JP2003031374A

JP2003031374A - 有機電界発光素子

Info

Publication number: JP2003031374A
Application number: JP2001216601A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Okita; 裕之沖田; Kazuto Shimoda; 和人下田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2003-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な構成で光の取り出し効率を向上させ、
輝度を向上させることが可能な有機電界発光素子を提供
する。【解決手段】有機ＥＬ素子１０は、基板１の一面側に
光学多層体２、有機ＥＬ層３、陰極層４が順に設けられ
たものであり、光学多層体２のうち有機ＥＬ層３と接す
る層が陽極層２Ａとなっている。陽極層２Ａは、有機Ｅ
Ｌ層３より高屈折率であり、かつ、有機ＥＬ素子１０の
陽極、すなわちアノードとして機能する。そのため、陽
極層２Ａは、屈折率ｎがほぼ１．５以上のいわゆる高屈
折率材料であり、同時に、正孔を有機ＥＬ層３に注入す
ることができる材料（例えばＩＴＯ）で構成され、電極
として機能するに十分な厚みとされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子として表
示装置に用いて好適な有機電界発光（ＥＬ；ElectroLum
inescence ）素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、フラットパネルディスプレイとし
ては液晶ディスプレイが主流であったが、近年では、さ
らなる極薄化を達成するものとして有機ＥＬディスプレ
イが注目されている。この有機ＥＬディスプレイは、有
機ＥＬ素子が多数配列されて構成されている。

【０００３】また、有機ＥＬ素子は、基板の一面側に、
短冊状の陽極層、有機ＥＬ層および短冊状の陰極層が順
に積層されたものであり、両極間に電圧を加えると、電
流が有機ＥＬ層に注入され、ここで電界発光が生じる。
通常は、陽極層および基板が透明であり、この有機ＥＬ
層で発生した光は、基板側を表示面として取り出され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】その際、光は陽極層と
基板を透過する間に、まず有機ＥＬ層と陽極層の界面で
一部反射され、さらに陽極層と基板との界面、および、
基板と素子外部の空気（外気）との界面でも光が一部反
射される。その結果、最終的に素子外へ透過する光は、
当初の発光の７〜８割に減少し、輝度が低く抑えられて
しまうという問題があった。

【０００５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、簡易な構成で光の取り出し効率を向
上させ、輝度を向上させることが可能な有機電界発光素
子を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による有機電界発
光素子は、基板の一面側に光学多層体、有機電界発光層
および陰極層が設けられ、光学多層体のうち有機電界発
光層に接する層が陽極（アノード）としての機能をも有
するものである。

【０００７】本発明による有機電界発光素子では、有機
電界発光層での発光が基板の外に透過する際に、その反
射光が光学多層体により低減される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【０００９】図１は、本発明の一実施の形態に係る有機
ＥＬ素子１０の概略を示す構成図である。有機ＥＬ素子
１０は、基板１の一面側に光学多層体２、有機ＥＬ層
３、陰極層４が順に設けられたものである。この有機Ｅ
Ｌ素子１０では、光学多層体２のうち有機ＥＬ層３と接
する層が陽極層２Ａとなっている。なお、同図では、有
機ＥＬ素子１０を駆動するための駆動回路２０が等価回
路として表され、陽極層２Ａと陰極層４に図のように電
気的に接続されている。

【００１０】基板１は、薄膜ガラスなどの透明基板であ
り、その一面側に光学多層体２が設けられている。この
光学多層体２は、有機ＥＬ層３と基板１との界面におけ
る反射を防止するために設けられ、有機ＥＬ層３よりも
屈折率が高い高屈折率層Ｈと、高屈折率層よりも屈折率
が低い低屈折率層Ｌとが交互に積層されて構成されてい
ると共に、そのうち有機ＥＬ層３に接する陽極層２Ａが
陽極としての機能をも有している。

【００１１】従って、陽極層２Ａは、有機ＥＬ層３に対
して屈折率が高い高屈折率層Ｈに相当し、かつ、有機Ｅ
Ｌ素子１０の陽極、すなわちアノードとして機能する。
そのため、陽極層２Ａの材料は、屈折率ｎがほぼ１．５
以上のいわゆる高屈折率材料であり、同時に、正孔を有
機ＥＬ層３に注入することができる材料でなければなら
ない。そのような材料としては、通常、有機ＥＬ素子の
陽極として用いられるＩＴＯが好ましい。また、その厚
みは、電極として機能するに十分な値に設定される。

【００１２】この陽極層２Ａ以外の部分は、基板１の側
より高屈折率層Ｈと低屈折率層ＬがＨ１，Ｌ１，・・・
Ｈｋ，Ｌｋ（ｋ≧１）と積層されている。この部分の層
数を増やすほど、光学多層体２の反射率は波長分散が均
一化されて特性上は好ましくはあるが、厚みや生産性を
加味して適宜な層数が設定される。また、各層の材料は
特に限定されないが、有機ＥＬ素子１０の電気的特性に
影響を与えず、透光性を有する屈折率材料が好ましく、
例えば、高屈折率層ＨとしてはＩＴＯやＮｂ₂Ｏ₅を、
低屈折率層ＬとしてはＳｉＯ₂を用いることができる。
更に、陽極層２Ａを含む高屈折率層Ｈ、および、低屈折
率層Ｌはそれぞれ、すべての層が同一の材料からなるほ
うが、構成を簡易にすることができるので好ましい。

【００１３】本実施の形態では、このような光学多層体
２の構造を、基板１の側から高屈折率層Ｈ１，低屈折率
層Ｌ１，陽極層２Ａが積層されたものとする。また、高
屈折率層Ｈ１，陽極層２ＡはＩＴＯからなり、低屈折率
層Ｌ１はＳｉＯ₂からなるものとする。なお、各層の厚
みは、構成材料の光学特性（ｎ，ｋ）を用いて光学設計
を行うことにより求められる。表１は、各層の構成材料
であるＩＴＯおよびＳｉＯ₂の屈折率ｎおよび消衰係数
ｋを示している。

【００１４】

【表１】

【００１５】ここでは、光学多層体２が、ガラス（ｎ＝
１．５）からなる基板１との界面における反射率を波長
４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光域に対し例えば５％以
下とすると同時に、陽極層２Ａに十分な厚みを与えるよ
うに光学設計を行う。このような条件で光学設計を行う
と、得られる厚みは、例えば、高屈折率層Ｈ１が１４．
２０ｎｍ、低屈折率層Ｌ１が４１．５３ｎｍ、陽極層２
Ａが１３９．８２ｎｍとなる。

【００１６】光学多層体２の上には、有機化合物からな
る有機ＥＬ層３が形成されている。有機ＥＬ層３は、例
えば、光学多層体２の側から順に正孔輸送層、発光層お
よび電子輸送層（いずれも図示せず）が積層されたもの
である。

【００１７】正孔輸送層は、陽極層２Ａから注入された
正孔を発光層まで輸送するために設けられる。正孔輸送
層の材料としては、例えば、ベンジン、スチリルアミ
ン、トリフェニルアミン、ポルフィリン、トリアゾー
ル、イミダゾール、オキサジアゾール、ポリアリールア
ルカン、フェニレンジアミン、アリールアミン、オキザ
ゾール、アントラセン、フルオレノン、ヒドラゾン、ス
チルベン、あるいはこれらの誘導体、または、ポリシラ
ン系化合物、ビニルカルバゾール系化合物、チオフェン
系化合物あるいはアニリン系化合物等の複素環式共役系
のモノマー，オリゴマーあるいはポリマーを用いること
ができる。具体的には、α−ナフチルフェニルジアミ
ン、ポルフィリン、金属テトラフェニルポルフィリン、
金属ナフタロシアニン、４，４，４−トリス（３−メチ
ルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン）トリ
フェニルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ−テトラキス（ｐ−ト
リル）ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ−テト
ラフェニル４，４−ジアミノビフェニル、Ｎ−フェニル
カルバゾール、４−ジ−ｐ−トリルアミノスチルベン、
ポリ（パラフェニレンビニレン）、ポリ（チオフェンビ
ニレン）、ポリ（２，２−チエニルピロール）等が挙げ
られる。

【００１８】発光層は、陰極層４と陽極層２Ａとの間に
電位差が生じると、陰極層４および陽極層２Ａのそれぞ
れから電子および正孔が注入され、これら電子および正
孔が再結合して発光する領域である。この発光層は、発
光効率が高い材料、例えば、低分子蛍光色素、蛍光性の
高分子、金属錯体等の有機材料から構成されている。具
体的には、例えば、アントラセン、ナフタリン、フェナ
ントレン、ピレン、クリセン、ペリレン、ブタジエン、
クマリン、アクリジン、スチルベン、トリス（８−キノ
リノラト）アルミニウム錯体、ビス（ベンゾキノリノラ
ト）ベリリウム錯体、トリ（ジベンゾイルメチル）フェ
ナントロリンユーロピウム錯体ジトルイルビニルビフェ
ニルが挙げられる。

【００１９】電子輸送層は、陰極層４から注入される電
子を発光層に輸送するために設けられる。電子輸送層の
材料としては、例えば、キノリン、ペリレン、ビススチ
リル、ピラジン，またはこれらの誘導体が挙げられる。
具体的には、８−ヒドロキシキノリンアルミニウム，ア
ントラセン、ナフタリン、フェナントレン、ピレン、ク
リセン、ペリレン、ブタジエン、クマリン、アクリジ
ン、スチルベン、またはこれらの誘導体が挙げられる。

【００２０】この有機ＥＬ層３の上には、さらに、陰極
層４が形成されている。陰極層４は、有機ＥＬ層３に電
子を注入するための電極層（カソード）となる。その材
料には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム
（Ｉｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、カルシ
ウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）、リチウム（Ｌｉ）が
用いられ、これらの金属は単体で用いてもよく、他の金
属との合金として使用してもよい。

【００２１】この有機ＥＬ素子１０は、例えば以下のよ
うにして製造することができる。

【００２２】まず、基板１を用意する。この基板１の一
面側の全面に、例えばスパッタリング法を用いて高屈折
率層Ｈ１，低屈折率層Ｌ１および陽極層２Ａをこの順で
上述の厚みに形成する。次に、例えばウエットエッチン
グ法を用いて、陽極層２Ａを所定形状にパターニングす
る。このように、光学多層体２は３層形成されるだけで
よく、しかもすべて同一の成膜方法で形成でき、高屈折
率層Ｈ１と陽極層２Ａを通常陽極に用いられるＩＴＯで
形成するようにしたので、プロセスに大幅な変更を行う
ことなく製造することができる。

【００２３】以下、陽極層２Ａの上に、通常と同様の方
法（真空蒸着法）により有機ＥＬ層３，陰極層４をこの
順で所定形状に形成すればよく、このようにして有機Ｅ
Ｌ素子１０が製造される。

【００２４】次に、有機ＥＬ素子１０の動作を説明す
る。有機ＥＬ素子１０では、陽極層２Ａおよび陰極層４
のそれぞれに駆動回路２０から正負の電圧を印加する
と、両極間に生じる電界により正孔と電子とが有機ＥＬ
層３内の発光層に注入され、再結合が起こり、いわゆる
電界発光が生じる。発光層における発光は等方的に放射
されるが、そのうち、基板１側に放射されたものは、光
学多層体２を経て基板１に入射する。

【００２５】図２は、この有機ＥＬ素子１０の光学多層
体２と基板１の界面における反射率の入射光の波長に対
する波長依存性を表している。本実施の形態では、上述
のように設計された光学多層体２を設けることにより、
図のように光学多層体２と基板１との界面では、可視光
域における反射率が５％以下と低いものになる。このよ
うに、光学多層体２は、高々３層であるにもかかわらず
良好な反射防止機能を有しており、特に、波長４３０ｎ
ｍ〜７００ｎｍでの反射率は２％以下と極めて低い。こ
れにより、この界面に発光層から入射される光の反射が
抑制され、従来に比べて格段に効率よく光が基板１から
取り出される。

【００２６】このように、本実施の形態では、有機ＥＬ
層３と基板１との間に光学多層体２を設けるようにした
ので、基板１の光学多層体２側の面における反射率が低
減される。そのため、有機ＥＬ層３で発生し、基板１側
に透過する光は、光学多層体２と基板１との界面におけ
る反射が抑制される。従って、基板１側への光の取り出
し効率が向上し、有機ＥＬ素子１０の輝度を向上させる
ことができる。

【００２７】また、光学多層体２のうちの陽極層２Ａが
陽極としての機能を兼ね備えるようにしたので、陽極を
別途設ける必要がなく、逆に陽極の分だけ光学多層体２
の層数や厚みを稼ぐことができるために、実質的な厚み
増分は高屈折率層Ｈ１，低屈折率層Ｌ１の部分だけとな
る。よって、全体の厚みを抑え、簡易な構成とすること
ができる。

【００２８】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形が可能である。例えば、図３に示すよう
に、上記実施の形態で挙げた有機ＥＬ素子１０に対し
て、さらに基板１の他面（外気と接する面）側に反射防
止層５を付設するようにしてもよい。この反射防止層５
は、基板１と外気との界面における光の反射を防止する
ための光学多層膜であって、透光性を有する屈折率材料
であること以外は特に限定されることなく構成される。
なお、反射防止層５は、直接基板１の上に成膜して形成
してもよいが、反射防止フィルムを基板１の全面に貼り
付けるようにしてもよく、その方がより簡単に設けるこ
とができる。これにより、有機ＥＬ素子１０は、表示面
側における反射防止効果が高まり、光取り出し効率を上
記実施の形態に比べてさらに向上させる、あるいは光学
多層体２により達成された反射防止効果を保障すること
が可能となる。

【００２９】また、上記実施の形態では、有機ＥＬ層３
を正孔輸送層、発光層および電子輸送層が積層されたも
のとしたが、有機ＥＬ層の構成はこれに限らず有機ＥＬ
素子として機能できる構成であればどのようなものであ
ってもよい。例えば、正孔輸送層および電子輸送層はど
ちらも必ず設ける必要はなく、正孔輸送層と光学多層体
２との間に銅フタロシアニンやポルフィリン系化合物な
どで形成された正孔注入層を設けるようにしてもよい。
また、発光層と陰極層４との間にＬｉ₂Ｏなどからなる
バッファ層を設けてもよい。

【００３０】また、上記実施の形態では、基板１は薄膜
ガラスとしたが、生産性向上や形状加工性の観点から
は、可撓性を有する基板を用いることが好ましく、高分
子フィルム基板を用いるようにしてもよい。そのような
基板の材料は、例えば、ポリエチレンテレフタレート
（ＰＥＴ；Poly(Ethylene Terephthalate ））、ポリカ
ーボネート（ＰＣ；PolyCarbonate ）、ポリオレフィン
（ＰＯ；PolyOlefin）、ポリエーテルスルホン（ＰＥ
Ｓ；PolyEter Sulphone ）等を初めとする高分子ポリマ
ー系材料である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし請求
項７のいずれか１項に記載の有機電界発光素子によれ
ば、基板の一面側に光学多層体、有機電界発光層および
陰極層が設けられた有機電界発光素子であって、光学多
層体のうち有機電界発光層に接する層が陽極としての機
能をも有するようにしたので、基板の一面側における反
射率が低減し、この面を透過する有機電界発光層からの
発光は反射が防止され、光の取り出し効率が向上する。
また、陽極を別途設ける必要がなく、光学多層体が付設
されているにも関わらず全体の厚みを抑え、構成を簡易
なものとすることができる。よって、簡易な構成で素子
の輝度を高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る有機ＥＬ素子の構
成図である。

【図２】図１に示した有機ＥＬ素子の光学多層体と基板
の界面における反射率の入射光に対する波長依存性を示
した図である。

【図３】図１に示した有機ＥＬ素子の変形例を示す構成
図である。

【符号の説明】

１…基板、２…光学多層体、２Ａ…陽極層、３…有機Ｅ
Ｌ層、４…陰極層、５…反射防止層、１０…有機ＥＬ素
子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3K007 AB02 AB03 BB06 CA01 CB01 CB04 DA01 DB03 EA01 EA04 EB00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を備え、前記基板の一面側に光学多
層体、有機電界発光層および陰極層が設けられた有機電
界発光素子であって、前記光学多層体は、前記有機電界発光層よりも屈折率が
高い第１の屈折率層と前記第１の屈折率層よりも屈折率
が低い第２の屈折率層とが交互に積層されて構成されて
いると共に、前記光学多層体のうち前記有機電界発光層
に接する層が陽極としての機能をも有することを特徴と
する有機電界発光素子。
【請求項２】前記光学多層体のうち前記有機電界発光
層に接する層を前記第１の屈折率層とすることを特徴と
する請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項３】前記光学多層体のうち前記有機電界発光
層に接する層は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ；Indium T
in Oxide）からなることを特徴とする請求項２に記載の
有機電界発光素子。
【請求項４】前記第１の屈折率層は、酸化インジウム
スズからなることを特徴とする請求項１に記載の有機電
界発光素子。
【請求項５】前記第２の屈折率層は、二酸化ケイ素か
らなることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光
素子。
【請求項６】前記第１の屈折率層または前記第２の屈
折層は、２層以上で構成され、かつ、各層がすべて同じ
材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載
の有機電界発光素子。
【請求項７】さらに、前記基板の他面側に反射防止層
を備えることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発
光素子。