JP5127814B2 - 有機発光素子及びそれを利用した発光装置、表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機化合物層を用いた発光素子、さらに詳しくは、一対の電極間にある発光層を有する有機化合物層に電流を流すことにより、発光層が発光する有機発光素子である。さらに、その有機発光素子を利用した発光装置に関する。

有機発光素子（以下、単に素子と記載する場合がある）は現在盛んに研究開発されている。このような有機発光素子は、陽極および陰極からなる一対の電極と、この一対の電極の間に形成されている、発光層を含む有機化合物層とからなる。この有機化合物層を構成する各層は、各々数十ｎｍ程度の厚さである。また、素子を構成する電極の一方は光を反射する電極である。もう一方の電極は光取り出し電極であり、光取り出し電極と外部環境との界面で、発光の一部が反射される。これにより、有機発光素子の内部で特定の波長の光が強められる光学干渉効果が現われる。

特許文献１では、光学干渉を利用して、素子から取り出したいスペクトルの最大ピーク波長における光の取り出し効率を高めることが開示されている。図１は、特許文献１の有機発光素子の断面模式図である。図１における有機発光素子は、基板１０の上に、反射層を兼ねる第１電極（陽極）１１、有機化合物層（正孔注入層１２、正孔輸送層１３、発光層１４、電子輸送層１５）、金属からなる第２電極（陰極）１６を順に設けた構成である。この有機発光素子に電流を流すことで、陽極から注入された正孔と陰極から注入された電子が、発光層１４において再結合する。その再結合の際に生じるエネルギーによって発光材料が励起状態になり、発光材料が基底状態に戻る際にエネルギーを光として放出し、有機発光素子が発光する。

このような有機発光素子では、基板上の第１電極１１と正孔注入層１２との界面と電子輸送層１５と第２電極１６との界面との間で共振器構造が構成される。ここで、第１電極１１と第２電極１６との間の光学距離をＬ、素子からの発光を視認する角度をθ（素子に正対して視認する場合を０°）とする。また、第１電極１１と正孔注入層１２との界面と電子輸送層１５と第２電極１６との界面にて発光光が反射する際の位相シフトの和をφ（ｒａｄ）、光学干渉の次数をｍとする。この場合に、発光層１４から発光された光のうち、数１を満足するような波長λ（共振波長）の光が共振器構造によって強められる。
λ＝２Ｌｃｏｓθ／（ｍ−φ／２π） （ｍは正の整数）・・・数１
ただし、実際に反射層や電極にて発光が反射する際、反射界面を構成する電極材料や有機材料などの組み合わせにより、位相シフトの和φは変化する。

特許文献１では、発光層１４内での最大発光位置を考慮し、素子から取り出したいスペクトルの最大ピーク波長を共振器構造によって強められるように、共振器構造の光学距離を設定している。このように、素子から取り出したいスペクトルの最大ピーク波長と共振波長を合わせることで、素子から取り出したいスペクトルの最大ピーク波長の強度を高めることができる。

上記のような、有機発光素子において、素子に用いる発光材料のＰＬスペクトルは、素子から取り出したい色を示すスペクトルであることが好ましい。なぜなら、ＰＬスペクトルの最大ピーク波長ではない波長に共振波長を合わせるので、ＰＬスペクトルと取り出したい色を示すスペクトルが異なる場合には、十分な発光効率が得られなくなる恐れがあるからである。ところが、素子から取り出したい発光色を示すスペクトルとほぼ等しいようなＰＬスペクトルを有する発光材料はきわめて稀である。また、例えそのような発光材料であっても、発光色以外の、寿命や発光効率等の諸特性を満足するとは限らない。

特開２００４−１２７７９５号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、様々な発光材料を用いることができ、発光効率が高く、良好な発光色を示す有機発光素子を提供することにある。

本発明の有機発光素子は、反射面を有する第１電極と、発光層を有する有機化合物層と、第２電極と、を有し、前記第１電極にある反射面と前記第２電極との間で前記発光層が発する光を干渉させて強め合うように構成された有機発光素子であって、前記干渉による干渉強度分布のピーク波長λ_１が、前記発光層に含まれる発光材料のＰＬスペクトルの最大ピーク波長λ_２及び前記有機発光素子から取り出されるＥＬスペクトルの最大ピーク波長λ_３に対して、λ_１＜λ_３＜λ_２の関係を満たし、かつ、前記干渉強度分布の半値幅Ａが、前記干渉強度分布の最大ピーク波長λ _１ 、前記ＰＬスペクトルの最大ピーク波長λ _２ に対して、Ａ／２≧｜λ _２ −λ _１ ｜の関係を満たし、かつ、前記有機発光素子の発光色の色度座標がＮＴＳＣ色度座標（０．１４０，０．０８０）を中心として半径０．０８０以内の円内に含まれるように、前記第１電極にある反射面と前記第２電極との間の膜厚、及び前記第１電極と前記有機化合物層と前記第２電極のうち少なくとも一つの材料が設定されていることを特徴とする。

本発明の有機発光素子は、干渉強度分布の最大ピーク波長λ_１を発光材料のＰＬスペクトルの最大ピーク波長λ_２からずらし、干渉強度分布の広がりを利用した発光色の調整が可能となる。これにより、様々な発光材料を用いることができ、良好な発光色を示す有機発光素子を提供することが可能となる。

従来の有機発光素子の断面模式図である。 本発明の実施例１の有機発光素子の断面模式図である。 Ｔｙｐｅ１，Ｔｙｐｅ２，Ｔｙｐｅ３の有機発光素子における干渉強度分布を示す図である。 発光層のＰＬスペクトルを示す図である Ｔｙｐｅ１，Ｔｙｐｅ２，Ｔｙｐｅ３の有機発光素子における干渉強度分布と、ある発光層のＰＬスペクトルを示すである。 共振器構造を備えた有機発光素子の干渉強度分布と、Ｔｙｐｅ１の有機発光素子の干渉強度分布を示す図である。 本発明の実施例４の表示装置の断面模式図である。

以下に図を用いて、本発明の有機発光素子を詳細に説明する。なお、本明細書で特に図示または記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知または公知技術を適用する。

（第１の実施形態）
図２は、本発明の有機発光素子の一例を示しており、トップエミッション型発光素子の断面模式図である。図２において、基板２０上に、反射層２１ａと透明導電層２１ｂからなる第１電極２１が形成されている。この第１電極２１上に、正孔輸送層２２と、発光層２３と、電子輸送層２４と、電子注入層２５とからなる有機化合物層が形成され、この有機化合物層上に第２電極２６が形成されている。なお、第１電極２１は、反射層２１ａと透明導電層２１ｂとの積層構成であるが、反射率の高い金属からなる一つの導電層で形成されてもよい。また、２７は封止空間であり、乾燥窒素が充填され、２８は封止部材をそれぞれ示す。

この有機発光素子の第１電極２１を陽極、第２電極２６を陰極として電流を流すことで、第１電極２１から正孔輸送層２２へ注入された正孔と第２電極２６から電子注入層２５へ注入された電子とが、発光層２３まで移動し、そこで再結合する。その再結合の際に生じるエネルギーによって発光材料が励起状態になり、発光材料が基底状態に戻る際にエネルギーを光として放出し、有機発光素子が発光する。このとき生じた発光光は、第２電極２６を通じて素子の外部へと出射される。この場合、第２電極は、光透過性を有する、透明又は半透明の電極である。なお、光透過性とは、可視光の波長域（λ＝３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下）で４０％以上１００％以下の透過率を有していることである。

本発明の有機発光素子に用いる基板２０としては、特に限定するものではないが、金属、セラミックス、ガラス、石英等が用いられる。また、プラスティックシート等のフレキシブルシートを用いたフレキシブルな発光装置とすることも可能である。

反射層２１ａとしては、透明導電層２１ｂとの界面における、可視光の波長域における反射率が少なくとも５０％以上、好ましくは、８０％以上となる材料からなる層が望ましい。その条件を満たす材料としては、例えば、アルミニウム、銀、クロム等の金属や、それらの合金が挙げられる。また、反射層２１ａが金属のような導電性部材で構成される必要はなく、誘電体多層膜ミラーのような絶縁性部材を反射層として用いることもできる。

透明導電層２１ａとしては、金属酸化物導電膜、具体的には、酸化インジウムと酸化錫の化合物膜（以下、ＩＴＯと称す）や、酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物膜等を用いることができる。なお、透明とは、可視光に対して７０％以上１００％以下の透過率を有していることである。透明であることを満たす透明導電層２１ｂの条件としては、消衰係数のκが０．０５以下、好ましくは、０．０１以下となることが、透明導電層２１ｂでの、発光層２３で発光した光の減衰を抑える観点でよい。

正孔輸送層２２、発光層２３、電子輸送層２４、電子注入層２５に用いられる有機化合物としては、低分子材料で構成されても、高分子材料で構成されても、両者を用いて構成されてもよく、特に限定されるものではない。必要に応じてこれまで知られている材料を使用できる。

また、有機化合物層は、単層型（発光層）、２層型（正孔輸送層／発光層）、３層型（正孔輸送層／発光層／電子輸送層）、４層型（正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子注入層）、５層型（正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層）のいずれの構成でもよい。この有機化合物層の層数や積層順は、電極の構成によって適宜決定される。

本発明の有機化合物で形成される層は、一般には真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、あるいは、適当な溶媒に溶解させて公知の塗布法（例えば、スピンコーティング法、ディッピング法、キャスト法、インクジェット法等）により形成される。

また、電子注入層２５としては、例えば、フッ化リチウムや、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のように、一般に用いられる電子注入材料を用いることができる。また、電子輸送性の有機化合物材料に、アルカリ金属やアルカリ土類金属、もしくはその化合物を０．１以上数十％以下含有させることにより、電子注入層２５とすることもできる。後者の構成の場合、電子注入層２５の膜厚を１０〜１００ｎｍ程度とすると、この後に形成する第２電極２６の成膜ダメージを緩和できるため好ましい。

第２電極２６は、発光層２３で発光した光を素子外に取り出すために光透過性を有している必要がある。このような第２電極２６としては、透明導電層２１ｂと同様の金属酸化物導電膜を用いることができる他、銀などの金属薄膜を用いることができる。第２電極の膜厚としては、光透過性を有していれば特に限定されないが、金属酸化物導電膜を用いる場合には、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下、好ましくは３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲で設定されると、電極のシート抵抗と透過率の観点から望ましい。また、金属薄膜を第２電極２６として用いる場合には、透過率の観点から、その金属薄膜の膜厚は５ｎｍ以上３０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが良い。さらに、第２電極２６は、金属酸化物導電膜と金属薄膜の２層構成であっても良い。また、第２電極２６は、スパッタリング等の公知の方法で成膜することができる。

封止部材２８としては、素子が外部環境の酸素や水分より保護する目的で設けられ、ガラス、気体不透過性フィルム、金属等を用いることができる。また、防湿性能を高める為に、封止空間２７内に吸湿材（不図示）を含有させても良い。

さらに、封止部材２８と有機発光素子との間の封止空間２７に乾燥窒素を充填する代わりに、保護膜を素子に直接成膜するようにしてもよい。この保護膜としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の金属窒化物膜や、酸化タンタル等の金属酸化物膜、ダイヤモンド薄膜、樹脂膜等を単一の膜または複数の膜として用いることができる。この場合、より薄い有機発光素子が得られ、特に好ましい。

一般的に有機発光素子を構成する各層の膜厚は、ほとんど数十ｎｍ程度であり、各層の膜厚（ｄ）と各層の屈折率（ｎ）を掛け合わせた光学距離（ｎｄ積）は、可視光（λ＝３５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下）波長の数分の１程度に相当する。そのため、有機発光素子の内部では、可視光の多重反射や干渉が顕著に現われる。

この干渉効果によって強められる波長λは、数１に基づき、光学距離Ｌ、光が反射する、層と層との界面での位相シフトの和φといった有機発光素子の構造パラメータと、光学干渉の次数ｍにより定まる。

なお、２つの層の界面での位相シフトψは、界面を形成する２つの層の材料のうち、光が入射する側にある材料を媒質Ｉ、他方の材料を媒質ＩＩとし、それぞれの光学定数を（ｎ_１，ｋ_１）、（ｎ_２，ｋ_２）とすると、数２で表すことができる。なお、これらの光学定数は、例えば分光エリプソメーター等を用いて測定することができる。
ψ＝ｔａｎ^−１（２ｎ_１ｋ_２／（ｎ_１ ^２−ｎ_２ ^２−ｋ_２ ^２））・・・数２
本発明の有機発光素子の場合、素子を構成する層と層の各界面は、各層の光学定数の違いにより、発光層２３で発光した光を反射する反射界面となる。そのため、各界面での反射光は、それぞれ強度や位相が異なる。この各界面での反射光が多重に干渉し、この干渉によって有機発光素子の干渉強度分布が決定される。

なお、図２の構成の本発明の素子では、発光層２３から第１電極２１に向かい、反射層２１ａと透明導電層２１ｂとの界面で反射する光と発光層２３から第２電極２６側に向かう光との干渉が干渉強度分布において大きな寄与を与える。つまり、「第１電極にある反射面」とは、反射層２１ａと透明導電層２１ｂとの界面のことである。また、第１電極２１が反射率の高い金属層のみからなる場合では、その金属層と正孔輸送層２２との界面が「第１電極にある反射面」となる。また、第１電極２１において反射層あるいは反射率の高い金属層が配置されていない場合には、第１電極２１を構成する層のうち屈折率差の大きい界面もしくは、第１電極２１と正孔輸送層２２との界面が「第１電極にある反射面」となる。

このような有機発光素子の干渉強度分布は、素子を構成する各層の膜厚と光学定数をパラメータとし、例えば、汎用の特性マトリックス計算等の手法により、算出することができる。なお、光学定数は有機化合物層の各層の材料によって決まる。

図３には、本発明の有機発光素子において、透明導電層２１ｂと正孔輸送層２２の膜厚を変化させた３種類の素子の干渉強度分布が示されている。この図において、３種類の素子の干渉強度分布は、それぞれの素子で最も強められる波長の強度を基準とした相対強度で表されている。表１には、この３種類の素子を構成する各層の膜厚が示されており、表２には、有機発光素子を構成する各層の光学定数が示されている。表３には、３種類の素子の干渉強度分布の最大ピーク波長と半値幅の関係が示されている。なお、干渉強度分布（もしくはＰＬスペクトル）の半値幅とは、干渉強度分布（もしくはＰＬスペクトル）の最大強度の半分の強度となる最小の波長以上で、かつ、最大強度の半分の強度となる最大の波長以下の波長帯域のことを指す。

図３、表１、表３より、有機発光素子において、透明導電層２１ｂと正孔輸送層２２の膜厚設定を変更することにより、素子の干渉強度分布の最大ピーク波長や、半値幅を調整することができることがわかる。ここでは、透明導電層２１ｂと正孔輸送層２２の膜厚設定の変更により干渉強度分布を調整する事例について説明したが、この干渉強度分布は、それら以外の、素子を構成する各層の膜厚設定によっても調整することができる。また、各層に適用する材料を変更し、光学定数を変化させる事で、干渉強度分布を調整することも可能である。

次に、このような干渉強度分布を利用した有機発光素子の発光特性の調整に関して説明する。本実施形態の有機発光素子において、その発光層２３は、図４に示す最大ピーク波長４７５ｎｍ、半値幅４６ｎｍのＰＬスペクトルを示す発光材料により構成した。このＰＬスペクトルは青色に視認される。この発光材料を含む発光層２３を用いた場合の、表１に示すＴｙｐｅ１〜３の有機発光素子の発光色度が表４に示されている。

表４より、素子を構成する層の膜厚が異なる、つまり、異なる干渉強度分布を有する素子において、各素子の発光特性（素子から取り出されるＥＬスペクトルの最大ピーク波長λ_３、発光色度、Ｔｙｐｅ１の素子を基準とした相対取り出し効率）はそれぞれ異なる。なお、素子から取り出されるＥＬスペクトルは、素子に正対して視認するスペクトルである。

図５は、図３の各素子の干渉強度分布と発光材料のＰＬスペクトルとの重なりを表している。表４、図５より、各素子の干渉強度分布の最大ピーク波長λ_１はそれぞれ異なり、干渉強度分布とＰＬスペクトルの重なりもそれぞれ異なる。干渉強度分布の最大ピーク波長λ_１とＰＬスペクトルの最大ピーク波長λ_２とが一致しているＴｙｐｅ２の素子では、発光の取り出し効率が相対的に最も高くなっている。これは、干渉強度分布とＰＬスペクトルとの重なりが最も大きいためである。しかし、Ｔｙｐｅ２の素子は、色度座標ＣＩＥｙ値が大きく、良好な青色を示しているとは言えない。一方、干渉強度分布の最大ピーク波長λ_１とＰＬスペクトルの最大ピーク波長λ_２の差異が最も大きいＴｙｐｅ３の素子では、色度座標ＣＩＥｙ値が０．０８となり、最も深い青色の発光色が得られ、良好な青色を示している。しかし、干渉強度分布とＰＬスペクトルとの重なりが小さくなり、相対的な取り出し効率が最も小さくなる。また、Ｔｙｐｅ１の素子では、Ｔｙｐｅ２とＴｙｐｅ３の素子の中間の発光特性を示す。

なお、この場合の良好な青色とは、素子から取り出される青色の発光光の色度座標が、ＮＴＳＣの青色のＣＩＥ色度座標（０．１４０，０．０８０）、もしくは、その近傍にある色を指す。青色のＣＩＥ色度座標（０．１４０，０．０８０）の近傍とは、取り出されるＥＬスペクトルの示す色の色度座標が、（０．１４０，０．０８０）を中心として、半径０．０８０以内の円の中にあることを指す。また別の指標として、青色の場合、視感度を加味するとＣＩＥｙ値が小さければ小さいほど良好な青色と言える。

また、表５は、表１で挙げたＴｙｐｅ１〜３の素子において、それぞれの素子の干渉強度分布の最大ピーク波長λ_１、ＰＬスペクトルの最大ピーク波長λ_２、素子から取り出されるＥＬスペクトルの最大ピーク波長λ_３をまとめて示している。

表５より、Ｔｙｐｅ１及びＴｙｐｅ３の素子では、干渉強度分布の最大ピーク波長λ_１が、ＰＬスペクトルの最大ピーク波長λ_２とずらされており、Ｔｙｐｅ２の素子では、その２つの波長は一致している。また、Ｔｙｐｅ１及びＴｙｐｅ３の素子では、干渉強度分布の最大ピーク波長λ_１とＥＬスペクトルの最大ピーク波長λ_３とは一致していない。さらに、干渉強度分布の最大ピーク波長λ_１とＰＬスペクトルの最大ピーク波長λ_２とＥＬスペクトルの最大ピーク波長λ_３の関係は、Ｔｙｐｅ１及びＴｙｐｅ３の素子では、λ_２≠λ_３でかつ｜λ_２−λ_３｜＜｜λ_２−λ_１｜である。一方Ｔｙｐｅ２の素子では、それらの最大ピーク波長の関係は、｜λ_２−λ_３｜＝｜λ_２−λ_１｜である。また、｜λ_２−λ_１｜が大きい、すなわち、干渉強度分布の最大ピークλ_１とＰＬスペクトルの最大ピーク波長λ_２とのずれが大きいほど（２０ｎｍ以上）、発光色の調整効果が高い。

λ_２≠λ_３でかつ｜λ_２−λ_３｜＜｜λ_２−λ_１｜のように設定したＴｙｐｅ１とＴｙｐｅ３の素子では、Ｔｙｐｅ２の素子に比べ、発光色のＣＩＥｙ値が小さく、良好な発光色を示した。

本発明の有機発光素子は、干渉強度分布の広がりを利用して、ＰＬスペクトルの示す色が所望の色から大きく異なる場合でも、所望の色を素子から取り出すことができる。具体的には、干渉強度分布の広がりを考慮して、所望の色が素子から得られるように、その最大ピーク波長λ_１が、ＰＬスペクトルの最大ピーク波長λ_２からずらされている。

なお、所望の色は適宜設定できるが、ＮＴＳＣのＣＩＥ色度座標における各色の色度座標、赤色（０．６７０，０．３３０）、緑色（０．２１０，０．７１０）、青色（０．１４０，０．０８０）が所望の色として設定されてもよい。また、本明細書においては、設定された所望の色から、ある範囲内の色も所望の色とする。例えば、ＣＩＥ色度座標を用いて所望の色が設定された場合、ある色のＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）と設定された所望の色のＣＩＥ色度座標（ｘ_０，ｙ_０）とのずれ量Δｘｙ（数３で定義されている）が、ある範囲内に収まっていれば、その色は所望の色とする。
Δｘｙ＝｛（ｘ−ｘ_０）^２＋（ｙ−ｙ_０）^２｝^１／２・・・数３
この場合、ある範囲を規定する値は、赤色の場合には０．０５０、緑色の場合には０．１００、青色の場合には０．０８０であることが好ましい。なぜなら、例えば、設定された所望の色が赤色（（ｘ_０，ｙ_０）＝（０．６７０，０．３３０））の場合に、ある色（ｘ，ｙ）がΔｘｙ≦０．０５０を満たせば、人間の目で観測して、この色は赤色であると認識されるからである。

また、ある範囲を規定する値は、上述したように各色で異なる値であっても良いし、同じ値（例えば０．０５０）であっても良い。なお、所望の色をＮＴＳＣのＣＩＥ色度座標系を用いて規定した例を示したが、その他の座標系等を用いて規定しても良い。

本発明の有機発光素子において、所望の色を取り出すだけでなく、発光を効率よく素子外部へと取り出すためには、干渉強度分布の半値幅を広くする事が好ましい。これにより、ＰＬスペクトルの示す色が所望の色と大きく異なる場合でも、干渉強度分布とＰＬスペクトルのそれぞれの最大ピーク波長をずらしても、干渉強度分布とＰＬスペクトルとの重なりを大きくすることが可能となる。

強い光学干渉効果を利用することを目的とした素子は、発光層２３の一方に、例えば銀やアルミニウム等を用いて光の反射率を高めた反射層２１ａ、もう一方に、例えば薄膜の銀で構成される半透明な層が設けられている。このような素子では、素子の内部に共振器構造を備えるので、特定波長の共振による強め合い効果が高くなる。そのため、その干渉強度分布の半値幅は狭くなる。共振器構造とは、１つの層あるいは複数の層から成る層と、その１つの層の両端もしくは複数の層から成る層の両端にある２つの反射面で構成され、その２つの反射面の間で光が多重干渉される構造を指す。この場合、反射層２１ａと透明導電層２１ｂとの界面と、半透明な層の発光層２３側にある界面が２つの反射面であり、その間の有機化合物層と共に共振器構造を構成している。

図６には、共振器構造を導入した有機発光素子の干渉強度分布が示されている。比較としてＴｙｐｅ１の有機発光素子のそれも合わせて示されている。図６において、各素子の干渉強度分布は、それぞれの素子の最大強度を基準にした相対強度で表されている。表６には、共振器構造を導入した有機発光素子の各層の膜厚が示されている。図６でみられるように、共振器構造を備える有機発光素子の干渉強度分布の半値幅は４６ｎｍであり、Ｔｙｐｅ１の有機発光素子の半値幅１３５ｎｍに比べて狭い。

比較的広い半値幅の干渉強度分布を得るためには、発光層の片側に反射層を設け、もう一方の側には、透明な層を設けるとよい。例えば、Ｔｙｐｅ１の素子では、透明な層はＩＴＯ（第２電極２６）である。ＩＴＯは、成膜条件により前後するが、およそ２．０程度の屈折率を有する。そのため、透明な層と外部環境（封止空間２７）の界面では、その屈折率差により、１０％程度の反射率となる。一方、共振器構造を備える素子として、第２電極２６を、ＩＴＯの代わりに銀薄膜による半透明な層とした場合には、第２電極２６と有機化合物層との界面の反射率が、半透明な層の膜厚により２０乃至５０％程度となっている。

透明な層としては、例えば、有機化合物層、金属材料や無機材料等といった様々な材料を適用することができる。これにより、共振器構造を備える有機発光素子に比べ、その光学干渉効果が弱くなり、その結果、比較的幅広な干渉強度分布を得る事ができる。

また、広く一般的に有機発光素子の発光層として用いられる有機化合物発光材料が示すＰＬスペクトルは、少なくとも４０ｎｍ以上の半値幅を示す。そのため、本発明の有機発光素子のように、干渉強度分布とＰＬスペクトルのそれぞれの最大ピーク波長（λ_１，λ_２）をずらし、干渉強度分布とＰＬスペクトルの重なりを利用する場合、その干渉強度分布の半値幅としては、少なくとも４０ｎｍ以上とするとよい。より好ましくは、干渉強度分布の半値幅ＡがＰＬスペクトルの半値幅Ｂより大きいことが望ましい。

一方、干渉強度分布の半値幅が大きくなると、干渉強度分布の強度は全波長帯域で小さくなるので、十分な発光効率を得るためには、２００ｎｍ以下であることが好ましい。よって、干渉強度分布の半値幅は４０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが望ましい。

また、干渉強度分布の半値幅Ａが、ＰＬスペクトルと干渉強度分布のそれぞれの最大ピーク波長の差分（｜λ_２−λ_１｜）に対して、数４の関係を満足するように干渉条件を調整すると良い。
Ａ／２≧｜λ_２−λ_１｜・・・数４
これにより、発光材料のＰＬスペクトルと干渉強度分布との重なりが十分確保でき、発光効率の高い有機発光素子を実現できる。また、ＰＬスペクトルの示す色が所望の色と大きく異なっている場合であっても、数４を満たす干渉強度分布を有する素子においては、所望の色を得ることができ、さらに、高い発光効率を得ることが可能となる。このため、発光色以外の寿命等の観点によって発光材料を選択することができ、発光材料の選択の幅が広がる。さらに、干渉強度分布の半値幅Ａが、ＰＬスペクトルの半値幅Ｂと、ＰＬスペクトルと干渉強度分布のそれぞれの最大ピーク波長の差分（｜λ_２−λ_１｜）に対して、数５を満たすように干渉条件を調整すると良い。
Ａ／２≧Ｂ／２＋｜λ_２−λ_１｜・・・数５
また、干渉強度分布のピーク波長λ_１は、ＰＬスペクトルにおいて、最大強度（波長λ_２での強度）の５０％以上を示す波長と一致させることが望ましい。このようにすると、ＰＬスペクトルと干渉強度の重なりを十分確保でき、発光効率の高い有機発光素子が実現できる。さらに、干渉強度分布のピーク波長λ_１は、ＰＬスペクトルにおいて、最大強度の６０％以上９５％以下、より好ましくは最大強度の７５％以上９０％以下を示す波長と一致させることが望ましく、この場合には、色の純度が高く、高い発光効率を有する有機発光素子が実現できる。

ところで、光学干渉による強め合い効果について考えてみると、共振波長が同一の場合、次数が低いほど、その干渉効果が強くなる。そのため、できるだけ低い次数の条件に設定すると、より効果的に光学干渉による強め合い効果を利用できるため好ましい。

なお、本実施形態では、第１電極２１を陽極、第２電極２６を陰極とした構成の一例であるが、第１電極２１を陰極、第２電極２６を陽極とする構成であっても良い。

また、本実施形態では、一例としてトップエミッション型発光素子の事例について説明したが、透明な基板上に第２電極、有機化合物層、第１電極を順次積層したボトムエミッション型であっても本発明を実施することは可能であり、特に限定されるものではない。

（第２の実施形態）
次に、本発明の別な実施形態について説明する。図７のように本発明の発光装置は、有機発光素子からなる画素を複数有する発光装置であって、これら各画素の発光を制御する駆動回路を備えており、少なくとも一つの画素が、本発明の有機発光素子により構成されている。

さらに、この発光装置を表示装置として用いることができる。この場合には、複数の画素ユニットがマトリックス状に配列され、各画素ユニットは、発光色の異なる複数の画素、例えば、赤色発光画素、緑色発光画素及び、青色発光画素で構成されるようにするのが良い。

なお、本発明において画素とは、独立して発光の制御が可能である最小の単位を示す。そして画素ユニットとは、発光色の異なる複数の画素で構成され、各画素の混色によって所望の色の発光を可能とする最小の単位を示す。

本実施形態において、すべての画素が本発明の有機発光素子であってもよいし、一部の画素のみが本発明の有機発光素子でもよい。すなわち、本発明の有機発光素子と従来の有機発光素子を両方有する構成であってもよい。この場合は、両者の割合を調整することで、表示装置の発光特性を調整することができる。

また、このように両方有する場合には、本発明の有機発光素子と従来の有機発光素子を規則的に配列されてもよいが、本発明の有機発光素子が不規則に点在し配置されていてもよい。

本発明の発光装置は、照明やプリンタヘッド、露光装置や表示装置用のバックライト等の様々な用途に適用することができる。また、上述したように本発明の発光装置を表示装置として使用する場合には、テレビ受像機、パーソナルコンピュータのディスプレイ、撮像装置の背面表示部、携帯電話の表示部、携帯ゲーム機の表示部等が挙げられる。その他、携帯音楽再生装置の表示部、携帯情報端末（ＰＤＡ）の表示部、カーナビゲーションシステムの表示部等が挙げられる。

以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限るものではない。

＜実施例１＞
図２に示す有機発光素子を以下の示す方法で作成した。基板２０上に、反射層２１ａとしてアルミニウム合金（ＡｌＮｄ）を１５０ｎｍの膜厚で、スパッタリング法にて成膜し、その上に透明導電層２１ｂとしてＩＴＯをスパッタリング法にて１０ｎｍの膜厚で成膜した。これをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で超音波洗浄し、煮沸洗浄後乾燥した。次に、ＵＶ／オゾン洗浄してから有機化合物を真空蒸着により成膜する。

まず、正孔輸送層２２として化１で示される化合物を、３０ｎｍの膜厚に成膜した。この際の真空度は１×１０^−４Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃであった。

次に、図４に示すＰＬスペクトルを示す青色の発光層２３を真空蒸着法にて３５ｎｍの膜厚に成膜した。蒸着時の真空度は１×１０^−４Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。

更に電子輸送層２４としてバソフェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）を真空蒸着法にて１０ｎｍの膜厚に成膜した。蒸着時の真空度は１×１０^−４Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。

次に、電子注入層２５として、ＢｐｈｅｎとＣｓ_２ＣＯ_３を共蒸着（重量比９０：１０）して６５ｎｍの膜厚に成膜した。蒸着時の真空度は３×１０^−４Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。

次に、この電子注入層２５まで成膜した基板を、真空を破ること無しにスパッタ装置に移動し、第２電極２６としてＩＴＯを２０ｎｍの膜厚に成膜した。

その後、この基板を乾燥窒素が充填されているグローブボックス内に移動し、この基板の周辺部にＵＶ硬化樹脂をシールディスペンサーにより塗布する。その後、有機発光素子に対応する部分が０．３ｍｍの深さで掘り込まれ、厚さ０．７ｍｍである凹型のガラス板（封止部材２８）をこの基板の上から覆いかぶせた。次に、基板上の周辺樹脂部に紫外線を照射し、樹脂の硬化で基板とガラス板を密着させ、有機発光素子を得た。

このようにして得られた有機発光素子の反射層２１ａと透明導電層２１ｂからなる第１電極２１を陽極、第２電極２６を陰極として通電し、素子の発光特性を調べた。この素子の発光効率と、ＣＩＥ色度座標と、干渉強度分布、ＰＬスペクトル、ＥＬスペクトルのそれぞれの最大ピーク波長（λ_１，λ_２，λ_３）と、｜λ_２―λ_１｜，｜λ_２―λ_３｜と、干渉強度分布、ＰＬスペクトルのそれぞれの半値幅を表７にまとめて示す。

表７より、本実施例の有機発光素子は、良好な発光特性を示した。このとき、干渉強度分布、ＰＬスペクトル、ＥＬスペクトルのそれぞれの最大ピーク波長（λ_１，λ_２，λ_３）は、λ_２≠λ_３でかつ｜λ_２−λ_３｜＜｜λ_２−λ_１｜の関係を満足していた。また、干渉強度分布の半値幅Ａは、Ａ／２（＝６７．５ｎｍ）＞｜λ_２−λ_１｜（＝１６ｎｍ）の関係が得られた。さらに、ＰＬスペクトルの半値幅Ｂに対して、Ａ／２（＝６７．５ｎｍ）＞Ｂ／２＋｜λ_２−λ_１｜（＝２３ｎｍ＋１６ｎｍ）の関係となっていた。また、この素子から取り出されるＥＬスペクトルの色のＣＩＥ色度座標（０．１１１，０．１３５）の、青色のＣＩＥ色度座標（０．１４０，０．０８０）からのずれΔｘｙは、Δｘｙ＝０．０６３＜０．０８０であった。

＜実施例２＞
本実施例の有機発光素子は、実施例１において、透明導電層２１ｂの膜厚を１００ｎｍ、正孔輸送層２２の膜厚を５２ｎｍとした点が異なる。それ以外の素子の膜厚は、実施例１と同様である。本実施例の有機発光素子の諸特性が表８に示されている。

表８より、本実施例の有機発光素子は、発光色度のＣＩＥｙ値が０．０８と深い青色の発色を示した。この素子から取り出されるＥＬスペクトルの色のＣＩＥ色度座標（０．１２５，０．０８０）の、青色のＣＩＥ色度座標（０．１４０，０．０８０）からのずれΔｘｙは、Δｘｙ＝０．０１５＜０．０８０であった。

干渉強度分布、ＰＬスペクトル、ＥＬスペクトルのそれぞれの最大ピーク波長（λ_１，λ_２，λ_３）は、λ_２≠λ_３でかつ｜λ_２−λ_３｜＜｜λ_２−λ_１｜の関係を満足していた。

本実施例では、実施例１の素子に比べ、干渉強度分布とＰＬスペクトルの最大ピーク波長（λ_１とλ_２）を大きくずらして設定しているため、発光色の調整効果が高く、良好な発色を示す有機発光素子を実現できた。

＜実施例３＞
本実施例の有機発光素子は、実施例１の素子に対して、反射層２１ａとして銀合金（ＡｇＰｄＣｕ）を用い、その膜厚を１５０ｎｍとし、正孔輸送層２２の膜厚を１２４ｎｍ、電子注入層２５を２０ｎｍとした。さらに、第２電極２６をＩＴＯに代えて、膜厚２０ｎｍの銀をスパッタ装置にて成膜した。それ以外の素子の材料及び膜厚は、実施例１と同様にして有機発光素子を作成した。この実施例３の素子の諸特性を表９に示す。

表９より、本実施例の有機発光素子は、発光色度は、実施例１の素子とほぼ同等である。この素子から取り出されるＥＬスペクトルの色のＣＩＥ色度座標（０．１０８，０．１１６）の、青色のＣＩＥ色度座標（０．１４０，０．０８０）からのずれΔｘｙは、Δｘｙ＝０．０４８＜０．０８０であった。また、干渉強度分布の半値幅ＡとＰＬスペクトルの半値幅Ｂは同じであった。

なお、実施例１乃至３において、ＰＬスペクトルの最大ピーク波長が異なるのは、単に誤差であり、発光材料は同じ材料を使用した。

＜比較例１＞
本比較例の有機発光素子は、その正孔輸送層２２の膜厚を４０ｎｍとした。それ以外の膜厚は実施例１と同様にして、有機発光素子を作成した。この比較例１の素子の諸特性を表１０に示す。

表１０より、本比較例の有機発光素子は、発光色度のＣＩＥｙ値が大きく、実施例１の素子に比べ、青白い発光色を示した。この素子から取り出されるＥＬスペクトルの色のＣＩＥ色度座標（０．１０４，０．１６５）の、青色のＣＩＥ色度座標（０．１４０，０．０８０）からのずれΔｘｙは、Δｘｙ＝０．０９２＞０．０８０であった。

また、実施例１の素子に比べ、発光効率が若干高くなっているが、これは、素子の発光色が変化し、視感的な効率が向上した影響によるものであり、所望の青色を出す際の実質的な発光効率は、実施例１の素子より低くなっている。

したがって、全般的な発光特性としては、実施例１の素子の方がより好ましい特性を示した。

このとき、干渉強度分布、ＰＬスペクトル、ＥＬスペクトルのそれぞれの最大ピーク波長（λ_１，λ_２，λ_３）は、｜λ_２−λ_３｜＝｜λ_２−λ_１｜の関係であった。

＜実施例４＞
本実施例は、本発明の発光装置を表示装置として用いたものである。この表示装置は、赤、緑、青色の発光を示す有機発光素子を画素として複数有している。また、それぞれの有機発光素子は、実施例１の有機発光素子と同様に、干渉強度分布の最大ピーク波長λ_１が、ＰＬスペクトルの最大ピーク波長λ_２と、ＥＬスペクトルの最大ピーク波長λ_３に対して、λ_２≠λ_３でかつ｜λ_２−λ_３｜＜｜λ_２−λ_１｜の関係を満足している。さらに、各素子における干渉強度分布の半値幅Ａは、各素子の発光層の発光材料のＰＬスペクトルの半値幅Ｂに｜λ_２−λ_１｜を加えた値よりも大きくなるように設定されている。つまり、数４を満たしている。

図７は、本発明の表示装置を示す概略断面図であり、以下に示す方法で作成した。

支持体としてガラス基板３０ａ上に、低温ポリシリコンからなる駆動回路３０ｂを形成し、その上にアクリル樹脂からなる平坦化層３０ｃを形成して基板３０とした。この上に反射層３１ａとしてアルミニウム合金（ＡｌＮｄ）を、スパッタリング法にて１５０ｎｍの膜厚に成膜し、パターニングした。

次に、透明導電層３１ｂとしてＩＴＯを、スパッタリング法にて１００ｎｍの膜厚に成膜し、画素毎にパターニングし、ＡｌＮｄとＩＴＯからなる第１電極３１を形成した。なお、４０は、駆動回路３０ｂと第１電極３１とを電気的に接続させるためのコンタクトホールであり、第１電極３１の形成前に、平坦化層３０ｃをパターニングして形成される。
さらに、アクリル樹脂により隔壁３９を形成した。これをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で超音波洗浄し、次いで、煮沸洗浄後乾燥した。さらに、ＵＶ／オゾン洗浄し後、有機化合物を真空蒸着により成膜する。

始めに、各素子共通の正孔輸送層３２として実施例１と同様に、化１で示される化合物を、すべての画素に成膜した。この際の真空度は１×１０^−４Ｐａ、成膜速度は、０．２ｎｍ／ｓｅｃであった。

次に、発光層として、シャドーマスクを用いて、赤色、緑色、青色それぞれの発光層３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂを各画素に成膜した。赤色の発光層３３Ｒとしては、最大ピーク波長６２０ｎｍ、半値幅９７ｎｍのＰＬスペクトルを示す発光材料を用いた。緑色の発光層３３Ｇとしては、最大ピーク波長５２５ｎｍ、半値幅６８ｎｍのＰＬスペクトルを示す発光材料を用いた。青色の発光層３３Ｂとしては、最大ピーク波長４６０ｎｍ、半値幅４５ｎｍのＰＬスペクトルを示す発光材料を用いた。

更に共通の電子輸送層３４としてバソフェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）を真空蒸着法にて成膜した。蒸着時の真空度は１×１０^−４Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。

次に、共通の電子注入層３５として、ＢｐｈｅｎとＣｓ_２ＣＯ_３を共蒸着（重量比９０：１０）して成膜した。蒸着時の真空度は３×１０^−４Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。

次に、この電子注入層３５までを成膜した基板を、真空を破ること無しにスパッタ装置に移動し、第２電極３６としてＩＴＯを成膜した。蒸着時の真空度は１×１０^−４Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件で成膜した。

その後、この基板を乾燥窒素が充填されているグローブボックス内に移動し、この基板の周辺部にＵＶ硬化樹脂をシールディスペンサーにより塗布する。その後、有機発光素子に対応する部分が０．３ｍｍの深さで掘り込まれた、厚さ０．７ｍｍの凹型のガラス板（封止部材２８）をこの基板の上から覆いかぶせた。基板上の周辺樹脂部に紫外線を照射し、樹脂の硬化で基板とガラス板を密着させ、表示装置を得た。なお、これらＵＶ硬化樹脂及び、ガラス板は、図７には図示されていない。

この表示装置における、各画素の反射層３１ａ、透明導電層３１ｂ、有機化合物層の各層、第２電極の膜厚を表１１に示す。

このようにして得られた表示装置の干渉強度分布、ＰＬスペクトル、ＥＬスペクトルのそれぞれの最大ピーク波長（λ_１，λ_２，λ_３）と、Δピーク波長（｜λ_２−λ_１｜，｜λ_２−λ_３｜）と、及び、干渉強度分布とＰＬスペクトルの半値幅を表１２に示す。

＜比較例２＞
本比較例の表示装置は、各発光画素を構成する有機発光素子の干渉強度分布の最大ピーク波長λ_１とＰＬスペクトルの最大ピーク波長λ_２を一致させた。よって、λ_１＝λ_２となり、λ_３がλ_１とλ_２に一致した。すなわち、干渉強度分布の最大ピークλ_１と、ＰＬスペクトルの最大ピーク波長λ_２と、ＥＬスペクトルの最大ピーク波長λ_３とが、｜λ_２−λ_３｜＝｜λ_２−λ_１｜の関係になるように設定されている。

本比較例の表示装置では、各画素内の素子の各層の膜厚を表１３に示す値に設定した。それ以外は、実施例４の表示装置と同様にして表示装置を作成した。

このようにして得られた表示装置の干渉強度分布、ＰＬスペクトル、ＥＬスペクトルのそれぞれの最大ピーク波長（λ_１，λ_２，λ_３）と、Δピーク波長（｜λ_２−λ_１｜，｜λ_２−λ_３｜）と、干渉強度分布、ＰＬスペクトルのそれぞれの半値幅を表１４に示す。

このようにして作製した実施例４と比較例２の表示装置の消費電力と色再現範囲を比較した。その結果を表１５に示す。消費電力は、実施例４の表示装置のそれを１とした時の相対値として示す。また、色再現範囲は、ＣＩＥ色度座標系におけるＮＴＳＣ比として示す。

表１５に示されるように、実施例４に示した本発明の表示装置は、比較例２の表示装置とほぼ同等の消費電力でありながら、比較例２の表示装置に比べ、広い範囲の色再現が可能となる。

１３，２３ 発光層
２１，３１ 第１電極
２６，３６ 第２電極

Claims (8)

1. 反射面を有する第１電極と、発光層を有する有機化合物層と、第２電極と、を有し、前記第１電極にある反射面と前記第２電極との間で前記発光層が発する光を干渉させて強め合うように構成された有機発光素子であって、
   前記干渉による干渉強度分布のピーク波長λ_１が、前記発光層に含まれる発光材料のＰＬスペクトルの最大ピーク波長λ_２及び前記有機発光素子から取り出されるＥＬスペクトルの最大ピーク波長λ_３に対して、
   λ_１＜λ_３＜λ_２
   の関係を満たし、かつ、前記干渉強度分布の半値幅Ａが、前記干渉強度分布の最大ピーク波長λ _１ 、前記ＰＬスペクトルの最大ピーク波長λ _２ に対して、Ａ／２≧｜λ _２ −λ _１ ｜の関係を満たし、かつ、前記有機発光素子の発光色の色度座標がＮＴＳＣ色度座標（０．１４０，０．０８０）を中心として半径０．０８０以内の円内に含まれるように、前記第１電極にある反射面と前記第２電極との間の膜厚、及び前記第１電極と前記有機化合物層と前記第２電極のうち少なくとも一つの材料が設定されていることを特徴とする有機発光素子。
2. 前記干渉強度分布の半値幅Ａが、前記干渉強度分布の最大ピーク波長λ_１及び前記ＰＬスペクトルの最大ピーク波長λ_２、前記ＰＬスペクトルの半値幅Ｂに対して、Ａ／２≧Ｂ／２＋｜λ_２−λ_１｜
   の関係を満たすように、前記第１電極にある反射面と前記第２電極との間の膜厚、及び前記第１電極と前記有機化合物層と前記第２電極のうち少なくとも一つの材料が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
3. 前記干渉強度分布の半値幅が４０ｎｍ以上２００ｎｍ以下となるように、前記第１電極にある反射面と前記第２電極との間の膜厚、及び前記第１電極と前記有機化合物層と前記第２電極のうち少なくとも一つの材料が設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機発光素子。
4. 前記干渉強度分布の半値幅が前記ＰＬスペクトルの半値幅よりも大きくなるように、前記第１電極にある反射面と前記第２電極との間の膜厚、及び前記第１電極と前記有機化合物層と前記第２電極のうち少なくとも一つの材料が設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機発光素子。
5. 前記第２電極が可視光に対して透明であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の有機発光素子。
6. 有機発光素子を有する複数の画素と、これら各画素の発光を制御する駆動回路と、を備え、複数の画素が赤色発光画素と緑色発光画素と青色発光画素とを含む表示装置であって、
   前記青色発光画素は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の有機発光素子を有していることを特徴とする表示装置。
7. 請求項６に記載の表示装置であって、
   前記赤色発光画素と前記緑色発光画素はそれぞれ、反射面を有する第１電極と発光層を有する有機化合物層と第２電極とを有し、前記第１電極にある反射面と前記第２電極との間で前記発光層が発する光を干渉させて強め合うように構成された有機発光素子を有し、前記赤色発光画素と前記緑色発光画素が有する各有機発光素子は、干渉による干渉強度分布のピーク波長λ_１が、各発光層に含まれる発光材料のＰＬスペクトルの最大ピーク波長λ_２及び各有機発光素子から取り出されるＥＬスペクトルの最大ピーク波長λ_３に対して、
   λ_２≠λ_３でかつ｜λ_２−λ_３｜＜｜λ_２−λ_１｜の関係を満たすように、第１電極にある反射面と第２電極との間の膜厚、及び第１電極と有機化合物層と第２電極のうち少なくとも一つの材料が設定されていることを特徴とする表示装置。
8. 請求項７に記載の表示装置であって、
   前記赤色発光画素が有する有機発光素子は、発光色の色度座標がＮＴＳＣ色度座標（０．６７０，０．３３０）を中心として半径０．０５０以内の円内に含まれるように、第１電極にある反射面と第２電極との間の膜厚、及び第１電極と有機化合物層と第２電極のうち少なくとも一つの材料が設定されており、
   前記緑色発光画素が有する有機発光素子は、発光色の色度座標がＮＴＳＣ色度座標（０．２１０，０．７１０）を中心として半径０．１００以内の円内に含まれるように、第１電極にある反射面と第２電極との間の膜厚、及び第１電極と有機化合物層と第２電極のうち少なくとも一つの材料が設定されていることを特徴とする表示装置。

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