JP2002289358A

JP2002289358A - 有機エレクトロルミネッセンス素子

Info

Publication number: JP2002289358A
Application number: JP2001085502A
Authority: JP
Inventors: Masakatsu Higa; 政勝比嘉; Hiroshi Fujimura; 浩藤村; Fuminao Matsumoto; 文直松本; Yumi Matsuki; ゆみ松木; Okitoshi Kimura; 興利木村; Takashi Okada; 崇岡田; Takuji Kato; 拓司加藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2002-10-04

Abstract

(57)【要約】【課題】発光効率（光の取り出し効率）が高く、高輝
度で低消費電力の有機エレクトロルミネッセンス（Ｅ
Ｌ）素子を提供すること。【解決手段】有機ＥＬ素子内で発光した光は、素子の
前方に直接向かう光と陰極１５で反射してから素子の
前方に向かう光の２つの経路がある。これらの光は、
光路差があるので互いに干渉する。発光層から出て素子
の前方に直接向かう光と陰極で反射した光の位相差δ
は、基板法線方向についてδ＝π＋４πＬ／λで求めら
れ、λは波長、Ｌは発光位置から反射面までの光学的距
離である。光学的距離Ｌは、発光位置から反射面までに
存在する有機材料の光学膜厚ｎｄで与えられる（ｎは屈
折率、ｄは膜厚）。発光位置から反射面までに存在する
有機材料が複数の層からなる場合には、光学的距離Ｌ
は、各有機層の光学的距離（光学膜厚）の和となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多色表示可能な平
面型の表示装置、光源としても利用可能な固体発光素子
である発光効率が高い有機エレクトロルミネッセンス素
子（以下、有機ＥＬ素子とする）に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、インターネットに代表される情報
技術の進歩に伴って、ノート型パーソナルコンピュー
タ、携帯端末、あるいは携帯電話などの情報機器が急速
に普及してきている。これらの情報機器からの膨大な情
報を瞬時に処理し、表示することのできる高品質、高性
能な平面型の表示装置が求められている。平面型の表示
装置の代表的なものとしては液晶表示装置がある。液晶
表示装置は、低電圧駆動、低消費電圧であるという特徴
を生かして、ノート型パーソナルコンピュータや携帯電
話用の表示装置を初めとして、多くの電子製品に使用さ
れている。ところが、液晶素子そのものは低消費電力で
あるにも関わらず、自発光型ではないので明るく高品質
のカラー表示を行うためにはバックライトを必要とし、
このバックライトの駆動に大きな電力を必要とする。ま
た、応答速度が遅いために、満足できる品質の動画表示
が難しく、視野角が狭いものである。一方、有機ＥＬ素
子は低電圧の直流駆動が可能であり、広視野角、高視認
性、高速応答性という表示素子として優れた性能を有す
る自発光型の表示素子として期待されている。なた、積
層型の素子構成で低電圧直流駆動、高発光効率、高輝度
発光が報告されて以来、実用化に向けて活発な研究がな
されている（特公昭６４−７６３５号、特公平６−３２
３０７号、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５１，９
１３（１９８７）参照）。

【０００３】有機ＥＬ素子の基本的な技術課題として、
低電圧駆動、高発光効率化、高輝度化、多色発光があ
る。有機ＥＬ素子の発光機構は以下のように理解されて
いる。素子に電界を印加すると陰極からは電子、陽極か
らは正孔がそれぞれキャリアとして注入され、この両キ
ャリアは発光層で再結合して励起子を発生し、エネルギ
ーを放出するときに電気エネルギーを光エネルギーに変
換して発光する。陽極には、正孔注入能力を高くするた
めに一般に仕事関数の大きな材料がよいとされ、さらに
発光を外部に取り出すための透明性が要求されるので、
陽極材料としてＩＴＯ（インジウムすず酸化物）のよう
な透明電極が最も多く用いられる。陰極には、仕事関数
の小さな金属やその合金が用いられる。

【０００４】アルカリ金属、アルカリ土類金属および第
３族金属があるが、安価で比較的に化学的安定性のよい
材料であるＡｌやＭｇおよびその合金が最もよく用いら
れている。発光効率の向上のためには、陰極からの電子
と陽極からの正孔の両キャリアを効率よく発光層に注
入、輸送し、かつ注入された両キャリアのできるだけ多
くを再結合させることが重要であるとされている。その
ため、積層型の素子においては、キャリアの注入、輸送
および発光という異なった機能を違う材料で分担させる
ことによって、それぞれの材料を最適化して高い発光効
率を実現できる可能性があることがわかり、活発に研究
がなされるようになった。また、積層型の素子では、キ
ャリアの再結合位置を電極から離れた位置に集約させる
ので、生成された励起子が電極の界面部分に移動して消
失することを防いでいる。このような励起子の消失の影
響は、電極から発光位置までの距離が約３０ｎｍ以下に
ならない方がよい。

【０００５】これまでに提案されている有機ＥＬ素子の
構造には、有機多層膜の数によって主に２層型と３層
型、およびこれらを基本とした改良型がある。２層型の
素子は、発光層が電子輸送性または正孔輸送性を併せ持
つものであって、正孔輸送層／電子輸送性発光層からな
るもの（図１３を参照）と正孔輸送性発光層／電子輸送
層からなるもの（図１４を参照）の２種類がある。正孔
輸送層３ａ／電子輸送性発光層４ｂからなる２層型の素
子は、ガラス基板１上の陽極２と電子輸送性をもった発
光層である電子輸送層４ａとの間に電子輸送性のほとん
どない正孔輸送層３ａを設けることで、効率よく正孔を
注入、輸送すると共に陰極５から注入された電子を正孔
輸送層３ａと発光層の界面でブロックして、電子と正孔
との結合効率を向上させることを目的とする。この場
合、電子と正孔の再結合は正孔輸送層発光層３ｂ／電子
輸送性発光層４ｂの界面付近の発光層（発光位置）６で
のみ発生し、その位置で最大の発光強度を示す。

【０００６】正孔輸送性発光層／電子輸送層からなる２
層型の素子は、陰極と正孔輸送性をもった発光層との間
に正孔をブロックするための電子輸送層を設けること
で、電子と正孔との結合効率を向上させることを狙った
ものである。この場合、電子と正孔の再結合は正孔輸送
性発光層／電子輸送層の界面付近の発光層でのみ発生
し、その位置で最大の発光強度を示す。３層型の素子
は、発光層とキャリアの輸送層を分離した正孔輸送層／
発光層／電子輸送層からなるものである。あるいは、陽
極からの正孔注入障壁を低くするために、正孔輸送層と
陽極との間に陽極とのイオン化ポテンシャルの差が小さ
い正孔注入層をもう１層設けることもある。また、Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５７，５３１（１９９
０）には、３層型の素子において発光層の膜厚を５ｎｍ
まで薄くしても発光効率は低下しないことが示されてい
る。これは、発光が５ｎｍの厚さの発光層中で起こって
いることを示している。このように多層型の有機ＥＬ素
子の発光は、２層型か３層型かによらず基本的に電子と
正孔が再結合する界面のごく近傍でのみ起こる。この発
光効率の改善は、現在でも有機ＥＬ素子の基本的な課題
であり、これまでに多くの材料、構成が提案されてい
る。

【０００７】ところで、特開平４−１３７４８５号公報
には、陽極／正孔輸送性発光層／電子輸送層／陰極の構
成において、電子輸送層の厚さを３０〜６０ｎｍとして
高輝度を得る電界発光素子が開示されている。また、特
許第３０６５７０４号および特許第３０６５７０５号に
は、陰極での反射光の干渉効果を利用する方法が示され
ている。特許第２８４６５７１号公報には、選定された
波長における発光強度を増強するように、陽極（透明電
極）と有機多層膜との合計光学膜厚と屈折率を設定する
有機エレクトロルミネッセンス素子が開示されている。
これは、発光層の位置から陰極までの光学的距離を規定
するものではなく、また、陽極（透明電極）と基板との
界面での反射光と陰極での反射光との干渉を利用してい
るので、透明電極と基板との界面での反射率を大きくす
るために、透明電極には屈折率が１．８以上の高屈折性
透明電極を使用することが記載されている。特許第２７
９７８８３号には、発光層の両面に形成された反射鏡と
で微小共振器を形成して、反射鏡間の光学的距離の制御
で多色表示をする多色発光素子とその基板が開示されて
いる。

【０００８】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏ
ｌ．３８（１９９９）ｐｐ．２７９９−２８０３、「Ｅ
ｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＴｒｕｅＰｏｗｅｒＬ
ｕｍｉｎｏｕｓＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙｆｒｏｍＥ
ｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＬｕｍｉｎａｎｃｅＶａｌ
ｕｅｓ」（Ｔ．ＴｓｕｔｓｕｉａｎｄＫ．Ｙａ
ｍａｍａｔｏ）には、透明電極（ＩＴＯ）／正孔注入輸
送層（ＴＰＤ）／電子輸送性発光層（Ａｌｑ）／陰極
（ＭｇＡｇ）の構成の有機ＥＬ素子において、電子輸送
性発光層（Ａｌｑ）の膜厚を変化させて実験的に得られ
た発光スペクトルの変化、輝度の視角依存性から発光の
取り出し効率を正しく評価する試みが報告されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のように自己発光
型の表示素子としては、例えばプラズマ表示素子、有機
ＥＬ素子が知られている。しかしながら、プラズマ表示
素子は、低圧ガス中でのプラズマ発光を利用するもの
で、大型の表示装置には適しているが、薄型化、小型化
には不向きであり、コスト面での課題が残っている。ま
た、プラズマ発光のためには数１００Ｖの高電圧交流駆
動が必要とされ、低消費電力化には適していない。ま
た、有機ＥＬ素子の発光効率の改善のために内部量子効
率の高い発光材料を用いても発光層から放射される光を
有効に外部に取り出していないこと、すなわち光の取り
出し効率が低いことに起因して、発光効率を高くできな
いという問題がある。これは、主に光取り出し側の基板
面への入射角が臨界角を超えると全反射されるため、基
板から外部に光を取り出すことができないことに起因し
ている。例えば、通常のガラス基板では約２５％の取り
出し効率になると考えられている。したがって、有機Ｅ
Ｌ素子の発光効率向上のためには、発光層からの光を有
効に素子外部に取り出すことのできる素子構成にするこ
とが望まれている。

【００１０】従来から発光効率（発光の取り出し効率）
を高める方法の一つとして、陰極からの反射光を有効に
利用することが考えられる。すなわち、可視光領域で高
い反射率を有する金属材料を陰極材料として用いれば、
発光層から放射された光を素子前方（陽極側）に反射し
て有効に取り出すことができるが、発光層から出て素子
の前方に直接向かう光と陰極で反射した光は互いに干渉
しあうことが考えられ、この干渉効果についての正確か
つ詳細な検討はなされていないのが現状である。また、
上述の特開平４−１３７４８５号公報には、発光層と陰
極との距離が発光強度を向上させるための重要な因子で
あることを示しているが、この時点では発光強度が電子
輸送層の厚さに依存する理由については十分に解明され
ていないとしている。また、発光波長と膜厚との関係に
ついての記述はみられず、光の干渉効果についての検討
はなされていない。

【００１１】また、特許第３０６５７０４号および特許
第３０６５７０５号の従来技術では、ＥＬ層あるいは電
子輸送層の膜厚を膜厚輝度減衰曲線特性の２番目に高い
輝度の２次極大値を含む膜厚を有し、かつその振幅がそ
の収束する収束輝度値を超える輝度を生ずる範囲内の膜
厚に設定することが述べられているが、特許第３０６５
７０４号に記載されている光の干渉効果としての光の強
度を表す「数式３」は、陰極で反射する光のπラジアン
の位相変化を考慮しないで導かれたものであり、フレネ
ルの反射の法則に反することになる。すなわち、フレネ
ルの反射の法則によれば、光学的に疎な物質（屈折率の
小さい物質）から密な物質（屈折率の大きな物質）に光
が入射するとき、反射光の位相はπラジアンだけ変化す
ることが知られている（例えば、「干渉および干渉性」
（飯沼芳郎著、共立出版）のロイドの鏡と干渉性に関す
る記述を参照のこと）。一般に、反射率の高い金属表面
は、いわゆる鏡面であって、反射光の位相は反射面でほ
ぼπラジアン変化する。このように、陰極での反射光の
πラジアンの位相変化を無視してしまうと、発光強度の
極大値を与えるＥＬ層の膜厚を正確に求めることができ
ないばかりか、逆に発光強度の極小値となる膜厚に設定
してしまう可能性がある。

【００１２】反射率の高い金属表面は、いわゆる鏡面で
あって、反射光の位相は反射面でほぼπラジアン変化す
ると考えるのが一般的であるが、実際の金属は複素屈折
率を有するので、反射面での反射光の実質的な位相変化
はπラジアンからずれてしまう。また、金属薄膜によっ
て形成された半透過膜、あるいは吸収のある誘電体膜に
おいても同様に反射面での反射光の実質的な位相変化は
πラジアンからずれている。したがって、多用な陰極材
料を選択するにあたっては、反射面での反射光の実質的
な位相変化を考慮する必要があったが、これまでにこの
ような検討はなされていないのが現状である。また、特
許第２８４６５７１号公報では、ＥＬ発光は陽極側の面
から素子外部に取り出されるので陽極には可視光領域で
高い透過率が要求され、陰極のように大きな反射率の陽
極材料で構成することはできないので、強い干渉効果を
期待することはできない。したがって、この従来技術で
示された構成は色純度を向上させるためには有効である
が、大きな発光効率（光の取り出し効率）の大幅な改善
を期待することはできない。同様に特許第２７９７８８
３号も発光層の位置から陰極までの光学的距離を規定す
るものではない。さらに、光の干渉効果についての詳細
な説明もなされていない。

【００１３】そこで、本発明の目的は、発光効率（光の
取り出し効率）が高く、高輝度で低消費電力の有機ＥＬ
素子を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、透明電極からなる陽極と、前記陽極上に少なくとも
正孔輸送層と電子輸送層の２層を有して成膜された有機
多層膜と、前記有機多膜層上に金属からなる鏡面反射膜
で作製された陰極と、を備え、前記有機多層膜の電子輸
送層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／４、
（ｎは屈折率、ｄは膜厚、λは発光の中心波長、Ｎは正
の整数）なる関係を満たすことにより、前記目的を達成
する。請求項２記載の発明では、透明電極からなる陽極
と、前記陽極上に正孔輸送層、電子輸送性発光層の順で
２層を積層して成膜された有機多層膜と、前記有機多膜
層上に金属からなる鏡面反射膜で作製された陰極と、を
備え、前記有機多層膜の電子輸送性発光層の光学膜厚ｎ
ｄは、ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／４、（ｎは屈折率、ｄは
膜厚、λは発光の中心波長、Ｎは正の整数）なる関係を
満たすことにより、前記目的を達成する。請求項３記載
の発明では、透明電極からなる陽極と、前記陽極上に正
孔注入層、正孔輸送層、電子輸送性発光層の順で３層を
積層して成膜された有機多層膜と、前記有機多膜層上に
金属からなる鏡面反射膜で作製された陰極と、を備え、
前記有機多層膜の電子輸送性発光層の光学膜厚ｎｄは、
ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／４、（ｎは屈折率、ｄは膜厚、
λは発光の中心波長、Ｎは正の整数）なる関係を満たす
ことにより、前記目的を達成する。請求項４記載の発明
では、請求項２または請求項３記載の発明において、前
記電子輸送性発光層は、前記正孔輸送層との界面付近に
微量の蛍光性材料がドーピングされていることにより、
前記目的を達成する。

【００１５】請求項５記載の発明では、透明電極からな
る陽極と、前記陽極上に正孔輸送層、膜厚が３０ｎｍ以
下の発光層、電子輸送層の順で３層を積層して成膜され
た有機多層膜と、前記有機多膜層上に金属からなる鏡面
反射膜で作製された陰極と、を備え、前記有機多層膜の
電子輸送層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／
４、（ｎは屈折率、ｄは膜厚、λは発光の中心波長、Ｎ
は正の整数）なる関係を満たすことにより、前記目的を
達成する。請求項６記載の発明では、請求項５記載の発
明において、前記発光層は、微量の蛍光性材料がドーピ
ングされていることにより、前記目的を達成する。

【００１６】請求項７記載の発明では、透明電極からな
る陽極と、前記陽極上に正孔輸送性発光層、電子輸送層
の順で２層を積層して成膜された有機多層膜と、前記有
機多膜層上に金属からなる鏡面反射膜で作製された陰極
と、を備え、前記有機多層膜の電子輸送層の光学膜厚ｎ
ｄは、ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／４、（ｎは屈折率、ｄは
膜厚、λは発光の中心波長、Ｎは正の整数）なる関係を
満たすことにより、前記目的を達成する。請求項８記載
の発明では、請求項１、請求項２、請求項３、請求項
４、請求項５、請求項６、請求項７のうちいずれか１に
記載の発明において、前記陰極は、反射率が５０％以上
の金属膜であることにより、前記目的を達成する。請求
項９記載の発明では、請求項１、請求項２、請求項３、
請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８の
うちいずれか１に記載の発明において、前記正の整数Ｎ
は、１であることにより、前記目的を達成する。請求項
１０記載の発明では、請求項１、請求項２、請求項３、
請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、
請求項９のうちいずれか１に記載の発明において、前記
電子輸送層または前記電子輸送性発光層の光学膜厚ｎｄ
は、前記発光の中心波長±λ／８以内の誤差範囲内であ
ることにより、前記目的を達成する。

【００１７】請求項１１記載の発明では、透明電極から
なる陽極と、前記陽極上に少なくとも正孔輸送層と電子
輸送層の２層を有して成膜された有機多層膜と、前記有
機多膜層上に複素屈折率ｎ’＝ｎｒ−ｉｋｒを有する金
属膜で作製された陰極と、を備え、前記有機多層膜の電
子輸送層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（λ／４）（２Ｎ−
δｒ／π）、δｒ＝ａｒｃｔａｎ（２ｎｋ_r／（ｎ²−
（ｎ_r）²−（Ｋ_r）²））＋π、（ｎ²≦ｎ_r ²＋Ｋ_r ²であ
り、ｎは屈折率、ｄは膜厚、λは発光の中心波長、Ｎは
正の整数）なる関係を満たすことにより、前記目的を達
成する。請求項１２記載の発明では、透明電極からなる
陽極と、前記陽極上に正孔輸送層、電子輸送性発光層の
順で２層を積層して成膜された有機多層膜と、前記有機
多膜層上に複素屈折率ｎ’＝ｎｒ−ｉｋｒを有する金属
膜で作製された陰極と、を備え、前記有機多層膜の電子
輸送性発光層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（λ／４）（２
Ｎ−δｒ／π）、δｒ＝ａｒｃｔａｎ（２ｎｋ_r／（ｎ²
−（ｎ_r）²−（Ｋ _r）²））＋π、（ｎ²≦ｎ_r ²＋Ｋ_r ²で
あり、ｎは屈折率、ｄは膜厚、λは発光の中心波長、Ｎ
は正の整数）なる関係を満たすことにより、前記目的を
達成する。請求項１３記載の発明では、透明電極からな
る陽極と、前記陽極上に正孔注入層、正孔輸送層、電子
輸送性発光層の順で３層を積層して成膜された有機多層
膜と、前記有機多膜層上に複素屈折率ｎ’＝ｎｒ−ｉｋ
ｒを有する金属膜で作製された陰極と、を備え、前記有
機多層膜の電子輸送性発光層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝
（λ／４）（２Ｎ−δｒ／π）、δｒ＝ａｒｃｔａｎ
（２ｎｋ_r／（ｎ²−（ｎ_r）²−（Ｋ_r）²））＋π、（ｎ
²≦ｎ_r ²＋Ｋ_r ²であり、ｎは屈折率、ｄは膜厚、λは発
光の中心波長、Ｎは正の整数）なる関係を満たすことに
より、前記目的を達成する。請求項１４記載の発明で
は、請求項１２または請求項１３記載の発明において、
前記電子輸送性発光層は、前記正孔輸送層との界面付近
に微量の蛍光性材料がドーピングされていることによ
り、前記目的を達成する。

【００１８】請求項１５記載の発明では、透明電極から
なる陽極と、前記陽極上に正孔輸送層、膜厚が３０ｎｍ
以下の発光層、電子輸送層の順で３層を積層して成膜さ
れた有機多層膜と、前記有機多膜層上に複素屈折率ｎ’
＝ｎｒ−ｉｋｒを有する金属膜で作製された陰極と、を
備え、前記有機多層膜の電子輸送層の光学膜厚ｎｄは、
ｎｄ＝（λ／４）（２Ｎ−δｒ／π）、δｒ＝ａｒｃｔ
ａｎ（２ｎｋ_r／（ｎ²−（ｎ_r）²−（Ｋ_r）²））＋π、
（ｎ²≦ｎ_r ²＋Ｋ_r ²であり、ｎは屈折率、ｄは膜厚、λ
は発光の中心波長、Ｎは正の整数）なる関係を満たすこ
とにより、前記目的を達成する。請求項１６記載の発明
では、請求項１５記載の発明において、前記発光層は、
微量の蛍光性材料がドーピングされていることにより、
前記目的を達成する。

【００１９】請求項１７記載の発明では、透明電極から
なる陽極と、前記陽極上に正孔輸送性発光層、電子輸送
層の順で２層を積層して成膜された有機多層膜と、前記
有機多膜層上に複素屈折率ｎ’＝ｎｒ−ｉｋｒを有する
金属膜で作製された陰極と、を備え、前記有機多層膜の
電子輸送層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（λ／４）（２Ｎ
−δｒ／π）、δｒ＝ａｒｃｔａｎ（２ｎｋ_r／（ｎ²−
（ｎ_r）²−（Ｋ_r）²））＋π、（ｎ²≦ｎ_r ²＋Ｋ_r ²であ
り、ｎは屈折率、ｄは膜厚、λは発光の中心波長、Ｎは
正の整数）なる関係を満たすことにより、前記目的を達
成する。請求項１８記載の発明では、請求項１１、請求
項１２、請求項１３、請求項１４、請求項１５、請求項
１６、請求項１７のうちいずれか１に記載の発明におい
て、前記陰極は、反射率が５０％以上の金属膜であるこ
とにより、前記目的を達成する。請求項１９記載の発明
では、請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１
４、請求項１５、請求項１６、請求項１７、請求項１８
のうちいずれか１に記載の発明において、前記正の整数
Ｎは、１であることにより、前記目的を達成する。請求
項２０記載の発明では、請求項１１、請求項１２、請求
項１３、請求項１４、請求項１５、請求項１６、請求項
１７、請求項１８、請求項１９のうちいずれか１に記載
の発明において、前記電子輸送層または前記電子輸送性
発光層の光学膜厚ｎｄは、前記発光の中心波長±λ／８
以内の誤差範囲内であることにより、前記目的を達成す
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について図１ないし図１２を参照して詳細に説明する。
まず、第１の実施形態の有機ＥＬ素子について説明す
る。本実施の形態の有機ＥＬ素子は、陰極が金属からな
る鏡面反射膜であり、発光層から出て素子の前方に直接
向かう光と陰極で反射した光とが干渉効果によって強め
合うように、発光位置から陰極までの光学的距離を設定
されている。ここで、陰極が鏡面反射膜であるとは、有
機層との界面で反射光の位相が入射光に対して実質的に
πラジアンだけ変化することを意味するものであり、金
属材料に限られるわけではないが、反射率が高く、電子
注入効率の高い金属材料が最も適している。また、発光
材料特有の発光スペクトルの中心波長に対して最適な素
子構成となるようにして、最も強い光を有効に素子外部
に取り出すようにする。

【００２１】図１は、有機ＥＬ素子における光の干渉を
示した図である。有機ＥＬ素子内で発光した光は、素子
の前方に直接向かう光と陰極１５で反射してから素子
の前方に向かう光の２つの経路がある。これらの光
は、光路差があるので互いに干渉する。発光層から出て
素子の前方に直接向かう光と陰極で反射した光の位相差
δは、基板法線方向について以下の式（１）で求められ
る。 δ＝π＋４πＬ／λ （１）

【００２２】ここで、λは波長、Ｌは発光位置から反射
面までの光学的距離である。光学的距離Ｌは、発光位置
から反射面までに存在する有機材料（例えば、２層型の
素子においては電子輸送層）の光学膜厚ｎｄで与えられ
る（ｎは屈折率、ｄは膜厚）。発光位置から反射面まで
に存在する有機材料が複数の層からなる場合には、光学
的距離Ｌは、各有機層の光学的距離（光学膜厚）の和と
なる。発光位置は、最大発光強度を示す正孔輸送層１３
ａ／電子輸送性発光層１４ｂの界面、もしくは発光層
（正孔輸送性）／電子輸送層の界面位置で代表すること
ができる。発光層内の発光強度分布が無視できない程度
であれば、電子輸送層の膜厚を若干調整（発光強度分布
の半分程度だけ厚めに）することで対応することも可能
である。

【００２３】式（１）の右辺第一項のπは、反射面での
反射光の位相変化を意味する。直接光と反射光の干渉効
果として素子外部に出てくる光の強度は、以下の式
（２）で与えられるＤ（λ）に比例する。Ｄ（λ）＝１＋ｃｏｓδ （２）発光材料自体の発光スペクトルをＰ（λ）とすると、素
子外部で観測される発光スペクトルＩ（λ）は、式
（３）で表される。Ｉ（λ）＝Ｐ（λ）Ｄ（λ）（３）したがって、干渉の効果としての光の強度はδ＝２Ｎπ
のとき最大で、δ＝（２Ｎ＋１）πのとき最小となる
（ともにＮは正の整数である）。この条件は式（１）を
使って書き直すと以下のようになる。強度が最大になる条件：Ｌ＝（２Ｎ−１）λ／４（４）強度が最小になる条件：Ｌ＝Ｎλ／２（５）

【００２４】本実施の形態の有機ＥＬ素子は、式（４）
の条件を満たすように構成されている。また、式（４）
で与えられる最大強度の得られる光学的距離Ｌからのず
れ量が±λ／８の範囲内であれば、少なくとも収束強度
値（膜厚が干渉長よりも厚い場合のように干渉効果が生
じないときの光の強度値）よりも大きな強度が得られ
る。すなわち、本実施の形態において、式（４）を完全
に満足するように素子を構成するが、少なくとも±λ／
８の範囲内で式（４）をほぼ満たしていればよい。ま
た、発光強度が最大になる光学的距離およびその設定可
能範囲は波長によって異なるので、各種発光材料の発光
スペクトルに応じて設定される。

【００２５】また、本実施の形態の有機ＥＬ素子の構成
は、図１３や図１４で示したような従来技術で開示され
ている２層型や３層型の素子、発光層の最大発光強度を
示す界面位置がわかっている場合のすべてにおいて適用
することができる。また、蛍光性材料を発光層にドーピ
ングする場合には、ドーピングした位置をもとに陰極ま
での光学的距離Ｌは式（４）を満たすように設定され
る。干渉の次数を表す正の整数Ｎが１の場合を採用する
と、有機膜（電子輸送層）の膜厚を薄くできるので低電
圧駆動に有効である。有機ＥＬ素子に用いられる有機材
料の屈折率ｎは、１．６〜１．８程度である。例えば、
２層型の素子において有機材料の屈折率ｎ＝１．７とす
ると、よく知られた発光材料であるＡｌｍｑ ₃の発光の
中心波長λ＝５１０ｎｍに対して電子輸送層の最適な膜
厚は７５ｎｍとなる。この膜厚は蒸着法によって十分に
安定して製膜でき、また励起子の陰極への移動による消
光の影響は生じない。発光材料特有の発光スペクトルの
例として、図２に分光蛍光光度計を用いて測定したＡｌ
ｍｑ₃のフォトルミネッセンス・スペクトルＰ（λ）を
示す。

【００２６】図２に示したフォトルミネッセンス・スペ
クトルＰ（λ）と式（１）、式（２）、式（３）とを用
いて、屈折率ｎ＝１．７の有機膜について、発光位置か
ら陰極までの距離（電子輸送層の膜厚）が、３８ｎ
ｍ、７５ｎｍ、１１２ｎｍ、１５０ｎｍの場合に
ついて計算した発光スペクトルを図３に示す。膜厚が７
５ｎｍで発光強度は最大、１５０ｎｍで最小、３８ｎ
ｍ、１１２ｎｍではほぼ中間の値であることがわかる。
また、膜厚を少しずつ変化させて計算したスペクトルを
もとに、ＪＩＳ−Ｚ８７０１−１９８２にしたがってっ
てＣＩＥ表色系を計算して求めた輝度値を図４に示す。
膜厚が４００ｎｍ以下においては、輝度の最大と最小が
明らかに逆転していることがわかる。

【００２７】次に、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子の
作製方法について説明するが、基本的には公知の方法を
用いることができる。まず、ガラス基板上にＩＴＯなど
の透明電極を真空蒸着あるいはスパッタリングなどによ
り１０〜３００ｎｍ程度の膜厚で形成し、これを陽極と
する。ＩＴＯ付のガラス基板として市販されているもの
が容易に入手可能である。ＩＴＯ上には正孔輸送層、発
光層、電子輸送層等の有機材料を真空蒸着法、スピンコ
ーティング法等によって所定の膜厚になるように順次形
成する。２層型の素子においては、正孔輸送層あるいは
電子輸送層が発光層を兼ねることになる。

【００２８】本実施の形態の有機ＥＬ素子において用い
られる発光層、正孔輸送層、および電子輸送層を形成す
る材料は、図５に示したように例えば、正孔輸送性の材
料としては、トリフェニルジアミン誘導体（ＴＰＤ）、
トリフェニルアミン誘導体（ＮＳＤ）、α―ナフチルフ
ェニジルアミン（α−ＮＰＤ）、フタロシアニン類（Ｃ
ｕＰｃ、Ｈ₂Ｐｃ）、スターバーストポリアミン類（ｍ
−ＭＴＤＡＴＡ）などが用いられる。電子輸送材料と
しては、アルミキノリノール錯体（Ａｌｑ₃）、メチル
アルミキノリノール錯体（４−Ｍｅｔｈｙｌ−８−ｈｙ
ｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ：Ａｌｍｑ₃）、ベリリ
ウムーキノリン錯体（Ｂｅｑ₂）などを用いることがで
き、これらの材料は同時に発光性材料としても使用され
る。オキサジアゾール誘導体（ＰＢＤ）は、優れた電子
輸送材料としてよく知られている。ＰＢＤのような電子
輸送性の良好な材料を電子輸送層として用いれば、発光
層とキャリア輸送層を分離した３層構造、あるいは正孔
輸送性発光層を有する２層構造の素子が実現可能であ
る。

【００２９】さらに、ドーピング材料としては、クマリ
ン誘導体、キナクリドン、ルブレンなどを用いることが
できる。ドーピングの方法としては、例えば加熱ボート
を２つ用いた共蒸着によって、Ａｌｑ₃などの発光材料
をホスト材料とし、正孔輸送層との界面近く（約３０ｎ
ｍ以内）に蛍光材料を数ｍｏｌ％〜数１０ｍｏｌ％程度
ドーピングすることができる。次に、陰極は、金属材料
を抵抗加熱、電子ビーム等による蒸着法や、あるいは合
金ターゲットを用いたスパッタリング法などを用いて１
０〜３００ｎｍ程度の膜厚で形成される。十分な反射率
と低抵抗の膜を得るには、好ましくは１００ｎｍ以上の
膜厚にすることが望ましい。陰極に用いられる金属材料
としては、仕事関数が小さい金属、例えば、Ｌｉ（リチ
ウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、
Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ａｌ
（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ｉｎ（インジウム）、
Ｓｎ（スズ）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｚｒ（ジルコニウム）な
どの金属元素単体あるいはこれらの合金が用いられる。
さらに陰極上に電極保護膜としてＬｉＦなどを陰極の場
合と同様の方法で形成してもよい。なお、本実施の形態
では、実質的にπだけ位相変化する鏡面反射界面を有す
る金属膜からなる陰極を用いている限りにおいて、素子
の積層構成の違いによらず、発光層の位置から陰極まで
の光学的距離を本発明に基づいて設定することにより、
発光効率の改善をすることができる。さらに、有機ＥＬ
素子に限らず、鏡面反射を利用する類似の面発光素子に
おいて、本実施の形態の基本的な考え方を適用すること
も可能である。

【００３０】以下、第１の実施形態の変形例１と変形例
２について説明するが、本実施の形態に係る有機ＥＬ素
子はこれらの実施形態における材料、素子構成だけに限
定されるものではない。（１）変形例１板厚が１．１ｍｍのＩＴＯ付ガラス基板を用意し、一般
的なレジストを用いたフォトリソグラフィー法によって
２ｍｍ幅の電極パターンを形成する。次に、この基板を
界面活性剤を用いて洗浄し、十分に純水で洗剤を洗い流
した後にイソプロピルアルコールの蒸気中で乾燥させ、
さらに酸素プラズマ処理によって十分に表面洗浄の汚れ
を取り除く。このようにして準備した基板を真空蒸着装
置内にセットし、正孔輸送材料としてα―ＮＰＤを抵抗
加熱によって真空蒸着して、膜厚が７０ｎｍの正孔輸送
層を形成する。蒸着条件は、真空度が２．７×１０−４
Ｐａ、蒸着レートが１ｎｍ／秒とし、さらに連続して、
Ａｌｍｑ₃を同様に蒸着して７５ｎｍの電子輸送性発光
層とする。

【００３１】次に、ＩＴＯ電極パターンと２ｍｍ幅で直
交するような穴のあけられたメタルマスクを基板に密着
させて真空蒸着装置内にセットした状態で、アルミニウ
ム（Ａｌ）を真空蒸着して膜厚１６０ｎｍの金属膜を形
成し陰極とし、２ｍｍ角の点灯領域を得る。Ａｌ電極上
に膜厚が３００ｎｍのＬｉＦを蒸着して保護膜を形成
し、不活性ガス（Ａｒ）雰囲気中で、この素子の上に１
ｍｍ厚のパイレックス（登録商標）ガラスを重ね、紫外
線硬化型の接着剤を用いてガラス周辺を封止して、有機
ＥＬ素子を得る。最大発光強度を示す位置は、α―ＮＰ
ＤとＡｌｍｑ₃の界面付近にあり、陰極までの光学的距
離は、ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／４で与えられている関係
式を満足する。なお、ｎは屈折率、ｄは膜厚、λは発光
の中心波長、Ｎは正の整数である。

【００３２】（２）変形例２正孔注入層として、ｍ−ＭＴＤＡＴＡをＩＴＯ電極上に
３０ｎｍの膜厚で形成し、つづいて正孔輸送層として、
α―ＮＰＤを５０ｎｍの膜厚で形成し、さらにＡｌｍｑ
₃からなる電子輸送性発光層を７５ｎｍの膜厚で形成す
る。その他の構成は、変形例１と同様にして有機ＥＬ素
子を作製する。

【００３３】次に、第２の実施形態の有機ＥＬ素子につ
いて説明する。本実施形態の有機ＥＬ素子では、第１の
実施形態と同様に陰極が金属反射膜であり、発光層から
出て素子の前方に直接向かう光と陰極で反射した光とが
干渉効果によって強め合うように、発光位置から陰極ま
での光学的距離を設定する。陰極が光反射能を有し、反
射面での反射光の実質的な位相変化を考慮してなされた
ものであり、金属材料に限られるわけではないが、反射
率が高く、電子注入効率の高い金属材料が最も適してい
る。また、発光材料特有の発光スペクトルの中心波長に
対して最適な素子構成となるようにして、最も強い光を
有効に素子外部に取り出す。

【００３４】有機ＥＬ素子内で発光した光は、素子の前
方に直接向かう光と陰極で反射してから素子の前方に
向かう光の２つの経路がある（図１参照）。これらの
光は光路差があるので互いに干渉する。発光層から出て
素子の前方に直接向かう光と陰極で反射した光の位相差
δは、反射面での反射光の位相変化をδｒと表して、基
板法線方向について以下の式（６）で与えられる。 δ＝δｒ＋４πＬ／λ （６）なお、λは波長、Ｌは発光位置から反射面までの光学的
距離である。光学的距離Ｌは、発光位置から反射面まで
に存在する有機材料（例えば２層型の素子においては電
子輸送層）の光学膜厚ｎｄで与えられる（ｎは屈折率、
ｄは膜厚）。発光位置から反射面までに存在する有機材
料が複数の層からなる場合には、光学的距離Ｌは各有機
層の光学的距離（光学膜厚）の和となる。発光位置は、
最大発光強度を示す正孔輸送層／発光層（電子輸送性）
の界面、もしくは発光層（正孔輸送性）／電子輸送層の
界面位置で代表することができる。発光層内の発光強度
分布が無視できない程度であれば、電子輸送層の膜厚を
若干調整（発光強度分布の半分程度だけ厚めに）するこ
とで対応することも可能である。

【００３５】ここで、陰極材料の複素屈折率をｎ’＝ｎ
ｒ−ｉｋｒ（ｎｒ、ｋｒは光学定数と呼ばれるものであ
る）、陰極と接する透明な有機材料の屈折率をｎと表す
と、反射面での反射光の位相変化δｒは、フレネルの反
射の式を用いて求めると図６（ａ）のような式で表すこ
とができる。また、反射面での光のエネルギー反射率Ｒ
は、図６（ｂ）の式で表すことができる。金属の光学定
数は、反射率測定やエリプソメトリ法などによって測定
される（なお、金属元素の光学定数は、「薄膜」金原他
著、裳華房、２０９ページや、「光学概論Ｉ」辻内順平
著、朝倉書店、５０ページ（ＡｍｅｒｉｃａｎＩｎｓ
ｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓＨａｎｄｂｏｏ
ｋ（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，１９７２，ｐ６−１１
８参照）。直接光と反射光の干渉効果として素子外部に
出てくる光の強度は、図６（ｃ）で与えられるＤ（λ）
に比例する。

【００３６】発光材料自体の発光スペクトルをＰ（λ）
とすると、素子外部で観測される発光スペクトルＩ
（λ）は、図６（ｄ）で表される。したがって、干渉の
効果としての光の強度は、δ＝２Ｎπのとき最大で、δ
＝（２Ｎ＋１）πのとき最小となる（ともにＮは正の整
数）。この条件は、式（１）を使って書き直すと図７の
ようになる。本実施の形態の有機ＥＬ素子は、図７
（ａ）の式の条件を満たすように素子を構成する。ま
た、図７（ａ）で与えられる最大強度の得られる光学的
距離Ｌからのずれ量が±λ／８の範囲内であれば、少な
くとも収束強度値（膜厚が干渉長よりも厚い場合のよう
に干渉効果が生じないときの光の強度値）よりも大きな
強度が得られる。すなわち、本実施の形態においては、
図７（ａ）を完全に満足するように素子を構成するが、
少なくとも±λ／８の範囲内で満たしていればよい。ま
た、発光強度が最大になる光学的距離およびその設定可
能範囲は波長によって異なるので、各種発光材料の発光
スペクトルに応じて設定される。

【００３７】また、本実施の形態の有機ＥＬ素子の構成
は、従来技術の２層型や３層型の素子、発光層の最大発
光強度を示す界面位置がわかっている場合のすべてにお
いて適用することができる。また、蛍光性材料を発光層
にドーピングする場合には、ドーピングした位置をもと
に陰極までの光学的距離Ｌは、図７（ａ）の式を満たす
ように設定される。干渉の次数を表す正の整数Ｎが１の
場合を採用すれば、有機膜（電子輸送層）の膜厚を薄く
できるので低電圧駆動に有効である。有機ＥＬ素子に用
いられる有機材料の屈折率ｎは、１．６〜１．８程度で
ある。

【００３８】例として、Ａｇの蒸着膜の光学定数ｎｒ＝
０．０５５、ｋｒ＝３．３２について、Ａｇと接する有
機材料（電子輸送層）の屈折率をｎ＝１．７として、界
面での位相変化および反射率を図６（ａ）、（ｂ）から
求めると、δｒ＝２．１９５［ラジアン］、Ｒ＝０．９
７３となる。この値をもとに、発光材料（電子輸送層を
兼ねる）であるＡｌｍｑ₃の発光の中心波長λ＝５１０
ｎｍに対して、図７（ａ）から求めた電子輸送層の最適
な膜厚は、９８ｎｍとなる。δｒ＝πラジアンとして計
算すると７５ｎｍであるので、２３ｎｍだけ膜厚が厚い
ことがわかる。この膜厚は、蒸着法によって十分に安定
して製膜でき、また励起子の陰極への移動による消光の
影響は生じない。

【００３９】発光材料特有の発光スペクトルの例とし
て、分光蛍光光度計を用いて測定した、Ａｌｍｑ₃のフ
ォトルミネッセンス・スペクトルＰ（λ）を第１の実施
形態と同様に図２に示す。発光の中心波長は、λ＝５１
０ｎｍにみられる。図２に示したフォトルミネッセンス
・スペクトルＰ（λ）と図６（ｃ）、（ｄ）を用いて、
屈折率ｎ＝１．７の有機膜について、発光位置から陰極
までの距離（電子輸送層の膜厚）が、６１ｎｍ、９
８ｎｍ、１３５ｎｍ、１７３ｎｍの場合について計
算した発光スペクトルを図８に示す。膜厚が９８ｎｍ
（Ｎ＝１に対応）で発光強度は最大となっており、材料
本来の発光スペクトルが再現されている。膜厚が１７３
ｎｍで発光強度は最小、６１ｎｍ、１３５ｎｍではほぼ
中間の値であることがわかる。

【００４０】以下、第２の実施形態の有機ＥＬ素子の作
製方法について説明する。なお、有機ＥＬ素子の作製方
法は、基本的には公知の方法を用いることができる。ま
ず、ガラス基板上にＩＴＯ等の透明電極を真空蒸着ある
いはスパッタリング等により１０〜３００ｎｍ程度の膜
厚で形成し、これを陽極とする。あるいはＩＴＯ付のガ
ラス基板として市販されているものが容易に入手可能で
ある。ＩＴＯ上には正孔輸送層、発光層、電子輸送層等
の有機材料を真空蒸着法、スピンコーティング法などに
よって所定の膜厚になるように順次形成する。２層型の
素子においては、正孔輸送層あるいは電子輸送層が、発
光層を兼ねることになる。

【００４１】本実施の形態の有機ＥＬ素子において用い
られる発光層、正孔輸送層、および電子輸送層を形成す
る材料は、従来のものを用いることができる。図５に示
したような例えば、正孔輸送性の材料としては、トリフ
ェニルジアミン誘導体（ＴＰＤ）、トリフェニルアミン
誘導体（ＮＳＤ）、α―ナフチルフェニジルアミン（α
−ＮＰＤ）、フタロシアニン類（ＣｕＰｃ、Ｈ₂Ｐ
ｃ）、スターバーストポリアミン類（ｍ−ＭＴＤＡＴ
Ａ）などが用いられる。電子輸送材料としては、アルミ
キノリノール錯体（Ａｌｑ₃）、メチルアルミキノリノ
ール錯体（４−Ｍｅｔｈｙｌ−８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕ
ｉｎｏｌｉｎｅ：Ａｌｍｑ３）、ベリリウムーキノリン
錯体（Ｂｅｑ₂）などがあり、これらの材料は同時に発
光性材料としても使用される。オキサジアゾール誘導体
（ＰＢＤ）は、優れた電子輸送材料としてよく知られて
いる。ＰＢＤのような電子輸送性の良好な材料を電子輸
送層として用いれば、発光層とキャリア輸送層を分離し
た３層構造、あるいは正孔輸送性発光層を有する２層構
造の素子が実現可能である。

【００４２】さらに、ドーピング材料としては、クマリ
ン誘導体、キナクリドン、ルブレンなどを用いることが
できる。ドーピングの方法としては、例えば加熱ボート
を２つ用いた共蒸着によって、Ａｌｑ₃などの発光材料
をホスト材料とし、正孔輸送層との界面近く（約３０ｎ
ｍ以内）に蛍光材料を数ｍｏｌ％〜数１０ｍｏｌ％程度
ドーピングすることができる。次に、陰極は、金属材料
を抵抗加熱、電子ビームなどによる蒸着法や、あるいは
合金ターゲットを用いたスパッタリング法等を用いて１
０〜３００ｎｍ程度の膜厚で形成される。十分な反射
率と低抵抗の膜を得るには、好ましくは１００ｎｍ以上
の膜厚にすることが望ましい。陰極に用いられる金属材
料としては、仕事関数が小さい金属、例えば、Ｌｉ、Ｎ
ａ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ａ
ｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒなどの金属元素単体あるい
はこれらの合金が用いられる。アルカリ金属類は、有機
膜との密着性をよくし、酸素や水分などによる劣化を避
けるために、Ａｇ、Ａｌなどとの合金として用いる。さ
らに陰極上に電極保護膜としてＬｉＦ、ＳｉＯ２等を陰
極の場合と同様の方法で形成してもよい。

【００４３】各種金属元素の光学定数と反射面における
位相変化および反射率を図９に示す。金属面と接する有
機材料の屈折率は、ｎ＝１．７とする。こららの金属は
すべて、δｒがπ／２〜πの範囲内にある。これらの金
属元素を陰極に用いて有機ＥＬ素子を形成した場合に、
電子輸送層の最適な膜厚を図６（ａ）の式から、干渉の
次数が、Ｎ＝１、２、３の場合で計算した結果を図１０
に示す。これら以外の金属やその他の合金などの光学定
数、あるいは光学定数の波長分散は、エリプソメトリ法
などによって測定可能である。

【００４４】以下、第２の実施形態の変形例１〜３につ
いて説明するが、第２の実施形態の変形例はこれらの材
料、素子構成だけに限定されるものではない。（１）変形例１陰極を形成する金属材料としては、アルミニウム（Ａ
ｌ）を使用する。板厚が１．１ｍｍのＩＴＯ付ガラス基
板を用意し、一般的なレジストを用いたフォトリソグラ
フィー法によって２ｍｍ幅の電極パターンを形成する。
次に、この基板を界面活性剤を用いて洗浄し、十分に純
水で洗剤を洗い流した後にイソプロピルアルコールの蒸
気中で乾燥させ、さらに酸素プラズマ処理によって十分
に表面洗浄の汚れを取り除く。このようにして準備した
基板を真空蒸着装置内にセットし、正孔輸送材料として
α―ＮＰＤを抵抗加熱によって真空蒸着して、膜厚が７
０ｎｍの正孔輸送層を形成する。

【００４５】蒸着条件は、真空度が２．７×１０−４Ｐ
ａ、蒸着レートが１ｎｍ／秒とする。さらに連続して、
Ａｌｍｑ₃を同様に蒸着して電子輸送性発光層とした。
Ａｌｍｑ₃の膜厚は、式（１）でＮ＝１として求められ
る最適な膜厚値８７ｎｍにほぼ一致するように設定され
ている。すなわち、最大発光強度を示す位置は、α―Ｎ
ＰＤとＡｌｍｑ₃の界面付近にあり、陰極までの光学的
距離は、図１１のような関係式を満足していることにな
る。次に、ＩＴＯ電極パターンと２ｍｍ幅で直交するよ
うな穴のあけられたメタルマスクを基板に密着させて真
空蒸着装置内にセットした状態で、アルミニウム（Ａ
ｌ）を真空蒸着して膜厚１６０ｎｍの金属膜を形成し陰
極とし、２ｍｍ角の点灯領域を得る。Ａｌ電極上に膜厚
が３００ｎｍのＬｉＦを蒸着して保護膜を形成する。さ
らに、不活性ガス（Ａｒ）雰囲気中で、この素子の上に
１ｍｍ厚のパイレックスガラスを重ね、紫外線硬化型の
接着剤を用いてガラス周辺を封止して、有機ＥＬ素子を
得る。

【００４６】（２）変形例２正孔注入層として、ｍ−ＭＴＤＡＴＡをＩＴＯ電極上に
３０ｎｍの膜厚で形成し、つづいて正孔輸送層として、
α―ＮＰＤを５０ｎｍの膜厚で形成し、さらに変形例１
と同様にＡｌｍｑ３からなる電子輸送性発光層を８７ｎ
ｍの膜厚で形成する。その他の構成は、変形例１と同様
にして有機ＥＬ素子を作製する。

【００４７】（３）変形例３陰極を形成する金属材料として、膜厚が１５０ｎｍのＭ
ｇＡｇ合金を使用した以外は、変形例２と同じ有機材料
を用いて有機ＥＬ素子を構成する。陰極の製膜はＭｇと
Ａｇを用いた共蒸着によって行う。ＭｇＡｇ合金の光学
定数は、素子を形成する場合と同じ条件でガラス基板上
に製膜したサンプルを用いて、エリプソメトリ法によっ
て測定した結果、ｎｒ＝０．３、ｋｒ＝５であった。こ
の光学定数を使って、図１２の式から求めた反射面での
反射光の位相変化は、δｒ＝２．５（ラジアン）とな
る。電子輸送層の膜厚は、図１１のような式からＮ＝１
として求められる膜厚値９１ｎｍになるように製膜す
る。

【００４８】

【発明の効果】請求項１記載の発明では、有機多層膜の
電子輸送層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／
４、（ｎは屈折率、ｄは膜厚、λは発光の中心波長、Ｎ
は正の整数）なる関係を満たすので、光の外部取り出し
効率を高くすることができ、消費電力の低減を有効に図
ることができる。請求項２記載の発明では、有機多層膜
の電子輸送性発光層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（２Ｎ−
１）λ／４、（ｎは屈折率、ｄは膜厚、λは発光の中心
波長、Ｎは正の整数）なる関係を満たすので、光の外部
取り出し効率を高くすることができ、消費電力の低減を
容易に実現することができる。請求項３記載の発明で
は、有機多層膜の電子輸送性発光層の光学膜厚ｎｄは、
ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／４、（ｎは屈折率、ｄは膜厚、
λは発光の中心波長、Ｎは正の整数）なる関係を満たす
ので、光の外部取り出し効率を高くすることができ、消
費電力の低減を容易に実現することができる。請求項４
記載の発明では、電子輸送性発光層は、正孔輸送層との
界面付近に微量の蛍光性材料がドーピングされているの
で、発光効率を高くでき、キャリアの再結合領域、すな
わち発光位置をドーピングによって制御でき、電子輸送
層の光学膜厚による干渉効果をさらに高めることができ
る。

【００４９】請求項５記載の発明では、有機多層膜の電
子輸送層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／
４、（ｎは屈折率、ｄは膜厚、λは発光の中心波長、Ｎ
は正の整数）なる関係を満たすので、光の外部取り出し
効率を高くすることができ、消費電力の低減を容易に実
現することができる。請求項６記載の発明では、発光層
は、微量の蛍光性材料がドーピングされているので、発
光効率を高くでき、キャリアの再結合領域、すなわち発
光位置をドーピングによって制御でき、電子輸送層の光
学膜厚による干渉効果をさらに高めることができる。請
求項７記載の発明では、有機多層膜の電子輸送層の光学
膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／４、（ｎは屈折
率、ｄは膜厚、λは発光の中心波長、Ｎは正の整数）な
る関係を満たすので、光の外部取り出し効率を高くする
ことができ、消費電力の低減を容易に実現することがで
きる。

【００５０】請求項８記載の発明では、陰極は、反射率
が５０％以上の金属膜であるので、干渉効果を有効に取
り出すことができる。請求項９記載の発明では、正の整
数Ｎは、１であるので、すなわち１次の干渉を利用する
ことになり、有機膜の膜厚を薄くでき、低電圧駆動に効
果があり、また、このときの電子輸送層の膜厚は、励起
子の陰極への移動による消光の影響があるほど薄くな
く、通常の蒸着法によって容易に制御することができ
る。請求項１０記載の発明では、電子輸送層または電子
輸送性発光層の光学膜厚ｎｄは、発光の中心波長±λ／
８以内の誤差範囲内であるので、干渉効果による発光強
度の増強効果を確保し、収束強度値よりも大きな強度が
得られ、実質的な膜厚の許容範囲を示すことによって、
製造工程および製品の品質管理を容易とすることができ
る。

【００５１】請求項１１記載の発明では、有機多層膜の
電子輸送層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（λ／４）（２Ｎ
−δｒ／π）、δｒ＝ａｒｃｔａｎ（２ｎｋ_r／（ｎ²−
（ｎ _r）²−（Ｋ_r）²））＋π、（ｎ²≦ｎ_r ²＋Ｋ_r ²であ
り、ｎは屈折率、ｄは膜厚、λは発光の中心波長、Ｎは
正の整数）なる関係を満たすので、光の外部取り出し効
率を高くすることができ、消費電力の低減を有効に図る
ことができる。請求項１２記載の発明では、有機多層膜
の電子輸送性発光層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（λ／
４）（２Ｎ−δｒ／π）、δｒ＝ａｒｃｔａｎ（２ｎｋ
_r／（ｎ²−（ｎ_r）²−（Ｋ_r）²））＋π、（ｎ²≦ｎ_r ²
＋Ｋ_r ²であり、ｎは屈折率、ｄは膜厚、λは発光の中心
波長、Ｎは正の整数）なる関係を満たすので、光の外部
取り出し効率を高くすることができ、消費電力の低減を
容易に実現することができる。請求項１３記載の発明で
は、有機多層膜の電子輸送性発光層の光学膜厚ｎｄは、
ｎｄ＝（λ／４）（２Ｎ−δｒ／π）、δｒ＝ａｒｃｔ
ａｎ（２ｎｋ_r／（ｎ²−（ｎ_r）²−（Ｋ_r）²））＋π、
（ｎ²≦ｎ_r ²＋Ｋ_r ²であり、ｎは屈折率、ｄは膜厚、λ
は発光の中心波長、Ｎは正の整数）なる関係を満たすの
で、光の外部取り出し効率を高くすることができ、消費
電力の低減を容易に実現することができる。請求項１４
記載の発明では、電子輸送性発光層は、正孔輸送層との
界面付近に微量の蛍光性材料がドーピングされているの
で、発光効率を高くでき、キャリアの再結合領域、すな
わち発光位置をドーピングによって制御でき、電子輸送
層の光学膜厚による干渉効果をさらに高めることができ
る。

【００５２】請求項１５記載の発明では、有機多層膜の
電子輸送層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（λ／４）（２Ｎ
−δｒ／π）、δｒ＝ａｒｃｔａｎ（２ｎｋ_r／（ｎ²−
（ｎ _r）²−（Ｋ_r）²））＋π、（ｎ²≦ｎ_r ²＋Ｋ_r ²であ
り、ｎは屈折率、ｄは膜厚、λは発光の中心波長、Ｎは
正の整数）なる関係を満たすので、光の外部取り出し効
率を高くすることができ、消費電力の低減を容易に実現
することができる。請求項１６記載の発明では、発光層
は、微量の蛍光性材料がドーピングされているので、発
光効率を高くでき、キャリアの再結合領域、すなわち発
光位置をドーピングによって制御でき、電子輸送層の光
学膜厚による干渉効果をさらに高めることができる。請
求項１７記載の発明では、有機多層膜の電子輸送層の光
学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（λ／４）（２Ｎ−δｒ／π）、
δｒ＝ａｒｃｔａｎ（２ｎｋ_r／（ｎ²−（ｎ _r）²−（Ｋ
_r）²））＋π、（ｎ²≦ｎ_r ²＋Ｋ_r ²であり、ｎは屈折
率、ｄは膜厚、λは発光の中心波長、Ｎは正の整数）な
る関係を満たすので、光の外部取り出し効率を高くする
ことができ、消費電力の低減を容易に実現することがで
きる。

【００５３】請求項１８記載の発明では、陰極は、反射
率が５０％以上の金属膜であるので、干渉効果を有効に
取り出すことができる。請求項１９記載の発明では、正
の整数Ｎは、１であるので、すなわち１次の干渉を利用
することにより有機膜の膜厚を薄くでき、低電圧駆動に
効果があり、また、このときの電子輸送層の膜厚は、励
起子の陰極への移動による消光の影響があるほど薄くな
く、通常の蒸着法によって容易に制御することができ
る。請求項２０記載の発明では、電子輸送層または電子
輸送性発光層の光学膜厚ｎｄは、発光の中心波長±λ／
８以内の誤差範囲内であるので、干渉効果による発光強
度の増強効果を確保し、収束強度値よりも大きな強度が
得られ、実質的な膜厚の許容範囲を示すことによる製造
工程および製品の品質管理を容易とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】有機ＥＬ素子における光の干渉を示した図であ
る。

【図２】Ａｌｍｑ₃のフォトルミネッセンス・スペクト
ルを示した図である。

【図３】第１の実施形態での電子輸送層の膜厚を変えた
場合の発光スペクトルの違いを示した図である。

【図４】電子輸送層の膜厚と輝度値の関係を示した図で
ある。

【図５】電子輸送性材料と正孔輸送性材料の構造式を示
した図である。

【図６】位相変化δｒ、エネルギー反射率Ｒ、光の強
度、発光スペクトルＩ（λ）を求める式を示した図であ
る。

【図７】強度条件に応じた発光位置から反射面までの光
学的距離を求める式を示した図である。

【図８】第２の実施形態での電子輸送層の膜厚を変えた
場合の発光スペクトルの違いを示した図である。

【図９】各種金属元素の光学定数と反射面における位相
変化および反射率を示した図である。

【図１０】光学定数の異なる各種金属を陰極とした場合
の電子輸送層の最適膜厚を示した図である。

【図１１】有機ＥＬ素子の電子輸送層の光学膜厚の設定
条件（１）を示した図である。

【図１２】有機ＥＬ素子の電子輸送層の光学膜厚の設定
条件（２）を示した図である。

【図１３】電子輸送性発光層を有する２層型の有機ＥＬ
素子の層構成を示す概略断面図である。

【図１４】正孔輸送性発光層を有する２層型の有機ＥＬ
素子の層構成を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１ガラス基板２陽極（透明電極）３ａ、１３ａ正孔輸送層３ｂ正孔輸送性発光層４ａ電子輸送層４ｂ、１４ｂ電子輸送性発光層５、１５陰極（金属電極）６発光位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松木ゆみ東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者木村興利東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者岡田崇東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者加藤拓司東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内Ｆターム(参考） 3K007 AB03 CA01 CB01 CC01 DA01 DB03 EB00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明電極からなる陽極と、前記陽極上に少なくとも正孔輸送層と電子輸送層の２層
を有して成膜された有機多層膜と、前記有機多膜層上に金属からなる鏡面反射膜で作製され
た陰極と、を備え、前記有機多層膜の電子輸送層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／４（ｎは屈折率、ｄは膜厚、λは発光の中心波長、Ｎは正
の整数）なる関係を満たすことを特徴とする有機エレク
トロルミネッセンス素子。
【請求項２】透明電極からなる陽極と、前記陽極上に正孔輸送層、電子輸送性発光層の順で２層
を積層して成膜された有機多層膜と、前記有機多膜層上に金属からなる鏡面反射膜で作製され
た陰極と、を備え、前記有機多層膜の電子輸送性発光層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／４（ｎは屈折率、ｄは膜厚、λは発光の中心波長、Ｎは正
の整数）なる関係を満たすことを特徴とする有機エレク
トロルミネッセンス素子。
【請求項３】透明電極からなる陽極と、前記陽極上に正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送性発光
層の順で３層を積層して成膜された有機多層膜と、前記有機多膜層上に金属からなる鏡面反射膜で作製され
た陰極と、を備え、前記有機多層膜の電子輸送性発光層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／４（ｎは屈折率、ｄは膜厚、λは発光の中心波長、Ｎは正
の整数）なる関係を満たすことを特徴とする有機エレク
トロルミネッセンス素子。
【請求項４】前記電子輸送性発光層は、前記正孔輸送
層との界面付近に微量の蛍光性材料がドーピングされて
いることを特徴とする請求項２または請求項３記載の有
機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】透明電極からなる陽極と、前記陽極上に正孔輸送層、膜厚が３０ｎｍ以下の発光
層、電子輸送層の順で３層を積層して成膜された有機多
層膜と、前記有機多膜層上に金属からなる鏡面反射膜で作製され
た陰極と、を備え、前記有機多層膜の電子輸送層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／４（ｎは屈折率、ｄは膜厚、λは発光の中心波長、Ｎは正
の整数）なる関係を満たすことを特徴とする有機エレク
トロルミネッセンス素子。
【請求項６】前記発光層は、微量の蛍光性材料がドー
ピングされていることを特徴とする請求項５記載の有機
エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】透明電極からなる陽極と、前記陽極上に正孔輸送性発光層、電子輸送層の順で２層
を積層して成膜された有機多層膜と、前記有機多膜層上に金属からなる鏡面反射膜で作製され
た陰極と、を備え、前記有機多層膜の電子輸送層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／４（ｎは屈折率、ｄは膜厚、λは発光の中心波長、Ｎは正
の整数）なる関係を満たすことを特徴とする有機エレク
トロルミネッセンス素子。
【請求項８】前記陰極は、反射率が５０％以上の金属
膜であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項
３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７のうちい
ずれか１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項９】前記正の整数Ｎは、１であることを特徴
とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求
項５、請求項６、請求項７、請求項８のうちいずれか１
に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１０】前記電子輸送層または前記電子輸送性
発光層の光学膜厚ｎｄは、前記発光の中心波長±λ／８
以内の誤差範囲内であることを特徴とする請求項１、請
求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請
求項７、請求項８、請求項９のうちいずれか１に記載の
有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１１】透明電極からなる陽極と、前記陽極上に少なくとも正孔輸送層と電子輸送層の２層
を有して成膜された有機多層膜と、前記有機多膜層上に複素屈折率ｎ’＝ｎｒ−ｉｋｒを有
する金属膜で作製された陰極と、を備え、前記有機多層膜の電子輸送層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（λ／４）（２Ｎ−δｒ／π） δｒ＝ａｒｃｔａｎ（２ｎｋ_r／（ｎ²−（ｎ_r）²−（Ｋ
_r）²））＋π （ｎ²≦ｎ_r ²＋Ｋ_r ²であり、ｎは屈折率、ｄは膜厚、λ
は発光の中心波長、Ｎは正の整数）なる関係を満たすこ
とを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１２】透明電極からなる陽極と、前記陽極上に正孔輸送層、電子輸送性発光層の順で２層
を積層して成膜された有機多層膜と、前記有機多膜層上に複素屈折率ｎ’＝ｎｒ−ｉｋｒを有
する金属膜で作製された陰極と、を備え、前記有機多層膜の電子輸送性発光層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（λ／４）（２Ｎ−δｒ／π） δｒ＝ａｒｃｔａｎ（２ｎｋ_r／（ｎ²−（ｎ_r）²−（Ｋ
_r）²））＋π （ｎ²≦ｎ_r ²＋Ｋ_r ²であり、ｎは屈折率、ｄは膜厚、λ
は発光の中心波長、Ｎは正の整数）なる関係を満たすこ
とを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１３】透明電極からなる陽極と、前記陽極上に正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送性発光
層の順で３層を積層して成膜された有機多層膜と、前記有機多膜層上に複素屈折率ｎ’＝ｎｒ−ｉｋｒを有
する金属膜で作製された陰極と、を備え、前記有機多層膜の電子輸送性発光層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（λ／４）（２Ｎ−δｒ／π） δｒ＝ａｒｃｔａｎ（２ｎｋ_r／（ｎ²−（ｎ_r）²−（Ｋ
_r）²））＋π （ｎ²≦ｎ_r ²＋Ｋ_r ²であり、ｎは屈折率、ｄは膜厚、λ
は発光の中心波長、Ｎは正の整数）なる関係を満たすこ
とを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１４】前記電子輸送性発光層は、前記正孔輸
送層との界面付近に微量の蛍光性材料がドーピングされ
ていることを特徴とする請求項１２または請求項１３記
載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１５】透明電極からなる陽極と、前記陽極上に正孔輸送層、膜厚が３０ｎｍ以下の発光
層、電子輸送層の順で３層を積層して成膜された有機多
層膜と、前記有機多膜層上に複素屈折率ｎ’＝ｎｒ−ｉｋｒを有
する金属膜で作製された陰極と、を備え、前記有機多層膜の電子輸送層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（λ／４）（２Ｎ−δｒ／π） δｒ＝ａｒｃｔａｎ（２ｎｋ_r／（ｎ²−（ｎ_r）²−（Ｋ
_r）²））＋π （ｎ²≦ｎ_r ²＋Ｋ_r ²であり、ｎは屈折率、ｄは膜厚、λ
は発光の中心波長、Ｎは正の整数）なる関係を満たすこ
とを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１６】前記発光層は、微量の蛍光性材料がド
ーピングされていることを特徴とする請求項１５記載の
有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１７】透明電極からなる陽極と、前記陽極上に正孔輸送性発光層、電子輸送層の順で２層
を積層して成膜された有機多層膜と、前記有機多膜層上に複素屈折率ｎ’＝ｎｒ−ｉｋｒを有
する金属膜で作製された陰極と、を備え、前記有機多層膜の電子輸送層の光学膜厚ｎｄは、ｎｄ＝（λ／４）（２Ｎ−δｒ／π） δｒ＝ａｒｃｔａｎ（２ｎｋ_r／（ｎ²−（ｎ_r）²−（Ｋ
_r）²））＋π （ｎ²≦ｎ_r ²＋Ｋ_r ²であり、ｎは屈折率、ｄは膜厚、λ
は発光の中心波長、Ｎは正の整数）なる関係を満たすこ
とを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１８】前記陰極は、反射率が５０％以上の金
属膜であることを特徴とする請求項１１、請求項１２、
請求項１３、請求項１４、請求項１５、請求項１６、請
求項１７のうちいずれか１に記載の有機エレクトロルミ
ネッセンス素子。
【請求項１９】前記正の整数Ｎは、１であることを特
徴とする請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項
１４、請求項１５、請求項１６、請求項１７、請求項１
８のうちいずれか１に記載の有機エレクトロルミネッセ
ンス素子。
【請求項２０】前記電子輸送層または前記電子輸送性
発光層の光学膜厚ｎｄは、前記発光の中心波長±λ／８
以内の誤差範囲内であることを特徴とする請求項１１、
請求項１２、請求項１３、請求項１４、請求項１５、請
求項１６、請求項１７、請求項１８、請求項１９のうち
いずれか１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素
子。