JP4504645B2

JP4504645B2 - 複合発光装置

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Publication number: JP4504645B2
Application number: JP2003303057A
Authority: JP
Inventors: 明義三上; 均熊
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
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Description

本発明は、表示装置等に用いられる複合発光装置、特に有機ＥＬ素子を含む複合発光装置に関する。

従来の表示装置において、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の三原色を発光させる方法を図７（ａ）〜（ｃ）に示す。

図７（ａ）の方法では、第１電極２２と第２電極２４との間に、白色光を発する白色発光媒体２６を設け、この白色発光媒体２６が発する光を、赤色光のみを通過させ、緑色光及び青色光を遮断する赤色フィルタ２８、緑色光のみを通過させ、赤色光及び青色光を遮断する緑色フィルタ３０、青色光のみを通過させ、赤色光及び緑色光を遮断する青色フィルタ３２に通過させることにより、ＲＧＢの三色を得ている。

図７（ｂ）の方法では、第１電極２２と第２電極２４との間に、赤色光を発する赤色発光媒体３４、緑色光を発する緑色発光媒体３６、青色光を発する青色発光媒体３８を並置して設けることにより、ＲＧＢの三色を得ている。

図７（ｃ）の方法では、第１電極２２と第２電極２４との間に、青色発光媒体３８を設け、この青色発光媒体３８の発する光を、赤色光に変換する赤色蛍光膜４０、緑色光に変換する緑色蛍光膜４２、青色発光媒体の発する光の色調節をする青色フィルタ４４に通過させることにより、ＲＧＢの三色を得ている。

図７（ａ）に示す白色発光媒体２６は、第１電極２２と第２電極２４に挟まれた発光媒体内に、少なくとも２色以上の発光層を並置して構成することができる。また、第１電極２２と第２電極２４に挟まれた発光媒体内に、少なくとも２色以上の発光層を積層して構成することもできる。

しかし、上記の従来の発光装置では、共通して、面光源として応用可能な高効率な発光装置が実現されていなかった。
本発明者らは、高効率な発光装置が得られない原因を詳細に追求した。その結果、発光素子の根本的ともいえる問題を見出した。即ち、発光媒体からの発光のうち、二つの電極に平行な方向へ伝搬する成分及び光取り出し側の透明基板と空気との界面での全反射成分の光強度が大きいために、素子の正面方向に取り出される光強度がロスしていることを見出し、その損失量は全光量測定の結果から７０〜８０％に達することが分かった。

例えば、図８に示す発光装置では、支持基板４６上に、第１電極２２、発光媒体４８、第２電極２４がこの順に積層して形成されている。発光媒体４８内の発光物質からは、光が全方向に発せられる。この光のうち、光取り出し方向Ａに発せられた光だけが、支持基板４６側から外へ取り出される。また、光取り出し方向Ａに発せられた光の一部は、蛍光膜５０により波長が異なる光に変換されて、外へ取り出される。
しかし、光取り出し方向Ａとは異なる方向、例えば支持基板４６と平行な方向Ｘ，Ｙに発せられた光は、装置から取り出すことができず、利用できない状態である。また、光取り出し方向Ａに発せられた光も、一部は基板４６等に反射されて（図示せず）利用できない。従って、このような装置では、発光効率が十分とは言えず、その損失量は、上記のように非常に大きいものとなっている。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、高効率の複合発光装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、装置の正面方向に取り出されないロス分を有効利用し、高効率い発光を得ることのできる新規な装置構成を見出すに至った。

本発明によれば、以下の複合発光装置が提供される。
（１）支持基板と、
前記支持基板上に、第１電極、発光媒体、第２電極の順に積層されている第１発光部と、
前記発光媒体に対し、少なくとも光取り出し方向とは異なる方向に位置する蛍光膜からなる第２発光部とを有し、
前記第１発光部において、前記第１電極と前記第２電極との間に通電することにより前記発光媒体が発光し、
前記第２発光部において、前記蛍光膜が、前記発光媒体が発する光を吸収して発光する複合発光装置。
（２）前記支持基板及び第１電極が透明であり、
前記第２電極が光反射性であり、
前記第１発光部と第２発光部の発光を前記支持基板側から取り出す（１）に記載の複合発光装置。
（３）前記第１電極が光反射性であり、
前記第２電極が透明であり、
前記第１発光部と第２発光部の発光を前記支持基板の反対側から取り出す（１）に記載の複合発光装置。
（４）さらに、前記発光媒体に対し、少なくとも光取り出し方向とは異なる方向に位置する、前記第２発光部の蛍光膜と異なる蛍光膜からなる第３発光部を有し、
前記第３発光部において、前記蛍光膜が、前記発光媒体が発する光を吸収して発光する（１）〜（３）のいずれかに記載の複合発光装置。
（５）前記第１発光部からなる青色画素、
前記第１発光部と前記第２発光部からなる緑色画素、及び
前記第１発光部と前記第３発光部からなる赤色画素、
を有する（４）に記載の複合発光装置。
（６）前記第１電極、前記発光媒体、前記第２電極が、光取り出し方向又はその反対方向に積層されていて、
前記第２発光部及び／又は前記第３発光部の蛍光膜が、前記発光媒体に対し、前記光取り出し方向のほぼ直角方向に位置する（１）〜（５）のいずれかに記載の複合発光装置。
（７）前記第２発光部及び／又は前記第３発光部の蛍光膜が、前記発光媒体に対し、前記光取り出し方向のほぼ直角方向及び前記光取り出し方向にある（６）に記載の複合発光装置。
（８）前記第２発光部及び／又は前記第３発光部の蛍光膜が、前記発光媒体を囲んでいる（１）〜（７）のいずれかに記載の複合発光装置。
第２発光部及び／又は第３発光部の蛍光膜は、発光媒体の全部又は一部を囲んでいる。
（９）前記第１発光部及び前記第２発光部、又は前記第１発光部、前記第２発光部及び前記第３発光部の発した光の合成光が、白色である（１）〜（８）のいずれかに記載の複合発光装置。
（１０）前記発光媒体が、有機発光媒体である（１）〜（９）のいずれかに記載の複合発光装置。

本発明によれば、高効率の複合発光装置を提供することができる。

以下、本発明を、図面を参照して説明する。
［実施形態１］
図１は、本発明の一実施形態である複合発光装置を示す図である。
この図において、２は透明な支持基板、４は透明電極（第１電極）、６は有機発光媒体（発光媒体）、８は光反射性電極（第２電極）、１０は蛍光膜である。この複合発光装置は、支持基板２上に、光取り出し方向Ａの反対方向に、透明電極４、有機発光媒体６、光反射性電極８の順に積層して形成された第１発光部と、方向Ｘ，Ｙ（光取り出し方向Ａとほぼ直角な方向）に第１発光部に隣接するように並置された蛍光膜１０からなる第２発光部とを有する。

次に、この複合発光装置の動作について説明する。
第１発光部は、透明電極４と光反射性電極８との間に通電することにより、有機発光媒体６から光を発する。また、第２発光部は、第１発光部から発せられる光のうち、光取り出し方向Ａとは異なる方向、例えば方向Ｘ，Ｙに発せられた光及び反射して入射した光を蛍光膜１０が吸収することにより、蛍光膜１０から光を発する。これら第１発光部と第２発光部の発した光のうち、光取り出し方向Ａに発せられた光が共に、支持基板２側から発せられる。

この実施形態では、支持基板２及び電極４を透明、電極８を光反射性することにより、支持基板２側から光を取り出している（ボトムエミッションタイプ）。しかし、電極４を光反射性、電極８を透明することにより、支持基板２とは反対側（透明電極８側）から光を取り出してもよい（トップエミッションタイプ）。

尚、この実施形態では、蛍光膜１０は有機発光媒体６に隣接しているが、光の透過を妨げない限り、他の部材を介してもよい。
他の部材の例としてはガスバリア層を挙げることができる。蛍光膜１０は後述するように、蛍光材料を分散した樹脂膜からなる場合がある。このような構成の蛍光膜は水分や残留モノマー等の揮発成分を含む。これら揮発成分が有機発光媒体６の劣化を促進する場合があり、蛍光膜１０と有機発光媒体６の境界にガスバリア層を配置すると有効な場合がある。

［実施形態２］
図２は、本発明の他の実施形態である複合発光装置を示す図である。
以下の実施形態において、図１と同じ部材は図１と同じ参照番号を付してその説明を省略する。
実施形態１に示す複合発光装置では、有機発光媒体６及び蛍光膜１０の両方が、透明電極４と光反射性電極８との間に挟持されているが、この実施形態では、蛍光膜１０を、透明電極４と光反射性電極８との間に挟持していない。
即ち、図２に示すように、支持基板２上に、透明電極４、有機発光媒体６、光反射性電極８からなる第１発光部と、蛍光膜１０からなる第２発光部を並置している。
実施形態２の装置では、蛍光膜１０の変換効率を上げるため、蛍光膜１０を厚くしている。図２に示すように、蛍光膜１０には、有機発光媒体６から発せられた光が直接入射し、さらに、有機発光媒体６から発せられた光が電極４や支持基板２に反射して入射する。

［実施形態３］
図３は、本発明の他の実施形態である複合発光装置を示す図である。
この実施形態の装置は、支持基板２上に、透明絶縁膜１４、透明電極４、有機発光媒体６、光反射性電極８からなる第１発光部と、蛍光膜１０、光反射性電極８からなる第２発光部を並置している。実施形態２と同様に、蛍光膜１０の変換効率を上げるため、蛍光膜１０を厚くしている。
図３に示すように、透明電極４と支持基板２の間に透明絶縁膜１４を形成して、有機発光媒体６と蛍光膜１０の背面を平坦化している。即ち、蛍光膜１０の膜厚が、透明絶縁膜１４と透明電極４と有機発光媒体６の膜厚を足し合せた総膜厚と等しくなるように、透明絶縁膜１４の膜厚を調節している。さらに、蛍光膜１０の上にも光反射性電極８を延出して設けている。

蛍光膜１０は、有機発光媒体６から方向Ｘに発せられる光、反射して蛍光膜１０に入射する光等を受けて、図８に示すように全方向に光を発する。全方向に発せられた光のうち、例えば、光取り出し方向Ａに発せられた光成分Ａ１は、そのまま外へ取り出され、光取り出し方向Ａの逆方向に発せられた光成分Ａ２は光反射性電極８に反射して、外へ取り出すことができる。
従って、この装置では、光反射性電極８を蛍光膜１０の背面にも設けることにより、光反射性電極８が反射した光成分も取り出すことができるため、実施形態２の装置よりもさらに第２発光部の発光強度を高めている。

［実施形態４］
図４は、本発明の他の実施形態である複合発光装置を示す図である。
図４（ａ）は複合発光装置の断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の複合発光装置の平面図である。尚、これらの図において、第２電極の図示は省略されている。
この実施形態では、第２発光部が、第１発光部を囲むように形成されている。即ち、第２発光部を構成する蛍光膜１０が、第１発光部の有機発光媒体６を囲んでいる。
さらに、この実施形態では、蛍光膜１２からなる第３発光部が設けられている。
第１発光部とそれを囲む第２発光部から画素Ｉが、第１発光部とそれを囲む第３発光部から画素ＩＩが構成される。画素Ｉ，ＩＩは、隔壁１４によって、互いに隔絶されているので、画素Ｉ，ＩＩから発せられる異なる光成分は、互いに交じり合うことがない。

この実施形態において、有機発光媒体６を青色発光媒体、蛍光膜１０を赤色蛍光膜、蛍光膜１２を緑色蛍光膜にすると、第１発光部が青色光を発し、第２発光部が赤色光を発し、第３発光部が緑色光を発する。従って、画素Ｉ，ＩＩの面積比を調整すれば、画素Ｉだけの有機発光媒体６を発光させると青色光と赤色光とが合成された紫色光が取り出され、画素ＩＩだけの有機発光媒体６を発光させると青色光と緑色光とが合成された水色光が取り出され、画素Ｉ，ＩＩの有機発光媒体６を共に発光させると、三色が混ざって白色光が取り出される。

尚、画素Ｉ，ＩＩを合わせて、図４（ｃ）に示す１種類の画素ＩＩＩを形成してもよい。有機発光媒体６を青色発光媒体、蛍光膜１０を赤色蛍光膜、蛍光膜１２を緑色蛍光膜にしたとき、有機発光媒体６を発光させると、第１発光部が発する発光成分は青色になり、第２発光部が発する発光成分は赤色になり、第３発光部が発する発光成分は緑色になり、画素ＩＩＩからは、青色光、赤色光及び緑色光が合成された白色光を取り出すことができる。

［実施形態５］
図５は、本発明の他の実施形態である複合発光装置を示す図である。
この実施形態は、実施形態４の画素Ｉ，ＩＩにおいて、蛍光膜１０及び１２が有機発光媒体６の両側面及び底面（光取り出し方向Ａのほぼ直角方向及び光取り出し方向Ａ）をそれぞれ囲むように隣接して、画素ＩＶ，Ｖを形成している。さらに、有機発光媒体６のみからなる画素ＩＶを形成している。
この実施形態では、実施形態４と異なり、画素ＩＶ，Ｖにおいて、有機発光媒体６が発する光は、全て蛍光膜１０，１２を通過するため、画素ＩＶ，Ｖでは蛍光膜１０，１２により変換された光のみが取り出される。また、画素ＩＶからは有機発光媒体６の発光がそのまま取り出される。
従って、有機発光媒体６を青色発光媒体、蛍光膜１０を赤色蛍光膜、蛍光膜１２を緑色蛍光膜にすると、画素ＩＶからは赤色光、画素Ｖからは緑色光、画素ＶＩからは青色光を取り出すことができる。
これにより、３色フルカラー表示が可能となる。

実施形態１〜３において、第１発光部は、好ましくは、ピーク波長５００ｎｍ以下、より好ましくは４８０ｎｍ以下の青色光を発し、第２発光部は、好ましくは、ピーク波長５５０ｎｍ以上、より好ましくは５７０ｎｍ以上の黄色、橙色及び赤色のいずれかの光を発する。

実施形態４，５において、第１発光部は、好ましくは、ピーク波長５００ｎｍ以下、より好ましくは４８０ｎｍ以下の青色光を発し、第２発光部は、好ましくは、ピーク波長５００ｎｍから６００ｎｍの範囲、より好ましくは５１０ｎｍから５５０ｎｍの範囲にある緑色光を発し、第３発光部は、好ましくは、ピーク波長６００ｎｍ以上、より好ましくは６１０ｎｍ以上の赤色光を発する。

また、これら実施形態では、第１発光部及び第２発光部、又は第１発光部、第２発光部及び第３発光部の面積比率を調整し、全ての発光部の発光成分の合成光が白色となるようにすることが好ましい。

以下、上記の実施形態で使用した部材について説明する。
１．支持基板
支持基板は、第１発光部や第２発光部等を支持するための部材であり、そのため機械的強度や、寸法安定性に優れていることが好ましい。
このような支持基板としては、無機材料からなる支持基板、例えば、ガラス板、金属板、セラミックス板等が挙げられるが、好ましい無機材料としては、ガラス材料、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化イットリウム、酸化ゲルマニウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化鉛、酸化ナトリウム、酸化ジルコニア、酸化ナトリウム、酸化リチウム、酸化硼素、窒化シリコン、ソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス等を挙げることができる。
また、支持基板を構成する好ましい有機材料としては、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、メラミン樹脂、マレイン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリアセタール樹脂、セルロース樹脂等を挙げることができる。

支持基板側から光を取出すタイプの場合には、透光性のものが用いられる。透光性については、４００〜７００ｎｍの可視領域の光の透過率が５０％以上であるものが望ましく、平滑な基板を用いるのがさらに好ましい。このような透光性の基板としては、例えば、ガラス基板、合成樹脂基板等が好ましい。ガラス基板としては、ソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等で形成されたものが挙げられる。また、合成樹脂基板としては、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルサルファイド樹脂、ポリサルフォン樹脂等で形成されたものが挙げられる。

２．透明電極（第１電極）
第１電極は、透明導電材料からなる透明電極材料が用いられる。透明電極は、有機発光層の発する光を効率よく取出すため、透過率が１０％以上の材料、好ましくは透過率が６０％以上の材料から構成される。具体的には、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、インジウム銅（ＣｕＩｎ）、酸化スズ（ＳｎＯ₂）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化アンチモン（Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₄、Ｓｂ₂Ｏ₅）又は酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）等の一種単独、あるいは２種以上組み合わせが挙げられる。尚、透明電極の透明性を損なわない範囲で低抵抗化を図るために、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａ又はＡｌ等の金属を一種単独、又は２種以上組み合わせて添加することも好ましい。

第１電極を陰極として使用する場合には、有機発光層に電子を注入するための低仕事関数材料からなる低仕事関数層を併用してもよい。低仕事関数層としては、電子の注入が容易なために仕事関数の小さい構成材料、例えば、４．０ｅＶ未満の構成材料を使用する。十分な透過率を有する程度に薄膜化して有機発光媒体の上に形成し、その上に透明電極を積層することが好ましい。ＩＴＯやＺｎＯのような透明酸化物導電体の仕事関数は４．６ｅＶ以上であり、陰極として用いることは困難だからである。

低仕事関数材料としては、アルミニウム、バリウム、カルシウム、セリウム、エルビウム、ユーロピウム、ガドリニウム、ハフニウム、インジウム、ランタン、マグネシウム、銀、マンガン、ネオジウム、スカンジウム、サマリウム、イットリウム、亜鉛、ジルコニウム等の金属や、これらの金属と他の金属との合金組成物も使用される。特に好ましくは、マグネシウム、銀及びマグネシウムと銀の合金である。

第１電極の成膜方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法、ＣＶＤ法（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＭＯＣＶＤ法（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、プラズマＣＶＤ法等の乾燥状態での成膜が可能な方法が挙げられる。

透明電極の膜厚は、特に限定されないが、５〜１０００ｎｍ、好ましくは１０〜５００ｎｍの範囲とする。また、低仕事関数層については、特に限定されないが、１〜１００ｎｍ、好ましくは０．５〜５０ｎｍの範囲、より好ましくは５〜３０ｎｍの範囲で設定される。それぞれについて、上限の膜厚を越えると、有機発光層からの発光を効率よく取出すという観点で好ましくない。また、下限の膜厚未満では、透明電極層を形成する際の有機発光層へのダメージを抑制するという観点で好ましくない。

３．光反射性電極（第２電極）
第２電極は、光反射性を有する光反射性電極であり、透明性は要求されない。本発明においては、光反射性電極が陽極かつ前述の透明電極が陰極の場合、及び光反射性電極が陰極かつ透明電極が陽極の場合の、どちらの素子構成もとることができる。

第２電極を陽極として用いる場合には、正孔注入に必要とされる仕事関数を満たす金属が用いられる。仕事関数の値としては４．６ｅＶ以上が望ましく、具体的には、金、銀、銅、イリジウム、モリブデン、ニオブ、ニッケル、オスミウム、パラジウム、白金、ルテニウム、タンタル、タングステン又はアルミニウム等の金属やそれらの合金、インジウム及び／又はスズの酸化物（ＩＴＯと以下略す）等の金属酸化物、ヨウ化銅、ポリピロール、ポリアニリン、ポリ（３−メチルチオフェン）等の導電性高分子、及びこれらの積層体が挙げられる。

また、陰極として用いる場合には、仕事関数の小さい（４ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム／銀合金、アルミニウム／酸化アルミニウム、アルミニウム／リチウム合金、インジウム、希土類金属等の１種又は２種以上が挙げられる。

４．有機発光媒体（発光媒体）
有機発光媒体は、電子と正孔とが再結合して、ＥＬ発光が可能な有機発光層を含む媒体と定義することができる。かかる有機発光媒体は、例えば、陽極上に、以下の各層を積層して構成することができる。
（ａ）有機発光層
（ｂ）正孔注入層／有機発光層
（ｃ）有機発光層／電子注入層
（ｄ）正孔注入層／有機発光層／電子注入層
（ｅ）有機半導体層／有機発光層
（ｆ）有機半導体層／電子障壁層／有機発光層
（ｇ）正孔注入層／有機発光層／付着改善層
これらの中で、（ｄ）の構成が、より高い発光輝度が得られ、耐久性にも優れていることから通常好ましく用いられる。

有機発光媒体における有機発光層の発光材料としては、例えば、ｐ−クオーターフェニル誘導体、ｐ−クィンクフェニル誘導体、ベンゾチアゾール系化合物、ベンゾイミダゾール系化合物、ベンゾオキサゾール系化合物、金属キレート化オキシノイド化合物、オキサジアゾール系化合物、スチリルベンゼン系化合物、ジスチリルピラジン誘導体、ブタジエン系化合物、ナフタルイミド化合物、ペリレン誘導体、アルダジン誘導体、ピラジリン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、ピロロピロール誘導体、スチリルアミン誘導体、クマリン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、８−キノリノール誘導体を配位子とする金属錯体、ポリフェニル系化合物等の１種単独又は２種以上の組み合わせが挙げられる。

また、これらの有機発光材料のうち、芳香族ジメチリディン系化合物としての、４，４’−ビス（２，２−ジ−ｔ−ブチルフェニルビニル）ビフェニル（ＤＴＢＰＢＢｉと略記する。）や、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉと略記する。）及びこれらの誘導体がより好ましい。

さらに、ジスチリルアリーレン骨格等を有する有機発光材料をホスト材料とし、当該ホスト材料に、ドーパントとしての青色から赤色までの強い蛍光色素、例えばクマリン系材料、あるいはホストと同様の蛍光色素をドープした材料を併用することも好適である。より具体的には、ホスト材料として、上述したＤＰＶＢｉ等を用い、ドーパントとして、Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノベンゼン（ＤＰＡＶＢと略記する。）等を用いることが好ましい。

また、有機発光媒体における正孔注入層には、１×１０⁴〜１×１０⁶Ｖ／ｃｍの範囲の電圧を印加した場合に測定される正孔移動度が、１×１０^-6ｃｍ²／Ｖ・秒以上であって、イオン化エネルギーが５．５ｅＶ以下である化合物を使用することが好ましい。このような正孔注入層を設けることにより、有機発光層への正孔注入が良好となり、高い発光輝度が得られたり、あるいは、低電圧駆動が可能となる。

このような正孔注入層の構成材料としては、具体的に、ポルフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、縮合芳香族環化合物、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＮＰＤと略記する。）や、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡと略記する。）等の有機化合物が挙げられる。

また、正孔注入層の構成材料として、ｐ型−Ｓｉやｐ型−ＳｉＣ等の無機化合物を使用することも好ましい。尚、上述した正孔注入層と、陽極層との間、あるいは、上述した正孔注入層と、有機発光層との間に、導電率が１×１０^-10Ｓ／ｃｍ以上の有機半導体層を設けることも好ましい。このような有機半導体層を設けることにより、さらに有機発光層への正孔注入がより良好となる。

また、有機発光媒体における電子注入層には、１×１０⁴〜１×１０⁶Ｖ／ｃｍの範囲の電圧を印加した場合に測定される電子移動度が、１×１０^-6ｃｍ²／Ｖ・秒以上であって、イオン化エネルギーが５．５ｅＶを超える化合物を使用することが好ましい。このような電子注入層を設けることにより、有機発光層への電子注入が良好となり、高い発光輝度が得られたり、あるいは、低電圧駆動が可能となる。このような電子注入層の構成材料としては、具体的に、８−ヒドロキシキノリンの金属錯体（Ａｌキレート：Ａｌｑ）、又はその誘導体、あるいは、オキサジアゾール誘導体等が挙げられる。

また、有機発光媒体における付着改善層は、かかる電子注入層の一形態とみなすことができ、即ち、電子注入層のうち、特に陰極との接着性が良好な材料からなる層であり、８−ヒドロキシキノリンの金属錯体又はその誘導体等から構成することが好ましい。尚、上述した電子注入層に接して、導電率が１×１０^-10Ｓ／ｃｍ以上の有機半導体層を設けることも好ましい。このような有機半導体層を設けることにより、さらに有機発光層への電子注入性が良好となる。

また、有機発光媒体の厚さについては、好ましくは５ｎｍ〜５μｍの範囲内で設定することができる。この理由は、有機発光媒体の厚さが５ｎｍ未満となると、発光輝度や耐久性が低下する場合があり、一方、有機発光媒体の厚さが５μｍを超えると、印加電圧の値が高くなる場合があるためである。従って、有機発光層の厚さを１０ｎｍ〜３μｍの範囲内の値とすることがより好ましく、２０ｎｍ〜１μｍの範囲内の値とすることがさらに好ましい。

有機発光媒体の形成方法は特に限定されない。従来公知の真空蒸着法、分子線蒸着法（ＭＢＥ法）あるいはディッピング法、スピンコーティング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法等の塗布法による公知の方法で形成することができる。

５．蛍光膜
蛍光層は、有機発光媒体の発光を吸収して、より長波長の蛍光を発光する機能を有する。尚、色再現性をよくするためにカラーフィルターと蛍光体層を組み合わせて積層する場合があるが、この積層体を蛍光膜としてもよい。

蛍光膜を構成する材料としては、例えば、蛍光材料及び樹脂、又は蛍光材料のみからなる。蛍光材料及び樹脂の例として、蛍光材料をバインダー樹脂中に溶解又は分散させた固形状態のものを挙げることができる。

蛍光材料の具体例として、有機蛍光色素について説明すると、有機ＥＬ素子における近紫外光から紫色の発光を青色発光に変換する蛍光色素としては、１，４−ビス（２−メチルスチリル）ベンゼン（Ｂｉｓ−ＭＢＳ）、トランス−４，４′−ジフェニルスチルベン（ＤＰＳ）等のスチルベン系色素、７−ヒドロキシ−４−メチルクマリン（クマリン４）等のクマリン系色素を挙げることができる。また、有機ＥＬ素子における青色、青緑色又は白色の発光を緑色発光に変換する場合の蛍光色素については、例えば、２，３，５，６−１Ｈ，４Ｈ−テトラヒドロ−８−トリフロルメチルキノリジノ（９，９ａ，１−ｇｈ）クマリン（クマリン１５３）、３−（２′−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン６）、３−（２′−ベンズイミダゾリル）−７−Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノクマリン（クマリン７）等のクマリン色素、その他クマリン色素系染料であるベーシックイエロー５１、また、ソルベントイエロー１１、ソルベントイエロー１１６等のナフタルイミド色素を挙げることができる。また、有機ＥＬ素子における青色から緑色までの発光、又は白色の発光を、橙色から赤色までの発光に変換する場合の蛍光色素については、例えば、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチルリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）等のシアニン系色素、１−エチル−２−（４−（ｐ−ジメチルアミノフェニル）−１，３−ブタジエニル）−ピリジニウム−パークロレート（ピリジン１）等のピリジン系色素、ローダミンＢ、ローダミン６Ｇ等のローダミン系色素、その他にオキサジン系色素等が挙げられる。各種染料（直接染料、酸性染料、塩基性染料、分散染料等）も蛍光性があれば蛍光色素として選択することが可能である。また、蛍光色素をポリメタクリル酸エステル、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル酢酸ビニル共重合体、アルキッド樹脂、芳香族スルホンアミド樹脂、ユリア樹脂、メラニン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂等の顔料樹脂中にあらかじめ練り込んで顔料化したものでもよい。

また蛍光材料としては、無機蛍光体微粒子を用いることもできる。無機蛍光体微粒子としては、金属化合物等の無機化合物からなり、可視光を吸収し、吸収した光よりも長い蛍光を発する微粒子を用いることができる。微粒子表面には、後述するマトリクス樹脂への分散性向上のため、例えば、長鎖アルキル基や燐酸等の有機物で表面を修飾してあってもよい。具体的には、金属酸化物に遷移金属イオンをドープした微粒子として、Ｙ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、Ｙ_２Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４等の金属酸化物に、Ｅｕ^２＋、Ｅｕ^３＋、Ｃｅ^３＋、Ｔｂ^３＋等の、可視光を吸収する遷移金属イオンをドープしたものを挙げることができる。また、金属カルコゲナイド物に遷移金属イオンをドープした微粒子として、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ等の金属カルコゲナイド化物に、Ｅｕ^２＋、Ｅｕ^３＋、Ｃｅ^３＋、Ｔｂ^３＋等の可視光を吸収する遷移金属イオンをドープしたものを挙げることができる。ＳやＳｅ等が、後述するマトリクス樹脂の反応成分により引き抜かれることを防止するため、シリカ等の金属酸化物や有機物等で表面修飾してもよい。さらに、半導体のバンドギャップを利用し、可視光を吸収、発光する微粒子として、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＩｎＰ等の半導体微粒子を挙げることができる。これらは、特表２００２−５１０８６６号公報等の文献で知られているように、粒径をナノサイズ化することにより、バンドギャップを制御し、その結果、吸収−蛍光波長を変えることができる。ＳやＳｅ等が、後述するマトリクス樹脂の反応成分により引き抜かれることを防止するため、シリカ等の金属酸化物や有機物等で表面修飾してもよい。

一方、バインダー樹脂は、蛍光材料を分散する樹脂であり、非硬化型樹脂、熱硬化型樹脂又は光硬化型樹脂を用いることができる。具体的には、オリゴマー又はポリマー形態のメラミン樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、マレイン酸樹脂、ポリアミド系樹脂、あるいはポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロール等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、蛍光膜のパターニングの目的で、光硬化型樹脂を使用することもできる。光硬化型樹脂としては、通常感光剤を含む反応性ビニル基を有するアクリル酸、メタクリル酸系の光重合型やポリケイ皮酸ビニル等の光架橋型等が用いられる。尚、感光剤を含まない場合は、熱硬化型のものを用いてもよい。バインダー樹脂は、一種類の樹脂を単独で用いてもよいし、複数種類を混合して用いてもよい。尚、本発明においては、互いに分離して平面配置した蛍光膜を形成する場合がある。このため、バインダー樹脂としては、フォトリソグラフィー法を適用できる感光性樹脂を使用することが好ましい。

６．隔壁
隔壁は、実施形態４を説明する図４（ａ）において、画素Ｉと画素IIを隔絶し、それぞれの画素から発せられる異なる光成分が、互いに交じり合うことを防止するためのものである。そのため、黒色色素又は金属材料を蛍光膜に用いたものと同様なバインダー樹脂中に溶解又は分散させた固体状態とし、パターニングされたものが選ばれる。
隔壁の具体的な材料としては、例えば以下の金属及び黒色色素を挙げることができる。金属の種類としては、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｋ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｗ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔａ、ステンレス等の一種以上の金属又は合金が挙げられる。また、上記金属の酸化物、窒化物、硫化物、硝酸塩、硫酸塩等を用いてもよく、必要に応じて炭素が含有されていてもよい。

上記材料は、スパタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法、電析法、電気メッキ法、化学メッキ法等の方法により、所望の基板上に成膜され、フォトリソグラフィー法等によりパターニングを行って、平面的に分離配置したパターンを形成することができる。

黒色色素としては、カーボンブラック、チタンブラック、アニリンブラック、赤、緑、青等の単色色素を混合して黒色化したものが挙げられる。これらの黒色色素又は前記金属材料を蛍光膜で用いたバインダー樹脂中に溶解又は分散させた固体状態とし、蛍光膜と同様な方法でパターニングして隔壁のパターンを形成する。

隔壁の高さは、特に限定されないが、１０ｎｍ〜１ｍｍ、好ましくは１μｍ〜１ｍｍ、より好ましくは１０μｍ〜１００μｍである。また、隔壁の断面形状は、通常は矩形状であるが、逆台形状又はＴ文字状であってもよい。隔壁の透過率は、画素Ｉ、画素IIから発せられる光の波長領域、即ち、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視領域における光において１０％以下であることが好ましく、１％以下がさらに好ましい。１０％を超えると画素Ｉ、画素IIから発せられる光が互いに交じり合い、視野角特性を悪化させる。また、必要に応じて、少なくとも隔壁の側面を反射性のものにしてもよい。
実施形態５で用いる隔壁についても同様である。

７．透明絶縁膜
透明絶縁膜の材質としては、蛍光膜に用いるバインダー樹脂と同様な樹脂を用いることができる。また、酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素等の透明性無機化合物も用いることができる。

実施例１
図６に示す複合有機ＥＬ素子を製造した。
７５ｍｍ×２５ｍｍ×０．７ｍｍのガラス基板２上に、スパッタリングにより膜厚１４０ｎｍのＩＴＯ膜４を形成した。
次いで、紫外線硬化樹脂に蛍光色素ローダミン６Ｇを溶解させ、蛍光膜形成用インクを作製した。この蛍光膜形成用インクを、ＩＴＯ膜２上にスピンコート法にて塗布した。１００μｍ角内に、外周１５μｍ幅の枠を残して７０μｍ角の開口部が得られるよう、フォトマスクを用い、露光／現像処理を行った後、１８０℃×１時間の加熱処理を行った。得られた蛍光膜１０の膜厚は５μｍであった。
ＵＶオゾン洗浄の後、基板２を真空状着装置内にセットし真空排気した。その後、発光媒体６としてα−ＮＰＤを１００ｎｍ、バッファ層（図示せず）としてＢｕ−ＰＢＤを３０ｎｍ、電子注入電極８として、ＬｉＦを１ｎｍ、Ａｌを２００ｎｍの厚みとなるよう、連続して一貫蒸着成膜を実施した。
得られた複合有機ＥＬ素子のＩＴＯ陽極４とＡｌ陰極８の間に７Ｖの電圧を印加したところ、ＣＩＥ色度（０．３４、０．２６）、輝度２３０８ｎｉｔの白色発光を得た。素子の電流輝度効率は４．２ｃｄ／Ａ、視感効率は３．５８−ｌｍ／Ｗであった。

比較例１
ローダミン６Ｇを溶解させないこと以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
ＩＴＯ陽極とＡｌ陰極との間に７Ｖの電圧を印加したところ、ＣＩＥ色度（０．１６、０．１０）、輝度１７１０ｎｉｔの青色発光しか得られなかった。素子の電流輝度効率は２．６６ｃｄ／Ａ、視感効率は２．３４−ｌｍ／Ｗであった。

比較例２
ガラス基板上に、実施例１と同じ塗布条件で５μmの蛍光膜を一面に形成後、ＩＴＯ電極をスパッタリングにより成膜した。その後は、実施例１と同様に有機層、Ａｌ陰極を形成し、有機ＥＬ素子を得た。
ＩＴＯ陽極とＡｌ陰極との間に７Ｖの電圧を印加したところ、ＣＩＥ色度は（０．２２、０．１８）であり、実施例１より青みが強かった。また輝度は１２８０ｎｉｔという低輝度であり、素子の電流輝度効率は２．１３ｃｄ／Ａ、視感効率は１．７９−ｌｍ／Ｗであった。

本発明の複合発光装置は、白色面光源、マルチカラーディスプレイ等の分野において好適に使用できる。

本発明による実施形態１の複合発光装置を示す図である。本発明による実施形態２の複合発光装置を示す図である。本発明による実施形態３の複合発光装置を示す図である。本発明による実施形態４の複合発光装置を示す図である。本発明による実施形態５の複合発光装置を示す図である。実施例１で製造した複合有機ＥＬ素子を示す図である。従来の発光装置において、ＲＧＢの三原色を発光させる方法を説明するための図である。従来の発光装置を示す図である。

符号の説明

２、４６支持基板
４、２２透明電極（第１電極）
６、４８有機発光媒体（発光媒体）
８、２４光反射性電極（第２電極）
１０、１２、５０蛍光膜
１４隔壁
１６透明絶縁膜
２６白色発光媒体
２８赤色フィルタ
３０緑色フィルタ
３２青色フィルタ
３４赤色発光媒体
３６緑色発光媒体
３８青色発光媒体
４０赤色蛍光膜
４２緑色蛍光膜
４４青色フィルタ

Claims

支持基板と、
前記支持基板上に、第１電極、発光媒体、第２電極の順に積層されている第１発光部と、
前記発光媒体に対し、少なくとも光取り出し方向とは異なる方向に位置する蛍光膜からなる第２発光部とを有し、
前記第１発光部において、前記第１電極と前記第２電極との間に通電することにより前記発光媒体が発光し、
前記第２発光部において、前記蛍光膜が、前記発光媒体が発する光を吸収して発光し、
前記第２発光部の蛍光膜が、前記発光媒体に対し、前記光取り出し方向のほぼ直角方向及び前記光取り出し方向にある、複合発光装置。
前記支持基板及び第１電極が透明であり、
前記第２電極が光反射性であり、
前記第１発光部と第２発光部の発光を前記支持基板側から取り出す請求項１に記載の複合発光装置。
前記第１電極が光反射性であり、
前記第２電極が透明であり、
前記第１発光部と第２発光部の発光を前記支持基板の反対側から取り出す請求項１に記載の複合発光装置。
さらに、前記発光媒体に対し、少なくとも光取り出し方向とは異なる方向に位置する、前記第２発光部の蛍光膜と異なる蛍光膜からなる第３発光部を有し、
前記第３発光部において、前記蛍光膜が、前記発光媒体が発する光を吸収して発光する請求項１〜３のいずれか一項に記載の複合発光装置。
前記第１発光部からなる青色画素、
前記第１発光部と前記第２発光部からなる緑色画素、及び
前記第１発光部と前記第３発光部からなる赤色画素、
を有する請求項４に記載の複合発光装置。
前記第１電極、前記発光媒体、前記第２電極が、光取り出し方向又はその反対方向に積層されていて、
前記第２発光部及び／又は前記第３発光部の蛍光膜が、前記発光媒体に対し、前記光取り出し方向のほぼ直角方向に位置する請求項１〜５のいずれか一項に記載の複合発光装置。
前記第２発光部及び／又は前記第３発光部の蛍光膜が、前記発光媒体に対し、前記光取り出し方向のほぼ直角方向及び前記光取り出し方向にある請求項６に記載の複合発光装置。
前記第２発光部及び／又は前記第３発光部の蛍光膜が、前記発光媒体を囲んでいる請求項１〜７のいずれか一項に記載の複合発光装置。
前記第１発光部及び前記第２発光部、又は前記第１発光部、前記第２発光部及び前記第３発光部の発した光の合成光が、白色である請求項１〜８のいずれか一項に記載の複合発光装置。
前記発光媒体が、有機発光媒体である請求項１〜９のいずれか一項に記載の複合発光装置。