JP5901161B2 - 有機発光素子、発光装置、画像形成装置、表示装置および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、電極として銀薄膜を用いた構成において、高い発光効率を有する有機発光素子とそれを用いた発光装置、画像形成装置、表示装置および撮像装置に関する。

有機発光素子は、第１電極と第２電極とその２つの電極の間にある有機化合物層で構成され、有機化合物層内の発光層で発光した光は、第１電極または第２電極のうち一方の電極（光取り出し電極）から出射される。有機発光素子では、低電圧駆動と高発光効率を実現するために、銀などの電気伝導率が高くて可視光領域の光学吸収が少ない金属が光取り出し電極として用いられる。

しかし、銀を光取り出し電極として用いる場合、その成膜環境によっては、銀由来の光学吸収が生じる場合がある。銀薄膜の吸収を抑制するため、特許文献１には、銀以外の金属からなる下地層と、銀または銀合金からなる銀薄膜層と、からなる積層透明導電膜を電極として用いる有機発光素子が開示されている。さらに、その下地層の銀以外の金属は、金、アルミニウム、銅、インジウム、スズおよび亜鉛よりなる群から選択されることが好ましいことが開示されている。

特開２００８−１７１６３７号公報

本発明は、銀薄膜を光取り出し電極として用いた有機発光素子において、高い発光効率を得ることを目的とする。

本発明は、基板の上に、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に配置される発光層を有する有機化合物層と、を有し、前記第２電極側から光を出射する有機発光素子であって、
前記第２電極は、前記基板側から第１層と、前記第１層に接する第２層と、を順に有し、
前記第２層はＡｇからなる層であり、
前記第２層の膜厚は５ｎｍ以上２５ｎｍ以下であり、
前記第１層はＡｇとＣｓとを含む層であり、
前記第１層に含まれるＡｇとＣｓの原子数比率が、１：０．０１０から１：１．２の範囲内であることを特徴とする有機発光素子である。

本発明によれば、発光効率が高く低電圧駆動が可能な有機発光素子を提供することができる。

実施形態１に係る有機発光素子の概略図 実施形態２に係る表示装置の概略図 参考例１，２および比較例１の光吸収率を示す図 参考例３の光吸収率を示す図

（第一実施形態）
以下に図面を参照しながら本発明を説明する。図１は本発明の有機発光素子の概略断面図を示している。本発明の有機発光素子は、基板１０上に、第１電極１１と、第２電極１５と、第１電極１１と第２電極１５との間に配置される発光層を有する有機化合物層１２とを有している。そして、図１で示される有機発光素子は、第２電極１５側から光が取り出され、基板１０とは反対側から光が取り出される構成（いわゆるトップエミッション型）である。第２電極１５は、基板１０側から第１層１３と、第１層１３に接する第２層１４とを順に有している。そして、第２層１４は、銀（Ａｇ）を含む可視光領域の光が透過可能な層である。そして、第２層１４の下地層として、ＡｇとＣｓとを有する層１３を設ける構成である。

なお、特に図示しないが、基板側から第２電極、有機化合物層、第１電極が順に積層された、いわゆるボトムエミッション型の有機発光素子においても本発明は適用できる。この場合も、第２電極は、基板側から第１層、第２層の順で積層される構成である。また、基板側と、基板と反対側から光が取り出される両面発光型の有機発光素子においても本発明は適用可能である。具体的には、基板と、透過型の第１電極と、有機化合物層と、透過型の第２電極からなる有機発光素子で、基板側から第１層、第２層の順に積層された第２電極を設けた有機発光素子であればよい。

本発明に用いられる第２電極１５の第２層１４は、Ａｇを含む層である。ここで、Ａｇを含む層とは、Ａｇが９０重量％以上含まれる層をいう。第２層１４の膜厚は、電気導電率、可視光領域（波長４００ｎｍ乃至７８０ｎｍ）での透過率の観点から、５ｎｍ以上２５ｎｍ以下であることが好ましい。第２層１４は、蒸着法、スパッタリング法などの公知の方法で形成することができる。

一般的に、Ａｇ薄膜は、その高い凝集性のために、連続膜としてではなく様々な粒径のＡｇ微粒子の状態で存在していると考えられ、可視光領域にプラズモン吸収を持つと考えられる。

これに対して、本発明の有機発光素子の第２電極１５は、上述したＡｇを含む第２層１４の下地層として、少なくともＡｇとＣｓを含む第１層１３を有している。なお、ＡｇとＣｓを含む第１層１３は、Ａｇ金属と、Ｃｓ金属やＣｓ化合物との共蒸着法や、スパッタリング法などの公知の方法で形成することができる。

これは、Ｃｓ原子がＡｇ原子に対して化学吸着力の強いために、まず第１層１３においてＡｇ原子の凝集を防ぎ、第１層１３が連続膜として形成しやすくなる。さらに、その上に形成されるＡｇを含む第２層１４においても、第１層１３中のＣｓ原子がＡｇ原子の凝集を防ぎ、かつ、連続膜である第１層１３の影響で、第２層１４を連続膜で形成されやすくしていると考える。結果、微粒子として存在するＡｇが減少し、プラズモン吸収などの光学吸収を抑えられると考える。

また、第１層１３の膜厚は、０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。膜厚が２０ｎｍより大きいと第２電極１５の透過率が低下し、０．５ｎｍより小さいと第１層１３が連続膜になりにくくＡｇの光学吸収を抑える効果が得にくくなる。

次に、有機発光素子の他の構成要件について説明する。基板１０は、ガラス、またはプラスチックのような誘電体を用いることができる。また、基板１０は、支持基板と、その上に設けられたスイッチング素子と、その上に設けられた絶縁層とで構成されるものであってもよい。なお、スイッチング素子は例えば、ＴＦＴなどのトランジスタやＭＩＭを用いることができる。

第１電極１１は、反射率の高いものが好ましく、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｒ、またはそれらの合金などの金属層を、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の膜厚で用いることができる。この金属層は、蒸着法、スパッタリング法などの公知の方法で形成することができる。さらに第１電極１１は、金属層の光取り出し側に、酸化錫、酸化インジウム、酸化インジウム錫、酸化インジウム亜鉛等の透明酸化物導電層を積層する構成であってもよい。

有機化合物層１２は、少なくとも発光層を含み、必要に応じて正孔注入層、正孔輸送層、正孔ブロック層、電子注入層、電子輸送層、電子ブロック層、励起子ブロック層等の機能層を有し、各機能層は適当な順に積層されて構成されている。有機化合物層に用いられる各機能層を構成する材料は、公知の材料を用いることができる。

また、第２電極１５上に、上述した透明酸化物導電層、フッ化リチウムや有機発光素子を構成する材料などの有機化合物層、酸化アルミニウムや酸化シリコン、窒化シリコンなどの無機層、を光学調整層や保護層として設けることが可能である。

（第２実施形態）
本発明の有機発光素子は、発光装置や表示装置に用いることができる。本実施形態に係る発光装置や表示装置は、有機発光素子の発光を制御する制御回路をさらに有し、有機発光素子を例えば、パッシブ駆動あるいはアクティブマトリクス駆動で発光させる。アクティブマトリクス駆動の場合、トランジスタやＭＩＭなどのスイッチング素子を備えている。

発光装置としては、照明装置や電子写真方式の画像形成装置の露光光源、液晶表示装置のバックライトなどが挙げられる。照明装置に用いる場合、有機発光素子は１つでもよいし、複数でもよい。電子写真方式の画像形成装置の露光光源には複数の有機発光素子を利用することが好ましい。画像形成装置は、露光光源と、露光光源によって潜像が形成される感光体と、感光体を帯電する帯電手段と、を有している。

図２（ａ）は、本実施形態に係る表示装置の斜視模式図である。本実施形態の表示装置は、有機発光素子を備える画素１を複数有している。そして、複数の画素１はマトリックス状に配置され、表示領域２を形成している。なお、画素とは、１つの発光素子の発光領域に対応した領域を意味している。本実施形態の表示装置では、発光素子は、有機発光素子であり、画素１のそれぞれに１つの色の有機発光素子が配置された表示装置である。有機発光素子の発光色としては、赤色、緑色、青色が挙げられ、そのほかに黄色、シアンでもよい。また、本実施形態の表示装置には、発光色の異なる複数の画素（例えば赤色を発する画素、緑色を発する画素、及び青色を発する画素）からなる画素ユニットが複数配列されている。画素ユニットとは、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。

図２（ｂ）には、図２（ａ）のＡ−Ｂ線における部分断面模式図である。１つの画素は、基板１０上に、第１電極１１と、有機化合物層１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂと、第２電極１５と、を備える有機発光素子３を有している。本発明の有機発光素子３は発光層から放射されて第１電極１１に向かう光を反射する反射面を第１電極１１に有し、第２電極１５から光を出す構成であり、いわゆるトップエミッション型の表示装置である。なお、基板１０側から光を取り出すボトムエミッション型の表示装置にも本発明の有機発光素子は適用することができる。

また、有機化合物層１２Ｒは赤色を発する有機化合物層、有機化合物層１２Ｇは緑色を発する有機化合物層、有機化合物層３Ｂは青色を発する有機化合物層である。有機化合物層１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂはそれぞれ、赤色、緑色、青色を発する画素（有機発光素子３）に対応してパターン形成されている。なお、有機化合物層１２の発光層以外は各画素に共通で形成されていてもよい。また、第１電極１１も、隣の画素（有機発光素子３）の第１電極１１と分離されて形成されている。なお、第１電極１１と第２電極１５とが異物によってショートするのを防ぐために、画素（より具体的には、第１電極１１）間に絶縁層２０が設けられている。さらに、第２電極１５の上には、有機発光素子を水分等から保護するための保護層３０が設けられている。

なお、本実施形態の表示装置は、画素１の有機発光素子３の発光層が白色発光層である構成では、各画素に共通で形成されていてもよい。その場合、カラーフィルター等を用いてカラー表示するようにしてもよい。

この表示装置は、テレビ受像機、パーソナルコンピュータの表示部に用いられる。この他に、本実施形態の表示装置は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置の表示部や電子ビューファインダに配置されていてもよい。撮像装置は、撮像するための撮像光学系やＣＭＯＳセンサなどの撮像素子をさらに有している。

また、本実施形態の表示装置は、携帯電話の表示部、携帯ゲーム機の表示部等に配置されていてもよいし、さらには、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に配置されていてもよい。

また、本実施形態の表示装置は、画像形成装置の操作パネル部に配置されてもよい。画像形成装置は、上述したように、露光光源と、露光光源によって潜像が形成される感光体と、感光体を帯電する帯電手段と、をさらに有している。

本発明の、第１層と第２層の積層で構成される積層膜を、有機化合物層に積層した構成の光吸収率の測定結果を示す。

（参考例１）
本参考例は、ガラス基板上に有機化合物層を形成し、その上に、ＡｇとＣｓとが含まれる層を第１層として形成し、さらにその上に、第２層として膜厚の異なるＡｇ薄膜層を形成した例である。

ガラス基板（縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ０．９ｍｍ）上に有機化合物層として下記化合物１を膜厚２０ｎｍで形成した。その上に、第１層としてＡｇとＣｓの原子数比率が１：０．０１０で含まれる層を４ｎｍで形成した。この第１層は、ＡｇとＣｓ_２ＣＯ_３の共蒸着法により形成した。第１層の成膜時の真空チャンバー内の真空度は、５×１０^−４Ｐａ以下であった。なお、Ａｇに対するＣｓの原子数比率は有効数字は２桁で表現する。

次に、第１層の上に、第２層としてＡｇ薄膜層を膜厚５，１０，１５，２０，２５，３０ｎｍとなるようにそれぞれ形成した。この第２層は蒸着法により形成した。第２層の成膜時の真空チャンバー内の真空度は、５×１０^−４Ｐａ以下であった。

次に、ガラス基板上に成膜した積層膜の大気中での変質を防ぐため、窒素雰囲気下にて、ガラス基板の成膜面を、乾燥材をいれた封止ガラス（縦１８ｍｍ×横１８ｍｍ×厚さ０．７ｍｍ）とＵＶ硬化樹脂とを用いて封止した。

（参考例２）
本参考例は、第１層としてＡｇとＣｓの原子数比率が１：０．１３で含まれる層を４ｎｍで形成した点が、参考例１と異なる。その他の条件は参考例１と同様である。

（比較例１）
本比較例は、第１層を形成せずに第２層のみを形成した点が参考例１と異なる。その他の条件は参考例１と同様である。

＜透過率・反射率・光吸収率の測定＞
参考例１，２及び比較例１の透過率、反射率および光吸収率を測定した。透過率、反射率の測定は、ＳｏｌｉｄＳｐｅｃ−３７００（株式会社 島津製作所）を用いて行い、光吸収率は１００−（透過率＋反射率）として算出した。なお、透過率測定時に用いる透過光の入射角度は０度、反射率測定時の反射光の入射角度は５度の条件で行った。

図３に、参考例１，２と、比較例１の４６０ｎｍ（青色領域）と５２０ｎｍ（緑色領域）と６２０ｎｍ（赤色領域）における光吸収率を算出した結果を示す。図３より、有機化合物上に直接Ａｇ膜を設けた構成より、ＡｇとＣｓを含む第１層を設けた構成では、Ａｇの膜厚が５ｎｍ以上２５ｎｍ以下で少なくとも青色領域での光吸収率は低く、緑色領域、赤色領域の光吸収率は同じか低くなっている。Ａｇの膜厚が２５ｎｍより大きくなると、青色領域での光吸収率は、第１層のＡｇとＣｓ原子数比率が１：０．１３であると第１層を設けた構成の方が第１層を設けない構成よりも高くなっている。このことから、ＡｇとＣｓを含む第１層を設けることで、膜厚２５ｎｍ以下のＡｇからなる第２層の光吸収を抑えることができると分かる。

（参考例３）
本参考例は、ガラス基板上に上記化合物１を膜厚２０ｎｍで形成し、その上に、ＡｇとＣｓを含む第１層を膜厚４ｎｍで形成し、さらにその上に、第２層としてＡｇを膜厚１０ｎｍで形成した。ここで、第１層はＡｇとＣｓの原子数比率が１：０．０１０から１：４．０の範囲内で異なる濃度でそれぞれ形成した。具体的には、その原子数比率が１：０．０１０，１：０．０２５，１：０．０５５，１：０．１３，１：０．３４，１：０．５１，１：０．７５，１：１．２，１：２．０，１：４．０となるように形成した。その他の条件は参考例１と同様である。

（比較例２）
本比較例は、比較例１のうち、第２層としてＡｇを膜厚１０ｎｍで形成したものである。その他の条件は比較例１と同様である。

（比較例３）
本比較例は、第一層としてＣｓ_２ＣＯ_３のみを４ｎｍで形成した点が参考例３と異なる。その他の条件は参考例３と同様である。

＜透過率・反射率・光吸収率の測定＞
参考例３及び比較例２，３の透過率、反射率および光吸収率を、参考例１，２及び比較例１と同様の方法で測定した。

図４に、参考例３より得られた透過率、反射率を元に、４６０ｎｍと５２０ｎｍと６２０ｎｍの光吸収率を算出した結果を示す。なお、図４（ｂ）は図４（ａ）における、ＡｇとＣｓの原子数比率が１：０．０１０乃至１：０．２０の範囲の拡大図である。また、表１に、比較例２，３より得られた透過率、反射率を元に、４６０ｎｍと５２０ｎｍと６２０ｎｍの光吸収率を算出した結果を示す。

図４および表１より、有機化合物層上に直接第２層を設けた構成や第１層としてＣｓ_２ＣＯ_３のみからなる層を形成した構成より、第１層がＡｇとＣｓとを含む構成の方が、光吸収率が低下することが分かる。好ましくはＡｇとＣｓの原子数比率が１：０．０１０から１：４．０の範囲内となるように形成された第１層を設ける構成がよい。さらに、ＡｇとＣｓの原子数比率が１：０．０５から１：１．２の範囲内となるように形成された第１層を設けた構成の方が、光吸収率がより低下することが分かる。

（実施例１）
本実施例は、青色を発する有機発光素子の例で、図１にその構成例が示されている。まず、ガラス基板１０上に、アルミニウム合金（ＡｌＮｄ）を１００ｎｍの膜厚でスパッタリング法にて成膜し、酸化インジウム錫をスパッタリング法にて４０ｎｍの膜厚で成膜し、第１電極１１を形成した。

次に、有機化合物層１２を形成する。まず、下記化合物２を８０ｎｍの膜厚となるように成膜して第１正孔輸送層を形成した。次に、下記化合物３を１０ｎｍの膜厚となるように成膜して第２正孔輸送層を形成した。次に、下記化合物４と下記化合物５とをそれぞれ成膜速度０．９８Å／ｓ、０．０２Å／ｓで共蒸着し、膜厚２５ｎｍの発光層を形成した。次に、下記化合物６を１０ｎｍの膜厚になるように成膜して、第１電子輸送層を形成した。次に、上記化合物１を３０ｎｍの膜厚になるように成膜して、第２電子輸送層を形成した。

次に、第２電極１５の第１層１３として、ＡｇとＣｓ_２ＣＯ_３の共蒸着法により、ＡｇとＣｓの原子数比率が１：０．０１０となる層を膜厚４ｎｍで形成した。次に、第２電極１５の第２層としてＡｇを蒸着法により膜厚１０ｎｍで形成した。

有機化合物層１２、第２電極１５の成膜時、真空チャンバー内の真空度は５×１０^−４Ｐａ以下であった。

最後に、ガラス基板上に成膜した層の大気中での変質を防ぐため、窒素雰囲気下にて、ガラス基板の成膜面を、乾燥材をいれた封止ガラス（縦１８ｍｍ×横１８ｍｍ×厚さ０．７ｍｍ）とＵＶ硬化樹脂とを用いて封止した。

（実施例２）
本実施例は、第１層１３のＡｇとＣｓの原子数比率が１：０．１３となるように形成した点が実施例１とは異なる。その他、成膜条件および封止方法については、実施例１と同様である。

（比較例４）
本比較例は、第２電極１５の第１層１３として、Ｃｓ_２ＣＯ_３のみからなる層を形成した点が実施例１と異なる。その他、成膜条件および封止方法については、実施例１と同様である。

（素子評価）
実施例１，２および比較例４で作成した青色有機発光素子について、発光効率と色度を測定した。発光効率の測定は、ＴＯＰＣＯＮ社製ＢＭ７−Ｆａｓｔを用い、色度の測定は、ＴＯＰＣＯＮ社製ＳＲ−３を用いて、それぞれ行った。

表２に、実施例１，２及び比較例４の第２電極１５の構成における図４および表１で示した４６０ｎｍの光吸収率と、実施例１，２および比較例４より得られた発光効率と色度を示す。ここで、Ａｇ：Ｃｓ＝０：１．０とは、第１層１３がＣｓ_２ＣＯ_３のみで形成されたものを表している。また、発光効率および色度は、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２時のものである。表２より、光吸収率と発光効率に相関があり、光吸収率の低い第２電極１５の構成を用いることで、高い発光効率を得られることが分かる。

このことから、第２電極１５において、第２層１４に用いられるＡｇの薄膜時の光吸収を抑制するＡｇとＣｓからなる層を第１層１３に用いることで、高い発光効率を持つ有機発光素子が得られることが分かる。

１０ 基板
１１ 第１電極
１２ 有機化合物層
１３ 第１層
１４ 第２層
１５ 第２電極

Claims (8)

1. 基板の上に、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に配置される発光層を有する有機化合物層と、を有し、前記第２電極側から光を出射する有機発光素子であって、
   前記第２電極は、前記基板側から第１層と、前記第１層に接する第２層と、を順に有し、
   前記第２層はＡｇからなる層であり、
   前記第２層の膜厚は５ｎｍ以上２５ｎｍ以下であり、
   前記第１層はＡｇとＣｓとを含む層であり、
   前記第１層に含まれるＡｇとＣｓの原子数比率が、１：０．０１０から１：１．２の範囲内であることを特徴とする有機発光素子。
2. 前記第１層に含まれるＡｇとＣｓの原子数比率が、１：０．０５５から１：１．２の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
3. 請求項１または２に記載の有機発光素子と、前記有機発光素子の発光を制御する制御回路と、を有する発光装置。
4. 感光体と、前記感光体を帯電する帯電手段と、前記感光体を露光する露光光源と、を有し、前記露光光源は請求項３に記載の発光装置を有することを特徴とする画像形成装置。
5. 互いに異なる色を発する複数の有機発光素子と、前記有機発光素子の発光を制御する制御回路と、を有する表示装置であって、
   前記有機発光素子が、請求項１または２に記載の有機発光素子であることを特徴とする表示装置。
6. 請求項５に記載の表示装置と、撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
7. 請求項１または２に記載の有機発光素子を有することを特徴とする照明装置。
8. 電子写真方式の画像形成装置に設けられる露光光源であって、
   前記露光光源は、請求項１または２に記載の有機発光素子を有することを特徴とする露光光源。

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