, 파장 440~460㎚, 파장 550~570㎚, 및, 파장 610~630㎚에 있어서, 5.0 이하인, 유기 일렉트로 루미네센스 소자.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 확산 저해층의 소쇠 계수는, 파장 440~460㎚, 파장 550~570㎚, 및, 파장 610~630㎚에 있어서, 0.1 이하인, 유기 일렉트로 루미네센스 소자.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 확산 저해층의 두께는, 상기 대전극의 두께보다 작은, 유기 일렉트로 루미네센스 소자.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 확산 저해층은, 쌍극자 모멘트가 0.1D 이상인 물질을 함유하고 있는, 유기 일렉트로 루미네센스 소자.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 반사층은, 도전성을 가지며,
    상기 보조 반사층은, 상기 발광층이 형성되어 있지 않은 영역에서, 상기 대전극에 전기적으로 접속되어 있는, 유기 일렉트로 루미네센스 소자.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광투과성 전극의 상기 발광층과는 반대측에 배치된 광투과성 기판과,
    상기 광투과성 기판의 상기 광투과성 전극측의 표면에 배치된 광취출 구조를 더 구비하는 유기 일렉트로 루미네센스 소자.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로 루미네센스 소자와, 배선을 구비한 조명 장치.
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