(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記側面は、前記発光層に接する斜面の前記透光性基板となす角度が前記反射電極に接する前記有機層の部分に接する斜面の前記透光性基板となす角度より小さい裾野部を含むことを特徴とする請求項1に記載の有機ELデバイス。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に本発明による実施例を図面を参照しつつ説明する。
【0010】
図1において、有機ELデバイスOELDは、ガラスや樹脂などの光透過性平板の基板1上に複数のバンクBKによって区切られて、y方向に伸長するストリップ状の複数の有機EL素子OELEを含んでいる。複数の有機EL素子OELEは互いに並置され、例えば、赤色発光R、緑色発光G及び青色発光Bの互いに異なる発光色を呈する。RGB発光色の有機EL素子を一組としてx方向に組毎に並べられている。
【0011】
図2に示すように、有機ELデバイスの有機EL素子の各々は、バンクBK間の基板1上に、透光性電極2、発光層を含む有機層3、反射電極4が積層されて構成される。この有機ELデバイスは、透光性電極2と反射電極4との間に電圧を印加することにより有機層3において生成される光を基板1の表面から取り出す所謂ボトムエミッション型の有機ELパネルである。透光性電極2に接するバンクBKは、有機層3の屈折率と同等以下の低い屈折率を有する透光性誘電体材料から形成されている。なお、本明細書において、「屈折率が同等」とは、一方の屈折率と他方の屈折率との差が0.3未満、好ましくは0.2以下、とりわけ好ましくは0.1以下であることをいう。また屈折率が「低い」又は「高い」とは、測定上差が生じる程度に「低く」又は「高」ければよいが、実際上は0.1を超えて、好ましくは0.2を超えて、より好ましくは0.3以上、更に好ましくは0.4以上、とりわけ好ましくは0.5以上差があって低い又は高いことを示す。
【0012】
陽極を構成する複数の透光性電極2は、それぞれ帯状をなしており、基板1上においてy方向に沿って伸長し、互いに一定間隔おいてx方向に平行に並置されて蒸着される。
【0013】
基板1及び透光性電極2の端縁上にはこれらを覆うようにバンクBKがy方向に沿って伸長して形成されている。バンクBKには、各々がy方向に伸張する長方形の開口部が形成されている。開口部の各々に有機層3が配置されている。有機層3は、バンクBKによって互いに隔てられた状態で並置されて、バンクBKによって隔てられた複数の発光領域を区画している。バンクBKは反射電極4の少なくとも一部分により覆われている。バンクBKには有機材バンクと無機材バンクがあり、無機材バンク形成はエッチングという手法が一般的である。有機材バンクを形成する手法として、スクリーン印刷、スプレー法、インクジェット法、スピンコート法、グラビア印刷、ロールコータ法などの湿式塗布法が知られている。
【0014】
図2に示すように、有機ELデバイスにおけるバンクBKは、y方向に沿って透光性基板2に対して傾斜する斜面の側面を有し、該側面が有機層3に接する凹面形状CCVを有する。凹面形状CCVの一部である裾野部SKTは有機層3と透光性電極2の間の界面に終端している。
【0015】
図3に示すように、バンクBKの各開口部内における透光性電極2上には、有機層3として、正孔注入層3a、正孔輸送層3b、発光層3c、電子輸送層3d及び電子注入層3eが順に積層されている。透光性電極2と反射電極4の間に挟持有機層3は発光積層体であり、これら積層構成に限定されることなく、例えば発光層3cと電子輸送層3dの間に正孔阻止層(図示せず)を追加するなど、少なくとも発光層を含み、或いは兼用できる電荷輸送層を含む積層構成であってもよい。有機層3は、上記積層構造から正孔輸送層3bを省いて構成しても、正孔注入層3aを省いて構成しても、正孔注入層3aと電子輸送層3dを省いて構成してもよい。
【0016】
例えば、発光層3cの発光材料としては、例えば、蛍光材料や燐光材料など、任意の公知の発光材料が適用可能である。
【0017】
青色発光を与える蛍光材料としては、例えば、ナフタレン、ペリレン、ピレンなどが挙げられる。緑色発光を与える蛍光材料としては、例えば、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、Alq3(tris (8-hydroxy-quinoline) aluminum) などのアルミニウム錯体などが挙げられる。黄色発光を与える蛍光材料としては、例えば、ルブレン誘導体などが挙げられる。赤色発光を与える蛍光材料としては、例えば、DCM(4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran)系化合物、ベンゾピラン誘導体、ローダミン誘導体などが挙げられる。燐光材料としては、例えば、イリジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウムの錯体化合物などが挙げられる。燐光材料として、具体的には、トリス(2−フェニルピリジン)イリジウム(所謂、Ir(ppy)3)、トリス(2−フェニルピリジン)ルテニウムなどが挙げられる。
【0018】
このように、赤、緑、青の発光色をそれぞれ発する有機層3は、平行に繰り返し配置されており、光取り出し面となる基板1の表面からは、赤、緑、青の光が任意の割合で混色されて単一の発光色として認識される光が放出される。
【0019】
有機層3を成膜する手法として、スパッタリング法や真空蒸着法などの乾式塗布法や、スクリーン印刷、スプレー法、インクジェット法、スピンコート法、グラビア印刷、ロールコータ法などの湿式塗布法が知られている。例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層を湿式塗布法で膜厚を均一に成膜して、電子輸送層及び電子注入層を、それぞれ乾式塗布法で膜厚を均一に順次成膜してもよい。また、すべての機能層を湿式塗布法で膜厚を均一に順次成膜してもよい。
【0020】
発光層3cまでの機能層に正孔を供給する陽極の透光性電極2は、ITO(Indium-tin-oxide)やZnO、ZnO−Al
2O
3(所謂、AZO)、In
2O
3−ZnO(所謂、IZO)、SnO
2−Sb
2O
3(所謂、ATO)、RuO
2などにより構成され得る。さらに、透光性電極2は、発光層から得られる発光波長において少なくとも10%以上の透過率を持つ材料を選択することが好ましい。
【0021】
透光性電極2は通常は単層構造であるが、所望により複数の材料からなる積層構造とすることも可能である。
【0022】
発光層3cまでの機能層に電子を供給する陰極の反射電極4には、限定されないが、例えば、アルミニウム、銀、銅、ニッケル、クロム、金、白金などの金属が使われる。なお、これらの材料は、1種のみで用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
【0023】
反射電極4の材料としては、効率良く電子注入を行う為に仕事関数の低い金属が含まれること好ましく、例えば、スズ、マグネシウム、インジウム、カルシウム、アルミニウム、銀などの適当な金属又はそれらの合金が用いられる。具体例としては、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、アルミニウム−リチウム合金などの低仕事関数合金電極が挙げられる。反射電極4の膜厚20nmの銀薄膜は透過率50%を有する。同金属薄膜としての膜厚10nmのAl膜は透過率50%を有する。同金属薄膜としての膜厚20nmのMgAg合金膜は透過率50%を有する。なお、金属薄膜で反射電極4を構成する場合、その膜厚の下限値は5nmあれば導電性を確保することができる。
【0024】
反射電極4はスパッタ法や真空蒸着法などにより有機層3上に、単層膜、又は多層膜として形成され得る。
【0025】
この有機ELデバイスにおいては、有機層3は透光性電極2及び反射電極4の間に接して挟持されている故に、透光性電極2と反射電極4とを介して有機層3に駆動電圧が印加されることにより、有機層3内の発光層3cにおいて生成された光は透光性電極2を通過して、さらに反射電極4で反射した後に透光性電極2を通過して透光性基板1の表面から取り出される。
【0026】
[有機ELデバイスの動作]
次に、上記の有機ELデバイスの動作を説明する。なお、上記実施例と同一符号で示した構成部分は、上記実施例の有機ELデバイスと同様であるので、それらの詳しい説明は省略する。
図4以降に示す有機ELデバイスにおいて、ガラス基板1の屈折率をn1=1.5とし、透光性電極2の屈折率をn2=1.8とし、有機層3の屈折率をn2=1.8とし、バンクBKの屈折率をn1=1.5として説明する。
【0027】
図4に示すように、有機ELデバイスにおけるバンクBKは、透光性基板2に対して傾斜する斜面の側面を有する。バンクBKの側面は、発光層3cに接する斜面Aから反射電極4に接する有機層3の部分に接する斜面Bに亘って発光層3cを臨む凹面形状CCVを有する。
【0028】
バンクBKの側面は、発光層3cに接する斜面Aの透光性基板2となす角度αが反射電極4に接する有機層3の部分に接する斜面Bの透光性基板2となす角度βより小さい裾野部SKTを含む。すなわち、発光層3cと透光性電極2の界面とのバンクBKの傾斜角αは反射電極4面とバンクBKとの傾斜角βと異なり、α<βの関係を有している。バンクBKの裾野部SKTは有機層3と透光性電極2の間の界面に終端している。バンクBKの終端を境にバンクBK側の有機層3は減衰発光領域となり、バンクBKの裾野部SKTから離れる有機層3は正常発光領域となる。裾野部SKTにより透光性電極2が覆われ、陽極の透光性電極2と陰極の反射電極4とが有機層3を介して対向しなくなるからである。
【0029】
有機層3のバンクBK側端縁のテーパー部すなわち減衰発光領域に入射した光L0は、テーパー状の反射電極4とバンクBKの側面(すなわち裾野部SKT)の間でジグザクに反射を繰り返し、有機層3の最端縁部に侵入していくばかりなので、反射光が極端に少なくなり、バンクBKの側面へのみ進入する。このように、本実施例においては、くさび形断面の有機層3の端縁のテーパー部で反射を繰り返させて奥のバンクBKの上部へと導き、バンクBKの側面へのみ光L0を放射させるしくみとなっている。有機層3が高屈折率領域(n2=1.8)である故に、高屈折率の有機層3内の光が低屈折率材料のバンクBKに入射する場合、界面が平面の時、臨界角以上の光は全反射して低屈折率のバンクBK側に入射しない。しかし、バンクBKの上部ではほとんどが臨界角未満の光となってバンクBK側に取り出される。
【0030】
図5は、ガラス透明基板1上に積層された、陽極であるITO透光性電極2と、正孔注入層3aと、発光層3cと、電子注入層3eと、陰極である金属の反射電極4とから構成されている有機ELデバイスにおける有機EL素子の一部を示す。発光層3までの有機層はインクジェット法などの湿式塗布法で成膜し、電子注入層3e以降を蒸着法で成膜している。
【0031】
図5においてバンクBKの斜面A及び斜面Bの間の凹面形状CCVのバンクBK側の有機層3は、奥行きy方向に伸長する円柱レンズの一部と見ることができる。有機ELデバイスは、発光層3cの界面とバンクBKの傾斜角α(正常発光領域の発光点を通る透光性電極2に平行な面とバンクBKの傾斜角)は反射電極4が接するバンクBKβの傾斜角より小さい。
【0032】
発光点からバンクBKを離れる側は、陽極の透光性電極2と陰極の反射電極4が正常な対向状態であり、この発光点よりバンクBKから離れるのエリアは正常発光し、バンクBKに近づくにつれ発光量が減少する。
【0033】
裾野部SKTの傾斜角αを有する斜面A部は透光性電極2からほぼ傾斜角αで漸次厚くなる。ここで、バンクBKは屈折率n1=1.5の透光性誘電体材料からなり、発光層3cは屈折率n2=1.8の発光材料からなる故に、屈折率n1<n2であり、両者の界面でエバネッセント光が低屈折率バンクBKの裾野部SKT下に生じ、さらに、その下に屈折率1.8の透光性電極2があるとすると、裾野部SKTの80nm程度の厚さまでは全反射せず光が基板1まで透過することになる。エバネッセント光の染み出し量は指数関数的に減衰し、波長程度染み出すといわれているが、実質的な範囲は150nm程度といわれている。発光光は裾野部SKTの厚さ25nm〜30nm程度は透過し、それ以上の厚さでは、全反射する角度が出てくる。
【0034】
正常発光した光L1の全反射する部分に関しては、斜面Bが斜面Aより角度が立っている故に(α<β)、
図5に示すように、正常発光した光L1は、斜面Aで全反射したのち、斜面Bで全反射し、反対電極で反射し、斜面BからバンクBKに入射する。
【0035】
斜面Aで全反射し、直接反射電極4で反射した光L2も斜面BでバンクBKに入射する。
【0036】
このように、本実施例ではバンクBKの傾斜を有機層の位置によって変更し、傾斜角βを傾斜角αより小さくし、凹形状の内側に発光層3cを配置したので、低屈折率材料を用いても透光性バンクBKの中に光を多く入れることができる。単に凹面形状CCVとしての光取り出し効率を上げるほかに、裾野部SKTの薄膜部における、近接場光を利用しているので、単なる急峻な平面斜面にくらべ、光の低屈折率のバンクBKへの入射が多くなる。
【0037】
さらに、有機層3と透光性電極2の間に、凹面形状CCVの端部を挟んだ形(裾野部SKT)にしているので、バンクの透光性誘電体材料が特に親液性で無くとも、有機材の濡れ性に関して配慮がほとんど要らない。一般的にバンクの傾きを寝かせると親液性があがり、有機材料を塗布しやすくなる。よって、バンクBKにわざわざ親液性の材料を用いる必要がなくなり、バンク材料の選択の幅が広がる。バンクの材料の例には、例えばフッ素化ポリオレフィン系樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂、フッ素化ポリアクリル樹脂などのフッ素系樹脂が挙げられる。
【0038】
凹面形状CCVの裾野部SKTが有機層3と透光性電極2の間に入る形になっているので、透光性電極2と反射電極4との間のリークや、ショートは防止できる。
【0039】
なお、
図5に示す透光性バンクBKは漸次傾きが変化する凹面形状CCVを有しているが、これに限定されず、
図6に示すように、透光性バンクBKは斜面A及び斜面Bが平面でそれぞれ傾斜角α及び傾斜角βを有するように構成してもよい。
【0040】
[変形例]
図7は変形例の有機ELデバイスを一部切り欠いてバンクBK周辺を示す断面図である。なお、以下の例において、上記実施例と同一符号で示した構成部分は、上記実施例の有機ELデバイスと同様であるので、それらの詳しい説明は省略する。
【0041】
図7の変形例においては、発光層3cまでの有機層はインクジェット法などの湿式塗布法で成膜し、電子輸送層以降をマスクを用いた蒸着法で成膜し、電子輸送層や電子注入層の蒸着時にマスク開口を広くしたものを用いて、バンクBK頂上付近まで電子輸送層や電子注入層の有機層3を成膜している。よって、バンクBK天面で有機層の蒸着がない部分すなわち反射電極4がバンクBKに接触する部分を形成している。
図7の変形例によれば、光は天面の反射電極4に近くで接触する有機層3の部分に接するバンク斜面まで全反射を繰り返し、天面の反射電極4に到達した光が透光性バンクBK内に入射することができる。
【0042】
図8に示す変形例は、有機層3すべての層がインクジェット法などの湿式塗布法で成膜された塗布型のものである。湿式塗布法で成膜された電子注入層3eの端部がバンクBK側面で終端している。
【0043】
図9に示す変形例は、有機層3すべての層が湿式塗布法で成膜され、発光層3cの厚みを厚くし、電子注入層3eの厚みを薄くした塗布型のものである。
【0044】
図10に示す変形例は、有機層3すべての層が湿式塗布法で成膜され、正孔注入層3a側から電子注入層3eまでの間に、電子阻止層と、発光層3cのRGB発光層と、正孔阻止層とを積層した塗布型のものである。
【0045】
なお、上記の何れの実施例でも、有機ELデバイスおいて、バンクBKなど非発光エリアを透光性の低屈折率材料を使用することにより、有機層3の透光性電極2部分で全反射をしていた光がバンクBKの側面部分に入り、その屈折角度が変わり基板1へ様々な放射角度で放射させ、透明電極を伝搬する光の光取り出し効率を高めることができる。
【0046】
なお、透光性基板1として、石英やガラスの板、金属板や金属箔、曲げられる樹脂基板、プラスチックフィルムやシートなどが用いられる。特にガラス板や、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホンなどの合成樹脂の透明板が好ましい。合成樹脂基板を使用する場合にはガスバリア性に留意する必要がある。基板のガスバリア性が小さすぎると、基板を通過した外気により有機ELデバイスが劣化することがあるので好ましくない。よって、合成樹脂基板の少なくとも片面に緻密なシリコン酸化膜などを設けてガスバリア性を確保する方法も好ましい方法の一つである。
【0047】
また、有機ELデバイスの帯状に並置された発光部とその周りのバンクを覆いこれらを封止する封止缶(図示せず)を設けてもよい。さらに、出力光の取り出し効率を上げるために、基板1の外部面に、発光部を覆うように、これを超える面積で光取り出しフィルム(図示せず)を取り付けてもよい。
【0048】
さらに、上記の何れの実施例では有機層を発光積層体としているが、無機材料膜の積層によっても発光積層体を構成できる。