JP2004165154A - 有機電界発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的な発光が可能であり、かつ低い駆動電圧でも作動可能な高色純度の有機電界発光素子を提供すること。
【解決手段】基板上に少なくとも、発光の取り出しが可能な第一電極と、正孔輸送層と発光層を含む薄膜層と、第二電極とが順次積層されて形成された有機電界発光素子において、発光層から発光される発光スペクトルの半値幅が５０ｎｍ以下であって、発光の最大ピーク波長をλとした時、下式（１）で示される波長λにおける第二電極反射時の位相のずれθ（λ）が下式（２）の範囲とし、かつ発光層の第一電極側界面から第二電極までの波長λにおける光学距離ｄ（λ）と下式（３）で示される値Ｄ（λ）との関係を下式（４）の範囲とする。
θ（λ）＝Ａｒｇ（ｒ（λ）） （１）
２π／９≦θ（λ）≦１５π／１８ （２）
Ｄ（λ）＝θ（λ）×λ／４π （３）
０．７３Ｄ（λ）≦ｄ（λ）≦１．１５Ｄ（λ） （４）
【選択図】 なし

Description

本発明は、電気エネルギーを光に変換できる装置であって、表示素子、バックライト、照明、インテリア、標識、看板、電子写真機、光信号発生器などの分野に利用可能な有機電界発光素子に関するものである。

基板上に形成された第一電極（一般には陽極）から注入された正孔と第二電極（一般には陰極）から注入された電子が両極に挟まれた有機蛍光体や有機リン光体内で再結合する際に発光する有機電界発光素子の研究が近年活発に行われている。この素子は、薄型、低駆動電圧下での高輝度発光、蛍光材料を選ぶことによる多色発光が特徴である。

有機電界発光素子が高輝度に発光することは、コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによって初めて示された（例えば、非特許文献１参照）。コダック社の提示した有機電界発光素子の代表的な構成は、ＩＴＯガラス基板上に正孔輸送性のジアミン化合物、発光層であり、電子輸送性も併せ持ったトリス（８−キノリノラト）アルミニウム、そして陰極としてＭｇ：Ａｇを順次設けたものであり、１０Ｖ程度の駆動電圧で１０００Ｃｄ／ｍ²の緑色発光が可能であった。現在の有機電界発光装置は、基本的にはコダック社の構成を踏襲しており、基板上に第一電極、発光層を含む薄膜層と、第二電極とが順次積層された構造をしている。薄膜層の構成は、発光層のみの単層構造である場合もあるが、多くは正孔輸送層や電子輸送層を設けた複数の積層構造である。

有機電界発光装置における問題点の一つとして、発光効率や耐久性、色純度の問題が挙げられる。発光効率が低いと、所望の輝度を出力するための消費電力量が多くなる。消費電力量は耐久性とも関わりが大きく、発光効率を高めて消費電力量を抑えることは、連続駆動時の輝度の低下を抑えることにもつながる。主に発光材料やその他の材料の改良によって発光効率を向上させてきたが、色純度が高くなおかつ発光効率の高い発光材料は少なく、特に赤色や青色では課題の解決が困難である。

これに対して、発光界面から第一電極に向かう光と、発光界面から第二電極に向かい第二電極で反射された後に第一電極に向かう光との干渉を利用して発光効率を高める方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。該文献に教示されるところでは、第二電極と第二電極に隣接する層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が生じるとされ、発光界面から第二電極までの光学距離を、発光ピーク波長λの４分の１にすれば、強め合って発光効率が高まると説明されている。

ところが、本発明者らが検証したところによれば、第二電極に種々の金属を用い、また、様々な膜厚として、素子を作製したところ、発光効率が最大になる時、発光層の第一電極側界面から第二電極までの光学距離（最適光学距離）は発光ピーク波長λの４分の１よりも小さいことが判った。すなわち、この方法によるところでは、充分な発光効率を有する素子を作製することは困難である。

また、特に赤色発光素子では、様々な膜厚の素子を作製して発光効率が最大になる素子を駆動させてみると、駆動電圧が高い。しかし実用の場面ではさらに駆動電圧を下げることが求められている。緑色発光素子、青色発光素子においても同様である。
Ａｐｐｌ. Ｐｈｙｓ. Ｌｅｔｔ. ，５１（１２）２１，９１３（１９８７） 特開２０００−２４３５７３号公報

本発明の課題は、効率的な発光が可能であり、かつ低い駆動電圧でも作動可能な高色純度の有機電界発光素子を提供することである。

前記の課題は、以下の手段によって解決される。すなわち、
（Ａ）基板上に少なくとも、発光の取り出しが可能な第一電極と、正孔輸送層と発光層を含む薄膜層と、第二電極とが順次積層されて形成された有機電界発光素子において、発光層から発光される発光スペクトルの半値幅が５０ｎｍ以下であって、発光の最大ピーク波長をλとした時、下式（１）で示される波長λにおける第二電極反射時の位相のずれθ（λ）が下式（２）の範囲にあり、かつ発光層の第一電極側界面から第二電極までの波長λにおける光学距離ｄ（λ）と下式（３）で示される値Ｄ（λ）とが下式（４）の関係にあることを特徴とする有機電界発光素子。

θ（λ）＝Ａｒｇ（ｒ（λ）） （１）
２π／９≦θ（λ）≦１５π／１８ （２）
Ｄ（λ）＝θ（λ）×λ／４π （３）
０．７３Ｄ（λ）≦ｄ（λ）≦１．１５Ｄ（λ） （４）
（ここで、Ａｒｇ（ｒ（λ））は複素数ｒ（λ）の偏角を示す。ただし偏角は０以上２π未満の値で定義されるものとする。なお、ｒ（λ）は下式（５）で示される値である。）
ｒ（λ）＝（Ｎ０（λ）−Ｎ１（λ））／（Ｎ０（λ）＋Ｎ１（λ）） （５）
Ｎ０（λ）＝ｎ０（λ）−ｉ・ｋ０（λ）
Ｎ１（λ）＝ｎ１（λ）−ｉ・ｋ１（λ）
（ここで、ｎ０（λ）及びｋ０（λ）はそれぞれ第二電極に隣接する層の波長λにおける屈折率及び消衰係数であり、ｎ１（λ）及びｋ１（λ）はそれぞれ第二電極の波長λにおける屈折率及び消衰係数であり、ｉは虚数単位である。）
（Ｂ）発光の最大ピーク波長λの光が第二電極に隣接する層から第二電極に垂直に入射し、反射した時のエネルギー反射率が７０％以上であることを特徴とする前記（Ａ）記載の有機電界発光素子、
（Ｃ）発光の最大ピーク波長λが５８０〜６８０ｎｍであることを特徴とする前記（Ａ）または（Ｂ）記載の有機電界発光素子、である。

本発明により、効率的な発光が可能であり、かつ低い駆動電圧でも作動可能な高色純度の有機電界発光素子を提供することができるようになった。

以下、本発明による有機電界発光素子について説明する。

本発明において、第一電極と第二電極は素子の発光のために十分な電流を供給するための役割を有するものであり、光を取り出すために少なくとも一方は透明であることが望ましい。また、第一電極は発光の取り出しが可能であるように構成されている。通常第一電極は透明であり、かつ陽極として用いられ、第二電極は不透明であり、金属または合金であり、かつ陰極として用いられることが多く、本発明では便宜上第一電極を陽極、第二電極を陰極として用いた場合を説明する。しかし、本発明は電極の極性に限定されるものではない。第一電極が陽極となる場合には、それに近い側に正孔輸送層が、第二電極が陽極となる場合にはそれに近い側に正孔輸送層が配置される。

以下、有機電界発光素子を構成する各層について、積層順をおって説明する。

基板にはガラスを用いることが多い。ガラス基板はソーダライムガラス、無アルカリガラスなどが用いられ、また厚みも機械的強度を保つのに十分な厚みがあればよいので、０．２ｍｍ以上あれば十分である。ガラスの材質については、ガラスからの溶出イオンが少ない方がよいので無アルカリガラスの方が好ましいが、ＳｉＯ₂などのバリアコートを施したソーダライムガラスも市販されているので好ましくこれを使用できる。

第一電極として、具体的には、酸化錫、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）などの導電性金属酸化物、あるいは、金、銀、クロムなどの金属、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマなど特に限定されるものでないが、ＩＴＯガラスやネサガラスを用いることが特に望ましい。第一電極の抵抗は素子の発光に十分な電流が供給できればよく、特に限定されないが、素子の消費電力の観点からは低抵抗であることが望ましい。例えば３００Ω／□以下のＩＴＯ基板であれば素子電極として機能するが、現在では１０Ω／□程度の基板の供給も可能になっていることから、２０Ω／□以下の低抵抗の基板を使用することが特に望ましい。ＩＴＯの厚みは抵抗値に合わせて任意に選ぶ事ができるが、通常１００〜３００ｎｍの間で用いられることが多い。ＩＴＯ膜形成方法は、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、化学反応法など特に制限を受けるものではない。

次に薄膜層を構成する各層について述べる。

正孔輸送層に用いられる材料としては、電界を与えられた電極間において正極からの正孔を効率良く輸送することが必要で、正孔注入効率が高く、注入された正孔を効率良く輸送することが望ましい。そのためには適切なイオン化ポテンシャルを持ち、しかも正孔移動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時および使用時に発生しにくい物質であることが要求される。このような条件を満たす物質として、特に限定されるものではないが、ＴＰＤ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ、α−ＮＰＤなどのトリフェニルアミン誘導体、カルバゾール誘導体、ビスカルバゾリル誘導体、ピラゾリン誘導体、スチルベン系化合物、ヒドラゾン系化合物やフタロシアニン誘導体に代表される複素環化合物、ポリビニルカルバゾール、ポリシランなどの既知の正孔輸送材料を使用できる。これらの正孔輸送材料は単独でも用いられるが、異なる正孔輸送材料と積層または混合して使用しても構わない。

発光層に用いられる材料は、具体的には、以前から発光体として知られていたアントラセンやピレンなどの縮合環誘導体、トリス（８−キノリノラト）アルミニウムを始めとする金属キレート化オキシノイド化合物、ビススチリルアントラセン誘導体やジスチリルベンゼン誘導体などのビススチリル誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピロロピリジン誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、シロール誘導体、イミダゾールなどのアゾール誘導体、ベンズイミダゾールなどのベンズアノール誘導体、ジケトピロロピロール誘導体、ポリマー系では、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、そして、ポリチオフェン誘導体などが使用できるが特に限定されるものではない。

また、発光層に用いられる材料は、電気エネルギーの蓄積を担う発光材料（以下、ホスト材料という）と、蓄積されたエネルギーを受け取り、実際に発光を司る発光材料（以下、ドーパント材料）とを組み合わせて用いるものであっても構わない。この場合、ドーパント材料はホスト材料の全体に含まれていても、部分的に含まれていても、いずれであってもよい。ドーパント材料は積層されていても、分散されていても、いずれであってもよい。

ドーパント材料は特に限定されるものではないが、既知のドーパント材料を用いることができる。具体的には従来から知られている、ペリレン、ルブレンなどの縮合環誘導体、キナクリドン誘導体、フェノキサゾン６６０、ＤＣＭ１、ペリノン、クマリン誘導体、ピロメテン（ジアザインダセン）誘導体、シアニン色素などがそのまま使用できる。

発光層は発光部分が広がりを持っている時はある程度の厚みが必要であるが、駆動電圧の観点からは薄いほど好ましく、３０ｎｍ以下であることが好ましい。

発光層から発光される光は、蛍光であってもよいし、リン光であっても差し支えはない。リン光を発光する材料はリン光を発光すれば特に限定はなく、従来公知のリン光を発光する材料などが使用しうる。

色相に大きな影響を及ぼすのは発光ピーク波長および半値幅である。半値幅が小さいほど単一色に近く、色純度が高い。具体的には、高色純度の素子を得るためには、発光層に用いられる材料の薄膜の蛍光スペクトルが、半値幅５０ｎｍ以下であることが好ましい。さらにこのスペクトルが有するピークが単一であることが好ましい。単一ピークに対して複数ピークを有するスペクトルとは、複数のピークが明確に観測される場合だけでなく、複数ピークに分解可能な成分が観測される場合も含む。

また、本発明においては好ましく発光層と陰極との間に電子輸送層を用いることができる。電子輸送層に用いられる材料としては、陰極からの電子を効率良く輸送することが必要で、電子注入効率が高く、注入された電子を効率良く輸送することが望ましい。そのためには電子親和力が大きく、しかも電子移動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時および使用時に発生しにくい物質であることが要求される。このような条件を満たす物質として、トリス（８−キノリノラト）アルミニウムに代表されるキノリノール誘導体金属錯体、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体、ペリレン誘導体、ペリノン誘導体、ナフタレン、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、シロール誘導体、ピリジン誘導体、ナフチリジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、芳香族リンオキサイド誘導体などがあるが特に限定されるものではない。これらの電子輸送材料は単独でも用いられるが、異なる電子輸送材料と積層または混合して使用しても構わない。

以上の正孔輸送層、発光層、電子輸送層に用いられる材料は単独で各層を形成することができるが、高分子結着剤としてポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリエステル、ポリスルフォン、ポリフェニレンオキサイド、ポリブタジエン、炭化水素樹脂、ケトン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド、エチルセルロース、酢酸ビニル、ＡＢＳ樹脂、ポリウレタン樹脂などの溶剤可溶性樹脂や、フェノール樹脂、キシレン樹脂、石油樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの硬化性樹脂などに分散させて用いることも可能である。

薄膜層の形成方法は、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、分子積層法、コーティング法などが挙げられ、特に限定されるものではないが、通常は、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着が特性面で好ましい。

第二電極は、その光学特性が、反射時の位相のずれ、反射光の強度を決定する主要因であり、干渉による発光効率の変化に強い影響を及ぼす。

第二電極に用いられる材料としては白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウム、インジウムなどの金属、またはこれらの金属とリチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどの低仕事関数金属との合金など、一般に金属光沢を有する材料が好ましい。後に詳しく説明するが、第二電極反射時の位相のずれは、第二電極と第二電極に隣接する層の光学定数によって決まり、ずれが小さい方が発光界面から第二電極までの最適膜厚を薄くすることができるので駆動電圧の観点から望ましい。

第二電極の作製法は、抵抗加熱法蒸着、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などのドライプロセスを用いることが好ましい。電極表面の反射率をより高くするためには、成膜速度を早くする、成膜雰囲気の真空度を高くするといった方法が挙げられる。電極作製方法にもよるが、成膜速度は０．５ｎｍ／ｓ以上であること、成膜雰囲気の真空度は５×１０^-4Ｐａ以下であることが好ましい。

次に本発明による第二電極材料や膜厚の設計による駆動電圧の低減効果について説明する。

有機化合物を発光層に用いた有機電界発光素子では、光の取り出し効率（発光効率）が膜厚に応じて変化する。これは薄膜層の発光部分から直接第一電極側へ放出された光と、第二電極界面で反射された光とが干渉することによって起こるためであると考えられる。ここで、発光部分とは、発光を司る化合物を含む発光層中で、電子と正孔が再結合する領域を指し、実際には発光層中にある拡がりをもっており、その拡がりは薄膜層を形成する材料や、駆動電圧・電流値によって変化する。

従来は、第二電極と第二電極に隣接する層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が生じるとされ、発光界面から第二電極までの光学距離を発光ピーク波長の４分の１にする膜厚設計が行われてきた。ところが、位相がπずれるのは第二電極が完全導体の場合だけであり、実際のずれθはπより小さいことが判明した。この位相のずれθは、第二電極に隣接する層の光学定数と、第二電極の光学定数が分かれば計算により求めることができる。

最大波長λの光の場合、当該最大波長λの光の位相のずれθ（λ）は、
θ（λ）＝Ａｒｇ（ｒ（λ）） （１）
ここで、Ａｒｇ（ｒ（λ））は複素数ｒ（λ）の偏角を示す。ただし偏角は０以上２π未満の値で定義されるものとする。また、ｒ（λ）は該波長λの光が第二電極に隣接する層から入射して第二電極で反射する際の振幅反射率で以下の式で表される。

ｒ（λ）＝（Ｎ０（λ）−Ｎ１（λ））／（Ｎ０（λ）＋Ｎ１（λ））
Ｎ０（λ）＝ｎ０（λ）−ｉ・ｋ０（λ）
Ｎ１（λ）＝ｎ１（λ）−ｉ・ｋ１（λ）
（ここで、ｎ０（λ）及びｋ０（λ）はそれぞれ第二電極に隣接する層の波長λにおける屈折率及び消衰係数であり、ｎ１（λ）及びｋ１（λ）はそれぞれ第二電極の波長λにおける屈折率及び消衰係数であり、ｉは虚数単位である。）
各波長毎の光学定数（屈折率、消衰係数）は偏光解析法（エリプソメトリー）等により求めることができる。

本発明の有機電界発光素子は、発光層の第一電極側界面から第二電極までの該発光素子の最大波長λにおける光学距離ｄ（λ）と下記（３）式にて求められるＤ（λ）とが
Ｄ（λ）＝θ（λ）×λ／４π （３）
０．７３Ｄ（λ）≦ｄ（λ）≦１．１５Ｄ（λ） （４）
（ここで、λは該素子における最大波長。θ（λ）は前記の定義による。）
の関係を満足する。

この（４）式の関係を満足することで、高効率な有機電界発光素子が得られる理由は以下のとおりであると考えられる。すなわち、発光界面が発光層の第一電極側界面である時、発光界面から第一電極に向かう波長λの光と、発光界面から第二電極に向かい第二電極で反射された後第一電極に向かう波長λの光とが干渉し、最も強め合うのは、第一電極側界面から第二電極までの光学距離ｄ（λ）がｄ（λ）＝Ｄ（λ）の時である。

以下この詳細を述べる。なお、発光層の第一電極側界面とは、積層された素子構造における発光層の両界面の内、第一電極側の界面を言う。

発光層の第一電極側界面から第二電極に向かって垂直に放射された光が第二電極で反射された後、再び発光層の第一電極側界面に戻るまでに波長λの光は光学距離２ｄ（λ）進む。また、第二電極反射時に位相はθ（λ）進む。従って、発光層の第一電極側界面から第二電極に向かって垂直に放射され第二電極で反射された後、再び発光層の第一電極側界面に戻る光と、発光層の第一電極側界面から第一電極に向って垂直に放射される光とで位相差（２ｄ（λ）／λ）×２π−θ（λ）が生じる。この値が０であれば位相がそろい強めあう。従って膜厚として ｄ（λ）＝Ｄ（λ）＝θ（λ）×λ／４π
を満足するように設計することが望ましい。

実際には発光界面から基板に向かい、基板で反射された後、再び発光界面に戻る光など、有機電界発光素子を構成する各層の全界面での反射光・透過光の多重干渉を考慮する必要がある。また、前述のように、発光部分は拡がりをもっており、その拡がりは薄膜層を形成する材料や、駆動電圧・電流値によって変化する。これらの効果を見積もると最適となるｄ（λ）は０．７３Ｄ（λ）から１．１５Ｄ（λ）の間である。

第二電極反射時の位相のずれθ（λ）は、第二電極の材料の選択や第二電極に隣接する材料の選択により値を変えることができる。θ（λ）を小さく設計すれば、膜厚条件Ｄ（λ）も小さくなり、発光界面から第二電極までの光学的最適膜厚を薄くすることができる。従って駆動電圧の観点から、θ（λ）は小さいほど好ましく、２π／９≦θ（λ）≦１５π／１８であればよい。２π／９≦θ（λ）≦７π／９であればなお好ましい。

干渉により強めあう条件においては、反射率が大きいほど発光効率が高くなる。よって、素子の発光の最大ピーク波長がλの時、波長λの光が第二電極に隣接する層から入射して第二電極で反射する際のエネルギー反射率が７０％以上であることが好ましく、更に好ましくは９０％以上である。このエネルギー反射率は第二電極の空気中でのエネルギー反射率とは異なり、直接測定することは難しいが、第二電極に隣接する層の光学定数と、第二電極の光学定数が分かれば計算により求めることができる。光学定数は偏光解析法（エリプソメトリー）などで求めることができ、値を下式に代入してエネルギー反射率を求めることができる。波長λの光の場合、エネルギー反射率Ｒ（λ）は、
Ｒ（λ）＝｜（Ｎ０（λ）−Ｎ１（λ））／（Ｎ０（λ）＋Ｎ１（λ））｜²
Ｎ０（λ）＝ｎ０（λ）−ｉ・ｋ０（λ）
Ｎ１（λ）＝ｎ１（λ）−ｉ・ｋ１（λ）
ここで、ｎ０（λ）及びｋ０（λ）はそれぞれ第二電極に隣接する層の波長λにおける屈折率及び消衰係数であり、ｎ１（λ）及びｋ１（λ）はそれぞれ第二電極の波長λにおける屈折率及び消衰係数であり、ｉは虚数単位である。

本発明では色純度としては、ＣＩＥ色度座標において、赤色発光素子ではｘ≧０．６０かつｙ≦０．４０、緑色発光素子ではｘ≦０．３３かつｙ≧０．５８、青色発光素子ではｘ≦０．２０３かつｙ≦０．２５であることが好ましい。

本発明の有機電界発光素子は、複数の発光色からなるフルカラーまたはマルチカラー表示が可能な有機電界発光ディスプレイに応用することができる。フルカラーディスプレイは、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子をマトリクス状に配列させて形成する。各色それぞれについて膜厚の最適条件を適用すれば、全体的に取り出し発光効率を向上させることができる。また、各色の発光材料選択に際して、発光効率がカラーバランス的に釣り合いがとれていない場合、そのバランスを適正にするために発光効率の劣る材料について膜厚条件を調整することもできる。

ところで、フルカラーディスプレイにおいて、各色発光層を積層後、電子輸送層を全素子間に切れ目なく積層することで欠陥素子数を減少させる方法が知られている（例えば、特開平１１−１９１４８９号公報）。この方法によれば各色別々に電子輸送層を積層する製法に比べて工程が単純であり、作製時間を短縮することにもなる。

こうした方法に本発明を適用する際、下記に記すような第二電極材料を用いることで、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子の発光層の第一電極側界面から第二電極までの最適膜厚を略等しくすることができ、各色全ての効率を高めることが可能になる。

すなわち、波長λの光の第二電極反射時の位相のずれθ（λ）は、
θ（λ）＝Ａｒｇ（ｒ（λ）） （１）
ここで、Ａｒｇ（ｒ（λ））は複素数ｒ（λ）の偏角を示す。ただし偏角は０以上２π未満の値で定義されるものとする。また、ｒ（λ）は該波長λの光が第二電極に隣接する層から入射して第二電極で反射する際の振幅反射率で以下の式で表される。

ｒ（λ）＝（Ｎ０（λ）−Ｎ１（λ））／（Ｎ０（λ）＋Ｎ１（λ））
Ｎ０（λ）＝ｎ０（λ）−ｉ・ｋ０（λ）
Ｎ１（λ）＝ｎ１（λ）−ｉ・ｋ１（λ）
（ここで、ｎ０（λ）及びｋ０（λ）はそれぞれ第二電極に隣接する層の波長λにおける屈折率及び消衰係数であり、ｎ１（λ）及びｋ１（λ）はそれぞれ第二電極の波長λにおける屈折率及び消衰係数であり、ｉは虚数単位である。）
赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子の発光の最大ピーク波長が、それぞれλＲ、λＧ、λＢであるとき、最適光学距離は、それぞれ、
Ｄ（λＲ）＝θ（λＲ）×λＲ／４π
Ｄ（λＧ）＝θ（λＧ）×λＧ／４π
Ｄ（λＢ）＝θ（λＢ）×λＢ／４π
となる。なお、言うまでも無いが、θ（λＲ）は前記の（１）式を用いて波長λＲにおける赤色発光素子の第二電極に隣接する層の屈折率及び消衰係数並びに同素子の第二電極の屈折率及び消衰係数とから求められる（緑色発光素子および青色発光素子においても同様にして求められる）。発光層から第二電極に隣接する層までの各層の光学定数が略等しい場合、最適膜厚は、それぞれＤ（λＲ）／ｎ０（λＲ）、Ｄ（λＧ）／ｎ０（λＧ）、Ｄ（λＢ）／ｎ０（λＢ）であり、これらが略等しくなる光学特性を持つ材料を第二電極に用いればよい。

本発明の有機電界発光素子は、特に好適には最大ピーク波長として５８０ｎｍ〜６８０ｎｍの素子において好適に用いられる。係る範囲のピーク波長において用いることで本発明の効果は顕著である。

以上述べた他に、例えば、ディスプレイパネル用基板上に第一電極から正孔輸送層までを順に製膜した後、所望の位置に青色発光層を積層する。次に所望の位置に緑色発光層を積層し、引き続いて該緑色発光層上に所望の電子輸送層を積層する、次に所望の位置に赤色発光層を積層し、引き続いて該赤色発光層上に所望の電子輸送層を積層する、その後電子輸送層を全素子上に素子間の切れ目なく全面に同時に積層するという方法を用いてもよい。作製工程はやや複雑であるが、このようにすることで、全素子が高効率で欠陥素子数の少ない有機電界発光フルカラーディスプレイを作製することができる。

なお、この作製工程で、緑色発光層上に所望の電子輸送層を積層する工程が不要であれば省いてもよい。

以下、実施例および比較例をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。

実施例１〜３、比較例１〜４
石英板上に下記に示すゲスト材料（Ｇ−１）とホスト材料（Ｈ−１）の混合物を２５ｎｍの厚さに積層した。ゲストはホストに対して０．１重量％とした。この薄膜の蛍光スペクトルを測定すると、ピーク波長６２０ｎｍ、半値幅４２ｎｍであった。

スパッタリング法によりＩＴＯ透明導電膜を１２０ｎｍ積層したガラス基板を３８×４６ｍｍに切断した後、ＩＴＯの不要部分をエッチング除去した。得られた基板をアルカリ洗浄液で１０分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。この基板を、素子を作製する直前に１時間ＵＶ／オゾン処理し、真空装置内に設置して、装置内の真空度が５×１０^-4Ｐａ以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、まず正孔輸送材料としてＮ，Ｎ’−ジ−（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＤ）を６０ｎｍ蒸着し、続いて発光層としてゲスト材料（Ｇ−１）とホスト材料（Ｈ−１）の混合物を２５ｎｍ蒸着した。ゲストはホストに対して０．１重量％とした。次に電子輸送層として、下表に示す各膜厚で下記に示す電子輸送材料（Ｅ−１）を蒸着した。第二電極用マスクを装着し、リチウムの蒸気にさらしてドーピングした後、アルミニウムを１５０ｎｍ蒸着して陰極とした（エネルギー反射率８２％）。

このようにして作製した発光素子を４０ｍＡ／ｃｍ²の電流密度で発光させたところ、下表のような効率で発光した。

発光スペクトルは電子輸送層１５〜７５ｎｍの範囲ではいずれも大幅な変化はなく、ピーク波長は６１５〜６２５ｎｍ付近であった。色度は（０．６４，０．３６）〜（０．６６，０．３４）の間にあり、電子輸送層膜厚が厚くなるに従い、ｘ軸方向にわずかに増加し、ｙ軸方向にわずかに減少した。

電子輸送層、第二電極の波長６２０ｎｍにおける光学定数は、それぞれ（１．８３，０．０１）、（１．１，６．２）であった。この値はオプティカルフラットなガラス基板にそれぞれの薄膜を約１００ｎｍ積層し、偏光解析法（エリプソメトリ）により求めた。

光学定数から反射時の位相のずれを算出すると、θ（６２０）＝２．５８ラジアン＝１４８°、従ってＤ(６２０)＝１２７ｎｍである。有機薄膜層の光学定数は電子輸送層の光学定数に等しいと近似すると、これは電子輸送層が４５ｎｍの時である。

また、この光学定数から、波長６２０ｎｍの光が第二電極に隣接する層から入射して第二電極で反射する際のエネルギー反射率を求めると８２％であった。

表１より確認すると高効率な素子の電子輸送層膜厚は３５〜５５ｎｍであり、このうち最も高効率な膜厚は４５ｎｍであった。この時、駆動電圧は６．５Ｖであった。

実施例４〜６、比較例５〜８
電子輸送層膜厚が下表に示す各膜厚であり、第二電極として銀パラジウム銅合金（重量比９８：１：１）を用いた以外は比較例１と同様の素子を作製した。銀パラジウム銅はスパッタリングにより成膜した。（陰極のエネルギー反射率９５％）
このようにして作製した発光素子を４０ｍＡ／ｃｍ²の電流密度で発光させたところ、下表のような効率で発光した。

発光スペクトルは電子輸送層１０〜７０ｎｍの範囲ではいずれも大幅な変化はなく、ピーク波長は６１５〜６２５ｎｍ付近であった。色度は（０．６４，０．３６）〜（０．６６，０．３４）の間にあり、電子輸送層膜厚が厚くなるに従い、色度座標において、ｘ軸方向にわずかに増加し、ｙ軸方向にわずかに減少した。

銀パラジウム銅の波長６２０ｎｍにおける光学定数は、（０．１，４．０）であった。この値はオプティカルフラットなガラス基板に薄膜を約１００ｎｍ積層し、偏光解析法（エリプソメトリ）により求めた。

光学定数から反射時の位相のずれを算出すると、θ（６２０）＝２．２８ラジアン＝１３１°、従ってＤ(６２０)＝１２７ｎｍである。有機薄膜層の光学定数は電子輸送層の光学定数に等しいと近似すると、これは電子輸送層が３７ｎｍの時である。

また、この光学定数から、波長６２０ｎｍの光が第二電極に隣接する層から入射して第二電極で反射する際のエネルギー反射率を求めると９５％であった。

表２より確認すると高効率な素子の電子輸送層膜厚は３０〜４０ｎｍであり、このうち最も高効率な膜厚は３０ｎｍであった。この時、駆動電圧は５．７Ｖであった。

陰極にアルミニウムを用いた素子と銀パラジウム銅を用いた素子を比較すると、アルミニウムを用いた素子（実施例２：電子輸送層４５ｎｍ、θ（６２０）＝１４８°）よりも銀パラジウム銅を用いた素子（実施例３：電子輸送層３０ｎｍ、θ（６２０）＝１３１°）の方が最適膜厚が１５ｎｍ薄く、最適膜厚駆動時の電圧が０．８Ｖ低くなっている。また発光効率が０．４ｃｄ／Ａ向上している。

Claims (3)

1. 基板上に少なくとも、発光の取り出しが可能な第一電極と、正孔輸送層と発光層を含む薄膜層と、第二電極とが順次積層されて形成された有機電界発光素子において、発光層から発光される発光スペクトルの半値幅が５０ｎｍ以下であって、発光の最大ピーク波長をλとした時、下式（１）で示される波長λにおける第二電極反射時の位相のずれθ（λ）が下式（２）の範囲にあり、かつ発光層の第一電極側界面から第二電極までの波長λにおける光学距離ｄ（λ）と下式（３）で示される値Ｄ（λ）とが下式（４）の関係にあることを特徴とする有機電界発光素子。
   θ（λ）＝Ａｒｇ（ｒ（λ）） （１）
   ２π／９≦θ（λ）≦１５π／１８ （２）
   Ｄ（λ）＝θ（λ）×λ／４π （３）
   ０．７３Ｄ（λ）≦ｄ（λ）≦１．１５Ｄ（λ） （４）
   （ここで、Ａｒｇ（ｒ（λ））は複素数ｒ（λ）の偏角を示す。ただし偏角は０以上２π未満の値で定義されるものとする。なお、ｒ（λ）は下式（５）で示される値である。）
   ｒ（λ）＝（Ｎ０（λ）−Ｎ１（λ））／（Ｎ０（λ）＋Ｎ１（λ）） （５）
   Ｎ０（λ）＝ｎ０（λ）−ｉ・ｋ０（λ）
   Ｎ１（λ）＝ｎ１（λ）−ｉ・ｋ１（λ）
   （ここで、ｎ０（λ）及びｋ０（λ）はそれぞれ第二電極に隣接する層の波長λにおける屈折率及び消衰係数であり、ｎ１（λ）及びｋ１（λ）はそれぞれ第二電極の波長λにおける屈折率及び消衰係数であり、ｉは虚数単位である。）
2. 発光の最大ピーク波長λの光が第二電極に隣接する層から第二電極に垂直に入射し、反射した時のエネルギー反射率が７０％以上であることを特徴とする請求項１記載の有機電界発光素子。
3. 発光の最大ピーク波長λが５８０〜６８０ｎｍであることを特徴とする請求項１または２記載の有機電界発光素子。