JP2007257909A - 有機ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動電圧の上昇を抑制して発光効率を向上させることが可能な有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】少なくとも発光層３ｃ，３ｄを有する有機層３を透光性の第一電極２と第二電極４との間に積層形成してなり、第一電極２側から光１０，１１を出射する有機ＥＬ素子Ａである。第二電極４は、有機層３と接するように形成される透光部４ａと、透光部４ａと接するように形成される反射部４ｂと、を積層形成してなる。また、有機ＥＬ素子Ａは、主たる発光が生じる前記発光個所から反射部４ｂまでの光路長Ｌ１が、数式１で示される範囲内であることを特徴とする。
（数１）
（Ｎ／２＋０．２）λ≦Ｌ１≦（Ｎ／２＋０．３５）λ
（Ｎは０以上の整数、λは発光の中心波長）
【選択図】 図１

Description

本発明は、少なくとも発光層を有する有機層を第一，第二電極間に積層形成してなる有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に関する。

有機材料によって形成される自発光素子である有機ＥＬ素子は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等からなる第一電極と、少なくとも発光層を有する有機層と、アルミニウム（Ａｌ）等からなる非透光性の第二電極と、を順次積層して前記有機ＥＬ素子を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかる有機ＥＬ素子は、陽極とする一方の電極から正孔を注入し、また、陰極とする他方の電極から電子を注入して正孔及び電子が再結合することによって光を発するものであり、高輝度発光時の消費電力を低減するべく発光効率の向上が望まれている。

前記有機ＥＬ素子の発光効率を向上させる方法としては、従来より反射性の第二電極からの反射光を有利に利用することが考えられており、前記発光層から発光表示面に直接向かう光と前記第二電極で反射された光とが干渉効果によって強め合うように前記有機層のうち主たる発光が生じる発光個所よりも前記第二電極側に位置する層（例えば電子輸送層）の膜厚を厚く設定して、前記発光個所から前記第二電極までの光学的距離を調整する方法が知られている（例えば特許文献２参照）。
特開昭５９−１９４３９３号公報 特開２００２−２８９３５８号公報

しかしながら、前記従来の方法によれば、発光効率は向上するものの前記有機層の膜厚を前記有機ＥＬ素子の発光に必要な膜厚よりも厚く設定しなければならず、駆動電圧が上昇するという問題点があった。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであって、駆動電圧の上昇を抑制して発光効率を向上させることが可能な有機ＥＬ素子の提供を目的とするものである。

本発明の有機ＥＬ素子は、前記課題を解決するために、少なくとも発光層を有する有機層を透光性の第一電極と第二電極との間に積層形成してなり、前記第一電極側から光を出射する有機ＥＬ素子であって、前記第二電極は、前記有機層と接するように形成される透光部と、前記透光部と接するように形成される反射部と、を積層形成してなることを特徴とする。

また、主たる発光が生じる発光個所から前記反射部までの光路長Ｌ１が、数式１で示される範囲内であることを特徴とする。
（数１）
（Ｎ／２＋０．２）λ≦Ｌ１≦（Ｎ／２＋０．３５）λ
（Ｎは０以上の整数、λは発光の中心波長）

また、前記発光個所から前記第二電極までの光路長Ｌ２が１／４λより短いことを特徴とする。

また、前記発光個所から前記第二電極までの光路長Ｌ２が０．２λ以下であることを特徴とする。

本発明は、少なくとも発光層を有する有機層を第一，第二電極間に積層形成してなる有機ＥＬ素子に関するものであり、駆動電圧の上昇を抑制して発光効率を向上させることが可能となるものである。

以下、本発明を適用した実施の形態を添付の図面に基いて説明する。

図１において、有機ＥＬ素子Ａは、支持基板１上に、透光性の第一電極２と有機層３と第二電極４とを積層形成してなるものであり、支持基板１側を発光表示面として第一電極２を透過した光が取り出されるものである。

支持基板１は、長方形形状からなる透光性のガラス基板である。

第一電極２は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透光性の導電材料をスパッタリング法等の方法で支持基板１上に層状に形成し、例えばフォトリソグラフィー法にて所定形状にパターニングしてなる。本実施の形態においては、第一電極２が陽極となり、有機層３に正孔を注入する。

有機層３は、第一電極２上に形成されるものであり、図２に示すように、正孔注入層３ａ，正孔輸送層３ｂ，第一発光層３ｃ，第二発光層３ｄ，第一電子輸送層３ｅ，第二電子輸送層３ｆ及び電子注入層３ｇを蒸着法等の手段によって順次積層形成してなる。

正孔注入層３ａ及び正孔輸送層３ｂは、第一電極２から正孔を取り込み第一の発光層３ｃへ伝達する機能を有し、例えばアミン系化合物等の正孔輸送性材料を蒸着法等の手段によって膜厚２０〜８０ｎｍ程度の層状に形成してなる。

第一，第二の発光層３ｃ，３ｄは、例えば所定のホスト材料にゲスト材料として少なくとも蛍光材料を蒸着法等の手段によってドープし、膜厚２０〜６０ｎｍ程度の層状に形成してなるものである。前記ホスト材料は、正孔及び電子の輸送が可能であり、正孔及び電子が輸送されて再結合することで発光を示す機能を有し、例えばジスチリルアリーレン誘導体等からなる。前記蛍光材料は、電子と正孔との再結合に反応して発光する機能を有し、所定の発光色を示す。本実施の形態は、第一の発光層５ｃがアンバー色の発光を示し、第二の発光層５ｄが青緑色の発光を示すものである。

第一，第二の電子輸送層３ｅ，３ｆは、電子を第二の発光層５ｄへ伝達する機能を有し、例えばキレート系化合物であるアルミキノリノール（Ａｌｑ３）等の電子輸送性材料を蒸着法等の手段によって膜厚１０〜６０ｎｍ程度の層状に形成してなる。

電子注入層３ｅは、第二電極４から電子を注入する機能を有し、例えばフッ化リチウム（ＬｉＦ）を蒸着法等の手段によって膜厚１ｎｍ程度の層状に形成してなる。

第二電極４は、前記発光表示面と対向する側に配設される電極であり、有機層３の電子注入層３ｅと接するように形成され例えばＩＴＯ等の透光性の導電材料からなる透光部４ａと、透光部４ａと接するように形成されアルミニウム（Ａｌ）やマグネシウム銀（Ｍｇ：Ａｇ）等の反射性の導電性材料からなる反射部４ｂと、を蒸着法等の手段によって膜厚５０〜２００ｎｍ程度の層状に積層形成してなるものである。

かかる有機ＥＬ素子Ａは、第一電極２からの正孔と第二電極４からの電子とが第一，第二の発光層３ｃ，３ｄの界面付近にて再結合することによってアンバー色及び青緑色の発光を得、混色により白色の発光を示すものである。したがって、第一，第二の発光層３ｃ，３ｄの界面付近が主たる発光を示す発光個所となる。また、前記発光個所より発せられた光は、前記発光表示面に直接向かう光１０と、第二電極４の反射部４ｂで反射して前記発光表示面に向かう光１１の２つの経路があり、光１０と光１１は反射によって光路差が生じることで互いに干渉する。

そこで、有機ＥＬ素子Ａは、前記発光個所から反射部４ｂまでの光路長Ｌ１が、次の数式１で示される範囲内となるように設定するものである。本実施の形態においては、光路長Ｌ１は、前記発光個所よりも背面側に位置する第二発光層３ｄ，第一電子輸送層３ｅ，第二電子輸送層３ｆ，電子注入層３ｇ及び透光部４ａの総膜厚となる。
（数１）
（Ｎ／２＋０．２）λ≦Ｌ１≦（Ｎ／２＋０．３５）λ
（Ｎは０以上の整数、λは発光の中心波長）

数式１はかかる範囲内に光路長Ｌ１を設定することによって光１０と光１１とが干渉効果によって光強度を強め合うようにすることが可能な範囲を示している。なお、光路長Ｌ１の最適値は、有機ＥＬ素子１の用途等によって異なるものであり、上記範囲内において適宜設定される。例えば、ディスプレイへの使用を想定して正面の明るさを優先する場合には最適な光路長Ｌ１は（Ｎ／２＋０．２）λに近く（小さく）なり、照明への使用を想定して発光の総量（光束）を重視する場合には最適な光路長Ｌ１は（Ｎ／２＋０．３５）λに近く（大きく）なる。

また、有機ＥＬ素子１は、前述の従来技術と特に異なる点として、有機層３と反射部４ａとの間に透光部４ａを形成することで光路長Ｌ１の設定を有機層３を構成する有機材料よりも低抵抗である透光部４ａの膜厚によって調整可能とし、前記発光個所から第二電極４（透光部４ａ）までの光路長Ｌ２を１／４λより短く（さらに望ましくは０．２λ以下）するものである。なお、本実施の形態においては、光路長Ｌ２は、第二発光層３ｄ，第一電子輸送層３ｅ，第二電子輸送層３ｆ及び電子注入層３ｇの総膜厚となる。したがって、有機ＥＬ素子Ａは、低抵抗の透光部４ａによって干渉に必要な光路長Ｌ１を確保することによって、有機層３の膜厚を小さく抑制しつつ、光路長Ｌ１を干渉に必要な値まで大きくすることができるため、駆動電圧を上昇させることなく発光効率を向上させることができる。

図２は、上記の構成にて得られた実施例と実施例と対比するための比較例に対して後述する８ｍＡの直流電流による駆動試験にて評価した結果を示すものである。

図２において、実施例１は、有機ＥＬ素子Ａとして、縦２ｍｍ×横２ｍｍの発光表示部を形成してなるものであり、白色によるモノカラー表示が可能なものである。また、実施例１は、前記発光個所から反射部４ｂまでの光路長Ｌ１を０．２６９λとし、前記発光個所から透光部４ａまでの光路長Ｌ２を０．２λとするように各層を形成したものである。

また、比較例１は、図３に示すように透光部４ａを有しない従来の有機ＥＬ素子Ｂであり、第二電極５がアルミニウム（Ａｌ）やマグネシウム銀（Ｍｇ：Ａｇ）等の反射性の導電性材料からなる反射部のみで構成されている他は、実施例１と同様の構成からなるものである。比較例１は、従来のように有機層３の膜厚を大きくすることで前記発光個所から反射部である第二電極５までの光路長Ｌ１を０．２６８λとするものである。なお、比較例１は、透光部４ａを有しないため前記発光個所から第二電極５までの光路長Ｌ２が前記発光個所から反射部までの光路長Ｌ１と等しくなっている（Ｌ１＝Ｌ２＝０．２６８λ）。

図２からも明らかなように、実施例１は、従来のように有機層３の膜厚を大きくすることで光路長Ｌ１を確保した比較例１と同等程度に発光効率を向上させることができるとともに、比較例１よりも駆動電圧を低減させることが可能となっている。また、実施例１は、電力効率も比較例１よりも向上している。

かかる有機ＥＬ素子Ａは、少なくとも発光層３ｃ，３ｄを有する有機層３を透光性の第一電極２と第二電極４との間に積層形成してなり、第一電極２側から光１０，１１を出射する有機ＥＬ素子であって、第二電極４は、有機層３と接するように形成される透光部４ａと、透光部４ａと接するように形成される反射部４ｂと、を積層形成してなることを特徴とするものである。また、有機ＥＬ素子Ａは、主たる発光が生じる前記発光個所から反射部４ｂまでの光路長Ｌ１が、次の数式１で示される範囲内であることを特徴とするものである。
（数１）
（Ｎ／２＋０．２）λ≦Ｌ１≦（Ｎ／２＋０．３５）λ
（Ｎは０以上の整数、λは発光の中心波長）
また、有機ＥＬ素子Ａは、前記発光個所から第二電極４までの光路長Ｌ２が１／４λより短い（さらに好ましくは０．２λ以下である）ことを特徴とするものである。

以上の構成により、有機ＥＬ素子Ａは、低抵抗の透光部４ａによって干渉に必要な光路長Ｌ１を確保することによって、有機層３の膜厚を小さく抑制しつつ、光路長Ｌ１を干渉に必要な値まで大きくすることができるため、駆動電圧を上昇させることなく発光効率を向上させることが可能となる。

なお、本実施の形態の有機ＥＬ素子Ａは、支持基板１側が発光表示面となるいわゆるボトムエミッション型の構成であったが、本発明においては、有機ＥＬ素子は、支持基板と対向する側が発光表示面となるいわゆるトップミッション型の構成であってもよい。この場合、支持基板側に透光部と反射部とを有する第二電極が形成され、前記支持基板の対向側に透光性の第一電極が形成されることとなる。また、本実施の形態の有機ＥＬ素子Ａは、第一電極２が陽極となり第二電極４が陰極となるものであったが、本発明においては第一電極が陰極となり第二電極が陽極となるものであってもよい。

また、本実施の形態の有機ＥＬ素子Ａは、有機層３が正孔注入層３ａ，正孔輸送層３ｂ，第一発光層３ｃ，第二発光層３ｄ，第一電子輸送層３ｅ，第二電子輸送層３ｆ及び電子注入層３ｇからなる構成であったが、本発明においては、有機層は少なくとも発光層を有するものであればよく、本実施の形態に限定されるものではない。

本発明が適用された有機ＥＬ素子を示す断面図。 同上有機ＥＬ素子の実施例及び比較例の駆動試験の結果を示す図。 従来の有機ＥＬ素子を示す断面図。

符号の説明

Ａ 有機ＥＬ素子
Ｌ１ 光路長
Ｌ２ 光路長
１ 支持基板
２ 第一電極
３ 有機層
３ａ 正孔注入層
３ｂ 正孔輸送層
３ｃ 第一発光層
３ｄ 第二発光層
３ｅ 第一電子輸送層
３ｆ 第二電子輸送層
３ｇ 電子注入層
４ 第二電極
４ａ 透光部
４ｂ 反射部
５ 第二電極
１０ 光
１１ 光

Claims (4)

1. 少なくとも発光層を有する有機層を透光性の第一電極と第二電極との間に積層形成してなり、前記第一電極側から光を出射する有機ＥＬ素子であって、
   前記第二電極は、前記有機層と接するように形成される透光部と、前記透光部と接するように形成される反射部と、を積層形成してなることを特徴とする有機ＥＬ素子。
2. 主たる発光が生じる発光個所から前記反射部までの光路長Ｌ１が、数式１で示される範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
   （数１）
   （Ｎ／２＋０．２）λ≦Ｌ１≦（Ｎ／２＋０．３５）λ
   （Ｎは０以上の整数、λは発光の中心波長）
3. 前記発光個所から前記第二電極までの光路長Ｌ２が１／４λより短いことを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
4. 前記発光個所から前記第二電極までの光路長Ｌ２が０．２λ以下であることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ素子。

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