JP2000323277A - 有機エレクトロルミネッセンス多色ディスプレイ及びその製造方法 - Google Patents

有機エレクトロルミネッセンス多色ディスプレイ及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造が簡単で、光の外部取り出し効率の高い
有機エレクトロルミネッセンス多色ディスプレイとその
製造方法を提供する。 【解決手段】 各々が透明基板上に順に積層された、透
明電極と、発光層を含む有機化合物材料層と、金属電極
と、からなり、発光層が異なる有機化合物材料からなり
かつ異なる発光色を呈する有機エレクトロルミネッセン
ス素子の複数からなる有機エレクトロルミネッセンス多
色ディスプレイであって、発光層を除く有機化合物材料
層の同一機能を有する何れかの機能層は発光色に対応し
てそれぞれ異なる膜厚を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電流の注入によっ
て発光するエレクトロルミネッセンスを呈する有機化合
物を利用し、かかる有機エレクトロルミネッセンス材料
からなる発光層を備えた有機エレクトロルミネッセンス
素子（以下、有機ＥＬ素子ともいう）の複数からなる有
機エレクトロルミネッセンス多色ディスプレイ（以下、
有機ＥＬ多色ディスプレイともいう）及びその製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、有機化合物材料を用いた有機Ｅ
Ｌ素子は、ダイオード特性を有する電流注入型の素子で
あり、電流量に対応した輝度で発光する素子である。か
かる素子の複数をマトリクス状に配列してデイスプレイ
パネルが開発されつつある。表示面としてのガラス基板
２上に、インジウム錫酸化物いわゆるＩＴＯの透明膜を
成膜後、エッチングによってパターニングして形成し透
明電極の陽極３とした基板を用いる。デイスプレイパネ
ルを構成する各有機ＥＬ素子１は、図１に示すように、
透明電極３上に、蒸着法などを利用して、発光層を含む
複数の有機化合物材料層４、金属電極からなる陰極５
を、順次、積層した構造を有している。また、有機化合
物材料層４として、発光層を挟んで、機能層として、陽
極３側に正孔輸送機能層（正孔注入層、正孔輸送層）、
陰極５側に電子輸送機能層（電子注入層、電子輸送層）
が適宜設けられる。
【０００３】発光層から得られる光の所望の波長がピー
ク波長となるように、ＩＴＯ陽極及び複数の有機化合物
材料層の厚みを設定した有機ＥＬ素子が、例えば、特許
第２８４６５７１号に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術における、発
光層から得られる光の所望の波長がピーク波長となるよ
うにＩＴＯ陽極及び複数の有機化合物材料層の厚みを設
定した有機ＥＬ素子を、多色発光ディスプレイ（フルカ
ラー、マルチカラー）に適用すると、発光色の異なる画
素すなわち有機ＥＬ素子に応じてＩＴＯ陽極の厚みをそ
れぞれ変化させる必要がある。
【０００５】ＩＴＯ陽極は透明基板全面に均一に成膜さ
れた後にエッチングで所望の厚み及びパターンに形成さ
れるので、同一ディスプレイパネルでＩＴＯ陽極の厚み
を部分的に変える成膜は困難となる。また、ＩＴＯ陽極
の厚みを部分的に変えるように再度ＩＴＯを部分的に成
膜工程が必要となり、煩雑になる。本発明の目的は、上
記問題点に鑑みて、製造が簡単で、光の外部取り出し効
率の良い有機ＥＬ多色ディスプレイとその製造方法を提
供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による有機エレク
トロルミネッセンス多色ディスプレイは、各々が透明基
板上に順に積層された、透明電極と、少なくとも発光層
を含む複数の有機化合物材料層と、金属電極と、からな
り、発光層が異なる有機化合物材料からなりかつ異なる
発光色を呈する有機エレクトロルミネッセンス素子の複
数からなる有機エレクトロルミネッセンス多色ディスプ
レイであって、発光層を除く前記有機化合物材料層の同
一機能を有する何れかの機能層は発光色に対応してそれ
ぞれ異なる膜厚を有することを特徴とする。
【０００７】本発明による有機エレクトロルミネッセン
ス多色ディスプレイにおいては、前記透明電極は前記有
機エレクトロルミネッセンス素子のすべてについて一定
膜厚を有することを特徴とする。本発明による有機エレ
クトロルミネッセンス多色ディスプレイにおいては、前
記機能層は前記有機エレクトロルミネッセンス素子のす
べてについて同一の有機化合物材料からなることを特徴
とする。
【０００８】本発明による有機エレクトロルミネッセン
ス多色ディスプレイにおいては、前記機能層は、前記有
機エレクトロルミネッセンス素子のすべてについて同一
の有機化合物材料からなる連続した一定膜厚を有する共
通層を有し、前記共通層と同一の有機化合物材料からな
り発光色に対応してそれぞれ異なる膜厚で前記共通層に
積層される補足層を有することを特徴とする。
【０００９】本発明による有機エレクトロルミネッセン
ス多色ディスプレイにおいては、前記機能層は、前記有
機エレクトロルミネッセンス素子のすべてについて同一
の有機化合物材料からなる連続した一定膜厚を有する共
通層を有し、前記共通層と異なる有機化合物材料からな
り発光色に対応してそれぞれ異なる膜厚で前記共通層に
積層される補足層を有することを特徴とする。
【００１０】本発明による有機エレクトロルミネッセン
ス多色ディスプレイにおいては、前記機能層は陽極側に
積層された正孔輸送層であることを特徴とする。本発明
による有機エレクトロルミネッセンス多色ディスプレイ
においては、前記正孔輸送層及び前記陽極の間に正孔注
入層が積層されたことを特徴とする。本発明による有機
エレクトロルミネッセンス多色ディスプレイにおいて
は、前記機能層は陰極側に積層された電子輸送層である
ことを特徴とする。
【００１１】本発明による有機エレクトロルミネッセン
ス多色ディスプレイにおいては、前記電子輸送層及び前
記陰極の間に電子注入層が積層されたことを特徴とす
る。本発明による有機エレクトロルミネッセンス多色デ
ィスプレイにおいては、波長λの光を主成分として発光
する前記発光層の発光界面から前記透明電極及び前記透
明基板の界面までの光学距離が前記波長λの１／４の偶
数倍と略等しくなるような膜厚で、前記発光層から前記
透明電極に接するまでの前記有機化合物材料層は成膜さ
れていることを特徴とする。
【００１２】本発明による有機エレクトロルミネッセン
ス多色ディスプレイにおいては、前記発光層の発光界面
から前記金属電極との界面までの光学距離が前記波長λ
の１／４の奇数倍と略等しくなるような膜厚で、前記発
光層から前記金属電極に接するの前記有機化合物材料層
は成膜されていることを特徴とする。また、本発明によ
る有機エレクトロルミネッセンス多色ディスプレイの製
造方法は、各々が、透明基板上に順に積層された、透明
電極と、少なくとも発光層を含む複数の有機化合物材料
層と、金属電極と、からなり、前記発光層が異なる有機
化合物材料からなりかつ異なる発光色を呈する有機エレ
クトロルミネッセンス素子、の複数からなる有機エレク
トロルミネッセンス多色ディスプレイの製造方法であっ
て、前記有機エレクトロルミネッセンス素子のすべてに
ついて同一の有機化合物材料からなる連続した一定膜厚
を有する共通層を積層する共通層積層工程と、前記共通
層積層工程の前又は後において、発光色に対応してそれ
ぞれ異なる膜厚で前記共通層に接する補足層を積層する
補足層積層工程と、を含み、発光層を除く前記有機化合
物材料層の同一機能を有する何れかの機能層が発光色に
対応してそれぞれ異なる膜厚を有するように、前記有機
エレクトロルミネッセンス素子を形成することを特徴と
する。
【００１３】本発明による有機エレクトロルミネッセン
ス多色ディスプレイの製造方法において、前記透明電極
を前記有機エレクトロルミネッセンス素子のすべてにつ
いて一定膜厚で成膜することを特徴とする。本発明によ
る有機エレクトロルミネッセンス多色ディスプレイの製
造方法において、前記補足層を前記共通層と同一の有機
化合物材料から成膜することを特徴とする。
【００１４】本発明による有機エレクトロルミネッセン
ス多色ディスプレイの製造方法において、前記補足層を
前記共通層と異なる有機化合物材料から成膜することを
特徴とする。本発明による有機エレクトロルミネッセン
ス多色ディスプレイの製造方法において、前記有機化合
物材料層を陽極側に正孔輸送層として積層することを特
徴とする。
【００１５】本発明による有機エレクトロルミネッセン
ス多色ディスプレイの製造方法において、前記正孔輸送
層及び前記陽極の間に正孔注入層を積層することを特徴
とする。本発明による有機エレクトロルミネッセンス多
色ディスプレイの製造方法において、前記有機化合物材
料層を陰極側に電子輸送層として積層することを特徴と
する。
【００１６】本発明による有機エレクトロルミネッセン
ス多色ディスプレイの製造方法において、前記電子輸送
層及び前記陰極の間に電子注入層を積層することを特徴
とする。本発明による有機エレクトロルミネッセンス多
色ディスプレイの製造方法において、波長λの光を主成
分として発光する前記発光層の発光界面から前記透明電
極及び前記透明基板の界面までの光学距離が前記波長λ
の１／４の偶数倍と略等しくなるような膜厚で、前記発
光層から前記透明電極までの前記有機化合物材料層を成
膜することを特徴とする。
【００１７】本発明による有機エレクトロルミネッセン
ス多色ディスプレイの製造方法において、前記発光層の
発光界面から前記金属電極との界面までの光学距離が前
記波長λの１／４の奇数倍と略等しくなるような膜厚
で、前記発光層から前記金属電極までの前記有機化合物
材料層を成膜することを特徴とする。本発明による有機
エレクトロルミネッセンス多色ディスプレイの製造方法
において、前記有機化合物材料層及び金属電極は、マス
クを用いた蒸着により積層されることを特徴とする。
【００１８】本発明によれば、有機化合物材料層の成膜
を共通層と補足層との２つ以上の成膜工程として、有機
化合物材料層の補足層膜厚を調整することにより、光の
取り出し発光効率の向上を達成できる有機ＥＬ素子を得
ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明による有機ＥＬ素子及びそ
の製造方法の実施例を図面を参照しつつ説明する。第１
の実施例では、有機化合物材料層として正孔輸送層が発
光色によらず共通の有機化合物材料で形成した有機ＥＬ
多色ディスプレイを説明する。
【００２０】図２は有機ＥＬ多色ディスプレイの概略部
分拡大断面図を示す。この有機ＥＬ多色ディスプレイは
複数の有機ＥＬ素子からなり、各々の有機ＥＬ素子は、
ガラスなどの透明基板２上に順に積層された、ＩＴＯな
どからなる陽極の透明電極３と、それぞれ有機化合物材
料からなる正孔輸送層共通層４２a及び正孔輸送層補足
層４２Ｇ、４２Ｒからなる正孔輸送層と、有機化合物材
料からなる発光層４３Ｂ、４３Ｇ又は４３Ｒと、陰極の
金属電極５と、からなる。また、金属電極５の上にはＳ
ｉＮ4等からなる封止膜（図示せず）が形成されてお
り、各有機ＥＬ素子は外気から遮断されている。
【００２１】独立して別個に積層された発光層４３Ｂ、
４３Ｇ、４３Ｒはそれぞれ電流印加時に異なる発光色の
青、緑、赤を呈する異なる有機化合物材料からなってい
る。このように有機ＥＬ多色ディスプレイは、青、緑及
び赤の発光色の有機ＥＬ素子の組を１つの画素として、
例えば、これら複数画素のマトリクス配列にて構成され
ている。
【００２２】正孔輸送層共通層４２aは、隣接する有機
ＥＬ素子のすべてについて同一材料からなる連続した一
定膜厚を有する共通層である。正孔輸送層補足層４２Ｇ
及び４２Ｒは正孔輸送層共通層４２aと同一の有機化合
物材料から形成されている。正孔輸送層補足層４２Ｇ及
び４２Ｒは緑及び赤の発光色に対応してそれぞれ異なる
膜厚で共通層４２a上に独立して別個に積層されてい
る。発光層４３Ｂの青発光色に対応して正孔輸送層共通
層４２aの膜厚は最も薄く設定されている。
【００２３】補足層及び共通層の組み合わせにより、そ
れぞれの正孔輸送層はそれぞれ発光色（波長λ）に対応
してそれぞれ異なる膜厚を有するようになる。すなわ
ち、有機ＥＬ素子において、発光層を除く有機化合物材
料層の同一機能を有する何れかの機能層は発光色に対応
してそれぞれ異なる膜厚を有する。従って、正孔輸送
層、共通層４２a並びに正孔輸送層補足層４２Ｇ及び４
２Ｒの膜厚の設定によって各発光色の取り出しに最適な
発光層の位置が画定できるので、有機ＥＬ素子のすべて
について透明電極３はその膜厚を変化させる必要はなく
一定膜厚で形成することができる。
【００２４】さらに、上記実施例では正孔輸送層補足層
４２Ｇ及び４２Ｒは正孔輸送層共通層４２aと同一の有
機化合物材料から形成されているが、第２の実施例にお
いて、正孔輸送層補足層４２Ｇ及び４２Ｒはそれぞれ正
孔輸送層共通層４２aと異なる材料で形成してもよい。
すなわち、３色の発光の発光層４３Ｂ、４３Ｇ、４３Ｒ
別に異なる正孔輸送有機化合物材料を用いて形成しても
よい。
【００２５】また、第３の実施例として、図３に示すよ
うに、正孔輸送層共通層４２a及びＩＴＯ陽極３の間に
わたって正孔注入層４１が積層され、それ以外は上記実
施例と同様な有機ＥＬ多色ディスプレイとしてもよい。
また、第４の実施例として、図４に示すように、正孔注
入層４１を共通層として透明電極３上にわたって積層し
て、その上に膜厚の異なる同一の有機化合物材料の正孔
輸送層補足層４２Ｂ、４２Ｇ及び４２Ｒが積層され、そ
れ以外は上記実施例と同様な有機ＥＬ多色ディスプレイ
としてもよい。またさらに、正孔注入層４１の共通層上
に膜厚の異なる異なる材料の正孔輸送層補足層４２Ｂ、
４２Ｇ及び４２Ｒが積層され、それ以外は上記実施例と
同様な有機ＥＬ多色ディスプレイとしてもよい。
【００２６】また、第５の実施例として、図５に示すよ
うに、発光層４３Ｂ、４３Ｇ、４３Ｒと金属陰極５との
間にそれぞれ電子輸送層４４Ｂ、４４Ｇ、４４Ｒが積層
され、それ以外は上記実施例と同様な３層構造の有機Ｅ
Ｌ素子を含む有機ＥＬ多色ディスプレイとしてもよい。
第５の実施例の変形例において、電子輸送層４４Ｂ、４
４Ｇ、４４Ｒと金属陰極５との間に電子注入層が積層さ
れ、それ以外は上記実施例と同様な有機ＥＬ多色ディス
プレイとすることもできる。
【００２７】また、上記実施例では、ＩＴＯなどからな
る透明電極３を陽極とし、金属電極５を陰極として用い
ているが、第６の実施例においては、図６に示すよう
に、ＩＴＯなどからなる透明電極３を陰極としかつ金属
電極５を陽極として、これら電極間に、機能層を積層す
る構成とすることができる。すなわち、透明基板２上の
透明電極３上に有機化合物材料からなる電子輸送層共通
層４４aを積層し、それぞれの所定位置に、有機化合物
材料からなる電子輸送層補足層４４Ｇ、４４Ｒからなる
電子輸送層と、有機化合物材料からなる発光層４３Ｂ、
４３Ｇ、４３Ｒと、発光層材料に応じた正孔輸送層４２
Ｂ、４２Ｇ、４２Ｒと、を順に積層された有機ＥＬ多色
ディスプレイとしてもよい。
【００２８】また、第７の実施例として、図７に示すよ
うに、電子輸送層共通層４４a及びＩＴＯ陰極３の間に
それぞれ電子注入層４５が積層され、それ以外は上記第
６の実施例と同様な有機ＥＬ多色ディスプレイとしても
よい。第７の実施例の変形例において、電子注入層４５
を同一材料から形成してもよく、さらに独立に形成する
だけでなく共通層として形成してもよい。なお、上記第
６及び７の実施例において、それぞれ発光層４３Ｂ、４
３Ｇ、４３Ｒと金属陽極５と間に正孔輸送層を積層して
いるが、正孔輸送層を省いた２層構造の有機ＥＬ素子を
含む有機ＥＬ多色ディスプレイとすることができる。
【００２９】さらにまた、図２の上記第１の実施例で
は、有機化合物材料の２層構造の素子を示しているが、
第８の実施例においては、図２０に示すように、図２の
有機化合物材料の２層構造の上に、すなわち、有機化合
物材料からなる発光層４３Ｂ、４３Ｇの上に、それぞれ
電子輸送層補足層４４Ｂ、４４Ｇをを積層し、さらに、
有機化合物材料からなる電子輸送層共通層４４aを積層
した３層構造の有機ＥＬ多色ディスプレイとしてもよ
い。
【００３０】次に、有機ＥＬ多色ディスプレイの表示パ
ネルの製造工程を説明する。まず、図８に示すように、
それぞれＩＴＯからなるＢＧＲ用の透明電極（陽極）３
をガラス基板２上に平行に伸長させて形成する。透明電
極３のすべてを、エッチングなどにより一定膜厚で成膜
する。ＩＴＯからなるラインを示しているが、ＩＴＯの
上にＡｌなどの低い抵抗率の金属を更に積層してもよ
い。また、ＩＴＯの各導電部を備えている基板２の上
に、発光する有機エレクトロルミネッセンス材料を含む
発光層を積層させるために透明電極３を露出させる開口
を有したポリイミド等の絶縁層を成膜してもよい。さら
に、感光性ポリイミド等からなる陰極ラインのパターニ
ング用の隔壁を透明電極ライン３に直交して平行に複数
設けてもよい。
【００３１】次に、図９に示すように、真空蒸着などに
より正孔輸送層共通層４２aを基板２上、透明電極３に
わたって全面に成膜する。また、正孔輸送層共通層４２
aの積層前に、正孔注入層を透明電極３上に成膜する工
程を付加して、正孔輸送層及び陽極の間に正孔注入層を
配置してもよい。次に、図１０に示すように、正孔輸送
層共通層４２a上の所定の透明電極３に対応する上に、
所定の発光層成膜用マスクを用い、Ｂ、Ｇ及びＲのうち
青色発光有機ＥＬ媒体を所定膜厚に成膜して発光層４３
Ｂを形成する。
【００３２】次に、図１１に示すように、正孔輸送層共
通層４２a上の次の透明電極３に対応する上へ発光層成
膜用マスク開口を移動し、Ｂ、Ｇ及びＲのうち緑色発光
有機ＥＬ媒体に適した正孔輸送層補足層４２Ｇを成膜
し、さらにその上に、緑色発光有機ＥＬ媒体を所定膜厚
に成膜して発光層４３Ｇを形成する。同様に、図１２に
示すように、正孔輸送層共通層４２a上の次の透明電極
３に対応する上へ発光層成膜用マスク開口を移動し、
Ｂ、Ｇ及びＲのうち赤色発光有機ＥＬ媒体に適した正孔
輸送層補足層４２Ｒを成膜し、さらにその上に、赤色発
光有機ＥＬ媒体を所定膜厚に成膜して発光層４３Ｒを形
成する。ここで、正孔輸送層補足層４２Ｇ及び４２Ｒを
それぞれ異なる有機化合物材料から成膜するようにして
いるが、これら補足層を正孔輸送層共通層と同一の有機
化合物材料から成膜することもできる。
【００３３】次に、図１３に示すように、成膜用マスク
を取り除き、Ａｌ−Ｌｉ等の低仕事関数の金属を、成膜
された３種類の有機ＥＬ媒体の発光層４３Ｂ、４３Ｇ、
４３Ｒ上に蒸着、あるいはスパッタ等の手段を用いて陰
極の金属電極５を成膜する。この金属膜の膜厚は支障の
ない限り厚く被着させてもよい。以上の工程を有するこ
とによって、実施例の有機ＥＬ多色ディスプレイの表示
パネルの製造が可能となる。
【００３４】図８〜図１３に示す実施例の工程では、両
電極に挟まれる有機化合物材料層が正孔輸送層共通層及
び補足層並びに発光層の順で積層された２層構造で説明
しているが、正孔輸送層補足層を正孔輸送層共通層と同
一の有機化合物材料から成膜する場合、正孔輸送層補足
層及び共通層並びに発光層の順での２層構造として積層
してもよい。すなわち、共通層を積層する共通層積層工
程の前又は後において、発光色に対応してそれぞれ異な
る膜厚で共通層に接する補足層を積層すればよい。
【００３５】上記の２層構造の有機ＥＬ素子だけでな
く、さらに電子輸送層を発光層上に積層した３層構造と
することもできる。この場合、図８〜図１３に示す実施
例の製法における発光層の成膜工程（図１２）と発光層
上への陰極の金属電極を成膜する工程（図１３）との間
に発光層４３Ｂ、４３Ｇ、４３Ｒ上に電子輸送層を成膜
する工程を付加する。さらにまた、電子輸送層の積層後
にに、電子注入層を電子輸送層上に成膜する工程を付加
して、電子輸送層及び陰極の間に電子注入層を配置して
もよい。
【００３６】このように、本発明の製造方法によれば、
発光層を挟む陽極側の正孔輸送機能層（正孔注入層、正
孔輸送層）と陰極側の電子輸送機能層（電子注入層、電
子輸送層）との少なくとも１つの有機化合物材料層の成
膜を共通層と補足層との２つ以上の成膜工程として、有
機化合物材料層の補足層膜厚を調整することにより、光
の取り出し発光効率の向上をできるが、共通層及び補足
層の膜厚設定には、以下の（ａ）陰極側及び（ｂ）陽極
側の有機化合物材料層の膜厚設定が必要である。
【００３７】（ａ） 陰極側の光学膜厚（発光層、電子
輸送層）の設定 まず、ＩＴＯ、正孔輸送層を一定膜厚と仮定した上で、
陰極側の有機化合物材料層膜厚を調整し、所望の発光ス
ペクトルが得られるように調整する。発光界面における
陰極側からの反射光の量が最も多く干渉による減衰量を
最小にするためである。発光層がゲスト／ホスト構造の
場合は、ゲスト材（発光する部分）のドープ量も所望値
に調整する。通常は、発光強度が最大となるように、陰
極での一次反射光が発光界面（発光層内で発光強度のピ
ークとなる位置）での発光光と同位相にする。
【００３８】（ｂ） 陽極側の光学膜厚（正孔輸送層）
の設定 正孔輸送層の膜厚を調整すると取り出し光のスペクトル
は変化する。そこで陰極側膜厚を設定値に固定した上
で、取り出し光量が所望値となるように正孔輸送層の膜
厚を設定する。このときのＩＴＯ膜厚は一定値とする。
マルチカラーの場合は、所望の波長がピークとなるよう
に特性を決めればよいが、フルカラーの場合は３色の調
和を考慮して、バランス良く設定する。
【００３９】正孔輸送層を厚くすると、電流輝度（Ｉ−
Ｌ）特性は変らないが電圧輝度（Ｖ−Ｌ）特性は劣化す
る。この性質を利用して、駆動条件を色毎に同じにする
こともできる。以上の光学膜厚設定（ａ）及び（ｂ）は
この順にＲＧＢ有機ＥＬ素子の各々で行う。次に、各有
機ＥＬ素子の所望の波長λを主成分とする光の取り出し
のための光学膜厚び設定方法を説明する。
【００４０】有機化合物材料層からなる有機ＥＬ素子に
おいて発光層中での発光強度の分布は、正孔輸送層など
が存在する透明電極側の境界面においては強く、電子輸
送層などが存在する金属電極側に向かうほど減少し、発
光層の膜厚に関する指数関数分布であり、かかる透明電
極側の界面が発光強度ピークを有する発光界面として知
られている。
【００４１】図１４に示すように、ガラス基板２上に、
ＩＴＯの透明電極３、発光層を含む複数の有機化合物材
料層４、金属電極５を順次、積層した構造の有機ＥＬ素
子１において、有機化合物材料層は、発光層の発光界面
１０を境にして透明電極側４ｄと金属電極側４Ｄに分け
られる。有機ＥＬ素子１において、金属電極５及び有機
化合物材料層４Ｄの界面は全反射面とみなすことができ
る。よって、発光層の発光界面１０から金属電極へ向か
う光は金属電極５で全反射され、発光界面１０を通過し
て、外部発光に寄与する。もちろん、透明電極３へ向か
う光のほとんどは基板２を通過して、外部発光に寄与す
る。
【００４２】一方、ガラス基板２と透明電極３の屈折率
段差は他の隣接層の屈折率差よりも格段に大きいので、
かかる透明電極側に最大屈折率段差の界面は反射面とし
て作用も顕著である。有機化合物材料層４ｄ、４Ｄでは
屈折率は略１．８程度で、ＩＴＯ透明電極３では屈折率
は略２．０程度で、ガラス（ソーダライムガラス）基板
２では屈折率は略１．５程度であるので、有機化合物材
料層４ｄ及び透明電極３間の屈折率差は０．２で、ガラ
ス基板２及び透明電極３間の屈折率差は０．５であり、
透明電極側ではガラス基板２及び透明電極３の屈折率差
が最大である。よって、発光層の発光界面１０から透明
電極３へ向かい発光界面１０へ戻る光では、有機化合物
材料層４ｄ及び透明電極３間などの小さな屈折率差を無
視してガラス基板２及び透明電極３の最大屈折率段差を
考慮する。なお、最大屈折率段差は、ガラス基板及び透
明電極だけでなく、有機化合物材料層４ｄ内部にも高い
屈折率材料を成膜して形成することもできる。
【００４３】これにより、図１４の有機ＥＬ素子１で
は、発光界面で発生した光放出ルートは、主に、（１）
発光界面から直接外部へ向かい放出、（２）金属電極で
外面反射して発光界面に戻って外部へ向かい放出、及び
（３）ガラスで内面反射して発光界面に戻って外部へ向
かい放出、がある。発光界面における光強度では（２）
の方が（３）のルートより大であるが、発光界面に復帰
する（２）及び（３）の光の干渉の不具合によって、最
終の色度、発光効率は左右される。
【００４４】まず、上記（ｂ）順序の陽極側の光学膜厚
の設定の場合、光取り出し側の上記（３）の有機化合物
材料層の透明電極側４ｄの光放出ルートにおける干渉を
考える。図１４に示されるように、透明電極３と基板ガ
ラス２との界面で内面反射して発光界面に戻る光の全体
の屈折率ｎ及び膜厚ｄとすると、その光路長２ｎｄは、
有機化合物材料層の光路長と透明電極の光路長の合計
で、
【００４５】
【数１】２ｎｄ＝２（ｎorgｄorg＋ｎITOｄITO） （式中、ｎorgは有機化合物材料層４ｄの屈折率を、ｄ
orgは有機化合物材料層４ｄの膜厚を、ｎITOは透明電極
３の屈折率を、ｄITOは透明電極３の膜厚をそれぞれ示
す）と表される。よって、この往復する光の光路長２ｎ
ｄが発光して取り出すべき波長λと波数の積に等しい時
に、戻る光と発光光との干渉が最大となる。よって、図
１５に示されるように、発光界面から最大屈折率段差の
界面までの光学距離は、
【００４６】
【数２】２（ｎorgｄorg＋ｎITOｄITO）＝ｊλ ∴（ｎorgｄorg＋ｎITOｄITO）＝２ｊ（λ／４） （式中、ｊ＝１、２、３の整数）と表される。この光学
距離近傍となるように有機化合物材料層４ｄ及び透明電
極３の合計膜厚を設定すれば、干渉により発光効率が向
上する。すなわち、干渉効果が最大となる有機化合物材
料層４ｄ即ち共通層と補足層の合計膜厚の設定のために
は、有機化合物材料層の透明電極側の膜厚を、発光界面
１０から最大屈折率段差の界面までの光学距離（ｎorg
ｄorg＋ｎIT OｄITO）が波長λの１／４の偶数倍と略等
しくなるように、成膜すればよい。
【００４７】さらに、上記（ａ）の陰極側の光学膜厚の
設定の場合、上記（２）の有機化合物材料層の金属電極
側４Ｄの光放出ルートにおける干渉を考える。図１４に
示されるように、金属電極５と金属電極側有機化合物材
料層４Ｄとの界面では外面反射であるので、光の反射前
後で位相差πが生じる。よって、発光界面に戻る光の全
体の金属電極側有機化合物材料層４Ｄの屈折率ｎ及び膜
厚Ｄとするとその光路長２ｎＤと表されるので、この往
復する光の光路長２ｎＤが図１６に示されるようにλ／
２λ、３λ／２λ、５λ／２λの取り出すべき発光波長
と等しい時に、戻る光と発光される光との干渉が最大と
なる。よって、干渉効果が最大となる有機化合物材料層
４Ｄの膜厚（共通層と補足層の合計膜厚）すなわち発光
界面１０から金属電極５の界面までの光学距離は、
【００４８】
【数３】２ｎＤ＝［２（ｊ−１）／２］λ ∴ｎＤ＝［２（ｊ−１）／４］λ （式中、ｊ＝１、２、３の整数）と表される。この光学
距離近傍となるように有機化合物材料層４Ｄの膜厚Ｄを
設定すれば、干渉により発光効率が向上する。よって、
有機化合物材料層の金属電極側の膜厚Ｄは、発光層の発
光界面１０から金属電極５との界面までの光学距離ｎＤ
が波長λの１／４の奇数倍と略等しくなるように、成膜
すればよい。
【００４９】有機ＥＬ素子を製造する場合には、第１の
有機化合物材料層形成工程として、透光性の基板上に形
成された透明電極上に、波長λの光を主成分として発光
させるべき発光層を除く有機化合物材料層のうちの１つ
以上の層を、発光層の発光界面から最大屈折率段差の界
面までの光学距離が波長λの１／４の偶数倍と略等しく
なるような膜厚で、積層して、透明電極側の有機化合物
材料層を形成する。続いて、第２の有機化合物材料層形
成工程として、透明電極側の有機化合物材料層上に発光
層及び残る有機化合物材料層を、発光層の発光界面から
金属電極との界面までの光学距離が波長λの１／４の奇
数倍と略等しくなるような膜厚で、積層して、金属電極
側の有機化合物材料層を形成し、その後、金属電極側の
有機化合物材料層上に金属電極を形成する。
【００５０】このように、上記有機ＥＬ素子構造のた
め、有機化合物材料層の膜厚を徐々に厚くしていくと、
光放出ルートの位相が一致する膜厚が順次出現し、特
に、有機化合物材料層の透明電極側の膜厚に対する発光
効率特性における極大値及び極小値を示すようになる。
たとえば、図１７に示すように、基板２上に透明電極
（陽極）３／正孔輸送層４２／発光層４３／金属電極
（陰極）５の順に成膜して、それぞれの材料（膜厚）を
ＩＴＯ（１００ｎｍ又は１７５ｎｍ）／ＴＰＤ（４０〜
２００ｎｍ）／アルミオキシンキレートＡｌｑ3（６０
ｎｍ）／アルミニウムリチウム合金Ａｌ−Ｌｉとした有
機ＥＬ素子を複数作製した。このように正孔輸送層の膜
厚を異ならしめた素子各々について、有機ＥＬ素子の外
部取出量子効率及びＥＬスペクトルを測定した。
【００５１】図１８に有機化合物材料層の一部である正
孔輸送層膜厚と有機ＥＬ素子の外部取出量子効率との関
係を示す。同じ膜厚（１００ｎｍ又は１７５ｎｍ）の透
明電極に対して、正孔輸送層膜厚を横軸にとり、縦軸に
外部量子効率をプロットすると、図１８のように効率が
周期的に増減する。図１８中には、それぞれ膜厚が１０
０ｎｍ及び１７５ｎｍの透明電極の２種についてそれぞ
れ破線及び実線の曲線をプロットしてある。両曲線の関
係は、その増減の周期は同一だが、位相はおよそ半周期
ずれている。これは、２種の透明電極の膜厚差（７５ｎ
ｍ）が、光学的にはＥＬスペクトルのピーク波長（５２
０ｎｍ）の半波長の奇数倍であることで、干渉の強弱が
逆相になっているためである。また、両曲線の振幅の差
は、透明電極と有機化合物材料層の屈折率段差が大きい
とき、この界面からの反射の影響であると推察される。
【００５２】ＥＬの輝度効率だけでなく、その発光スペ
クトルも変化している。図１９に作製した有機ＥＬ素子
の３種のＥＬスペクトルを示す。実線は透明電極膜厚が
１７５ｎｍの有機ＥＬ素子のスペクトルを、一点鎖線は
透明電極膜厚１００ｎｍの有機ＥＬ素子のスペクトルを
表している。スペクトルの最大ピークが１．０になるよ
うに規格化してある。透明電極膜厚以外は、両者で全く
同一であるが、透明電極膜厚１００ｎｍの有機ＥＬ素子
のスペクトルは透明電極膜厚１７５ｎｍのものに比べて
ブロードであり、透明電極膜厚に応じて色味が変化して
いるのがわかる。
【００５３】図１９中に点線で示した曲線は、正孔輸送
層膜厚を調整し、発光面とガラス／透明電極界面の光学
的距離が実線の素子と同一になるようにしたものであ
る。具体的には、透明電極膜厚の差７５ｎｍを、正孔輸
送層を８０ｎｍ厚くすることで補った。点線と実線はほ
ぼ同一のスペクトルを示し、色味を変化させることなく
素子を作製することができた。
【００５４】正孔輸送層膜厚を変化させて透明電極膜厚
を補償すると、光学的な構成が同一とみなせるので、発
光効率も同等とすることができる。ただし、透明電極／
正孔輸送層界面の反射が影響する場合、最大効率のピー
ク値はＩＴＯ透明電極膜厚で増減することがある。以上
の結果から分かるように、透明電極膜厚一定で正孔輸送
層の光学膜厚をを最適にすることで、効率や色度を変え
ることなく基板及び発光界面間距離を変えることができ
る。
【００５５】また、同一基板上に多色発光部を作製する
際は、発光色に応じて最適な基板及び発光界面間距離が
異なるが、最適光学距離となるように各色の正孔輸送層
膜厚を調整することで、同じ厚さの透明電極上に最適な
電流効率と色度をもつ多色発光部が作製できる。具体的
に図２１に示すようなＳｉＮ4封止膜層で封止された２
層及び３層構造の有機ＥＬ素子からなる透明ガラス基板
パネルを作製した。
【００５６】まず、各有機ＥＬ素子の所望の波長λを主
成分とする光の取り出しのための光学膜厚び設定方法に
基づいて上記（ａ）の陰極側の光学膜厚の設計を行っ
た。ＩＴＯ、正孔輸送層を一定膜厚と仮定した上で、陰
極側の発光層及び電子輸送層の膜厚を調整し、所望の発
光スペクトルが得られるように設計した。ここで発光層
がゲスト／ホスト構造であるので、ゲスト材のドープ量
も所望値に調整した。その仮定値及び結果を表１に示
す。
【００５７】
【表１】 ＊ Alqに DCMを体積比０．８％でドープした。DCMは４
−(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminost
yryl)-4H-pyranである。 ＊＊ PC-7はビス（２−メチル−８−キノリノラート）
（パラ−フェニルフェノラート）アルミニウム（III）
である。
【００５８】次に、各有機ＥＬ素子の所望の波長λを主
成分とする光の取り出しのための光学膜厚び設定方法に
基づいて上記（ｂ）の陽極側の正孔輸送層の光学膜厚の
設計を行った。上記陰極側膜厚を設定値に固定した上
で、取り出し光量が所望値となるように正孔輸送層の膜
厚を設定した。その結果を表２に示す。
【００５９】
【表２】 作製された有機エレクトロルミネッセンス多色ディスプ
レイの仕様を表３に示す。
【００６０】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【図１】有機ＥＬ素子を示す概略断面図である。
【図２】本発明による実施例の有機ＥＬ多色ディスプレ
イを示す概略部分断面図である。
【図３】本発明による他の実施例の有機ＥＬ多色ディス
プレイを示す概略部分断面図である。
【図４】本発明による他の実施例の有機ＥＬ多色ディス
プレイを示す概略部分断面図である。
【図５】本発明による他の実施例の有機ＥＬ多色ディス
プレイを示す概略部分断面図である。
【図６】本発明による他の実施例の有機ＥＬ多色ディス
プレイを示す概略部分断面図である。
【図７】本発明による他の実施例の有機ＥＬ多色ディス
プレイを示す概略部分断面図である。
【図８】本発明による実施例の有機ＥＬ多色ディスプレ
イ製造方法の工程における基板を示す概略部分断面図で
ある。
【図９】本発明による実施例の有機ＥＬ多色ディスプレ
イ製造方法の工程における基板を示す概略部分断面図で
ある。
【図１０】本発明による実施例の有機ＥＬ多色ディスプ
レイ製造方法の工程における基板を示す概略部分断面図
である。
【図１１】本発明による実施例の有機ＥＬ多色ディスプ
レイ製造方法の工程における基板を示す概略部分断面図
である。
【図１２】本発明による実施例の有機ＥＬ多色ディスプ
レイ製造方法の工程における基板を示す概略部分断面図
である。
【図１３】本発明による実施例の有機ＥＬ多色ディスプ
レイ製造方法の工程における基板を示す概略部分断面図
である。
【図１４】本発明による有機ＥＬ素子を示す断面図であ
る。
【図１５】本発明による有機ＥＬ素子の有機化合物材料
層における内面反射を示す断面図である。
【図１６】本発明による有機ＥＬ素子の有機化合物材料
層における外面反射を示す断面図である。
【図１７】試験のために作製した有機ＥＬ素子の断面図
である。
【図１８】本発明による有機ＥＬ素子の正孔輸送層膜厚
に関する外部取り出し量子効率の特性を示すグラフであ
る。
【図１９】本発明による有機ＥＬ素子のスペクトルを示
すグラフである。
【図２０】 本発明による有機ＥＬ多色ディスプレイの
他の実施例の概略部分断面図である。
【図２１】 本発明による有機ＥＬ多色ディスプレイの
作製例の概略部分断面図である。
【符号の説明】
１ 有機ＥＬ素子 ２ 透明基板 ３ 透明電極 ４ 有機化合物材料層 ５ 金属電極 １０ 発光界面 ４１ 正孔注入層 ４２ 正孔輸送層 ４２a 正孔輸送層共通層 ４２Ｂ、４２Ｇ、４２Ｒ 正孔輸送層補足層 ４３、４３Ｂ、４３Ｇ、４３Ｒ 発光層 ４４ 電子輸送層 ４５ 電子注入層

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 各々が透明基板上に順に積層された、透
    明電極と、少なくとも発光層を含む複数の有機化合物材
    料層と、金属電極と、からなり、発光層が異なる有機化
    合物材料からなりかつ異なる発光色を呈する有機エレク
    トロルミネッセンス素子の複数からなる有機エレクトロ
    ルミネッセンス多色ディスプレイであって、発光層を除
    く前記有機化合物材料層の同一機能を有する何れかの機
    能層は発光色に対応してそれぞれ異なる膜厚を有するこ
    とを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス多色ディ
    スプレイ。
  2. 【請求項２】 前記透明電極は前記有機エレクトロルミ
    ネッセンス素子のすべてについて一定膜厚を有すること
    を特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセ
    ンス多色ディスプレイ。
  3. 【請求項３】 前記機能層は前記有機エレクトロルミネ
    ッセンス素子のすべてについて同一の有機化合物材料か
    らなることを特徴とする請求項２記載の有機エレクトロ
    ルミネッセンス多色ディスプレイ。
  4. 【請求項４】 前記機能層は、前記有機エレクトロルミ
    ネッセンス素子のすべてについて同一の有機化合物材料
    からなる連続した一定膜厚を有する共通層を有し、前記
    共通層と同一の有機化合物材料からなり発光色に対応し
    てそれぞれ異なる膜厚で前記共通層に積層される補足層
    を有することを特徴とする請求項２又は３記載の有機エ
    レクトロルミネッセンス多色ディスプレイ。
  5. 【請求項５】 前記機能層は、前記有機エレクトロルミ
    ネッセンス素子のすべてについて同一の有機化合物材料
    からなる連続した一定膜厚を有する共通層を有し、前記
    共通層と異なる有機化合物材料からなり発光色に対応し
    てそれぞれ異なる膜厚で前記共通層に積層される補足層
    を有することを特徴とする請求項２又は３記載の有機エ
    レクトロルミネッセンス多色ディスプレイ。
  6. 【請求項６】 前記機能層は陽極側に積層された正孔輸
    送層であることを特徴とする請求項４又は５記載の有機
    エレクトロルミネッセンス多色ディスプレイ。
  7. 【請求項７】 前記正孔輸送層及び前記陽極の間に正孔
    注入層が積層されたことを特徴とする請求項６記載の有
    機エレクトロルミネッセンス多色ディスプレイ。
  8. 【請求項８】 前記機能層は陰極側に積層された電子輸
    送層であることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１
    記載の有機エレクトロルミネッセンス多色ディスプレ
    イ。
  9. 【請求項９】 前記電子輸送層及び前記陰極の間に電子
    注入層が積層されたことを特徴とする請求項８記載の有
    機エレクトロルミネッセンス多色ディスプレイ。
  10. 【請求項１０】 波長λの光を主成分として発光する前
    記発光層の発光界面から前記透明電極及び前記透明基板
    の界面までの光学距離が前記波長λの１／４の偶数倍と
    略等しくなるような膜厚で、前記発光層から前記透明電
    極に接するまでの前記有機化合物材料層は成膜されてい
    ることを特徴とする請求項４〜９のいずれか１記載の有
    機エレクトロルミネッセンス多色ディスプレイ。
  11. 【請求項１１】 前記発光層の発光界面から前記金属電
    極との界面までの光学距離が前記波長λの１／４の奇数
    倍と略等しくなるような膜厚で、前記発光層から前記金
    属電極に接するの前記有機化合物材料層は成膜されてい
    ることを特徴とする請求項４〜１０のいずれか１記載の
    有機エレクトロルミネッセンス多色ディスプレイ。
  12. 【請求項１２】 各々が、透明基板上に順に積層され
    た、透明電極と、少なくとも発光層を含む複数の有機化
    合物材料層と、金属電極と、からなり、前記発光層が異
    なる有機化合物材料からなりかつ異なる発光色を呈する
    有機エレクトロルミネッセンス素子、の複数からなる有
    機エレクトロルミネッセンス多色ディスプレイの製造方
    法であって、 前記有機エレクトロルミネッセンス素子のすべてについ
    て同一の有機化合物材料からなる連続した一定膜厚を有
    する共通層を積層する共通層積層工程と、 前記共通層積層工程の前又は後において、発光色に対応
    してそれぞれ異なる膜厚で前記共通層に接する補足層を
    積層する補足層積層工程と、を含み、発光層を除く前記
    有機化合物材料層の同一機能を有する何れかの機能層が
    発光色に対応してそれぞれ異なる膜厚を有するように、
    前記有機エレクトロルミネッセンス素子を形成すること
    を特徴とする製造方法。
  13. 【請求項１３】 前記透明電極を前記有機エレクトロル
    ミネッセンス素子のすべてについて一定膜厚で成膜する
    ことを特徴とする請求項１２記載の製造方法。
  14. 【請求項１４】 前記補足層を前記共通層と同一の有機
    化合物材料から成膜することを特徴とする請求項１３記
    載の製造方法。
  15. 【請求項１５】 前記補足層を前記共通層と異なる有機
    化合物材料から成膜することを特徴とする請求項１３記
    載の製造方法。
  16. 【請求項１６】 前記有機化合物材料層を陽極側に正孔
    輸送層として積層することを特徴とする請求項１２〜１
    ５のいずれか１記載の製造方法。
  17. 【請求項１７】 前記正孔輸送層及び前記陽極の間に正
    孔注入層を積層することを特徴とする請求項１６記載の
    製造方法。
  18. 【請求項１８】 前記有機化合物材料層を陰極側に電子
    輸送層として積層することを特徴とする請求項１２〜１
    ７のいずれか１記載の製造方法。
  19. 【請求項１９】 前記電子輸送層及び前記陰極の間に電
    子注入層を積層することを特徴とする請求項１８記載の
    製造方法。
  20. 【請求項２０】 波長λの光を主成分として発光する前
    記発光層の発光界面から前記透明電極及び前記透明基板
    の界面までの光学距離が前記波長λの１／４の偶数倍と
    略等しくなるような膜厚で、前記発光層から前記透明電
    極までの前記有機化合物材料層を成膜することを特徴と
    する請求項１２〜１９のいずれか１記載の製造方法。
  21. 【請求項２１】 前記発光層の発光界面から前記金属電
    極との界面までの光学距離が前記波長λの１／４の奇数
    倍と略等しくなるような膜厚で、前記発光層から前記金
    属電極までの前記有機化合物材料層を成膜することを特
    徴とする請求項１２〜２０のいずれか１記載の製造方
    法。
  22. 【請求項２２】 前記有機化合物材料層及び金属電極
    は、マスクを用いた蒸着により積層されることを特徴と
    する請求項１２〜２１のいずれか１記載の製造方法。
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