JP2004127602A - 発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光効率および発光寿命が向上された複数の発光層を有する発光素子を提供する。
【解決手段】この発光素子（有機ＥＬ素子）は、オレンジ色発光層５による発光と青色発光層６による発光とを組み合わせて得られる白色の発光強度が増強されるように、以下の式（１）を用いて各層１〜６の膜厚ｄ１〜ｄ６が設定されている。
ｍ１，ｍ２，ｍ３：１以上の正の整数（ただし、ｍ１，ｍ２，ｍ３の小数部分は
０．２以下または０．８以上）、ｎ：屈折率、Ｌ：光学膜厚範囲、λ：極大波長帯域
【選択図】図１
【解決手段】この発光素子（有機ＥＬ素子）は、オレンジ色発光層５による発光と青色発光層６による発光とを組み合わせて得られる白色の発光強度が増強されるように、以下の式（１）を用いて各層１〜６の膜厚ｄ１〜ｄ６が設定されている。
ｍ１，ｍ２，ｍ３：１以上の正の整数（ただし、ｍ１，ｍ２，ｍ３の小数部分は
０．２以下または０．８以上）、ｎ：屈折率、Ｌ：光学膜厚範囲、λ：極大波長帯域
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子に関し、特に、複数の発光層を含む発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の多様化に伴い、従来から一般に使用されているＣＲＴに比べ、消費電力の少ない平面表示素子として、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）を用いたディスプレイの開発が期待されている。また、有機ＥＬ素子は、蛍光灯などに代わる無公害（水銀レス）の照明デバイスとしても期待されている。
【０００３】
有機ＥＬ素子では、電子注入電極とホール注入電極とからそれぞれ電子とホールとを発光層へ注入することによって、電子とホールとを発光層で再結合させて有機分子を励起状態にする。そして、この励起された有機分子が、基底状態へと戻るときに発する蛍光によって発光する。
【０００４】
また、近年、発光波長の異なる複数の発光層を含む有機ＥＬ素子が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１には、オレンジ色を発光する第１発光層と、青色を発光する第２発光層とを含む有機ＥＬ素子が開示されている。この青色の発光とオレンジ色の発光とにより、白色の発光を得ることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３２８７３４４号公報
【発明が解決しようとする課題】
近年では、実用化に向けて、有機ＥＬ素子の発光強度の向上が求められている。特に、白色の発光をカラーフィルタによりフルカラーにする場合には、カラーフィルタの光損失を考慮して、発光強度をより向上させる必要がある。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示された有機ＥＬ素子では、青色発光を行う第１発光層とオレンジ色発光を行う第２発光層とで、互いに取り出し光の光強度を弱めあう場合があるという不都合がある。この場合、発光効率が低くなるという問題点がある。また、発光効率が低いと、電流を多く流す必要があるため、素子の劣化が早くなる。その場合、素子寿命が低下するという問題点もある。
【０００７】
また、上記特許文献１に開示された有機ＥＬ素子では、青色発光とオレンジ色発光との干渉によって、青色およびオレンジ色（赤色）の色純度を向上させることが困難であるという問題点がある。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、発光効率および素子寿命を向上させることが可能な複数の発光層を含む発光素子を提供することである。
【０００９】
この発明のもう１つの目的は、色純度を向上させることが可能な複数の発光層を含む発光素子を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による発光素子は、発光取り出し面から複数の層を介して形成された第１の極大波長帯域λＸを有する第１発光層と、第１発光層に対して積層するように形成され、第１の極大波長帯域λＸとは異なる第２の極大波長帯域λＹを有する第２発光層とを備えている。そして、第１発光層による発光と第２発光層による発光とを組み合わせて得られる発光色の発光強度が増強されるように、以下の式を用いて、第１発光層の発光位置から発光取り出し面までの第１光学膜厚範囲Ｌ１と、第２発光層の発光位置から発光取り出し面までの第２光学膜厚範囲Ｌ２とが設定されるとともに、複数の層、第１発光層および第２発光層の各膜厚が設定されている。
【００１１】
Ｌ１＝λＸ／４×ｍ１＝ｎ１１ｄ１＋ｎ２１ｄ２＋・・・＋ｎｋ１ｄｋ
Ｌ２＝λＹ／４×ｍ２＝ｎ１２ｄ１＋ｎ２２ｄ２＋・・・＋ｎｋ２ｄｋ
ｍ１，ｍ２：１以上の正の整数（ただし、ｍ１，ｍ２の小数部分は０．２以下または０．８以上）
ｄ１，ｄ２，・・・ｄｋ：各層の膜厚
ｎ１１，ｎ２１，・・・ｎｋ１：λＸにおける各層の屈折率
ｎ１２，ｎ２２，・・・ｎｋ２：λＹにおける各層の屈折率
この第１の局面による発光素子では、上記のように、第１発光層による発光と第２発光層による発光とを組み合わせて得られる発光色の発光強度が増強されるように、上記式（１）を用いて、複数の層、第１発光層および第２発光層の各膜厚を設定することによって、第１発光層による発光と第２発光層による発光とを組み合わせて得られる発光色の発光強度を向上させることができる。その結果、複数の発光層を含む発光素子において、発光効率を向上させることができる。また、発光効率の向上によって、素子に多くの電流を流す必要がないので、素子の劣化を抑制することができる。これにより、複数の発光層を含む発光素子において、素子寿命を向上させることができる。
【００１２】
上記第１の局面による発光素子において、好ましくは、第１発光層の第１の極大波長帯域λＸは、赤色の極大波長帯域λ１を含み、第２発光層の第２の極大波長帯域λＹは、青色の極大波長帯域λ２と緑色の極大波長帯域λ３とを含み、赤色、緑色および青色のそれぞれの極大波長帯域が増強されるように、第１光学膜厚範囲Ｌ１と第２光学膜厚範囲Ｌ２とが設定されているとともに、複数の層、第１発光層および第２発光層の各膜厚が設定されている。このように構成すれば、赤色、緑色および青色のそれぞれの極大波長帯域を増強することができるので、容易に、第１発光層による発光と第２発光層による発光とを組み合わせて得られる発光色の発光強度を向上させることができる。
【００１３】
この場合、好ましくは、第１発光層は、オレンジ色発光層を含み、第２発光層は、青色発光層を含み、第１発光層と第２発光層とにより白色発光が得られる。このように構成すれば、容易に、オレンジ色発光層および青色発光層により、発光効率および素子寿命が向上された白色発光を得ることができる。
【００１４】
この発明の第２の局面による発光素子は、発光取り出し面から複数の層を介して形成された第１の極大波長帯域λＸを有する第１発光層と、第１発光層に対して積層するように形成され、第１の極大波長帯域λＸとは異なる第２の極大波長帯域λＹを有する第２発光層とを備えている。そして、第１発光層の第１の極大波長帯域λＸによる発光スペクトルと第２発光層の第２の極大波長帯域λＹによる発光スペクトルとが増強されるように、以下の式を用いて、第１発光層の発光位置から発光取り出し面までの第１光学膜厚範囲Ｌ１と、第２発光層の発光位置から発光取り出し面までの第２光学膜厚範囲Ｌ２とが設定されているとともに、複数の層、第１発光層および第２発光層の各膜厚が設定されている。
【００１５】
Ｌ１＝λＸ／４×ｍ１＝ｎ１１ｄ１＋ｎ２１ｄ２＋・・・＋ｎｋ１ｄｋ
Ｌ２＝λＹ／４×ｍ２＝ｎ１２ｄ１＋ｎ２２ｄ２＋・・・＋ｎｋ２ｄｋ
ｍ１，ｍ２：１以上の正の整数（ただし、ｍ１，ｍ２の小数部分は０．２以下または０．８以上）
ｄ１，ｄ２，・・・ｄｋ：各層の膜厚
ｎ１１，ｎ２１，・・・ｎｋ１：λＸにおける各層の屈折率
ｎ１２，ｎ２２，・・・ｎｋ２：λＹにおける各層の屈折率
この第２の局面による発光素子では、上記のように、第１発光層の第１の極大波長帯域λＸによる発光スペクトルと第２発光層の第２の極大波長帯域λＹによる発光スペクトルとが増強されるように、上記の式を用いて、複数の層、第１発光層および第２発光層の各膜厚を設定することによって、第１発光層の第１の極大波長帯域の発光スペクトルと第２発光層の第２の極大波長帯域の発光スペクトルとをそれぞれ増強することができるので、第１発光層の色純度および第２発光層の色純度を向上させることができる。
【００１６】
上記第２の局面による発光素子において、好ましくは、第１の極大波長帯域λＸは、赤色の極大波長帯域λ１を含み、第２の極大波長帯域λＹは、青色の極大波長帯域λ２と緑色の極大波長帯域λ３とを含み、赤色および青色の極大波長帯域が増強されるように、第１光学膜厚範囲Ｌ１と第２光学膜厚範囲Ｌ２とが設定されているとともに、複数の層、第１発光層および第２発光層の各膜厚が設定されている。このように構成すれば、赤色および青色の極大波長帯域を増強することができるので、カラーフィルタを用いた場合に、赤色および青色の色純度を向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による有機ＥＬ素子を示した断面図である。図２は、図１に示した第１実施形態による有機ＥＬ素子によって得られる発光色を説明するための特性図である。
【００１９】
まず、図１を参照して、第１実施形態による有機ＥＬ素子の構造について説明する。この第１実施形態による有機ＥＬ素子では、ガラス基板１上に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）からなる透明陽極２が形成されている。透明陽極２上には、ＣｕＰＣとフルオロカーボン重合膜（ＣＦｘ）との積層膜からなるホール注入層３が形成されている。ホール注入層３上には、ＮＰＢからなるホール輸送層４が形成されている。ホール輸送層４上には、ホスト材料であるＮＰＢに発光ドーパント材料であるＤＢｚＲが含有されたオレンジ色発光層５が形成されている。オレンジ色発光層５上には、ホスト材料であるＴＢＡＤＮに発光ドーパントとしてのＴＢＰが含有された青色発光層６が形成されている。
【００２０】
なお、オレンジ色発光層５は、本発明の「第１発光層」の一例であり、青色発光層６は、本発明の「第２発光層」の一例である。ここで、オレンジ色発光層５は、赤色（Ｒ）に対応する極大波長帯域λ１（５６０ｎｍ〜６３０ｎｍ）を有する。また、青色発光層６は、青色（Ｂ）に対応する極大波長帯域λ２（４３０ｎｍ〜４８０ｎｍ）と、緑色（Ｇ）に対応する極大波長帯域λ３（４８０ｎｍ〜５５０ｎｍ）との２つの極大波長帯域を有する。
【００２１】
青色発光層６上には、Ａｌｑからなる電子輸送層７が形成されている。電子輸送層７上には、ＬｉＦからなる電子注入層８が形成されている。電子注入層８上には、Ａｌからなる陰極９が形成されている。
【００２２】
オレンジ色発光層５による発光と、青色発光層６による発光とによって、図２に示すように、白色発光が得られる。そして、この白色発光がガラス基板１の発光取り出し面１ａから出射される。また、カラーフィルタ（図示せず）を用いる場合には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）のフルカラーの発光が得られる。
【００２３】
ここで、第１実施形態による有機ＥＬ素子では、オレンジ色発光層５による発光と青色発光層６による発光とを組み合わせて得られる白色発光の発光強度が増強されるように、ガラス基板１、透明陽極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、オレンジ色発光層５および青色発光層６の各膜厚を設定している。
【００２４】
具体的には、オレンジ色発光層５の赤色（Ｒ）に対応する極大波長帯域λ１（５６０ｎｍ〜６３０ｎｍ）と、青色発光層６の青色（Ｂ）に対応する極大波長帯域λ２（４３０ｎｍ〜４８０ｎｍ）および緑色（Ｇ）に対応する極大波長帯域λ３（４８０ｎｍ〜５５０ｎｍ）との３つの極大波長帯域のそれぞれを増強するように、以下の式（１）を用いて、赤色（Ｒ）におけるオレンジ色発光層５の発光位置（オレンジ色発光層５の上面）から発光取り出し面１ａまでの光学膜厚範囲Ｌ１と、青色における青色発光層６の発光位置（青色発光層６の上面）から発光取り出し面１ａまでの光学膜厚範囲Ｌ２と、緑色における青色発光層６の発光位置（青色発光層６の上面）から発光取り出し面１ａまでの光学膜厚範囲Ｌ３とを設定するとともに、ガラス基板１、透明陽極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、オレンジ色発光層５および青色発光層６の各膜厚を設定している。
【００２５】
ｍ１，ｍ２，ｍ３：１以上の正の整数（ただし、ｍ１，ｍ２，ｍ３の小数部分は０．２以下または０．８以上）
ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５，ｄ６：各層の膜厚
ｎ１１，ｎ２１，ｎ３１，ｎ４１，ｎ５１：λ１における各層の屈折率
ｎ１２，ｎ２２， ｎ３２，ｎ４２，ｎ５２，ｎ６２：λ２における各層の屈折率
ｎ１３，ｎ２３， ｎ３３，ｎ４３，ｎ５３，ｎ６３：λ３における各層の屈折率
図３は、上記の式（１）を用いて求めた第１実施形態と、上記式（１）を満たさない比較例１および比較例２との有機層の組成および膜厚を示した図である。図３を参照して、第１実施形態では、ホール輸送層４および青色発光層６の膜厚を変化させて第１実施形態と、比較例１および比較例２との膜厚差を設けている。
【００２６】
また、図４は、第１実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の各波長に対するｍの値を示した図であり、図５は、第１実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の各波長に対する各層の屈折率を示した特性図である。図４においては、赤色（Ｒ）に対応する極大波長帯域λ１を５７０ｎｍ、青色（Ｂ）に対応する極大波長帯域λ２を４６０ｎｍ、緑色（Ｇ）に対応する極大波長帯域λ３を５１０ｎｍとし、各波長に対するガラス基板１、透明陽極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、オレンジ色発光層５および青色発光層６の屈折率ｎ１１〜ｎ５１，ｎ１２〜ｎ６２，ｎ１３〜ｎ６３を図５に示す値として、上記式（１）に挿入することによって、各波長に対するｍの値（ｍ１，ｍ２，ｍ３）を計算した。
【００２７】
図４を参照して、第１実施形態では、ｍの値（ｍ１，ｍ２，ｍ３）の小数部分が全て上記式（１）の０．２以下または０．８以上であるという条件を満たしている。これに対して、比較例１および比較例２では、ｍ値（ｍ１，ｍ２，ｍ３）の小数部分が全て上記式（１）の０．２以下または０．８以上であるという条件を満たしていない。
【００２８】
図６は、ｍの値の小数値と発光取り出し強度との関係を示した相関図である。図６を参照して、ｍの値が整数に近いほど発光強度が大きくなっていることがわかる。本実施形態では、この点を考慮して、上記式（１）において、ｍの値の小数部分を０．２以下または０．８以上の範囲に設定することによって、発光強度を大きくすることができるようにしている。
【００２９】
また、図７は、第１実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の電圧、色度および発光効率を示した特性図である。図７を参照して、第１実施形態では、上記の式（１）を満たすように各層１〜６の膜厚を設定することによって、発光効率が比較例１および比較例２に比べて向上していることがわかる。また、第１実施形態では、一定の電流を流したときの動作電圧も、比較例１および比較例２に比べて低減されていることがわかる。なお、色度については、第１実施形態の有機ＥＬ素子によって得られる色度よりも、比較例１および２によって得られる色度の方が、白色の理想的な色度（ＣＩＥ Ｘ：０．３１５，ＣＩＥ Ｙ：０．３１５）により近いので、比較例１および２の方が白色の純度が高い。
【００３０】
図８は、第１実施形態、比較例１および比較例２による波長に対するＥＬ強度を示した特性図であり、図９は、第１実施形態、比較例１および比較例２による時間に対する輝度を測定した結果を示した特性図である。
【００３１】
図８を参照して、上記式（１）の条件を満たす第１実施形態では、青色、緑色およびオレンジ色（赤色）の発光スペクトルがほぼ同様に大きくなっているとともに、全体として、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）およびＢ（青色）のピーク強度が揃っていることがわかる。これに対して、上記式（１）の条件を満たさない比較例１では、青色に対応する発光スペクトルのみ大きくなっており、オレンジ色（赤色）に対応する発光スペクトルは小さくなっていることがわかる。また、上記式（１）の条件を満たさない比較例２では、青色、緑色およびオレンジ色（赤色）の全体の波長に亘って発光スペクトルが小さくなっていることがわかる。
【００３２】
また、図９に示すように、上記式（１）の条件を満たす第１実施形態では、上記式（１）の条件を満たさない比較例１および比較例２に比べて、輝度が高くなっていることがわかる。また、図９から、第１実施形態では、素子寿命（輝度が半分になるまでの時間）が、比較例１および比較例２よりも向上していると言える。これは、発光効率の向上によって、素子に多くの電流を流す必要がないので、素子の劣化を抑制することができるからである。
【００３３】
第１実施形態では、上記のように、オレンジ色発光層５の赤色（Ｒ）に対応する極大波長帯域λ１（５６０ｎｍ〜６３０ｎｍ）と、青色発光層６の青色（Ｂ）に対応する極大波長帯域λ２（４３０ｎｍ〜４８０ｎｍ）および緑色（Ｇ）に対応する極大波長帯域λ３（４８０ｎｍ〜５５０ｎｍ）との３つの極大波長帯域のそれぞれを増強するように、式（１）を用いて、ガラス基板１、透明陽極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、オレンジ色発光層５および青色発光層６の各膜厚を設定することによって、オレンジ色発光層５による発光および青色発光層６による発光を組み合わせて得られる白色の発光強度を向上させることができる。その結果、複数の発光層を含む有機ＥＬ素子において、発光効率および素子寿命を向上させることができる。
【００３４】
（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態による有機ＥＬ素子の構造を示した断面図である。この第２実施形態では、有機ＥＬ素子の発光強度を向上させた第１実施形態と異なり、有機ＥＬ素子の色純度を向上させる例について説明する。
【００３５】
この第２実施形態による有機ＥＬ素子では、図１０に示すように、ガラス基板１上に、ＩＴＯからなる透明陽極２が形成されている。透明陽極２上には、ＣｕＰＣとＣＦｘとの積層膜からなるホール注入層３が形成されている。ホール注入層３上には、ＮＰＢからなるホール輸送層４が形成されている。ホール輸送層４上には、ホスト材料であるＮＰＢに発光ドーパントであるＤＢｚＲが含有されたオレンジ色発光層５が形成されている。オレンジ色発光層５上には、ホスト材料であるＴＢＡＤＮに、発光ドーパントであるＴＢＰが含有された青色発光層６ａが形成されている。なお、青色発光層６ａは、本発明の「第２発光層」の一例である。
【００３６】
青色発光層６ａ上には、Ａｌｑからなる電子輸送層７が形成されている。電子輸送層７上には、ＬｉＦからなる電子注入層８が形成されている。電子注入層８上には、Ａｌからなる陰極９が形成されている。
【００３７】
この第２実施形態による有機ＥＬ素子では、オレンジ色発光層５と、青色発光層６ａとによって、白色の発光が得られる。そして、この白色発光がガラス基板１の発光取り出し面１ａから出射される。また、カラーフィルタ（図示せず）を用いる場合には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）のフルカラーの発光が得られる。
【００３８】
ここで、第２実施形態では、オレンジ色発光層５による発光の色純度と青色発光層６ａによる発光の色純度とが向上されるように、ガラス基板１、透明陽極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、オレンジ色発光層５および青色発光層６ａの各膜厚を設定している。
【００３９】
具体的には、オレンジ色発光層５の赤色（Ｒ）に対応する極大波長帯域λ１（５６０ｎｍ〜６３０ｎｍ）と、青色発光層６ａの青色（Ｂ）に対応する極大波長帯域λ２（４３０ｎｍ〜４８０ｎｍ）との２つの極大波長帯域のそれぞれを増強するように、以下の式（２）を用いて、赤色（Ｒ）におけるオレンジ色発光層５の発光位置（オレンジ色発光層５の上面）から発光取り出し面１ａまでの光学膜厚範囲Ｌ１と、青色における青色発光層６ａの発光位置（青色発光層６ａの上面）から発光取り出し面１ａまでの光学膜厚範囲Ｌ２とを設定するとともに、ガラス基板１、透明陽極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、オレンジ色発光層５および青色発光層６ａの各膜厚ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５およびｄ６を設定している。
【００４０】
ｍ１，ｍ２：１以上の正の整数（ただし、ｍ１，ｍ２の小数部分は０．２以下または０．８以上）
ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５，ｄ６：各層の膜厚
ｎ１１，ｎ２１，ｎ３１，ｎ４１，ｎ５１：λ１における各層の屈折率
ｎ１２，ｎ２２， ｎ３２，ｎ４２，ｎ５２，ｎ６２：λ２における各層の屈折率
図１１は、上記式（２）の条件を満たす第２実施形態と上記式（２）の条件を満たさない比較例１および比較例２との有機層の組成および膜厚を示した図である。図１１を参照して、第２実施形態では、ホール輸送層４および青色発光層６ａの膜厚を変化させて第２実施形態と、比較例１および比較例２との膜厚差を設けている。
【００４１】
また、図１２は、第２実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の各波長に対するｍの値を示した図であり、図１３は、第２実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の各波長に対する各層の屈折率を示した特性図である。図１２においては、赤色（Ｒ）に対応する極大波長帯域λ１を５７０ｎｍ、青色（Ｂ）に対応する極大波長帯域λ２を４６０ｎｍ、緑色（Ｇ）に対応する極大波長帯域λ３を５１０ｎｍとし、各波長に対するガラス基板１、透明陽極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、オレンジ色発光層５および青色発光層６ａの屈折率ｎ１１〜ｎ５１，ｎ１２〜ｎ６２を図１３に示す値として、上記式（２）に挿入することによって、各波長に対するｍの値（ｍ１，ｍ２）を計算した。
【００４２】
この場合、第２実施形態では、赤色（Ｒ）に対応する極大波長帯域λ１および青色（Ｂ）に対応する極大波長帯域λ２の２つの波長帯域のみを増強し、緑色（Ｇ）に対応する極大波長帯域λ３ は増強しない。すなわち、赤色（Ｒ）に対応する極大波長帯域λ１および青色（Ｂ）に対応する極大波長帯域λ２の２つの波長帯域のみ、上記式（２）のｍの値の小数部分が０．２以下または０．８以上であるという条件を満たし、緑色（Ｇ）に対応する極大波長帯域λ３については、上記式（２）のｍの値の小数部分が０．２以下または０．８以上であるという条件を満たさないように、各層１〜６ａの膜厚ｄ１〜ｄ６を設定する。
【００４３】
また、図１２に示すように、第２実施形態では、ｍの値（ｍ１，ｍ２）の小数部分が全て上記式（１）の０．２以下または０．８以上であるという条件を満たしている。これに対して、比較例１および比較例２では、ｍの値（ｍ１，ｍ２）の小数部分が全て上記式（１）の０．２以下または０．８以上であるという条件を満たしていない。
【００４４】
また、図１４は、第２実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の動作電圧、色度および発光効率を示した図である。図１４を参照して、第２実施形態の有機ＥＬ素子によって得られる色度は、比較例１および２によって得られる色度に比べて、白色の理想的な色度（ＣＩＥ Ｘ：０．３１５，ＣＩＥ Ｙ：０．３１５）により近いので、高い色純度の白色発光を得ることができることが判明した。また、発光効率についても、第２実施形態は、比較例１および比較例２よりも大きくなっている。ただし、第２実施形態では、図１４に示すように、良好な色度を得るために膜厚を設定したため、動作電圧については、第２実施形態は、比較例１および比較例２よりも大きくなっている。
【００４５】
また、図１５は、第１実施形態、比較例１および比較例２による波長に対するＥＬ強度を示した特性図である。図１５を参照して、第２実施形態では、特に、青色およびオレンジ色（赤色）に対応するピークが、比較例１および比較例２に比べて増強されていることがわかる。これにより、カラーフィルタを使用した場合に、色純度の高い青色（Ｂ）および赤色（Ｒ）を実現することができる。
【００４６】
第２実施形態では、上記のように、オレンジ色発光層５の赤色（Ｒ）に対応する発光スペクトルと、青色発光層６ａの青色（Ｂ）に対応する発光スペクトルとが増強されるように、上記の式（２）を用いて、ガラス基板１、透明陽極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、オレンジ色発光層５および青色発光層６ａの各膜厚を設定することによって、オレンジ色発光層５の赤色に対応する発光スペクトルと青色発光層６ａの青色に対応する発光スペクトルとを増強することができるので、カラーフィルタを使用した場合に、色純度の高い青色（Ｂ）および赤色（Ｒ）を得ることができる。
【００４７】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４８】
たとえば、上記第１実施形態では、オレンジ色発光層と青色発光層との２層を含む有機ＥＬ素子の発光強度を向上させて発光効率および発光寿命を向上させる例について説明したが、本発明はこれに限らず、各々発光波長の異なる３層以上の発光層を有する有機ＥＬ素子においても、同様の方法を用いて、発光効率および発光寿命を向上させることができる。たとえば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）をそれぞれ発光する３つの発光層を有する有機ＥＬ素子にも適用可能である。
【００４９】
また、第２実施形態では、オレンジ色発光層と青色発光層との２つの発光層を有する有機ＥＬ素子において、赤色および青色の色純度を向上させる例について説明したが、本発明はこれに限らず、３層以上の発光層を有する場合においても、同様の方法を用いて、色純度を向上させることができる。たとえば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）をそれぞれ発光する３つの発光層を有する有機ＥＬ素子にも適用可能である。
【００５０】
また、上記実施形態では、オレンジ色発光層および青色発光層によって白色を発光する例について説明したが、本発明はこれに限らず、複数の発光層を用いて他の色を発光する場合について適用可能である。
【００５１】
また、上記実施形態では、発光層の発光位置を発光層の上面と仮定したが、本発明はこれに限らず、発光層の発光位置を発光層の他の位置に仮定してもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、発光素子の一例としての有機ＥＬ素子について説明したが、本発明はこれに限らず、他の発光素子にも同様に適用可能である。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、発光効率および発光寿命を向上させることが可能な複数の発光層を含む発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による有機ＥＬ素子を示した断面図である。
【図２】図１に示した第１実施形態の有機ＥＬ素子により得られる発光色（白色）を説明するための特性図である。
【図３】第１実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の各層の組成および膜厚を示した図である。
【図４】第１実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の各波長に対するｍの値を示した図である。
【図５】第１実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の各波長に対する各層の屈折率を示した特性図である。
【図６】本発明の第１実施形態による有機ＥＬ素子のｍの値の小数値と発光取り出し強度との関係を示した相関図である。
【図７】第１実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の電圧、色度および発光効率を示した特性図である。
【図８】第１実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の波長に対するＥＬ強度を示した特性図である。
【図９】第１実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の時間に対する輝度を示した特性図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による有機ＥＬ素子を示した断面図である。
【図１１】第２実施形態による有機ＥＬ素子と比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の各層の組成および膜厚を示した図である。
【図１２】第２実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の各波長に対するｍの値を示した図である。
【図１３】第２実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の各波長に対する各層の屈折率を示した特性図である。
【図１４】第２実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の動作電圧、色度および発光効率を示した図である。
【図１５】第２実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の波長に対するＥＬ強度を示した特性図である。
【符号の説明】
１ ガラス基板
１ａ 発光取り出し面
２ 透明陽極
３ ホール注入層
４ ホール輸送層
５ オレンジ色発光層（第１発光層）
６ 青色発光層（第２発光層）
６ａ 青色発光層（第２発光層）
７ 電子輸送層
８ 電子注入層
９ 陰極
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子に関し、特に、複数の発光層を含む発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の多様化に伴い、従来から一般に使用されているＣＲＴに比べ、消費電力の少ない平面表示素子として、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）を用いたディスプレイの開発が期待されている。また、有機ＥＬ素子は、蛍光灯などに代わる無公害（水銀レス）の照明デバイスとしても期待されている。
【０００３】
有機ＥＬ素子では、電子注入電極とホール注入電極とからそれぞれ電子とホールとを発光層へ注入することによって、電子とホールとを発光層で再結合させて有機分子を励起状態にする。そして、この励起された有機分子が、基底状態へと戻るときに発する蛍光によって発光する。
【０００４】
また、近年、発光波長の異なる複数の発光層を含む有機ＥＬ素子が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１には、オレンジ色を発光する第１発光層と、青色を発光する第２発光層とを含む有機ＥＬ素子が開示されている。この青色の発光とオレンジ色の発光とにより、白色の発光を得ることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３２８７３４４号公報
【発明が解決しようとする課題】
近年では、実用化に向けて、有機ＥＬ素子の発光強度の向上が求められている。特に、白色の発光をカラーフィルタによりフルカラーにする場合には、カラーフィルタの光損失を考慮して、発光強度をより向上させる必要がある。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示された有機ＥＬ素子では、青色発光を行う第１発光層とオレンジ色発光を行う第２発光層とで、互いに取り出し光の光強度を弱めあう場合があるという不都合がある。この場合、発光効率が低くなるという問題点がある。また、発光効率が低いと、電流を多く流す必要があるため、素子の劣化が早くなる。その場合、素子寿命が低下するという問題点もある。
【０００７】
また、上記特許文献１に開示された有機ＥＬ素子では、青色発光とオレンジ色発光との干渉によって、青色およびオレンジ色（赤色）の色純度を向上させることが困難であるという問題点がある。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、発光効率および素子寿命を向上させることが可能な複数の発光層を含む発光素子を提供することである。
【０００９】
この発明のもう１つの目的は、色純度を向上させることが可能な複数の発光層を含む発光素子を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による発光素子は、発光取り出し面から複数の層を介して形成された第１の極大波長帯域λＸを有する第１発光層と、第１発光層に対して積層するように形成され、第１の極大波長帯域λＸとは異なる第２の極大波長帯域λＹを有する第２発光層とを備えている。そして、第１発光層による発光と第２発光層による発光とを組み合わせて得られる発光色の発光強度が増強されるように、以下の式を用いて、第１発光層の発光位置から発光取り出し面までの第１光学膜厚範囲Ｌ１と、第２発光層の発光位置から発光取り出し面までの第２光学膜厚範囲Ｌ２とが設定されるとともに、複数の層、第１発光層および第２発光層の各膜厚が設定されている。
【００１１】
Ｌ１＝λＸ／４×ｍ１＝ｎ１１ｄ１＋ｎ２１ｄ２＋・・・＋ｎｋ１ｄｋ
Ｌ２＝λＹ／４×ｍ２＝ｎ１２ｄ１＋ｎ２２ｄ２＋・・・＋ｎｋ２ｄｋ
ｍ１，ｍ２：１以上の正の整数（ただし、ｍ１，ｍ２の小数部分は０．２以下または０．８以上）
ｄ１，ｄ２，・・・ｄｋ：各層の膜厚
ｎ１１，ｎ２１，・・・ｎｋ１：λＸにおける各層の屈折率
ｎ１２，ｎ２２，・・・ｎｋ２：λＹにおける各層の屈折率
この第１の局面による発光素子では、上記のように、第１発光層による発光と第２発光層による発光とを組み合わせて得られる発光色の発光強度が増強されるように、上記式（１）を用いて、複数の層、第１発光層および第２発光層の各膜厚を設定することによって、第１発光層による発光と第２発光層による発光とを組み合わせて得られる発光色の発光強度を向上させることができる。その結果、複数の発光層を含む発光素子において、発光効率を向上させることができる。また、発光効率の向上によって、素子に多くの電流を流す必要がないので、素子の劣化を抑制することができる。これにより、複数の発光層を含む発光素子において、素子寿命を向上させることができる。
【００１２】
上記第１の局面による発光素子において、好ましくは、第１発光層の第１の極大波長帯域λＸは、赤色の極大波長帯域λ１を含み、第２発光層の第２の極大波長帯域λＹは、青色の極大波長帯域λ２と緑色の極大波長帯域λ３とを含み、赤色、緑色および青色のそれぞれの極大波長帯域が増強されるように、第１光学膜厚範囲Ｌ１と第２光学膜厚範囲Ｌ２とが設定されているとともに、複数の層、第１発光層および第２発光層の各膜厚が設定されている。このように構成すれば、赤色、緑色および青色のそれぞれの極大波長帯域を増強することができるので、容易に、第１発光層による発光と第２発光層による発光とを組み合わせて得られる発光色の発光強度を向上させることができる。
【００１３】
この場合、好ましくは、第１発光層は、オレンジ色発光層を含み、第２発光層は、青色発光層を含み、第１発光層と第２発光層とにより白色発光が得られる。このように構成すれば、容易に、オレンジ色発光層および青色発光層により、発光効率および素子寿命が向上された白色発光を得ることができる。
【００１４】
この発明の第２の局面による発光素子は、発光取り出し面から複数の層を介して形成された第１の極大波長帯域λＸを有する第１発光層と、第１発光層に対して積層するように形成され、第１の極大波長帯域λＸとは異なる第２の極大波長帯域λＹを有する第２発光層とを備えている。そして、第１発光層の第１の極大波長帯域λＸによる発光スペクトルと第２発光層の第２の極大波長帯域λＹによる発光スペクトルとが増強されるように、以下の式を用いて、第１発光層の発光位置から発光取り出し面までの第１光学膜厚範囲Ｌ１と、第２発光層の発光位置から発光取り出し面までの第２光学膜厚範囲Ｌ２とが設定されているとともに、複数の層、第１発光層および第２発光層の各膜厚が設定されている。
【００１５】
Ｌ１＝λＸ／４×ｍ１＝ｎ１１ｄ１＋ｎ２１ｄ２＋・・・＋ｎｋ１ｄｋ
Ｌ２＝λＹ／４×ｍ２＝ｎ１２ｄ１＋ｎ２２ｄ２＋・・・＋ｎｋ２ｄｋ
ｍ１，ｍ２：１以上の正の整数（ただし、ｍ１，ｍ２の小数部分は０．２以下または０．８以上）
ｄ１，ｄ２，・・・ｄｋ：各層の膜厚
ｎ１１，ｎ２１，・・・ｎｋ１：λＸにおける各層の屈折率
ｎ１２，ｎ２２，・・・ｎｋ２：λＹにおける各層の屈折率
この第２の局面による発光素子では、上記のように、第１発光層の第１の極大波長帯域λＸによる発光スペクトルと第２発光層の第２の極大波長帯域λＹによる発光スペクトルとが増強されるように、上記の式を用いて、複数の層、第１発光層および第２発光層の各膜厚を設定することによって、第１発光層の第１の極大波長帯域の発光スペクトルと第２発光層の第２の極大波長帯域の発光スペクトルとをそれぞれ増強することができるので、第１発光層の色純度および第２発光層の色純度を向上させることができる。
【００１６】
上記第２の局面による発光素子において、好ましくは、第１の極大波長帯域λＸは、赤色の極大波長帯域λ１を含み、第２の極大波長帯域λＹは、青色の極大波長帯域λ２と緑色の極大波長帯域λ３とを含み、赤色および青色の極大波長帯域が増強されるように、第１光学膜厚範囲Ｌ１と第２光学膜厚範囲Ｌ２とが設定されているとともに、複数の層、第１発光層および第２発光層の各膜厚が設定されている。このように構成すれば、赤色および青色の極大波長帯域を増強することができるので、カラーフィルタを用いた場合に、赤色および青色の色純度を向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による有機ＥＬ素子を示した断面図である。図２は、図１に示した第１実施形態による有機ＥＬ素子によって得られる発光色を説明するための特性図である。
【００１９】
まず、図１を参照して、第１実施形態による有機ＥＬ素子の構造について説明する。この第１実施形態による有機ＥＬ素子では、ガラス基板１上に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）からなる透明陽極２が形成されている。透明陽極２上には、ＣｕＰＣとフルオロカーボン重合膜（ＣＦｘ）との積層膜からなるホール注入層３が形成されている。ホール注入層３上には、ＮＰＢからなるホール輸送層４が形成されている。ホール輸送層４上には、ホスト材料であるＮＰＢに発光ドーパント材料であるＤＢｚＲが含有されたオレンジ色発光層５が形成されている。オレンジ色発光層５上には、ホスト材料であるＴＢＡＤＮに発光ドーパントとしてのＴＢＰが含有された青色発光層６が形成されている。
【００２０】
なお、オレンジ色発光層５は、本発明の「第１発光層」の一例であり、青色発光層６は、本発明の「第２発光層」の一例である。ここで、オレンジ色発光層５は、赤色（Ｒ）に対応する極大波長帯域λ１（５６０ｎｍ〜６３０ｎｍ）を有する。また、青色発光層６は、青色（Ｂ）に対応する極大波長帯域λ２（４３０ｎｍ〜４８０ｎｍ）と、緑色（Ｇ）に対応する極大波長帯域λ３（４８０ｎｍ〜５５０ｎｍ）との２つの極大波長帯域を有する。
【００２１】
青色発光層６上には、Ａｌｑからなる電子輸送層７が形成されている。電子輸送層７上には、ＬｉＦからなる電子注入層８が形成されている。電子注入層８上には、Ａｌからなる陰極９が形成されている。
【００２２】
オレンジ色発光層５による発光と、青色発光層６による発光とによって、図２に示すように、白色発光が得られる。そして、この白色発光がガラス基板１の発光取り出し面１ａから出射される。また、カラーフィルタ（図示せず）を用いる場合には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）のフルカラーの発光が得られる。
【００２３】
ここで、第１実施形態による有機ＥＬ素子では、オレンジ色発光層５による発光と青色発光層６による発光とを組み合わせて得られる白色発光の発光強度が増強されるように、ガラス基板１、透明陽極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、オレンジ色発光層５および青色発光層６の各膜厚を設定している。
【００２４】
具体的には、オレンジ色発光層５の赤色（Ｒ）に対応する極大波長帯域λ１（５６０ｎｍ〜６３０ｎｍ）と、青色発光層６の青色（Ｂ）に対応する極大波長帯域λ２（４３０ｎｍ〜４８０ｎｍ）および緑色（Ｇ）に対応する極大波長帯域λ３（４８０ｎｍ〜５５０ｎｍ）との３つの極大波長帯域のそれぞれを増強するように、以下の式（１）を用いて、赤色（Ｒ）におけるオレンジ色発光層５の発光位置（オレンジ色発光層５の上面）から発光取り出し面１ａまでの光学膜厚範囲Ｌ１と、青色における青色発光層６の発光位置（青色発光層６の上面）から発光取り出し面１ａまでの光学膜厚範囲Ｌ２と、緑色における青色発光層６の発光位置（青色発光層６の上面）から発光取り出し面１ａまでの光学膜厚範囲Ｌ３とを設定するとともに、ガラス基板１、透明陽極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、オレンジ色発光層５および青色発光層６の各膜厚を設定している。
【００２５】
ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５，ｄ６：各層の膜厚
ｎ１１，ｎ２１，ｎ３１，ｎ４１，ｎ５１：λ１における各層の屈折率
ｎ１２，ｎ２２， ｎ３２，ｎ４２，ｎ５２，ｎ６２：λ２における各層の屈折率
ｎ１３，ｎ２３， ｎ３３，ｎ４３，ｎ５３，ｎ６３：λ３における各層の屈折率
図３は、上記の式（１）を用いて求めた第１実施形態と、上記式（１）を満たさない比較例１および比較例２との有機層の組成および膜厚を示した図である。図３を参照して、第１実施形態では、ホール輸送層４および青色発光層６の膜厚を変化させて第１実施形態と、比較例１および比較例２との膜厚差を設けている。
【００２６】
また、図４は、第１実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の各波長に対するｍの値を示した図であり、図５は、第１実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の各波長に対する各層の屈折率を示した特性図である。図４においては、赤色（Ｒ）に対応する極大波長帯域λ１を５７０ｎｍ、青色（Ｂ）に対応する極大波長帯域λ２を４６０ｎｍ、緑色（Ｇ）に対応する極大波長帯域λ３を５１０ｎｍとし、各波長に対するガラス基板１、透明陽極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、オレンジ色発光層５および青色発光層６の屈折率ｎ１１〜ｎ５１，ｎ１２〜ｎ６２，ｎ１３〜ｎ６３を図５に示す値として、上記式（１）に挿入することによって、各波長に対するｍの値（ｍ１，ｍ２，ｍ３）を計算した。
【００２７】
図４を参照して、第１実施形態では、ｍの値（ｍ１，ｍ２，ｍ３）の小数部分が全て上記式（１）の０．２以下または０．８以上であるという条件を満たしている。これに対して、比較例１および比較例２では、ｍ値（ｍ１，ｍ２，ｍ３）の小数部分が全て上記式（１）の０．２以下または０．８以上であるという条件を満たしていない。
【００２８】
図６は、ｍの値の小数値と発光取り出し強度との関係を示した相関図である。図６を参照して、ｍの値が整数に近いほど発光強度が大きくなっていることがわかる。本実施形態では、この点を考慮して、上記式（１）において、ｍの値の小数部分を０．２以下または０．８以上の範囲に設定することによって、発光強度を大きくすることができるようにしている。
【００２９】
また、図７は、第１実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の電圧、色度および発光効率を示した特性図である。図７を参照して、第１実施形態では、上記の式（１）を満たすように各層１〜６の膜厚を設定することによって、発光効率が比較例１および比較例２に比べて向上していることがわかる。また、第１実施形態では、一定の電流を流したときの動作電圧も、比較例１および比較例２に比べて低減されていることがわかる。なお、色度については、第１実施形態の有機ＥＬ素子によって得られる色度よりも、比較例１および２によって得られる色度の方が、白色の理想的な色度（ＣＩＥ Ｘ：０．３１５，ＣＩＥ Ｙ：０．３１５）により近いので、比較例１および２の方が白色の純度が高い。
【００３０】
図８は、第１実施形態、比較例１および比較例２による波長に対するＥＬ強度を示した特性図であり、図９は、第１実施形態、比較例１および比較例２による時間に対する輝度を測定した結果を示した特性図である。
【００３１】
図８を参照して、上記式（１）の条件を満たす第１実施形態では、青色、緑色およびオレンジ色（赤色）の発光スペクトルがほぼ同様に大きくなっているとともに、全体として、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）およびＢ（青色）のピーク強度が揃っていることがわかる。これに対して、上記式（１）の条件を満たさない比較例１では、青色に対応する発光スペクトルのみ大きくなっており、オレンジ色（赤色）に対応する発光スペクトルは小さくなっていることがわかる。また、上記式（１）の条件を満たさない比較例２では、青色、緑色およびオレンジ色（赤色）の全体の波長に亘って発光スペクトルが小さくなっていることがわかる。
【００３２】
また、図９に示すように、上記式（１）の条件を満たす第１実施形態では、上記式（１）の条件を満たさない比較例１および比較例２に比べて、輝度が高くなっていることがわかる。また、図９から、第１実施形態では、素子寿命（輝度が半分になるまでの時間）が、比較例１および比較例２よりも向上していると言える。これは、発光効率の向上によって、素子に多くの電流を流す必要がないので、素子の劣化を抑制することができるからである。
【００３３】
第１実施形態では、上記のように、オレンジ色発光層５の赤色（Ｒ）に対応する極大波長帯域λ１（５６０ｎｍ〜６３０ｎｍ）と、青色発光層６の青色（Ｂ）に対応する極大波長帯域λ２（４３０ｎｍ〜４８０ｎｍ）および緑色（Ｇ）に対応する極大波長帯域λ３（４８０ｎｍ〜５５０ｎｍ）との３つの極大波長帯域のそれぞれを増強するように、式（１）を用いて、ガラス基板１、透明陽極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、オレンジ色発光層５および青色発光層６の各膜厚を設定することによって、オレンジ色発光層５による発光および青色発光層６による発光を組み合わせて得られる白色の発光強度を向上させることができる。その結果、複数の発光層を含む有機ＥＬ素子において、発光効率および素子寿命を向上させることができる。
【００３４】
（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態による有機ＥＬ素子の構造を示した断面図である。この第２実施形態では、有機ＥＬ素子の発光強度を向上させた第１実施形態と異なり、有機ＥＬ素子の色純度を向上させる例について説明する。
【００３５】
この第２実施形態による有機ＥＬ素子では、図１０に示すように、ガラス基板１上に、ＩＴＯからなる透明陽極２が形成されている。透明陽極２上には、ＣｕＰＣとＣＦｘとの積層膜からなるホール注入層３が形成されている。ホール注入層３上には、ＮＰＢからなるホール輸送層４が形成されている。ホール輸送層４上には、ホスト材料であるＮＰＢに発光ドーパントであるＤＢｚＲが含有されたオレンジ色発光層５が形成されている。オレンジ色発光層５上には、ホスト材料であるＴＢＡＤＮに、発光ドーパントであるＴＢＰが含有された青色発光層６ａが形成されている。なお、青色発光層６ａは、本発明の「第２発光層」の一例である。
【００３６】
青色発光層６ａ上には、Ａｌｑからなる電子輸送層７が形成されている。電子輸送層７上には、ＬｉＦからなる電子注入層８が形成されている。電子注入層８上には、Ａｌからなる陰極９が形成されている。
【００３７】
この第２実施形態による有機ＥＬ素子では、オレンジ色発光層５と、青色発光層６ａとによって、白色の発光が得られる。そして、この白色発光がガラス基板１の発光取り出し面１ａから出射される。また、カラーフィルタ（図示せず）を用いる場合には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）のフルカラーの発光が得られる。
【００３８】
ここで、第２実施形態では、オレンジ色発光層５による発光の色純度と青色発光層６ａによる発光の色純度とが向上されるように、ガラス基板１、透明陽極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、オレンジ色発光層５および青色発光層６ａの各膜厚を設定している。
【００３９】
具体的には、オレンジ色発光層５の赤色（Ｒ）に対応する極大波長帯域λ１（５６０ｎｍ〜６３０ｎｍ）と、青色発光層６ａの青色（Ｂ）に対応する極大波長帯域λ２（４３０ｎｍ〜４８０ｎｍ）との２つの極大波長帯域のそれぞれを増強するように、以下の式（２）を用いて、赤色（Ｒ）におけるオレンジ色発光層５の発光位置（オレンジ色発光層５の上面）から発光取り出し面１ａまでの光学膜厚範囲Ｌ１と、青色における青色発光層６ａの発光位置（青色発光層６ａの上面）から発光取り出し面１ａまでの光学膜厚範囲Ｌ２とを設定するとともに、ガラス基板１、透明陽極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、オレンジ色発光層５および青色発光層６ａの各膜厚ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５およびｄ６を設定している。
【００４０】
ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５，ｄ６：各層の膜厚
ｎ１１，ｎ２１，ｎ３１，ｎ４１，ｎ５１：λ１における各層の屈折率
ｎ１２，ｎ２２， ｎ３２，ｎ４２，ｎ５２，ｎ６２：λ２における各層の屈折率
図１１は、上記式（２）の条件を満たす第２実施形態と上記式（２）の条件を満たさない比較例１および比較例２との有機層の組成および膜厚を示した図である。図１１を参照して、第２実施形態では、ホール輸送層４および青色発光層６ａの膜厚を変化させて第２実施形態と、比較例１および比較例２との膜厚差を設けている。
【００４１】
また、図１２は、第２実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の各波長に対するｍの値を示した図であり、図１３は、第２実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の各波長に対する各層の屈折率を示した特性図である。図１２においては、赤色（Ｒ）に対応する極大波長帯域λ１を５７０ｎｍ、青色（Ｂ）に対応する極大波長帯域λ２を４６０ｎｍ、緑色（Ｇ）に対応する極大波長帯域λ３を５１０ｎｍとし、各波長に対するガラス基板１、透明陽極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、オレンジ色発光層５および青色発光層６ａの屈折率ｎ１１〜ｎ５１，ｎ１２〜ｎ６２を図１３に示す値として、上記式（２）に挿入することによって、各波長に対するｍの値（ｍ１，ｍ２）を計算した。
【００４２】
この場合、第２実施形態では、赤色（Ｒ）に対応する極大波長帯域λ１および青色（Ｂ）に対応する極大波長帯域λ２の２つの波長帯域のみを増強し、緑色（Ｇ）に対応する極大波長帯域λ３ は増強しない。すなわち、赤色（Ｒ）に対応する極大波長帯域λ１および青色（Ｂ）に対応する極大波長帯域λ２の２つの波長帯域のみ、上記式（２）のｍの値の小数部分が０．２以下または０．８以上であるという条件を満たし、緑色（Ｇ）に対応する極大波長帯域λ３については、上記式（２）のｍの値の小数部分が０．２以下または０．８以上であるという条件を満たさないように、各層１〜６ａの膜厚ｄ１〜ｄ６を設定する。
【００４３】
また、図１２に示すように、第２実施形態では、ｍの値（ｍ１，ｍ２）の小数部分が全て上記式（１）の０．２以下または０．８以上であるという条件を満たしている。これに対して、比較例１および比較例２では、ｍの値（ｍ１，ｍ２）の小数部分が全て上記式（１）の０．２以下または０．８以上であるという条件を満たしていない。
【００４４】
また、図１４は、第２実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の動作電圧、色度および発光効率を示した図である。図１４を参照して、第２実施形態の有機ＥＬ素子によって得られる色度は、比較例１および２によって得られる色度に比べて、白色の理想的な色度（ＣＩＥ Ｘ：０．３１５，ＣＩＥ Ｙ：０．３１５）により近いので、高い色純度の白色発光を得ることができることが判明した。また、発光効率についても、第２実施形態は、比較例１および比較例２よりも大きくなっている。ただし、第２実施形態では、図１４に示すように、良好な色度を得るために膜厚を設定したため、動作電圧については、第２実施形態は、比較例１および比較例２よりも大きくなっている。
【００４５】
また、図１５は、第１実施形態、比較例１および比較例２による波長に対するＥＬ強度を示した特性図である。図１５を参照して、第２実施形態では、特に、青色およびオレンジ色（赤色）に対応するピークが、比較例１および比較例２に比べて増強されていることがわかる。これにより、カラーフィルタを使用した場合に、色純度の高い青色（Ｂ）および赤色（Ｒ）を実現することができる。
【００４６】
第２実施形態では、上記のように、オレンジ色発光層５の赤色（Ｒ）に対応する発光スペクトルと、青色発光層６ａの青色（Ｂ）に対応する発光スペクトルとが増強されるように、上記の式（２）を用いて、ガラス基板１、透明陽極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、オレンジ色発光層５および青色発光層６ａの各膜厚を設定することによって、オレンジ色発光層５の赤色に対応する発光スペクトルと青色発光層６ａの青色に対応する発光スペクトルとを増強することができるので、カラーフィルタを使用した場合に、色純度の高い青色（Ｂ）および赤色（Ｒ）を得ることができる。
【００４７】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４８】
たとえば、上記第１実施形態では、オレンジ色発光層と青色発光層との２層を含む有機ＥＬ素子の発光強度を向上させて発光効率および発光寿命を向上させる例について説明したが、本発明はこれに限らず、各々発光波長の異なる３層以上の発光層を有する有機ＥＬ素子においても、同様の方法を用いて、発光効率および発光寿命を向上させることができる。たとえば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）をそれぞれ発光する３つの発光層を有する有機ＥＬ素子にも適用可能である。
【００４９】
また、第２実施形態では、オレンジ色発光層と青色発光層との２つの発光層を有する有機ＥＬ素子において、赤色および青色の色純度を向上させる例について説明したが、本発明はこれに限らず、３層以上の発光層を有する場合においても、同様の方法を用いて、色純度を向上させることができる。たとえば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）をそれぞれ発光する３つの発光層を有する有機ＥＬ素子にも適用可能である。
【００５０】
また、上記実施形態では、オレンジ色発光層および青色発光層によって白色を発光する例について説明したが、本発明はこれに限らず、複数の発光層を用いて他の色を発光する場合について適用可能である。
【００５１】
また、上記実施形態では、発光層の発光位置を発光層の上面と仮定したが、本発明はこれに限らず、発光層の発光位置を発光層の他の位置に仮定してもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、発光素子の一例としての有機ＥＬ素子について説明したが、本発明はこれに限らず、他の発光素子にも同様に適用可能である。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、発光効率および発光寿命を向上させることが可能な複数の発光層を含む発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による有機ＥＬ素子を示した断面図である。
【図２】図１に示した第１実施形態の有機ＥＬ素子により得られる発光色（白色）を説明するための特性図である。
【図３】第１実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の各層の組成および膜厚を示した図である。
【図４】第１実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の各波長に対するｍの値を示した図である。
【図５】第１実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の各波長に対する各層の屈折率を示した特性図である。
【図６】本発明の第１実施形態による有機ＥＬ素子のｍの値の小数値と発光取り出し強度との関係を示した相関図である。
【図７】第１実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の電圧、色度および発光効率を示した特性図である。
【図８】第１実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の波長に対するＥＬ強度を示した特性図である。
【図９】第１実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の時間に対する輝度を示した特性図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による有機ＥＬ素子を示した断面図である。
【図１１】第２実施形態による有機ＥＬ素子と比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の各層の組成および膜厚を示した図である。
【図１２】第２実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の各波長に対するｍの値を示した図である。
【図１３】第２実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の各波長に対する各層の屈折率を示した特性図である。
【図１４】第２実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の動作電圧、色度および発光効率を示した図である。
【図１５】第２実施形態、比較例１および比較例２による有機ＥＬ素子の波長に対するＥＬ強度を示した特性図である。
【符号の説明】
１ ガラス基板
１ａ 発光取り出し面
２ 透明陽極
３ ホール注入層
４ ホール輸送層
５ オレンジ色発光層（第１発光層）
６ 青色発光層（第２発光層）
６ａ 青色発光層（第２発光層）
７ 電子輸送層
８ 電子注入層
９ 陰極
Claims (5)
- 発光取り出し面から複数の層を介して形成された第１の極大波長帯域λＸを有する第１発光層と、
前記第１発光層に対して積層するように形成され、前記第１の極大波長帯域λＸとは異なる第２の極大波長帯域λＹを有する第２発光層とを備え、
前記第１発光層による発光と前記第２発光層による発光とを組み合わせて得られる発光色の発光強度が増強されるように、以下の式を用いて、前記第１発光層の発光位置から前記発光取り出し面までの第１光学膜厚範囲Ｌ１と、前記第２発光層の発光位置から前記発光取り出し面までの第２光学膜厚範囲Ｌ２とが設定されるとともに、前記複数の層、前記第１発光層および前記第２発光層の各膜厚が設定されている、発光素子。
Ｌ１＝λＸ／４×ｍ１＝ｎ１１ｄ１＋ｎ２１ｄ２＋・・・＋ｎｋ１ｄｋ
Ｌ２＝λＹ／４×ｍ２＝ｎ１２ｄ１＋ｎ２２ｄ２＋・・・＋ｎｋ２ｄｋ
ｍ１，ｍ２：１以上の正の整数（ただし、ｍ１，ｍ２の小数部分は０．２以下または０．８以上）
ｄ１，ｄ２，・・・ｄｋ：各層の膜厚
ｎ１１，ｎ２１，・・・ｎｋ１：λＸにおける各層の屈折率
ｎ１２，ｎ２２，・・・ｎｋ２：λＹにおける各層の屈折率 - 前記第１発光層の第１の極大波長帯域λＸ は、赤色の極大波長帯域λ１を含み、
前記第２発光層の第２の極大波長帯域λＹは、青色の極大波長帯域λ２と緑色の極大波長帯域λ３とを含み、
前記赤色、前記緑色および前記青色のそれぞれの極大波長帯域が増強されるように、前記第１光学膜厚範囲Ｌ１と前記第２光学膜厚範囲Ｌ２とが設定されているとともに、前記複数の層、前記第１発光層および前記第２発光層の各膜厚が設定されている、請求項１に記載の発光素子。 - 前記第１発光層は、オレンジ色発光層を含み、
前記第２発光層は、青色発光層を含み、
前記第１発光層と前記第２発光層とにより白色発光が得られる、請求項２に記載の発光素子。 - 発光取り出し面から複数の層を介して形成された第１の極大波長帯域λＸを有する第１発光層と、
前記第１発光層に対して積層するように形成され、前記第１の極大波長帯域λＸとは異なる第２の極大波長帯域λＹを有する第２発光層とを備え、
前記第１発光層の第１の極大波長帯域λＸによる発光スペクトルと前記第２発光層の第２の極大波長帯域λＹによる発光スペクトルとが増強されるように、以下の式を用いて、前記第１発光層の発光位置から前記発光取り出し面までの第１光学膜厚範囲Ｌ１と、前記第２発光層の発光位置から前記発光取り出し面までの第２光学膜厚範囲Ｌ２とが設定されているとともに、前記複数の層、前記第１発光層および前記第２発光層の各膜厚が設定されている、発光素子。
Ｌ１＝λＸ／４×ｍ１＝ｎ１１ｄ１＋ｎ２１ｄ２＋・・・＋ｎｋ１ｄｋ
Ｌ２＝λＹ／４×ｍ２＝ｎ１２ｄ１＋ｎ２２ｄ２＋・・・＋ｎｋ２ｄｋ
ｍ１，ｍ２：１以上の正の整数（ただし、ｍ１，ｍ２の小数部分は０．２以下または０．８以上）
ｄ１，ｄ２，・・・ｄｋ：各層の膜厚
ｎ１１，ｎ２１，・・・ｎｋ１：λＸにおける各層の屈折率
ｎ１２，ｎ２２，・・・ｎｋ２：λＹにおける各層の屈折率 - 前記第１発光層の第１の極大波長帯域λＸ は、赤色の極大波長帯域λ１を含み、
前記第２発光層の第２の極大波長帯域λＹは、青色の極大波長帯域λ２と緑色の極大波長帯域λ３とを含み、
前記赤色および前記青色の極大波長帯域が増強されるように、前記第１光学膜厚範囲Ｌ１と前記第２光学膜厚範囲Ｌ２とが設定されているとともに、前記複数の層、前記第１発光層および前記第２発光層の各膜厚が設定されている、請求項４に記載の発光素子。
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