TWI536628B - 有機電場發光元件 - Google Patents

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Description

有機電場發光元件
本發明係關於一種有機電場發光元件及有機電場發光面板者。
本案根據2009年12月28日於日本提出申請之日本特願2009-297240而主張優先權，並在此援用其內容。
有機電場發光(有機EL)元件係由在基板上依序積層第1電極、發光層及第2電極而構成，經由自第1電極及第2電極注入電洞及電子至發光層而實現所期望的發光。有機電場發光元件雖可經由改變在發光層所使用之有機發光材料而調節發光色，但由於有機發光材料是依材料不同其發光效率亦大不相同，因此不容易得到兼具期望的顏色特性及亮度特性之發光材料。因此，非專利文獻1係提案一種將發光層配置於反射層與半穿透反射層之間，經由對應反射層與半穿透反射層之間的光學距離以放大共振波長之光，而將期望顏色之光射出，亦即具備微共振器(micro resonator)構造之有機電場發光元件。
然而，具備微共振器構造之有機電場發光元件，由有機電場發光元件之正面方向(基板法線方向)觀看時與由廣角方向(相對於基板法線傾斜之方向)觀看時之顏色會產生改變，在擴及廣視野角範圍時，有難以得到充分顏色再現性之問題。亦即可知，具備微共振器構造之有機電場發光元件，由廣角方向觀看時之光波長往短波長側偏移，而從廣角方向觀看時顯示為偏藍。此種波長偏移特別是在藍色更為顯著，如何抑制藍色之波長偏移就成為重要的課題。因此，專利文獻1即藉由在有機電場發光元件之光射出側設置彩色濾光片，僅選擇性地使特定波長區域之光穿透，如此可抑制因波長偏移所引起之顏色變化。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]　日本特開2005-129510號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]　「有機EL材料‧由裝置研究之基礎至最前線」1993年12月16至17　應用物理學會有機分子‧生物電子小組委員會、JSAP Catalog Number:AP93 2376 P.135-143
然而，專利文獻1之方法藉由另外設置彩色濾光片，使得不僅有機電場發光元件甚至有機電場發光面板之製程變得繁雜，導致有面板全體變得難以小型化之問題。此外，由於自有機電場發光元件射出的光大部分經彩色濾光片吸收，亦有自斜向觀看時之明亮度大幅降低的問題。亦即，具備微共振器構造之有機電場發光元件，為了使射出光的光譜具有尖銳的波峰，若此波峰偏離彩色濾光片之穿透波長區域時，則會使穿透彩色濾光片的光亮度急遽降低。即使是由正面方向所射出的光，亦由於穿透彩色濾光片而招致亮度大幅降低。
本發明係有鑒於上述習知技術之事實而發明者，其目的係提供一種有機電場發光元件及有機電場發光面板，不使用彩色濾光片，並且擴及廣視野角範圍而可得到充分的顏色再現性。
本發明提供一種有機電場發光元件，係具有以反射層、第1電極、發光層、作為陽極或陰極之第2電極、以及半穿透反射層之順序所配置之狀態，前述半穿透反射層包含鄰接於前述第2電極之與前述發光層側相反側之面而設置之由絕緣材料所構成的光學調整層，前述光學調整層在450nm波長之折射率為1.915以上，並且作為前述折射率與膜厚之乘積之光學膜厚為70.174nm以上140.347nm以下。
亦即，本發明之有機電場發光元件具備微共振器構造，設置具有預定光學特性之光學調整層者，藉由調節光學調整層之折射率及光學膜厚，而抑制廣角方向之顏色變化。
光學調整層之折射率及膜厚與廣角方向顏色之變化(本說明書中亦將此稱為視野角特性)的關係將於後述之實施例詳細說明，然而本發明者若使用時域有限差分法(Finite-Difference Time Domain；FDTD法)進行模擬，則光學調整層之折射率越大廣角方向所觀測之顏色變化越小，將光學膜厚設計在預定範圍內，可充分發揮其效果。經由光學調整層抑制顏色變化的效果並非僅由光學調整層之光學膜厚決定，若光學調整層不具有預定折射率以上之折射率，就無法充分發揮此效果。亦即，若未適當設計光學調整層之折射率與光學膜厚度，則無法抑制廣角方向的顏色變化，即使能抑制廣角方向的顏色變化，其效果亦很有限。
本發明中，「抑制顏色之變化」係指經由後述之實施例所說明的方法而計算出MaxΔu’v’之值為0.081以下之意。若MaxΔu’v’之值在此範圍中，則即使以有機電場發光顯示器等所要求的最嚴格之評估基準，亦可得到實用上充分的視野角特性。
前述光學調整層之折射率是期望在2.078以上。依此構成，則可使MaxΔu’v’成為0.07以下。此外，當光學調整層之折射率設為2.078以上而光學調整層之光學膜厚設為123.49nm以下時，則可使MaxΔu’v’成為0.061以下。藉由此結構，復可提供顏色變化少之有機電場發光元件。
光學調整層，例如，可由一氧化矽(SiO)、氧化鎢(WO3)、硫化鋅(ZnS)、N,N’-雙(萘-1-基)-N,N’-雙(苯基)-聯苯胺(NPD)、二氧化鈦(TiO2)之中任一者而形成。由於此等材料係折射率為1.915以上，因此抑制顏色變化之效果高。
前述反射層與前述半穿透反射層之間的光學距離，期望設定成在藍色波長區域具有共振波長。如前述，在具備微共振器構造之有機電場發光元件中，藍色波長之偏移是特別顯著。因此，若將本發明應用於射出藍色光之有機電場發光元件中，則更可發揮本發明之效果。
期望前述發光層係由藍色發光材料所形成者。
本發明之有機電場發光面板係將上述之本發明的有機電場發光元件複數排列於基板上之有機電場發光面板。藉由此結構，可提供能得到擴及廣視野角範圍而有充分顏色再現性之有機電場發光面板。
於前述基板上設置複數個自前述半穿透反射層射出彼此顏色相異之光的有機電場發光元件，係期望前述複數個有機電場發光元件之前述光學調整層之折射率及光學膜厚為彼此相等者。藉由此結構，由於對於各有機電場發光元件可經由共通之製程形成光學調整層，而可簡化製造程序。
若藉由本發明，可提供不使用彩色濾光片在廣視野角範圍顏色變化少的有機電場發光元件。因此，相較於使用彩色濾光片之專利文獻1之構造，可實現以較少的電力消耗達成明亮地顯示。又，當使用彩色濾光片時，有必要配合彩色濾光片與有機電場發光元件之位置而進行彩色濾光片之貼合。然而，本發明光學調整層則可隨著有機電場發光元件之形成步驟而形成，因此製程簡便，容易製造。因此，根據本發明，可提供擴及廣視野角範圍顏色再現性佳之小型且價廉之有機電場發光元件及有機電場發光面板。
第1圖是有關本發明之一個實施型態的有機電場發光元件1及有機電場發光面板100之概略剖面圖。有機電場發光元件1係於反射層11與光學調整層19之間配置發光層15，由發光層15所發出的光中，因應反射層11與光學調整層19之間的光學距離而放大共振波長之光並自光學調整層19射出，即具備所謂的微共振器構造之有機電場發光元件。
光學調整層19有作為使發光層15所發出之一部份光穿透，剩餘另一部份光朝向反射層11反射之半穿透反射層之功能。半穿透反射層以包含鄰接於由陰極或陽極所構成之第2電極18的由絕緣材料所構成之光學調整層19即可，亦可包含保護光學調整層19表面之保護層等。亦即，光學調整層19為配置於位在第2電極18上1層或複數層之中最靠近第2電極側之層，光學調整層19上，必要時可形成1層或複數層之保護層等。
有機電場發光面板100係於基板10上配置1個或複數個有機電場發光元件1者。有機電場發光面板100可作為有機EL照明等照明機器或有機EL顯示器等顯示器面板利用。
基板10係形成電極12、18，此外，形成有機物之層(例如，發光層15)時以不產生化學變化者為佳，例如使用玻璃、塑膠、高分子膜、矽基板或此等之積層而成者等所構成。此外，亦可於玻璃等所構成之基材上形成含有TFT或配線等之電路層作為基板10。
在一對電極12、18之間，有機電場發光元件1具有至少一層由低分子以及/或高分子之有機發光材料所構成之發光層。作為發光層周邊之構成要素者，係第1電極12、第2電極18、作為發光層15以外之層，可列舉如設置於第2電極18與發光層15之間者、設置於第1電極12與發光層15之間者。
作為設置於第2電極18與發光層15之間者，可列舉如電子注入層17、電子輸送層16、電洞阻擋層等。電子注入層17及電子輸送層16係具有改善由第2電極18將電子注入至發光層15之效率的功能層。當電子注入層17或電子輸送層16具有阻擋電洞輸送功能時，此等層17、16亦稱為電洞阻擋層。具有阻擋電洞輸送功能，例如製作僅流通霍爾電流(hall current)之元件，藉由此電流值之減少可確認阻擋的效果。
作為設置於第1電極12與發光層15之間者，可列舉如電洞注入層13、電洞輸送層14、電子阻擋層等。電洞注入層13及電洞輸送層14係具有改善自第1電極11之電洞注入效率功能的層。當電洞注入層13或電洞輸送層14具有阻擋電子輸送功能時，此等層13、14亦稱為電子阻擋層。具有阻擋電子輸送功能，例如是可製作僅流通電子電流之元件，藉由此電流值之減少可確認阻擋的效果。
在此，電洞輸送層14係具有輸送電洞功能之層，電子輸送層16係具有輸送電子功能之層。並且，有將電子輸送層16與電洞輸送層14總稱為電荷輸送層之情形。發光層15、電洞輸送層14、電子輸送層16可分別獨立地使用2層以上。此外，鄰接於電極12、18而設置之電荷輸送層14、16之中，具有改善由電極12、18之電荷注入效率之功能，具有降低元件驅動電壓效果者，一般特別稱為電荷注入層(電洞注入層13、電子注入層17)。
為了提升電極12、18與發光層之密著性或改善由電極12、18之電荷注入，鄰接於電極12、18亦可設置電荷注入層13、17或膜厚2nm以下之絕緣層，此外，為了提升界面之密著性或防止混合等，亦可於電荷輸送層14、16或發光層15之界面***薄的緩衝層。關於積層的層順序或數目及各層之厚度，可斟酌發光效率或元件壽命而適當設定。
作為第1電極12者，例如作為透明電極或半透明電極，可使用導電度高的金屬氧化物、金屬硫化物或金屬薄膜，其中以穿透率高者更適合利用，可對應鄰接的有機層(電洞注入層等)而適當選擇使用。
具體而言，可使用：氧化銦、氧化鋅、氧化錫、及此等複合體之銦‧錫‧氧化物(ITO)、銦‧鋅‧氧化物等所構成之導電性玻璃所製作之膜(NESA等)或金、鉑、銀、銅等，以ITO、銦‧鋅‧氧化物、氧化錫為佳。製作方法可列舉如：真空蒸鍍法、濺鍍法、離子鍍覆法、鍍覆法等。此外，作為第1電極12者，亦可使用聚苯胺或其衍生物、聚噻吩或其衍生物等有機之透明導電膜。
第1電極12之膜厚可考慮光穿透性與導電度而適當選擇，例如為10nm至10μm，以20nm至1μm為佳，以50nm至500nm為更佳。
反射層11可使用鋁(Al)或銀(Ag)等高反射率之導電膜，或將折射率相異之2層以上之介電質膜交互積層複數層之高反射率之介電質多層膜。當第1電極12由鋁(Al)或銀(Ag)等高反射率之導電膜所形成時，可省略反射層11，此時，第1電極12是當作反射層之功能。
電洞注入層13可設置於第1電極12與電洞輸送層14之間，或是在第1電極12與發光層15之間。形成電洞注入層13之材料，可列舉如：苯胺系、星爆(starburst)型胺系、酞菁(phthalocyanine)系、氧化釩、氧化鉬、氧化釕、氧化鋁等氧化物、非晶形碳(amorphous carbon)、聚苯胺、聚噻吩衍生物等。
作為構成電洞輸送層14之材料者，可列舉如：聚乙烯咔唑(polyvinyl carbazole)或其衍生物、聚矽烷(polysilane)或其衍生物、側鏈或主鏈具有芳香族胺的聚矽氧烷(polysiloxane)衍生物、吡唑啉(pyrazoline)衍生物、芳胺(arylamine)衍生物、二苯乙烯(stilbene)衍生物、三苯基二胺衍生物、聚苯胺或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、聚芳胺或其衍生物、聚吡咯(polypyrrole)或其衍生物、聚(對伸苯基伸乙烯)(Poly(p-phenylene vinylene)；PPV)或其衍生物、或聚(2,5-伸噻吩基伸乙烯)(poly(2,5-thienylene vinylene))或其衍生物等。
上述之材料中作為電洞輸送層14所使用之電洞輸送材料者，以聚乙烯咔唑或其衍生物、聚矽烷或其衍生物、側鏈或是主鏈具有芳香族胺化物的聚矽氧烷衍生物、聚苯胺或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、聚芳胺或其衍生物、聚(對伸苯基伸乙烯基)或其衍生物、或聚(2,5-伸噻吩基伸乙烯基)或其衍生物等高分子電洞輸送材料為佳，尤以聚乙烯咔唑或其衍生物、聚矽烷或其衍生物、側鏈或主鏈具有芳香族胺的聚矽氧烷衍生物為更佳。低分子電洞輸送材料時，以分散於高分子黏合劑中使用為佳。
發光層15主要是具有發出螢光或磷光之有機物(低分子化合物及高分子化合物)。發光層15亦可包含摻雜劑材料。作為本發明中可使用之發光層形成材料者，有例如以下所列舉者。
(發光層形成材料1：色素系材料)
作為色素系材料者，例如可列舉：環噴達明(cyclopendamine)衍生物、四苯基丁二烯(tetraphenylbutadiene)衍生物化合物、三苯胺衍生物、二唑(oxadiazole)衍生物、吡唑并喹啉(pyrazoloquinoline)衍生物、二(苯乙烯基)苯(distyrylbenzene)衍生物、二(苯乙烯基)伸芳基(distyrylarylene)衍生物、吡咯(pyrrole)衍生物、噻吩環化合物、吡啶(pyridine)環化合物、紫環酮(perinone)衍生物、苝(perylene)衍生物、寡噻吩衍生物、三富馬醯胺(trifumaryl amine)衍生物、二唑二聚體、吡唑啉二聚體等。
(發光層形成材料2：金屬錯合物系材料)
作為金屬錯合物系材料者，例如可列舉：銥錯合物、鉑錯合物等具有由三重激發態之發光金屬錯合物、喹啉酚鋁(aluminum quinolinol)錯合物、苯并喹啉酚鈹(benzoquinolinol berylium)錯合物、苯并唑(benzoxazolyl)鋅錯合物、苯并噻唑鋅錯合物、偶氮甲基(azomethyl)鋅錯合物、卟啉(porphyrin)鋅錯合物、銪(europium)錯合物等、於中心金屬具有Al、Zn、Be等或Tb、Eu、Dy等稀土族金屬且於配位基具有二唑、噻二唑(thiadiazole)、苯基吡啶、苯基苯并咪唑(phenyl benzimidazole)、喹啉(quinoline)構造等金屬錯合物等。
(發光層形成材料3：高分子系材料)
作為高分子系材料者可列舉如：聚對伸苯基伸乙烯基(polyparaphenylene vinylene)衍生物、聚噻吩(polythiophene)衍生物、聚對苯基衍生物、聚矽烷衍生物、聚乙炔(polyacetylene)衍生物、聚茀(polyfluorene)衍生物、聚乙烯咔唑衍生物、將上述色素體或金屬錯合物系發光材料經高分子化而成者等。
上述發光層形成材料中作為發藍色光之材料者，可列舉如：二(苯乙烯基)伸芳基(distyrylarylene)衍生物、二唑衍生物及此等之聚合物、聚乙烯咔唑衍生物、聚對伸苯基衍生物、聚茀衍生物等。其中以高分子材料之聚乙烯咔唑衍生物、聚對伸苯基衍生物或聚茀衍生物等為佳。
此外，上述發光層形成材料中作為發綠色光之材料者，可列舉如：喹吖啶酮(quinacridone)衍生物、香豆素(coumarin)衍生物及此等之聚合物、聚對伸苯基伸乙烯基衍生物、聚茀衍生物等。其中以高分子材料之聚(對伸苯基伸乙烯基)衍生物、聚茀衍生物等為佳。
此外，上述發光層形成材料中作為發紅色光之材料者，可列舉如：香豆素衍生物、噻吩環化合物及此等之聚合物、聚(對伸苯基伸乙烯基)衍生物、聚噻吩衍生物、聚茀衍生物等。其中以高分子材料之聚(對伸苯基伸乙烯基)衍生物、聚噻吩衍生物、聚茀衍生物等為佳。
(發光層形成材料4：摻雜劑材料)
發光層中以提升發光效率或改變發光波長等為目的，可添加摻雜劑。作為此種摻雜劑者，例如可列舉苝衍生物、香豆素衍生物、紅螢烯衍生物、喹吖啶酮衍生物、方酸鎓(squarylium)衍生物、卟啉(porphyrin)衍生物、苯乙烯系色素、稠四苯(tetracene)衍生物、吡唑酮(pyrazolone)衍生物、十環烯(decacyclene)、啡酮(phenoxazone)等。
作為形成電子輸送層16之材料者，可使用公知者，例示如：二唑衍生物、蒽醌二甲烷(anthraquinone dimethane)或其衍生物、苯醌(benzoquinone)或其衍生物、萘醌(naphthoquinone)或其衍生物、蒽醌(anthraquinone)或其衍生物、四氰基蒽醌二甲烷(tetracyanoanthraquinone dimethane)或其衍生物、茀酮(fluorenone)衍生物、二苯基二氰乙烯(diphenyl dicyanoethylene)或其衍生物、聯苯醌(diphenoquinone)衍生物、或8-羥基喹啉(8-hydroxyquinoline)或其衍生物之金屬錯合物、聚喹啉或其衍生物、聚喹啉(polyquinoxaline)或其衍生物、聚茀或其衍生物等。
在上述之材料中，以二唑衍生物、苯醌或其衍生物、蒽醌或其衍生物、或8-羥基喹啉或其衍生物之金屬錯合物、聚喹啉或其衍生物、聚喹啉或其衍生物、聚茀或其衍生物為佳，尤以2-(4-聯苯基)-5-(4-第三丁基苯基)-1,3,4-二唑、苯醌、蒽醌、參(8-喹啉酚)鋁(tris(8-quinolinol)aluminum)、聚喹啉為更佳。
電子注入層17如先前所述，設置於電子輸送層16與第2電極18之間，或在發光層15與第2電極18之間。作為電子注入層17者，對應發光層15之種類，可設置由Ca層之單層構造所構成之電子注入層17，或是，由除了Ca以外之週期表IA族與IIA族之金屬並且功函數為1.5至3.0eV之金屬及其金屬氧化物、鹵化物及碳酸化物中之任1種或2種以上所形成之層與Ca層之積層構造所構成之電子注入層。作為功函數(work function)為1.5至3.0eV之週期表IA族之金屬、其氧化物、鹵化物、以及碳酸化物之例子者，可列舉如：鋰、氟化鋰、氧化鈉、氧化鋰、碳酸鋰等。此外，作為功函數為1.5至3.0eV之除了Ca以外之週期表IIA族之金屬、其氧化物、鹵化物、以及碳酸化物之例子者，可列舉如：鍶、氧化鎂、氟化鎂、氟化鍶、氟化鋇、氧化鍶、碳酸鎂等。
作為第2電極18者，作為透明電極或半透明電極，可列舉如：金屬、石墨或石墨層間化合物、ZnO(氧化鋅)等無機半導體、ITO(銦‧錫‧氧化物)或IZO(銦‧鋅‧氧化物)等導電性透明電極、氧化鍶、氧化鋇等金屬氧化物等。作為金屬者，例如可列舉：鋰、鈉、鉀、銣、銫等鹼金屬；鈹、鎂、鈣、鍶、鋇等鹼土族金屬；金、銀、鉑、銅、錳、鈦、鈷、鎳、鎢等過渡金屬；錫、鋁、鈧、釩、鋅、釔、銦、鈰、釤、銪、鋱、鐿；及此等中2種以上之合金等。作為合金之例子，可列舉如：鎂-銀合金、鎂-銦合金、鎂-鋁合金、銦-銀合金、鋰-鋁合金、鋰-鎂合金、鋰-銦合金、鈣-鋁合金等。此外，陰極亦可為2層以上之積層構造。作為此等之例子，可列舉如：上述之金屬、金屬氧化物、氟化物、此等之合金與鋁、銀、鉻等金屬之積層構造等。
光學調整層19係覆蓋第2電極18之露出基板10之面(與發光層側15相反側之面)而形成。第2電極18之露出基板10之面係第2電極18中由發光層15之光射出的光射出面，光學調整層19相鄰於第2電極18之光射出面。
作為形成光學調整層19之材料者，適合使用折射率高、消光係數小之絕緣材料。作為無機材料者，例如可列舉：金屬氧化物、金屬複合氧化物、金屬硫化物、金屬複合硫化物等，作為金屬氧化物者，可例示如：氧化鈦(TiO2)、氧化鎢(WO3)、氧化鋁(Al2O3)、一氧化矽(SiO)等，作為金屬硫化物者，可例示如：硫化鋅(ZnS)等。此外，可單獨使用選自此等材料群中至少1種之材料，亦可將數種材料複合化後使用。
作為形成光學調整層19之材料，即使使用有機材料之情形，亦適合使用折射率高、消光係數小之絕緣材料。例如可列舉：N,N’-雙(萘-1-基)-N,N’-雙(苯基)-聯苯胺(NPD)等。亦可使用有機鈦化合物等。此外，作為形成光學調整層19之有機材料的基材者，亦適合使用將折射率高的金屬氧化物微粒子分散於此等中之材料等。
當於光學調整層19中所混入之高折射率材料為微粒子狀時，以在層內均勻分散為佳。在有機層內混入微粒子狀之高折射率材料可以是以不使有機層之界面散亂的方式僅分散於層內，亦可以是由界面朝層外露出，在界面以有凹凸的方式分散。藉由在有機層界面產生凹凸的方式，由於復可調整折射率，因此由提升綜合折射率的控制性觀點來看，因而較佳。
作為形成由此等材料群所構成之光學調整層19之方法，可列舉如：真空蒸鍍法、電子束法、離子鍍覆法、濺鍍法、鍍覆法等，在可濕成膜之材料時可使用旋轉塗佈法、棒塗佈法、印刷法等。
並且，第1圖之有機電場發光元件1係以第1電極12作為陽極，第2電極18作為陰極，然而亦可反向配置。亦即，可由基板側開始依陰極、電子注入層、電子輸送層、發光層、電洞輸送層、電洞注入層、陽極的順序配置。此外，第1圖之有機電場發光元件1係採用由基板10側開始配置反射層11、發光層15、光學調整層19，由與基板10相反側取出光之頂部發光構造，然而亦可採用由基板10側開始配置光學調整層、發光層、反射層，自基板10側取出光之底部發光構造。
[實施例]
以下說明本發明之實施例。以下所示之實施例係為了說明本發明的適合例示，然而本發明並非限定於這些實施例。
第2圖及第3圖係表示構成本實施例中所使用之光學調整層之材料在450nm波長之折射率及消光係數經由橢圓偏光計(Woolman公司製M-2000)所測定結果之圖。第4圖係表示構成有機電場發光元件之發光層的紅色有機發光材料、綠色有機發光材料及藍色有機發光材料之螢光光譜的測定結果之圖。第5圖係表示有機電場發光元件之視野角特性評估結果之圖。視野角特性之評估係使用作為電磁波解析手法之時間領域有限差分法(FDTD法：Finite Difference Time Domain Method)。模擬軟體是使用FLUXiM公司之SETFOS，於此軟體輸入各材料之光學係數、發光光譜數據後計算FDTD。
本實施例中作為光學調整層之形成材料者，係使用一氧化矽(SiO)、氧化鎢(WO3)、硫化鋅(ZnS)、N,N’-雙(萘-1-基)-N,N’-雙(苯基)-聯苯胺(NPD)、氟化鎂(MgF)、二氧化鈦(TiO2)，此等之實際膜厚於10nm至100nm之間將每10nm之變化者作為構成例B1至B60、G1至G60、R1至R60，進行視野角特性之評估。
構成例B1至B60係於發光層中適用藍色發光材料，反射層與半穿透反射層之間的光學距離設定成在藍色波長區域具有共振波長之情形。構成例G1至G60係於發光層中適用綠色發光材料，反射層與半穿透反射層之間的光學距離設定成在綠色波長區域具有共振波長之情形。構成例R1至R60係於發光層中適用紅色發光材料，反射層與半穿透反射層之間的光學距離設定成在紅色波長區域具有共振波長之情形。構成例B1至B60、G1至G60、以及R1至R60，除了發光層由相異之發光材料及實際膜厚所形成的點、光學調整層由相異之材料及實際膜厚所形成的點以外，全部具有相同結構。
構成例B1至B60中，光學調整層以外之結構是全部相同。亦即，於玻璃基板上分別積層作為第1電極之Ag金屬電極100nm、ITO電極15nm、作為電洞注入層之聚(3,4)伸乙二氧基噻吩/聚苯乙烯磺酸(poly(3,4)ethylene dioxy thiophene/polystyrene sulfonic acid稱為PEDOT)15nm、作為電洞輸送層之電洞輸送材料(Sumation公司製、商品名HT1100)20nm、作為藍色發光層之藍色發光材料(Sumation公司製、商品名Lumation BP361)45nm、作為第2電極之Ba金屬電極5nm、Ag電極20nm。隨後，於第2電極之表面積層由SiO、WO3、ZnS、NPD、MgF、TiO2中任一材料所構成之光學調整層為10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm中之任一厚度膜，作為構成例B1至B60之有機電場發光元件。並且，第1電極兼作反射層。
構成例G1至G60中，光學調整層以外之結構全部相同。亦即，於玻璃基板上分別積層作為第1電極之Ag金屬電極100nm、ITO電極15nm、作為電洞注入層之聚(3,4)伸乙二氧基噻吩/聚苯乙烯磺酸(稱為PEDOT)15nm、作為電洞輸送層之電洞輸送材料(Sumation公司製、商品名HT1100)20nm、作為綠色發光層之綠色發光材料(Sumation公司製、商品名Lumation G1304)65nm、作為第2電極之Ba金屬電極5nm、Ag電極20nm。隨後，於第2電極之表面積層由SiO、WO3、ZnS、NPD、MgF、TiO2中任一材料所構成之光學調整層為10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm中之任一厚度膜，作為構成例G1至G60之有機電場發光元件。並且，第1電極兼作反射層。
構成例R1至R60中，光學調整層以外之結構全部相同。亦即，於玻璃基板上分別積層作為第1電極之Ag金屬電極100nm、ITO電極15nm、作為電洞注入層之聚(3,4)伸乙二氧基噻吩/聚苯乙烯磺酸(稱為PEDOT)15nm、作為電洞輸送層之電洞輸送材料(Sumation公司製、商品名HT1100)20nm、作為紅色發光層之紅色發光材料(Sumation公司製、商品名Lumation RP158)78nm、作為第2電極之Ba金屬電極5nm、Ag電極20nm。隨後，於第2電極之表面積層由SiO、WO3、ZnS、NPD、MgF、TiO2中任一材料所構成之光學調整層為10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm中之任一厚度膜，作為構成例R1至R60之有機電場發光元件。並且，第1電極兼作反射層。
對於上述構成例之有機電場發光元件，經由FDTD法計算於正面方向(基板法線方向)取出之亮度之大小、及由0度至85度每5度為間隔在各視野角之發光光譜，由此發光光譜算出在xy色度圖(CIE1931)之色度座標(x,y)。色度之視野角依存性係由各視野角之色度座標(x,y)，藉由(式1)轉換為在uv色度圖(CIE1976)之色度座標(u’,v’)後，以5度與10度、10度與15度、15度與20度...的方式每5度移動，在每一各二視野角之uv色度圖之色度座標(u’1,v’1)與(u’2,v’2)間的距離之色度差Δu’v’藉由(式2)算出，在色度差Δu’v’中，評估成為最大色度差之MaxΔu’v’作為顏色之視野角依存性。
(式1)
u’=4x/(-2x+12y+3)
v’=6y/(-2x+12y+3)
(式2)
Δu’v’={(u’1-u’2)2+(v’1-v’2)2}1/2
第5圖係關於在構成例B1至B60調查在光學調整層使用之材料與MaxΔu’v’的關係之結果圖。第5圖中橫軸為光學調整層之實際膜厚，縱軸為MaxΔu’v’之值。表1至6係歸納各構成例B1至B60，G1至G60，R1至R60中光學調整層之折射率、光學膜厚、由正面方向射出光之亮度比率、正面方向(視野角0°)之顯示顏色(色度圖上之座標CIEx、CIEy)、MaxΔu’v’者。並且，「折射率」係在450nm波長之折射率，「亮度比率」係將未設置光學調整層之構成例B0，G0，R0之有機電場發光元件之正面方向亮度作為1時之亮度比率。
如第5圖所示，MaxΔu’v’之值隨光學調整層之實際膜厚而變化，任一光學調整層中實際膜厚在30nm至90nm之範圍則MaxΔu’v’成為最小值。亦即，可瞭解到藉由將光學調整層之實際膜厚限制於預定範圍，可將顏色之變化降至最小。
各光學調整層之折射率，MgF為1.33、NPD為1.915、SiO為2.078、WO3為2.138、ZnS為2.4698、TiO2為2.339，在MgF中MaxΔu’v’成為最小值之實際膜厚為90nm，在NPD中MaxΔu’v’成為最小值之實際膜厚為50nm，在SiO中MaxΔu’v’成為最小值之實際膜厚為50nm，在WO3中MaxΔu’v’成為最小值之實際膜厚為40nm，在ZnS中MaxΔu’v’成為最小值之實際膜厚為30nm，在TiO2中MaxΔu’v’成為最小值之實際膜厚為40nm。
由此可知當折射率越大則MaxΔu’v’成為最小值之實際膜厚之值變小。因此，根據以光學調整層之折射率與實際膜厚乘積之光學膜厚進行評估時，可知取得MaxΔu’v’為最小值之光學調整層之光學膜厚，不管光學調整層之材料一概成為固定。此外，折射率為最小之MgF中，即使光學調整層之實際膜厚改變，MaxΔu’v’亦不會變大，因此瞭解到為了抑制廣角方向之顏色變化，光學調整層之折射率以大於MgF之折射率1.33者為佳。
如以上所述，有機電場發光元件之視野角特性隨著光學調整層之折射率及光學膜厚而有很大之變化，光學調整層之折射率越大則廣角方向之顏色變化越小。因光學調整層所產生的顏色抑制效果並非僅由光學調整層之光學膜厚而決定，若光學調整層不具有預定折射率以上之高折射率，則無法充分發揮此效果。亦即，光學調整層之折射率與光學膜厚兩者若無適當的設計，則無法抑制廣角方向顏色之變化，即使能抑制廣角方向顏色之變化，其效果亦很有限。
由第5圖可清楚得知，為了產生因光學調整層而產生之顏色抑制效果，作為光學調整層者只要使用折射率為1.915以上之材料即可。此外根據表1至6，為了充分抑制所觀測之顏色變化，只要將光學調整層之折射率與實際膜厚的乘積之光學膜厚設為70.174nm以上140.347nm以下即可。
在此，「抑制顏色之變化」係意指MaxΔu’v’成為0.081以下。若定於此範圍之MaxΔu’v’，例如將有機電場發光元件形成於每一畫素並製作全彩有機EL顯示器時，也可得到實際上充分的視野角特性。
根據表1至2，構成例B4至B7、B24至B26、B33至B36、B44至B46、B53至B55的任一光學膜厚為70.174nm以上140.347nm以下，MaxΔu’v’成為0.081以下。此外，根據表3至6，構成例G1至G60、R1至R60之MaxΔu’v’全部為0.039以下，大致上不會產生廣角方向之顏色變化。因此，藍色之顏色變化為最重要的課題，可知若抑制此顏色之變化，即使以有機EL顯示器等所要求的最嚴格之評估基準，也可得到實際上充分的視野角特性。
光學調整層之折射率是期望以2.078以上為佳。根據表1，藉由使光學調整層之折射率定為2.078以上，可使MaxΔu’v’成為0.07以下。例如表1之構成例B24至B26、B33至B36、B44至B46、B53至B55任何構成例的折射率為2.078以上，則MaxΔu’v’成為0.07以下。藉由此構成復可提供變色較少的有機電場發光元件。
更佳為當折射率為2.078以上，再者光學膜厚為74.094nm以上123.49nm以下時，可使MaxΔu’v’成為0.061以下。例如表1之構成例B24至B25、B34至B35、B44至B45、B53至B55任一者光學膜厚為74.094nm以上123.49nm以下，則MaxΔu’v’成為0.061以下。藉由此構成復可提供變色較少的有機電場發光元件。
如同以上之說明，根據本實施型態之有機電場發光元件1，可提供一種不使用彩色濾光片在廣視野角範圍顏色變化少的有機電場發光元件。因此，相較於使用彩色濾光片之專利文獻1之構造，能實現以較少的電力消耗達成明亮的顯示。此外，當使用彩色濾光片時，係必需要配合彩色濾光片與有機電場發光元件的位置而進行貼附彩色濾光片之高度的貼附步驟。相對於此，本實施型態中光學調整層19係隨附於有機電場發光元件1之形成步驟，例如可將第2電極18與光學調整層19在同一成膜裝置內藉由連續性的成膜而形成，因而製程簡便，亦容易製造。因此，可提供在廣視野角範圍顏色再現性佳之小型且價廉的有機電場發光元件1及有機電場發光面板100。
上述之有機電場發光元件1可適用於有機EL顯示器或有機EL照明等各種各樣的顯示器中。例如，於基板10上配置1個或複數個有機電場發光元件1，藉由各有機電場發光元件1之反射層與光學調整層之間的光學距離彼此相等，則可提供射出單色的照明光之有機EL照明。此外，在基板10上將分別發出紅色、綠色、藍色光之3種類畫素配置成矩陣狀，將形成紅色畫素、綠色畫素、藍色畫素之有機電場發光元件之反射層與光學調整層之間的光學距離分別設計成使紅色、綠色、藍色光放大的方式，可以提供可能全彩顯示之有機EL顯示器。
在製作有機EL顯示器時，將形成紅色畫素、綠色畫素、藍色畫素之有機電場發光元件之發光層期望分別僅由紅色發光材料、綠色發光材料、藍色發光材料而形成。藉此可提高在發光層所發出之光的利用效率。此外，光學調整層之實際膜厚係與進行各色的發光之有機電場發光元件有關，因而期望能全部相同。藉此在提供較少顏色不均勻的有機電場發光面板的同時，由於對於各有機電場發光元件能以共通製程形成光學調整層，因此製造程序亦可簡略化。
(產業上之可利用性)
本發明係提供一種新穎且對於產業有用的有機電場發光元件。
1．．．有機電場發光元件
10．．．基板
11．．．反射層
12．．．第1電極
13．．．電洞注入層
14．．．電洞輸送層
15．．．發光層
16．．．電子輸送層
17．．．電子注入層
18．．．第2電極
19．．．光學調整層
100．．．有機電場發光面板
第1圖表示有機電場發光元件之概略構成之剖面圖。
第2圖表示構成光學調整層之材料的折射率測定結果圖。
第3圖表示構成光學調整層之材料的消光係數測定結果圖。
第4圖表示模擬中所使用之紅色有機發光材料、綠色有機發光材料、藍色有機發光材料之螢光光譜圖。
第5圖表示光學調整層中所使用之材料與視野角特性的關係圖。
1．．．有機電場發光元件
10．．．基板
11．．．反射層
12．．．第1電極
13．．．電洞注入層
14．．．電洞輸送層
15．．．發光層
16．．．電子輸送層
17．．．電子注入層
18．．．第2電極
19．．．光學調整層
100．．．有機電場發光面板

Claims (6)

  1. 一種有機電場發光元件，係具有依反射層、第1電極、發光層、第2電極及半穿透反射層的順序而配置之狀態，前述半穿透反射層包含鄰接於前述第2電極之與前述發光層側相反側之面而設置之由絕緣材料所構成的光學調整層，前述光學調整層在450nm波長之折射率為1.915以上，實際膜厚為30至90nm，Max△u’v’值為0.081以下，並且作為前述折射率與膜厚乘積之光學膜厚為70.174nm以上140.347nm以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之有機電場發光元件，其中，前述光學調整層之前述折射率為2.078以上。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之有機電場發光元件，其中，前述光學調整層之光學膜厚為123.49nm以下。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之有機電場發光元件，其中，前述光學調整層係由一氧化矽(SiO)、氧化鎢(WO3)、硫化鋅(ZnS)、N,N’-雙(萘-1-基)-N，N’-雙(苯基)-聯苯胺、二氧化鈦(TiO2)之中任一者所形成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之有機電場發光元件，其中，將前述反射層與前述半穿透反射層之間的光學距離設定成在藍色波長區域具有共振波長。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之有機電場發光元件，其中，前述發光層係由藍色發光材料所形成。
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