JP2020136145A

JP2020136145A - 有機ｅｌ素子及び発光装置

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Publication number: JP2020136145A
Application number: JP2019030064A
Authority: JP
Inventors: 幸司石津谷; Koji Ishizuya; 博晃佐野; Hiroaki Sano
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2020-08-31
Also published as: US11502276B2; US20200274103A1

Abstract

【課題】信頼性の低下やコストアップなしに、保護層の凹凸形状による迷光を抑制することで、発光領域の光にじみや混色が抑制された有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】第一の電極１と、第二の電極２と、第一の電極１と第二の電極２の間に配置される有機化合物層３と、を有する有機ＥＬ素子であって、第一の電極１と第二の電極２のうちの光出射側の電極２の光出射側に、保護層６、平坦化層７をこの順で有し、保護層６は、平坦化層７側の面に凹凸形状を有し、平坦化層７は、保護層６に接し、かつ保護層６と反対側の面が平坦であり、平坦化層７の屈折率は、保護層６の屈折率以下、平坦化層７に接する光出射媒質１１の屈折率以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ素子及び有機ＥＬ素子を有する発光装置に関する。

有機ＥＬ素子は、一対の電極とその間に配置されている有機化合物層とを有する発光素子である。有機ＥＬ素子は、面発光特性、軽量、視認性といった優れた特徴を生かし薄型ディスプレイや照明器具、ヘッドマウントディスプレー、電子写真方式プリンタのプリントヘッド用光源など発光装置としての実用化が進んでいる。
有機ＥＬ発光装置の高精細化の要求は高まっており、特に白色有機ＥＬ素子とカラーフィルタを使った方式（以後、白＋ＣＦ方式）が知られている。白＋ＣＦ方式は、有機ＥＬ素子が発する白色光の出射方向に、吸収する光の波長分散が異なるカラーフィルタを複数設置する方式である。例えば、カラーフィルタ透過後の発光色が赤、緑、青になるように各色カラーフィルタを形成することにより、加法混色によるフルカラー表示が可能となる。白＋ＣＦ方式は発光素子単位で有機化合物層を成膜しなくてもよいため、発光素子の高精細化が容易である。
ところで高精細化した有機ＥＬ発光装置において、設計上の発光領域よりも実際の発光領域が大きくなるという、発光領域の光にじみが課題となっている。さらに、白＋ＣＦ方式の有機ＥＬ表示装置おいては、発光色の色純度の低下が課題となっている。このような課題の要因の一つとして、保護層の凹凸形状によって発生する迷光が挙げられる。
一般的に、有機ＥＬ素子で発光した光のうち、空気中に取り出される光は２０％程度で、残りの８０％程度は、有機化合物層中や保護層中を導波する導波光となることが知られている。導波光は、下部電極、絶縁層、上部電極、保護層等での反射によって、発光装置内を基板面と水平な方向に導波する。下部電極、上部電極、保護層等の各面が各々平行な場合は、導波光は発光装置の基板面と平行な方向に導波しやすい。一方で、導波条件とならない構造がある場合には、導波光は反射や屈折や散乱によって迷光となり、迷光の一部は基板面と垂直な方向に進行する。この迷光により、発光領域の光にじみ、発光色の色純度の低下が発生する。
特許文献１には、保護層とカラーフィルタとの間に接着層を設けることが開示されているが、保護層の凹凸形状は特に課題とされていない。

特開２０１２−２１６４９５号公報

迷光の発生を抑制するためには、有機ＥＬ素子の保護層の凹凸形状における反射や散乱や屈折を抑制することが必要となる。反射や散乱や屈折を抑制する手段の一つとして、保護層の凹凸形状を除去する方法がある。例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）法などで保護層の表面を研磨することにより、凹凸形状を平坦化することは可能である。しかしながらＣＭＰ法により保護層の研磨を行なえば、保護層が薄くなるため、保護層の防水性能が低下し、信頼性が問題となる。また、前もって保護層を厚く形成したのち、ＣＭＰ法によって研磨することは可能ではあるが、保護層の形成時間が長くなるためコストアップが問題となる。
そこで、本発明は、信頼性の低下やコストアップなしに、保護層の凹凸形状による迷光を抑制することで、発光領域の光にじみや混色が抑制された有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。

本発明の有機ＥＬ素子は、第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極の間に配置される有機化合物層と、を有する有機ＥＬ素子であって、
前記第一の電極と前記第二の電極のうちの光出射側の電極の光出射側に、保護層、平坦化層をこの順で有し、
前記保護層は、前記平坦化層側の面に凹凸形状を有し、
前記平坦化層は、前記保護層に接し、かつ前記保護層と反対側の面が平坦であり、
前記平坦化層の屈折率は、前記保護層の屈折率以下、前記平坦化層に接する光出射媒質の屈折率以上であることを特徴とする。
本発明の有機ＥＬ素子は、第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極の間に配置される有機化合物層と、を有する有機ＥＬ素子であって、
前記第一の電極と前記第二の電極のうちの光出射側の電極の光出射側に、保護層、平坦化層をこの順で有し、
前記保護層は、前記平坦化層側の面に凹凸形状を有し、
前記平坦化層は、前記保護層に接し、かつ前記保護層と反対側の面が平坦であり、
前記保護層は、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物、チタン酸化物のうち少なくとも一つからなり、
前記平坦化層は、酸化チタン、酸化ジルコン、ダイヤモンド、窒化シリコンチタン酸バリウムのうち少なくとも一つと、高分子材料とを含む複合材料、もしくは硫黄、臭素、ヨウ素、リンのうち少なくとも一つの元素を含有する高分子材料からなり、
前記平坦化層に接する光出射媒質は、無機材料または有機材料からなることを特徴とする。

本発明によれば、信頼性の低下やコストアップなしに、保護層の凹凸形状による迷光を抑制することが可能である。そのため、発光領域の光にじみが抑制された有機ＥＬ素子、もしくは混色が抑制された高色純度の有機ＥＬ素子の提供が可能となる。

実施形態１に係る発光装置の一例を示す断面図である。実施形態２に係る発光装置の一例を示す断面図である。実施形態２の比較例を示す断面図である。実施形態２に係る発光装置の他の例を示す断面図である。本実施形態に係る表示装置の一例を示す断面模式図である。本実施形態に係る表示装置の一例を表す模式図である。本実施形態に係る表示装置の一例を表す模式図である。本実施形態に係る撮像装置の一例を表す模式図である。本実施形態に係る携帯機器の一例を表す模式図である。本実施形態に係る照明装置の一例を示す模式図である。本実施形態に係る移動体の一例を示す模式図である。

≪有機ＥＬ素子、発光装置≫
以下、本発明の有機ＥＬ素子、発光装置の好適な実施形態について図面を参照して説明する。尚、本明細書で特に図示又は記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知又は公知技術を適用する。また、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

＜実施形態１＞
図１は、複数の発光素子を有し、発光素子の少なくとも一つは本発明の有機ＥＬ素子である発光装置の一実施形態の構成を表す断面模式図である。図１の発光装置は、基板１の上に少なくとも第一の有機ＥＬ素子１００が形成されている。第一の有機ＥＬ素子１００は、第一の電極（下部電極）２と第二の電極（上部電極）４の間に配置される有機化合物層３を有する。また、第一の有機ＥＬ素子１００は、光出射側の電極である上部電極４の光出射側に、保護層６、平坦化層７、光出射媒質１１をこの順で有する。また、図１のように、第二の有機ＥＬ素子２００や第三の有機ＥＬ素子３００を設けることも可能である。以下、本実施形態について詳細を説明する。尚、本実施形態においては、下部電極２は陽極であり、上部電極４は陰極としたが、下部電極２が陰極で、上部電極４が陽極であってもよい。

［基板１］
基板１は下部電極２、有機化合物層３、上部電極４を支持できる材料で形成され、石英、ガラス、シリコンウエハ、樹脂、金属などが好適である。基板１にはトランジスタ等のスイッチング素子や配線や層間絶縁膜（不図示）などが形成されていても良い。層間絶縁膜としては、下部電極２と配線の導通を確保するために、コンタクトホールを形成可能で、かつ接続しない配線との絶縁を確保できれば、材料は問わない。例えば、ポリイミド等の樹脂、酸化シリコン、窒化シリコンなどを用いることができる。

［下部電極２（陽極）］
第一の有機ＥＬ素子１００の下部電極２は発光効率の観点から可視光の反射率が５０％以上の金属材料であることが好ましい。具体的には、ＡｌやＡｇなどの金属、それらにＳｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｔｉなどを添加した合金を使用できる。また下部電極２は光出射側の表面にバリア層を有してもよい。バリア層の材料としては、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕの金属やその合金、またはＩＴＯ、ＩＺＯなどの透明導電酸化物が好ましい。下部電極２の形成には、フォトリソグラフィ技術を用いることができる。

また、第二の有機ＥＬ素子２００、第三の有機ＥＬ素子３００を形成する場合には、それぞれの下部電極２は電気的に分離されている。また、光学干渉の最適化のため、下部電極２の透明導電酸化物の膜厚は、第一の有機ＥＬ素子１００、第二の有機ＥＬ素子２００、第三の有機ＥＬ素子３００のそれぞれで異なっていても構わない。

［有機化合物層３］
有機化合物層３は、第一の有機ＥＬ素子１００の下部電極２上に配置されている。有機化合物層３は、少なくとも発光層を含む層であり、複数の層から構成されていてもよい。複数の層としては、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、発光層、正孔ブロック層、電子輸送層が挙げられる。有機化合物層３は、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において再結合することで、発光層から光を出射する。発光層の構成は単層でも複数層でもよい。各発光層のいずれかに赤色発光材料、緑色発光材料、青色発光材料を有することができ、各発光色を混合することで、白色光を得ることも可能である。また、各発光層のいずれかに、青色発光材料と黄色発光材料などの補色同士の関係の発光材料を有していてもよい。

第二の有機ＥＬ素子２００、第三の有機ＥＬ素子３００を形成する場合は、第一の有機ＥＬ素子１００の下部電極２、第二の有機ＥＬ素子２００の下部電極２及び第三の有機ＥＬ素子３００の下部電極２にまたがって有機化合物層３が配置されていてもよい。また、第一の有機ＥＬ素子１００、第二の有機ＥＬ素子２００、第三の有機ＥＬ素子３００の有機化合物層３のすべてもしくは一部が素子ごとにパターニングされていても構わない。

電子注入層（不図示）を有機化合物層３と上部電極４の間に設けてもよい。電子注入層は電子供与性の高い化合物を用いることが好ましい。電子供与性が高い化合物としては、たとえばリチウム、セシウムを始めとするアルカリ金属、カルシウム、バリウムを始めとするアルカリ土類金属などの電子供与性の高い金属やその化合物を含むことが好ましい。またそれら金属と有機化合物が結合した有機金属錯体であってもよい。これらの材料は、単一層であってもよいし、電子輸送層の有機化合物との混合膜であってもよい。

有機化合物層３の形成には、真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング、プラズマ等のドライプロセスを用いることができる。またドライプロセスに代えて、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、ディッピング、キャスト法、ＬＢ法、インクジェット法等）により層を形成するウェットプロセスを用いることもできる。

ここで真空蒸着法や溶液塗布法等によって層を形成すると、結晶化等が起こりにくく経時安定性に優れる。また塗布法で成膜する場合は、適当なバインダー樹脂と組み合わせて膜を形成することもできる。バインダー樹脂としては、ポリビニルカルバゾール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、尿素樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらバインダー樹脂は、ホモポリマー又は共重合体として一種類を単独で使用してもよいし、二種類以上を混合して使用してもよい。さらに必要に応じて、公知の可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤を併用してもよい。

［上部電極４（陰極）］
上部電極４は、第一の有機ＥＬ素子１００の有機化合物層３上に配置されていて、透光性を有している。また上部電極４はその表面に到達した光の一部を透過するとともに他の一部を反射する性質（すなわち半透過反射性）を持った半透過材料であってもよい。上部電極４を構成する材料は、例えば、透明導電酸化物のような透明材料や、アルミニウムや銀や金などの単体金属、リチウムやセシウムなどのアルカリ金属、マグネシウムやカルシウムやバリウムなどのアルカリ土類金属、これらの金属材料を含んだ合金材料からなる半透過材料から構成される。半透過材料は特にマグネシウムや銀を主成分とする合金が好ましい。合金の比率は問わない。例えば、１：１であってよい。

また、これらの電極物質は一種類を単独で使用してもよいし、二種類以上を併用して使用してもよい。また上部電極４は一層構成でもよく、多層構成でもよい。

上部電極４の形成方法としては、真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング、プラズマ等のドライプロセスを用いることができる。またドライプロセスに代えて、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、ディッピング、キャスト法、ＬＢ法、インクジェット法等）により層を形成するウェットプロセスを用いることもできる。

第二の有機ＥＬ素子２００、第三の有機ＥＬ素子３００を形成する場合は、第一の有機ＥＬ素子１００の有機化合物層３、第二の有機ＥＬ素子２００の有機化合物層３及び第三の有機ＥＬ素子３００の有機化合物層３に跨って上部電極４が配置されていてもよい。

［絶縁層５］
本実施形態に係る発光装置は、第一の有機ＥＬ素子１００の外周部に、絶縁層５が設けられていてもよい。すなわち、絶縁層５は第一の有機ＥＬ素子１００の下部電極２の端部を覆うように設けられており、下部電極２の一部が露出するように開口部を設けてある。絶縁層５は第一の発光領域１０２を正確に所望の形状にするために形成する。絶縁層５を設けない場合には、下部電極２の形状により第一の発光領域１０２が規定される。絶縁層５は、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）、またはシリコン酸化物（ＳｉＯ）など無機材料で形成される。形成にはスパッタリング法や化学気相堆積法（ＣＶＤ法）など公知の技術を用いて形成が可能である。また絶縁層５はアクリル樹脂やポリイミド樹脂のような有機材料を用いて形成することも可能である。

［保護層６］
本実施形態に係る有機ＥＬ発光装置は、保護層６が少なくとも第一の有機ＥＬ素子１００を覆うように形成されている。保護層６は透光性を有し、外部からの酸素や水分の透過性が極めて低い無機材料を含むことが好ましく、特にシリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、アルミニウム酸化物（Ａｌ₂Ｏ₃）、チタン酸化物（ＴｉＯ₂）などの無機材料が好ましい。特に封止性能の面において、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ，Ａｌ₂Ｏ₃の無機材料が好ましい。保護層６の形成には化学気相堆積法（ＣＶＤ法）、原子層堆積法（ＡＬＤ法）、スパッタリング法を用いることが好ましい。保護層６は十分な水分遮断性能があれば、単層構造であっても、上記材料や形成手法を組み合わせた積層構造であってもよい。

第二の有機ＥＬ素子２００、第三の有機ＥＬ素子３００を形成する場合には、第一の有機ＥＬ素子１００の上部電極４、第二の有機ＥＬ素子２００の上部電極４及び第三の有機ＥＬ素子３００の上部電極４上に跨って共通に保護層６が配置されていてもよい。

また保護層６の平坦化層側の面には、保護層６の平坦化層７側とは反対側に形成された構造体の形状にならって凹凸形状２０が形成されている。例えば絶縁層５が設けられている場合、絶縁層５の形状にならった凹凸形状２０が、保護層６の平坦化層７側の面に形成される。また、絶縁層５が形成されていない場合には、下部電極２の形状にならった凹凸形状２０が、保護層６の平坦化層７側の面に形成される。これらの場合、凹凸形状２０は、平面視において、第一の発光領域１０２の外周領域に形成される。また、第一の有機ＥＬ素子１００と第二の有機ＥＬ素子２００と第三の有機ＥＬ素子３００の有機化合物層３の層厚が異なる、即ち光学干渉構造が異なる場合、凹凸形状２０は、平面視において、隣接するそれぞれの有機ＥＬ素子１００，２００，３００の境界領域付近に形成される。

［平坦化層７］
平坦化層７は保護層６上に接して形成されている。平坦化層７の保護層６と反対側の面、即ち光出射媒質１１側の面は平坦な形状となっている。平坦化層７の保護層６側の面は、保護層６の凹凸形状２０にならった形状となっている。

平坦化層７はスピンコート法、ディップコート法、スリットコート法、ブレードコート法などのウエットプロセスで形成されることが好ましい。ウエットプロセスで行なうことにより平坦化層７の光出射媒質１１側の面を平坦にすることが容易となる。ウエットプロセスで形成された平坦化層７は形成後に加熱やＵＶ照射などによって硬化させることが好ましい。

平坦化層７を構成する材料としては、酸化チタン、酸化ジルコン、ダイヤモンド、窒化シリコンチタン酸バリウムのうち少なくとも一つと、高分子材料とを含む複合材料、例えば高分子材料中に、酸化チタン等を分散させた複合材料が好ましい。分散させる材料は散乱を低減するため、粒径が２５ｎｍ以下であることが好ましい。もしくは硫黄、臭素、ヨウ素、リンのうち少なくとも一つの元素を含有する高分子材料で形成されていることが好ましい。高分子材料としては、例えば、アクリル樹脂等が挙げられる。

［光出射媒質１１］
光出射媒質１１は平坦化層７と接している媒質である。光出射媒質１１は、発光装置１０から発光光を出射するため透光性を有する材料で形成されていればよく、無機材料および有機材料のどちらでも構わなく、空気、窒素などの気体であってもよい。また、本実施形態において、光出射媒質１１は有機ＥＬ素子を構成する部材であるが、本発明はこれに限定されない。光出射媒質１１は平坦化層７と接している媒質であれば、例えば、有機ＥＬ素子の周りに存在する気体等、有機ＥＬ素子を構成する部材でなくてもよい。よって、光出射媒質が気体である場合、有機ＥＬ素子の構成部材としての気体を封入した層であってもよいし、有機ＥＬ素子の周りに存在する外気であってもよい。

［屈折率］
平坦化層７の屈折率は、保護層６の屈折率以下、光出射媒質１１の屈折率以上となっている。これにより本実施形態の発光装置においては、発光した光のにじみを抑制することが可能となる。本実施形態では、第一の有機ＥＬ素子１００で発光した光２２，２３の導波光が保護層６の凹凸形状２０の平坦化層７との界面において反射や散乱や屈折を起こしにくい。反射や散乱や屈折をした光は迷光となるため、発光装置１０の光出射側の基板面と垂直な方向から見た場合、設計した発光領域よりも実際には広がった発光パターンとなってしまう問題がある。本実施形態では、反射や散乱や屈折が起こりにくいため迷光が発生しにくい。したがって、設計した発光領域と同等の発光パターンを得ることが可能である。この観点より、保護層６と平坦化層７の屈折率差は小さいことが好ましい。特に屈折率差は０．５より小さいことが好ましい。

また、平坦化層７と光出射媒質１１での反射は、発光効率の観点から抑制することが好ましい。したがって、平坦化層７と光出射媒質１１の屈折率差も小さいことが好ましい。特に屈折率差は０．５より小さいことが好ましい。

尚、光出射媒質が有機ＥＬ素子を構成する部材である場合、保護層６、平坦化層７の屈折率は、「光出射媒質を透過後の発光スペクトルのピーク波長での屈折率」である。また、光出射媒質が有機ＥＬ素子を構成する部材である場合、保護層６、平坦化層７の屈折率は、「光出射媒質に出射された発光スペクトルのピーク波長での屈折率」である。また、光出射媒質の屈折率とは「光出射媒質の透過率が最大となる波長の屈折率」である。

＜実施形態２＞
図２は、複数の発光素子を有し、発光素子の少なくとも一つは本発明の有機ＥＬ素子である発光装置の一実施形態の構成を表す断面模式図である。本実施形態では、カラーフィルタ１０１，２０１，３０１が設けられている。図２において、８は充填層、９は対向基板である。

図２に示すように、第二の有機ＥＬ素子２００、第三の有機ＥＬ素子３００が、それぞれ第一の有機ＥＬ素子１００に隣接して設けられている。第一の有機ＥＬ素子１００の平坦化層７の光出射側には第一のカラーフィルタ１０１が設けられている。第二の有機ＥＬ素子２００の平坦化層７の光出射側には第二のカラーフィルタ２０１が設けられている。第三の有機ＥＬ素子３００の光出射側には第三のカラーフィルタ３０１が設けられている。第一のカラーフィルタ１０１、第二のカラーフィルタ２０１、第三のカラーフィルタ３０１は透過する光の波長成分が異なっており、それぞれのカラーフィルタを透過した光の色度が異なっている。

図２において、カラーフィルタは、平坦化層７に接して設けられている。すなわち、図２は、平坦化層７に接する光出射媒質としてカラーフィルタを設けた例である。そのため、平坦化層７の屈折率は、保護層６の屈折率以下、第一のカラーフィルタ１０１、第二のカラーフィルタ２０１及び第三のカラーフィルタ３０１の屈折率以上となっている。なお、カラーフィルタの屈折率とはカラーフィルタの透過率が最大となる波長の屈折率である。また保護層６に特に好適なＳｉＮの屈折率は２．０から２．１程度、カラーフィルタの屈折率は１．５から１．７程度であることから、カラーフィルタを平坦化層７上に直接形成する場合には、平坦化層７の屈折率は１．７以上、２．０以下が好ましい。

平坦化層７の屈折率が、保護層６の屈折率以下カラーフィルタ１０１、２０１、３０１の屈折率以上の範囲外であると、図３に示す様に、第一の有機ＥＬ素子１００で発光した光２２，２３の一部が第二の有機ＥＬ素子２００の保護層６の凹凸形状２０において迷光２４となり、第二のカラーフィルタ２０１を透過する。このような場合、第一のカラーフィルタ１０１の透過光２２に加えて第二のカラーフィルタ２０１の透過光（迷光２４）が混色するため第一の有機ＥＬ素子１００の発光色の色純度が低下してしまう。

一方、本実施形態では、実施形態１と同様に迷光の発生が抑制されている。図２に示すように、第一の有機ＥＬ素子１００で発光した光２２，２３は、保護層６の凹凸形状２０での迷光が発生しにくいため、隣接する第二の有機ＥＬ素子２００のカラーフィルタ２０１から出射される光が抑制される。従って、第一の有機ＥＬ素子１００で発光した光２２、２３のうち発光装置１０の基板面と垂直な方向に出射される成分は、カラーフィルタ１０１から出射される成分（光２２）が大半となり、第二のカラーフィルタ２０１から出射される成分が少ない。そのため、混色が少ない色純度が高い光を得ることが可能となる。

尚、図４のように光出射媒質１１上にカラーフィルタを形成する場合には、平坦化層７の屈折率は、保護層６の屈折率以下、光出射媒質１１の屈折率以上である。

カラーフィルタは特定の波長を吸収する色素材料で構成される。色素材料としては、ジスアゾ系材料、フタロシアニン系材料、ジオキサジン系材料、キナクリドン系材料、ペリレン系材料、アントラキノン系材料など、公知の材料を用いることができる。また色素材料を樹脂材料に分散させたものであってもよい。樹脂材料としては、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂など公知の材料を用いることができる。

カラーフィルタはカラーレジストを塗布し、リソグラフィによってパターニングされる。カラーレジストは、例えば光硬化性樹脂で構成され、紫外線等が照射された部位を硬化させることによりパターンを形成する。また、あらかじめカラーフィルタを形成した対向基板９を有機ＥＬ素子が形成された基板に対向するように組み合わせてもよい。対向基板９は、例えば上面、下面ともに平坦なガラス基板によって形成されてよく、対向基板９とカラーフィルタ１０１，２０１，３０１の間には、例えば光硬化性のアクリル樹脂等で形成された充填層８を配置してもよい。

本実施形態では、第一の有機ＥＬ素子１００、第二の有機ＥＬ素子２００、第三の有機ＥＬ素子３００のそれぞれを副画素とし、３つの副画素を一つの主画素と見なすことが可能である。副画素は、赤、緑、青の３種の色が特に好ましく、これら副画素の加法混色によりフルカラーの表示が可能となる。第一の有機ＥＬ素子１００、第二の有機ＥＬ素子２００、第三の有機ＥＬ素子３００の平面配列は、ストライブ配列、スクエア配列、デルタ配列、ベイヤー配列のいずれの方式でもよい。また主画素をマトリックス状に配置することにより、高画素数の有機ＥＬ表示装置が可能となる。

≪有機ＥＬ素子を用いた装置≫
本実施形態に係る有機ＥＬ素子は、表示装置や照明装置の構成部材として用いることができる。他にも、電子写真方式の画像形成装置の露光光源や液晶表示装置のバックライト、白色光源にカラーフィルターを有する発光装置等の用途がある。

表示装置は、エリアＣＣＤ、リニアＣＣＤ、メモリーカード等からの画像情報を入力する画像入力部を有し、入力された情報を処理する情報処理部を有し、入力された画像を表示部に表示する画像情報処理装置でもよい。また、撮像装置やインクジェットプリンタが有する表示部は、タッチパネル機能を有していてもよい。このタッチパネル機能の駆動方式は、赤外線方式でも、静電容量方式でも、抵抗膜方式であっても、電磁誘導方式であってもよく、特に限定されない。また表示装置はマルチファンクションプリンタの表示部に用いられてもよい。

本実施形態に係る有機ＥＬ素子はスイッチング素子の一例であるＴＦＴにより発光輝度が制御され、有機ＥＬ素子を複数面内に設けることでそれぞれの発光輝度により画像を表示することができる。尚、本実施形態に係るスイッチング素子は、ＴＦＴに限られず、低温ポリシリコンで形成されているトランジスタ、Ｓｉ基板等の基板上に形成されたアクティブマトリクスドライバーであってもよい。基板上とは、その基板内ということもできる。基板内にトランジスタを設けるか、ＴＦＴを用いるかは、表示部の大きさによって選択され、例えば０．５インチ程度の大きさであれば、Ｓｉ基板上に有機発光素子を設けることが好ましい。本実施形態に係る有機ＥＬ素子を用いた装置を用いることにより、良好な画質で、長時間表示にも安定な表示が可能になる。

＜表示装置＞
図５は、本実施形態に係る表示装置の一例を表す断面模式図であり、有機ＥＬ素子とこの有機ＥＬ素子に接続されるＴＦＴ素子とを有する表示装置の例を示す図である。ＴＦＴ素子は、能動素子の一例である。本実施形態に係る表示装置は、赤色、緑色、青色を有するカラーフィルタを有してよい。カラーフィルタは、当該赤色、緑色、青色がデルタ配列で配置されてよい。

図５の表示装置１０は、ガラス等の基板１とその上部にＴＦＴ素子１８又は有機化合物層３を保護するための防湿膜１２が設けられている。ＴＦＴ素子１８は、金属のゲート電極１３とゲート絶縁膜１４と半導体層１５とドレイン電極１６とソース電極１７とを有している。ＴＦＴ素子１８の上部には絶縁膜１９が設けられている。コンタクトホール２１を介して有機ＥＬ素子を構成する下部電極（陽極）２とソース電極１７とが接続されている。尚、有機ＥＬ素子に含まれる電極（下部電極２、上部電極（陰極）４）とＴＦＴに含まれる電極（ソース電極１７、ドレイン電極１６）との電気接続の方式は、図５に示される態様に限られるものではない。つまり上部電極４と下部電極２のうちいずれか一方と、ＴＦＴ素子のソース電極１７とドレイン電極１６のいずれか一方とが電気接続されていればよい。図５の表示装置１０では有機化合物層３を１つの層の如く図示をしているが、有機化合物層３は、複数層であってもよい。

図５の表示装置１０ではスイッチング素子としてトランジスタを使用しているが、これに代えてＭＩＭ素子をスイッチング素子として用いてもよい。また図５の表示装置１０に使用されるトランジスタは、単結晶シリコンウエハを用いたトランジスタに限らず、基板の絶縁性表面上に活性層を有する薄膜トランジスタでもよい。活性層として、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコンなどの非単結晶シリコン、インジウム亜鉛酸化物、インジウムガリウム亜鉛酸化物等の非単結晶酸化物半導体が挙げられる。尚、薄膜トランジスタはＴＦＴ素子とも呼ばれる。図５の表示装置１０に含まれるトランジスタは、Ｓｉ基板等の基板内に形成されていてもよい。ここで基板内に形成されるとは、Ｓｉ基板等の基板自体を加工してトランジスタを作製することを意味する。つまり、基板内にトランジスタを有することは、基板とトランジスタとが一体に形成されていると見ることもできる。

図６は、本実施形態に係る表示装置の一例を表す模式図である。表示装置１０００は、上部カバー１００１と下部カバー１００９との間に、タッチパネル１００３、表示パネル１００５、フレーム１００６、回路基板１００７、バッテリー１００８を有してよい。タッチパネル１００３および表示パネル１００５には、フレキシブルプリント回路ＦＰＣ１００２、１００４が接続されている。表示パネル１００５には、本実施形態に係る有機発光素子が用いられてよい。回路基板１００７には、トランジスタを含む回路が配置されている。バッテリー１００８は、表示装置が携帯機器でなければ、設けなくてよいし、携帯機器であっても、この位置に設ける必要はない。

図７は、本実施形態に係る表示装置の一例を表す模式図である。図７（ａ）は、テレビモニタやＰＣモニタ等の表示装置である。表示装置１３００は、額縁１３０１を有し表示部１３０２を有する。表示部１３０２には、本実施形態に係る有機ＥＬ素子が用いられてよい。また、表示装置１３００は、額縁１３０１と表示部１３０２を支える土台１３０３を有している。土台１３０３は、図７（ａ）の形態に限られない。額縁１３０１の下辺が土台を兼ねてもよい。また、額縁１３０１および表示部１３０２は、曲がっていてもよい。その曲率半径は、５０００ｍｍ以上６０００ｍｍ以下であってよい。図７（ｂ）の表示装置１３１０は、折り曲げ可能に構成されており、いわゆるフォルダブルな表示装置である。表示装置１３１０は、第一表示部１３１１、第二表示部１３１２、筐体１３１３、屈曲点１３１４を有する。第一表示部１３１１と第二表示部１３１２とは、本実施形態に係る有機ＥＬ素子を有してよい。第一表示部１３１１と第二表示部１３１２とは、つなぎ目のない１枚の表示装置であってよい。第一表示部１３１１と第二表示部１３１２とは、屈曲点で分けることができる。第一表示部１３１１、第二表示部１３１２は、それぞれ異なる画像を表示してもよいし、第一および第二表示部とで一つの画像を表示してもよい。

＜撮像装置＞
本実施形態に係る表示装置は、複数のレンズを有する光学部と、当該光学部を通過した光を受光する撮像素子とを有する撮像装置の表示部に用いられてよい。撮像装置は、撮像素子が取得した情報を表示する表示部を有してよい。また、表示部は、撮像装置の外部に露出した表示部であっても、ファインダ内に配置された表示部であってもよい。撮像装置は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラであってよい。

図８は、本実施形態に係る撮像装置の一例を表す模式図である。撮像装置１１００は、ビューファインダ１１０１、背面ディスプレイ１１０２、操作部１１０３、筐体１１０４を有してよい。ビューファインダ１１０１は、本実施形態に係る表示装置を有してよい。その場合、表示装置は、撮像する画像のみならず、環境情報、撮像指示等を表示してよい。環境情報には、外光の強度、外光の向き、被写体の動く速度、被写体が遮蔽物に遮蔽される可能性等であってよい。撮像に好適なタイミングはわずかな時間なので、少しでも早く情報を表示した方がよい。したがって、本発明の有機ＥＬ素子を用いた表示装置を用いるのが好ましい。有機ＥＬ素子は応答速度が速いからである。有機ＥＬ素子を用いた表示装置は、表示速度が求められる装置において、液晶表示装置よりも好適に用いることができる。撮像装置１１００は、不図示の光学部を有する。光学部は複数のレンズを有し、筐体１１０４内に収容されている撮像素子に結像する。複数のレンズは、その相対位置を調整することで、焦点を調整することができる。この操作を自動で行うこともできる。

＜電子機器＞
本実施形態に係る表示装置は、携帯端末等の電子機器の表示部に用いられてもよい。その際には、表示機能と操作機能との双方を有してもよい。携帯端末としては、スマートフォン等の携帯電話、タブレット、ヘッドマウントディスプレイ等が挙げられる。

図９は、本実施形態に係る電子機器の一例を表す模式図である。電子機器１２００は、表示部１２０１と、操作部１２０２と、筐体１２０３を有する。筐体１２０３には、回路、当該回路を有するプリント基板、バッテリー、通信部、を有してよい。操作部１２０２は、ボタンであってもよいし、タッチパネル方式の反応部であってもよい。操作部は、指紋を認識してロックの解除等を行う、生体認識部であってもよい。通信部を有する電子機器は通信機器ということもできる。

＜照明装置＞
図１０は、本実施形態に係る照明装置の一例を表す模式図である。照明装置１４００は、筐体１４０１と、光源１４０２と、回路基板１４０３と、光学フィルタ１４０４と、光拡散部１４０５と、を有してよい。光源１４０２は、本実施形態に係る有機ＥＬ素子を有してよい。光学フィルタ１４０４は光源１４０２の演色性を向上させるフィルタであってよい。光拡散部１４０５は、ライトアップ等、光源１４０２の光を効果的に拡散し、広い範囲に光を届けることができる。光学フィルタ１４０４、光拡散部１４０５は、照明の光出射側に設けられてよい。必要に応じて、最外部にカバーを設けてもよい。

照明装置は例えば室内を照明する装置である。照明装置は白色、昼白色、その他青から赤のいずれの色を発光するものであってよい。それらを調光する調光回路を有してよい。照明装置は本発明の有機ＥＬ素子とそれに接続される電源回路を有してよい。電源回路は、交流電圧を直流電圧に変換する回路である。また、白とは色温度が４２００Ｋで昼白色とは色温度が５０００Ｋである。照明装置はカラーフィルタを有してもよい。また、本実施形態に係る照明装置は、放熱部を有していてもよい。放熱部は装置内の熱を装置外へ放出するものであり、比熱の高い金属、液体シリコン等が挙げられる。

＜移動体＞
本実施形態に係る移動体は、機体と、機体に設けられている灯具を有する。図１１は、本実施形態に係る移動体の一例を表す模式図であり、車両用灯具の一例であるテールランプを有する自動車を示す図である。機体としての自動車１５００は、テールランプ１５０１を有し、ブレーキ操作等を行った際に、テールランプ１５０１を点灯する形態であってよい。テールランプ１５０１は、本実施形態に係る有機ＥＬ素子を有してよい。テールランプ１５０１は、有機ＥＬ素子を保護する保護部材を有してよい。保護部材はある程度高い強度を有し、透明であれば材料は問わないが、ポリカーボネート等で構成されることが好ましい。ポリカーボネートにフランジカルボン酸誘導体、アクリロニトリル誘導体等を混ぜてよい。自動車１５００は、車体１５０３、それに取り付けられている窓１５０２を有してよい。窓１５０２は、自動車１５００の前後を確認するための窓でなければ、透明なディスプレイであってもよい。当該透明なディスプレイは、本実施形態に係る有機ＥＬ素子を有してよい。この場合、有機ＥＬ素子が有する電極等の構成材料は透明な部材で構成される。

本実施形態に係る移動体は、船舶、航空機、ドローン等であってよい。移動体は、機体と当該機体に設けられた灯具を有してよい。灯具は、機体の位置を知らせるための発光をしてよい。灯具は本実施形態に係る有機ＥＬ素子を有する。

≪実施例１、比較例１≫
ＦＤＴＤによる波動光学シミュレーションによって、図２の構造（ただし、有機ＥＬ素子の数は２つである）における本発明の効果のシミュレーションを行った。

＜実施例１＞
実施例１のシミュレーションモデルの実施条件を表１に示す。

＜実施例２＞
実施例２のシミュレーションモデルの実施条件は、平坦化層７の屈折率を１．８とした以外は実施例１と同様である。

＜実施例３＞
実施例３のシミュレーションモデルの実施条件は、平坦化層７の屈折率を１．７とした以外は実施例１と同様である。

＜比較例１＞
比較例１のシミュレーションモデルの実施条件は、平坦化層７の屈折率を、カラーフィルタ１０１，２０１の屈折率よりも小さい１．５とした以外は実施例１と同様である。

＜シミュレーション結果の比較＞
第一の有機ＥＬ素子１００のみが発光した場合に、隣接する第二のカラーフィルタ２０１（緑色透過カラーフィルタ）から発光装置の基板面と垂直な方向に射出する緑色の発光強度の評価を行なった。実施例１と比較例１の結果を比較したところ、比較例１に対して実施例１では緑色の発光強度が４０％低下することを確認した。また実施例２と比較例１の結果を比較したところ、比較例１に対して実施例２では緑色の発光強度が３４％低下することを確認した。また実施例３と比較例１の結果を比較したところ、比較例１に対して実施例３では緑色の発光強度が２４％低下することを確認した。すなわち、実施例１から３の構成では、カラーフィルタ透過後の光において、赤色の発光に対して緑色の混色を抑制できることを確認した。したがって本発明の構成が高色純度の発光装置であることを確認することができた。

≪実施例４≫
図２に示す構成の発光装置を以下の手順で形成した。まず、基板１上に下部電極２としてアルミニウムをパターニングした。次に下部電極２間に絶縁層５を形成した。絶縁層５はシリコン酸化膜で形成し、絶縁層５の膜厚は６５ｎｍとした。各画素の絶縁層５の開口部（発光領域）の大きさは同じとした。

次に、下部電極２上に有機化合物層３を成膜した。具体的には、正孔注入層として下記化合物１を３ｎｍ成膜した。次に、正孔輸送層として、下記化合物２を１５ｎｍ、電子ブロック層として下記化合物３を１０ｎｍ成膜した。第一発光層は、ホスト材料として下記化合物４を質量比９７％、発光ドーパントとして下記化合物５を質量比３％となるように、１０ｎｍ成膜した。第２発光層は、ホスト材料として下記化合物４を質量比９８％、発光ドーパントとして下記化合物５と下記化合物６をそれぞれ質量比１％となるように、１０ｎｍ成膜した。電子輸送層は、下記化合物８を１００ｎｍ成膜した。電子注入層はフッ化リチウムを１ｎｍ成膜した。

次に、上部電極４としてＭｇＡｇ合金を１０ｎｍ製膜した。ＭｇとＡｇとの比率は１：１とした。
その後、保護層６としてＣＶＤ法にてＳｉＮ膜を２μｍの厚みで成膜した。保護層６は、光出射側に第一の有機ＥＬ素子１００、第二の有機ＥＬ素子２００及び第三の有機ＥＬ素子３００に形成された絶縁層５の形状にならった凹凸形状２０を有していた。
さらに平坦化層７として、酸化チタンのナノ粒子を分散させたポリマーをスピンコートにより３００ｎｍの厚みで成膜した。成膜後にＵＶを照射し硬化処理を行なった。平坦化層７の光出射側の面は平坦であった。

次にカラーフィルタを平坦化層７の上に形成した。カラーフィルタはＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅの３色を配置した。まず、第一の有機ＥＬ素子１００には第一のカラーフィルタ１０１としてＲｅｄのカラーフィルタを設けた。次に第二の有機ＥＬ素子２００には第二のカラーフィルタ２０１としてＧｒｅｅｎのカラーフィルタを設けた。次に第三の有機ＥＬ素子３００には第三のカラーフィルタ３０１としてＢｌｕｅのカラーフィルタを設けた。Ｒｅｄのカラーレジストにはアクリル系樹脂にペリレン系材料を分散したものを用いた。ＢｌｕｅおよびＧｒｅｅｎのカラーレジストにはアクリル系樹脂にフタロシアニン系材料を分散したものを用いた。
対向基板９は上面、下面ともに平坦なガラス基板によって形成され、対向基板９とカラーフィルタ１０１，２０１，３０１の間には、光硬化性のアクリル樹脂で形成された充填層８を配置した。

保護層６、平坦化層７、カラーフィルタ１０１，２０１，３０１の屈折率をエリプソメーターで測定したところ、表２に示す通りであった。

１：基板、２：第一の電極（下部電極）、３：有機化合物層、４：第二の電極（上部電極）、５：絶縁層、６：保護層、７：平坦化層、８：充填層、９：対向基板、１０：発光装置、１１：光出射媒質、２０：凹凸形状、２２，２３：光、２４：迷光、１００：第一の有機ＥＬ素子、２００：第二の有機ＥＬ素子、３００：第三の有機ＥＬ素子、１０１：第一のカラーフィルタ、２０１：第二のカラーフィルタ、３０１：第三のカラーフィルタ

Claims

第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極の間に配置される有機化合物層と、を有する有機ＥＬ素子であって、
前記第一の電極と前記第二の電極のうちの光出射側の電極の光出射側に、保護層、平坦化層をこの順で有し、
前記保護層は、前記平坦化層側の面に凹凸形状を有し、
前記平坦化層は、前記保護層に接し、かつ前記保護層と反対側の面が平坦であり、
前記平坦化層の屈折率は、前記保護層の屈折率以下、前記平坦化層に接する光出射媒質の屈折率以上であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
前記平坦化層は、酸化チタン、酸化ジルコン、ダイヤモンド、窒化シリコンチタン酸バリウムのうち少なくとも一つと、高分子材料とを含む複合材料、もしくは硫黄、臭素、ヨウ素、リンのうち少なくとも一つの元素を含有する高分子材料からなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極の間に配置される有機化合物層と、を有する有機ＥＬ素子であって、
前記第一の電極と前記第二の電極のうちの光出射側の電極の光出射側に、保護層、平坦化層をこの順で有し、
前記保護層は、前記平坦化層側の面に凹凸形状を有し、
前記平坦化層は、前記保護層に接し、かつ前記保護層と反対側の面が平坦であり、
前記保護層は、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物、チタン酸化物のうち少なくとも一つからなり、
前記平坦化層は、酸化チタン、酸化ジルコン、ダイヤモンド、窒化シリコンチタン酸バリウムのうち少なくとも一つと、高分子材料とを含む複合材料、もしくは硫黄、臭素、ヨウ素、リンのうち少なくとも一つの元素を含有する高分子材料からなり、
前記平坦化層に接する光出射媒質は、無機材料または有機材料からなることを特徴とする有機ＥＬ素子。
前記光出射媒質は、カラーフィルタであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
前記凹凸形状は、平面視において、発光領域の外周領域に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
前記凹凸形状は、前記保護層の前記平坦化層側とは反対側に形成された構造体の形状にならった形状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
前記平坦化層の屈折率は、１．７以上、２．０以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
複数の発光素子を有し、前記発光素子の少なくとも一つは、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子であることを特徴とする発光装置。
前記凹凸形状は、平面視において、隣接する発光領域の境界領域に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
前記保護層は、複数の前記発光素子に共通で形成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の発光装置。
複数の画素を有し、前記画素の少なくとも一つは、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ素子に接続されている能動素子とを有することを特徴とする表示装置。
複数のレンズを有する光学部と、前記光学部を通過した光を受光する撮像素子と、表示部と、を有し、
前記表示部は、前記撮像素子が取得した情報を表示する表示部であり、請求項１１に記載の表示装置を有することを特徴とする撮像装置。
筐体と、外部と通信する通信部と、表示部とを有し、
前記表示部は請求項１１に記載の表示装置を有することを特徴とする電子機器。
光源と、光拡散部または光学フィルタと、を有する照明装置であって、
前記光源は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を有することを特徴とする照明装置。
機体と、前記機体に設けられている灯具を有し、
前記灯具は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を有することを特徴とする移動体。