JP2003303685A

JP2003303685A - 有機発光素子

Info

Publication number: JP2003303685A
Application number: JP2002106905A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Hasegawa; 利則長谷川; Shuichi Kobayashi; 秀一小林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2003-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】効率のよい有機発光素子を提供する。【解決手段】透明電極上あるいは防湿層上に反射防止
膜を有する有機発光素子を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、陽極と陰極間に少
なくとも一層の有機化合物層を備える有機発光素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】有機発光素子とは、陰極と陽極との間に
流れる電流によって、両電極間に在る有機化合物が発光
する、いわゆる有機エレクトロルミネッセンス素子のこ
とである。

【０００３】有機発光素子の一般的な断面構造を、図１
に示す。図中、１は基板、２は電極、３は正孔輸送層、
４は発光層、５は電子注入層、６は透明電極をそれぞれ
表している。

【０００４】この有機発光素子においては、透明電極６
から、電子注入層５、を通して、発光層４に注入された
電子と、電極２から正孔輸送層３を通して発光層４へ注
入された正孔との再結合によって励起子が生成される。
この励起子が基底状態にもどる際に放射される光を利用
する素子である。そして光は透明電極か６から外へ出
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これら有機発光素子に
おいて、透明電極６には、有機発光素子が存在する外部
環境である空気や窒素に較べ屈折率の大きな材料が用い
られる。そのため、発光層４から生じた発光が透明電極
６の取り出し面、すなわち図１における透明電極と外部
環境である空気との界面において、発光の反射が生じ
る。そのため、このような有機発光素子の発光外部取り
出し効率は低かったし、また、そのような屈折率の大き
な材料による透明電極６を用いた場合、有機発光素子へ
外部環境から照射される外光が透明電極６と外部環境と
の界面において反射するため、例え基板側に設けたもう
一方の電極２に外光反射防止手段を設けていても、透明
電極６表面で外光の反射が生じ、素子の発光と、外光の
反射光が混ざり、有機発光素子のコントラストは低かっ
た。更に透明電極６の上に耐湿用にＳｉＮ膜等のパシベ
ーション膜を形成した場合もＳｉＮ膜の屈折率も空気と
の屈折率差が大きい為、同様の問題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、発光の外部取
り出し効率が高い有機発光素子を提供する。そしてコン
トラストのよい有機発光素子を提供する。

【０００７】具体的に本発明は、対向する一対の電極
と、前記一対の電極間に備えられている有機化合物層と
から少なくとも構成されている有機発光素子であって、
上記電極のうち、発光取り出し側の透明電極の上に、反
射防止層を有することを特徴とする有機発光素子を提供
する。

【０００８】また本発明は、対向する一対の電極と、前
記一対の電極の間に有機層が設けられた有機発光素子で
あって、前記一対の電極とは、基板側に設けられた一方
の電極と、他方の電極である透明電極であり、前記透明
電極上には、防湿層が設けられており、前記防湿層上に
反射防止層を有することを特徴とする有機発光素子を提
供する。

【０００９】

【発明の実施の形態】（第一の実施の形態）本発明の第
一の実施の形態に係る有機発光素子は、発光取り出し電
極となる透明電極６の上に反射防止層７を設けたもので
ある。この反射防止層は、単層、多層いずれでもよい。
図２は本発明の第一の実施の形態を示す有機発光素子の
模式的断面図である。図中、１は基板であり、２は電極
を示し、３は正孔輸送層、４は発光層、５は電子注入
層、６は透明電極、７は反射防止層であり、いわゆるト
ップエミッション型有機発光素子である。

【００１０】この反射防止層により、発光層から生じた
発光が、透明電極６と有機発光素子が存在する外部環境
との界面で反射することが回避されるため、素子の発光
効率が向上する。

【００１１】外部環境とは、通常の空気であったり、あ
るいは酸素あるいは水分の少ない空気であったり、ある
いは窒素ガス等の不活性ガスのことである。

【００１２】本実施形態において、反射防止層として
は、透明電極６よりも屈折率が低い材料であればよい。
そして単層あるいは多層のいずれでもよい。特に好まし
く用いられる材料の例として、ＳｉＯ２が挙げられる。
なお、有機化合物は公知のものでもよく、例えばＡｌｑ
３、α−ＮＰＤ等を挙げることができる。

【００１３】電極間の有機層は他にも単層でもよいし、
上記以外に機能的に３層やあるいは５層の素子のような
複数層であってもよい。また本実施形態に係る有機発光
素子は、例えばＲＧＢの３色発光素子から構成されるフ
ルカラー表示可能な表示装置にも適用してよい。より具
体的にはディスプレイの表示部に用いてもよい。表示装
置のなかでも特にＴＦＴを有するいわゆるアクティブマ
トリクス駆動の表示パネルの画素部（発光部）として本
実施の形態の有機発光素子を用いてもよい。

【００１４】（第二の実施の形態）本発明の第二の実施
の形態に係る有機発光素子は、発光取り出し電極となる
透明電極６の上に設けられた防湿層を設けた有機発光素
子において、前記防湿層の上に、反射防止層を設けたも
のである。それ以外は第一の実施の形態と同じである。
図３は本発明の第二の実施の形態を示す有機発光素子の
模式的断面図である。図中、１は基板であり、２は電極
を示し、３は正孔輸送層、４は発光層、５は電子注入
層、６は透明電極７は反射防止層、８は防湿層であり、
いわゆるトップエミッション型有機発光素子である。

【００１５】この反射防止層により、発光層から生じた
発光が、防湿層８と有機発光素子が存在する外部環境と
の界面で反射することが回避されるため、素子の発光効
率が向上する。

【００１６】（第三の実施の形態）本発明の第三の実施
の形態に係る有機発光素子は、基板側に設けられた電極
として、光の吸収もしくは、干渉により外部から素子に
入射した光がこの電極で反射することを防止した電極を
用いたものである。それ以外は第二の実施形態と同じで
ある。図４は本発明の第二の実施の形態を示す有機発光
素子の模式的断面図である。図中、１は基板であり、９
は外光を遮光し、外光の反射を防止した電極を示し、３
は正孔輸送層、４は発光層、５は電子注入層、６は透明
電極７は反射防止層、８は防湿層であり、いわゆるトッ
プエミッション型有機発光素子である。

【００１７】このように本実施形態の有機発光素子は、
基板側電極に外光反射防止した電極を用いた有機発光素
子にも適用できる。また反射防止層により有機発光素子
と外部環境との界面での外光の反射が回避できるため、
他の実施形態と比べてみても素子の発光効率が高いし、
さらには非常にコントラストの高い有機発光素子を提供
できる。

【００１８】上記の実施形態での素子の発光取り出し効
率の現状は、図２〜図４の構成で見積もると次のように
なる。

【００１９】構成材料の屈折率の差が大きい界面で反射
が大きくなり、透過率が低下する。具体的には透明電極
６と発光取り出し空間との界面で、透明電極がＩＴＯで
屈折率ｎ６＝２．０、空間が窒素、あるいは空気で屈折
率ｎｋ＝１とすれば反射率＝（ｎ６−ｎｋ）^２／（ｎ６
＋ｎｋ）^２で約１１％の反射損失がある。

【００２０】透明電極６の上に防湿層８を設けた構成の
素子では、例えば防湿層材料をＳｉＮとすれば屈折率ｎ
８は約２．３である。透明電極６と防湿層８の屈折率差
は約０．３と小さく界面反射も同様に見積もると０．５
％のわずかな反射損失であるが、防湿層８と発光取り出
し空間との界面での反射損失は（ｎ８−ｎｋ）^２／（ｎ
８＋ｎｋ）^２で約１５．５％の反射損失がある。

【００２１】つまり取り出し効率の向上は反射損失を抑
え、発光層４から、透明電極６、あるいは防湿層８を通
過して上部へ取り出される光の透過率を向上させること
である。

【００２２】反射損失を抑えるには反射防止膜が有効で
ある。従来から用いられる反射防止膜は透明で屈折率の
大きい材料：ＺｎＳ，ＣｅＯ２，ＴｉＯ２などと屈折率
の小さい材料：ＬｉＦ，ＣａＦ２、ＭｇＦ２，ＳｉＯ２
などを用いる、屈折率大の材料と屈折率小の材料（屈折
率の異なる）を、設計波長を（４×材料の屈折率）で割
った厚さに交互に積層して反射防止膜を形成する。この
とき界面の材料屈折率よりも屈折率の小さい材料を屈折
率小の反射防止膜の材料として用いる必要がある。たと
えばＮａＦ、ＬｉＦ（屈折率小）とＴｉＯ２（屈折率
大）の３対反射防止膜（例えば：筐体面／ＬｉＦ／Ｔｉ
Ｏ２／ＬｉＦ／ＴｉＯ２／ＬｉＦ／ＴｉＯ２／）を用い
れば上記の界面反射損失を１／１０以下にすることが可
能である。

【００２３】反射防止膜９が単層の場合には、材料の屈
折率を、反射損失を抑えたい界面層の材料の屈折率より
小さいものを選ぶ。

【００２４】素子のコントラストは、次のような式で評
価される。

【００２５】Ｃ＝１＋Ｂ／（γ×Ａ）ここでＣはコントラストの評価値、Ａは外光の明るさ
（ｆｔ−Ｌ），Ｂは素子の明るさ（ｆｔ−Ｌ），γは素
子全体の反射率（％）である。

【００２６】つまりできるだけ暗いところ（Ａ）で、反
射率を下げた素子を（γ）、なるべく明るくして見る
（Ｂ）ことが必要である。

【００２７】実際は野外で使う場合が問題になる。外光
の明るさが素子の明るさの数倍から十数倍になることが
ある。

【００２８】透過率を低下させる反射損失が同時にコン
トラストを低下させる。上記の反射防止膜を設けない場
合では同様に約１１〜１６％の外光反射があるので、素
子の明るさ程度の外光があっても、コントラスト値は１
０以下になる。しかし上記反射防止膜を設けて外光反射
を１％程度にしておけば１００近い良好なコントラスト
値が得られる。（ただし電極２が高反射率（たとえば２
０％以上）の場合は、電極２面からの外光反射の影響で
十分なコントラスト向上は得られない。そこで図４の様
に外光を遮光し、外光の反射を防止する電極９（反射率
１％程度）を用いた場合は素子全体で１％以下の外光反
射を達成可能である。

【００２９】

【実施例】以下に、本発明の有機発光素子の製造方法の
うち好適な実施例を図面に基づいて説明するが、本発明
はこれら実施例に限られない。

【００３０】（実施例１）図２、第一の実施例を示す。
図中、１は基板であり、２は電極を示し、３は正孔輸送
層、４は発光層、５は電子注入層、６は透明電極、７は
反射防止層である。

【００３１】基板１上にクロムをスパッタ法にて成膜
し、電極２を得た。その後、該基板をアセトン、イソプ
ロピルアルコール（ＩＰＡ）で順次超音波洗浄し、次い
でＩＰＡで煮沸洗浄後乾燥した。さらに、ＵＶ／オゾン
洗浄した。

【００３２】次いで、真空蒸着装置［真空機工社製］を
用いて、洗浄後の該基板を上に正孔輸送性を有する下記
化学式１：

【００３３】

【化１】

【００３４】で表されるαＮＰＤを真空蒸着法により成
膜し正孔輸送層３を形成した。蒸着時の真空度は、１．
０×１０^−６Ｔｏｒｒ、成膜速度は、成膜速度は０．２
〜０．３ｎｍ／ｓｅｃの条件で成膜した。次に、前記正
孔輸送層３の上に、下記化学式２：

【００３５】

【化２】

【００３６】で表される、アルミキレート錯体（以下Ａ
ｌｑ３という）を真空着法により成膜し発光層４を、正
孔輸送層３を成膜するときと同じ条件で形成した。次
に、前記発光層４の上に、電子注入層５として、正孔輸
送層３を成膜するときと同じ条件で、アルミリチウムを
真空蒸着法により成膜した。その後、前記電子注入層５
の上に、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）をスパッタ法にて
成膜し、透明電極６を得た。最後に、前記透明電極６の
上に、反射防止膜（層）として、ＳｉＯ２をスパッタ法
にて成膜した。

【００３７】このようにして、基板１上に、電極２、正
孔輸送層３、発光層４、電子注入層５、透明電極６およ
び反射防止層７を設け、有機発光素子を得た。

【００３８】続いて、この有機発光素子において、直流
電圧を印加し、素子の発光特性を調べた。その結果この
素子は、透明電極６の上に反射防止層７を備えていない
素子に比して、発光取り出し効率が向上することを確認
した。

【００３９】（実施例２）図３、第二の実施例を示す。
図中、１は基板であり、２は電極を示し、３は正孔輸送
層、４は発光層、５は電子注入層、６は透明電極７は反
射防止層、８は防湿層である。

【００４０】実施例１と同様な条件にて、電極２である
クロム上にまず正孔輸送層３としてα―ＮＰＤを成膜
し、その上に、発光層４としてＡｌｑ３を成膜した。次
に、電子注入層５としてアルミリチウムを成膜した。そ
の後、前記電子注入層５の上に、酸化錫インジウム（Ｉ
ＴＯ）をスパッタ法にて成膜し、透明電極６を得た。そ
して、前記透明電極６の上に、防湿層として窒化シリコ
ン（ＳｉＮ）をスパッタ法にて成膜した。最後に、前記
防湿層８の上に、反射防止膜として、ＳｉＯ２をスパッ
タ法にて成膜した。

【００４１】このようにして、基板１上に、電極２、正
孔輸送層３、発光層４、電子注入層５、透明電極６およ
び反射防止層７、防湿層８を設け、有機発光素子を得
た。

【００４２】続いて、この有機発光素子において、直流
電圧を印加し、素子の発光特性を調べた。その結果この
素子は、防湿層８の上に反射防止層７を備えていない素
子に比して、発光の取り出し効率が向上することを確認
した。

【００４３】（実施例３）図４、第三の実施例を示す。
図中、１は基板であり、９は外光を遮光し、外光の反射
を防止する電極を示し、３は正孔輸送層、４は発光層、
５は電子注入層、６は透明電極７は反射防止層、８は防
湿層である。

【００４４】外光を遮光し、外光の反射を防止する電極
９として、カーボンのように黒色の光吸収性の材料を用
いた物か、もしくは、ＢｌａｃｋＬａｙｅｒ（Ｌｕｘ
ｅｌｌ社）技術のように光干渉を利用して外部から素子
に入射した光が反射することを防止する電極を用いても
よい。

【００４５】各電極及び各層の厚みは、視覚的に所望の
表示能力が発揮できるように発光の取り出し効率を考慮
して決めた。

【００４６】まず、基板１上にスパッタ法により、クロ
ムを２００ｎｍの膜厚で成膜し、その上に酸化錫インジ
ウム（ＩＴＯ）を６２．１ｎｍ、その上に再びクロムを
４．３ｎｍ成膜し、クロム−ＩＴＯ−クロム三層からな
る光干渉を利用した外光を遮光し、外光の反射を防止す
る電極９を形成した。続いて、実施例１と同様な条件に
て、外光を遮光し、外光の反射を防止する電極９上にま
ず正孔輸送層３としてα―ＮＰＤを５０ｎｍの膜厚で成
膜し、その上に、発光層４としてＡｌｑ３を５０ｎｍの
膜厚で成膜した。次に、電子注入層５としてアルミリチ
ウムを１ｎｍの厚さに成膜した。その後、前記電子注入
層５の上に、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）をスパッタ法
にて３９２ｎｍの膜厚で成膜し、透明電極６を得た。そ
して、前記透明電極６の上に、防湿層として窒化シリコ
ン（ＳｉＮ）をスパッタ法にて１７７５ｎｍの膜厚で成
膜した。最後に、前記防湿層８の上に、反射防止膜とし
て、ＳｉＯ２をスパッタ法にて９２．３ｎｍの膜厚で成
膜した。

【００４７】このようにして、基板１上に、外光を遮光
し、外光の反射を防止する電極９、正孔輸送層３、発光
層４、電子注入層５、透明電極６および反射防止層７、
防湿層８を設け、有機発光素子を得た。

【００４８】続いて、この有機発光素子へ、反射防止層
の方向より光（外光）を入射させた際の反射率を測定し
た。その結果この素子は、４５０〜６５０ｎｍの波長領
域において、反射率が１．６％以下であった。また、反
射防止層だけを設けない比較用の有機発光素子も合わせ
て作成し、同様な反射率を測定したところ、その反射率
は１０〜１５％と高かった。

【００４９】さらに、本実施例の有機発光素子に直流電
圧を印加し、素子の発光特性を調べた。その結果この素
子は、基板側の電極が外光を遮光し、外光の反射を防止
する電極であり、さらに防湿層の上に反射防止層が設け
られていることから、それら層が設けられていない比較
用の有機発光素子に較べ、発光のコントラストが大幅に
向上することも確認した。

【００５０】更に図５に透明カバー部材をつけた別の実
施例を示す。１０は気層である空気層、１１は透明カバ
ー部材であるカバーガラスである。反射層はパシベーシ
ョン膜（ＳｉＮ）の屈折率２．１と空気層１．０の間の
屈折率１．５のＳｉＯ２層で形成されている。この実施
例では空気層とパシベーション膜（ＳｉＮ）の大きな屈
折率差による外光の反射光が軽減され発光素子のコント
ラストが改善されている。

【００５１】

【発明の効果】本発明のように反射防止層を設けること
により、高効率な有機発光素子を提供できる。さらに、
コントラストのよい有機発光素子を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の有機発光素子の積層構造例を示す模式図
である。

【図２】本発明の有機発光素子の積層構造例を示す模式
図である。

【図３】本発明の有機発光素子の積層構造例を示す模式
図である。

【図４】本発明の有機発光素子の積層構造例を示す模式
図である。

【図５】本発明の有機発光素子の積層構造例を示す模式
図である。

【符号の説明】

１基板２電極３正孔輸送層４発光層５電子注入層６透明電極７反射防止層８防湿層９遮光電極１０空気層１１カバーガラス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する一対の電極と、前記一対の電極
の間に有機層が設けられた有機発光素子であって、前記
一対の電極とは、基板側に設けられた一方の電極と、他
方の電極である透明電極であり、前記透明電極上に反射
防止層が設けられていることを特徴とする有機発光素
子。
【請求項２】前記有機発光素子は、透明電極側に気層
を挟んで対向する透明カバー部材も有しており、かつ前
記反射防止層のその屈折率は、前記透明電極の屈折率と
前記気層の気体の屈折率との間の値をもつ材料からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項３】対向する一対の電極と、前記一対の電極
の間に有機層が設けられた有機発光素子であって、前記
一対の電極とは、基板側に設けられた一方の電極と、他
方の電極である透明電極であり、前記透明電極上には、
防湿層が設けられており、前記防湿層上に反射防止層を
有することを特徴とする有機発光素子。
【請求項４】前記有機発光素子は、透明電極側に気層
を挟んで対向する透明カバー部材も有しており、かつ前
記反射防止層のその屈折率は、前記透明電極の屈折率と
前記気層の気体の屈折率との間の値をもつ材料からなる
ことを特徴とする請求項３に記載の有機発光素子。
【請求項５】前記基板側に設けられた一方の電極は、
外光を遮光し、外光の反射を防止する電極であることを
特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の有機発光
素子。