(57)【要約】【課題】外部量子効率を向上させ、かつ色再現性に優れた表示が可能な発光素子および表示装置を提供する。【解決手段】発光素子は、1ピクセルがＲ、Ｇ、Ｂを発光色とする複数のサブピクセルからなり、各サブピクセルが、反射電極と、前記光反射層の上に設けられた誘電体層と、前記誘電体層の上に設けられた発光層と、前記発光層の上に設けられた透明電極と、前記透明電極の上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられた透明層とを含む積層構造をした構成であり、前記各サブピクセルを２次元上に隣接配置してなる発光素子であって、  各サブピクセルとも、上記積層構造の厚みが等しく設定されており、一方、前記サブピクセルの内、発光色のスペクトル特性が減色系３原色のいずれかからズレているものにおいて、当該サブピクセル上に、色ズレを補正する色変換層が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
1ピクセルがＲ、Ｇ、Ｂを発光色とする複数のサブピクセルからなり、各サブピクセルが、第１電極と、発光層、第２電極、絶縁層、透明層をこの順に積層した構成であり
且つ、各サブピクセルとも上記第１電極から第２電極に至る積層構造の厚みが等しく設定されており、一方、前記サブピクセルの内、発光色のスペクトル特性が、本来要求される３原色の中の１色の発光スペクトルからズレているものにおいて、当該サブピクセルの前記積層構造より上に、色ズレを補正する色変換層が設けられていることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記発光層は、積層構造を有することを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記発光層は、有機ＥＬ発光体を含む有機ＥＬ層を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記発光層は、前記有機ＥＬ層を挟んでその両側に設けられた電子輸送層と正孔輸送層とをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記発光層と第１電極との間に、誘電体層を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発光素子。
【請求項６】
前記誘電体層は、第１電極で反射された光について透明であり、前記第２電極は透明電極であることを特徴とする請求項５に記載の発光素子。
【請求項７】
前記誘電体層及び第２の電極は、酸化物からなることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
前記酸化物は、ＩＴＯ又はＩＺＯのいずれかであることを特徴とする請求項７に記載の発光素子。
【請求項９】
前記絶縁層は、前記第２電極を含め発光層を封止する封止樹脂であり、前記透明層は樹脂封止したサブピクセルをガラス基板等外囲器に封着する樹脂であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項１０】
前記色変換層は、前記透明層に接着されており、他方、残りのサブピクセルにおいては、前記色変換層と透明層との厚みの合計に等しい厚みに透明層が調整されていることを特徴とする請求項１〜９に記載の発光素子。
【請求項１１】
サブピクセルの内、本来要求される発光スペクトル特性からのズレがないか許容範囲にあるものの上には、色変換層が設けられていないことを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記色変換層が設けられるサブピクセルが青色を発光するサブピクセルであり、残りのサブピクセルが赤色と緑色を発光するサブピクセルであることを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記色変換層は、着色フィルタ、ダイクロイックフィルタおよびバンドパスフィルタの群から選ばれることを特徴とする請求項１２に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記色変換層は、蛍光色素を含有することを特徴とする請求項１２に記載の発光素子。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の前記発光素子を備えたことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に関し、特にフラットディスプレイなどに用いられる有機ＥＬ発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ発光素子を用いた表示装置をフルカラー化する構成としては、青、緑、赤に発光する発光素子を配列した構成が提案されている。この構成において、透明基板の上に直接配置された透明電極、有機ＥＬ層および反射電極を順次積層した発光素子の構成を採用し、光出射側に色変換層を設けた構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、透明基板の上に直接配置された反射電極、有機ＥＬ層および透明電極を順次積層した発光素子の構成を採用し、前記透明電極の上に色変換層を設けた構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
また、透明基板の上に直接配置された反射電極、透明導電層、有機ＥＬ層および透明電極を順次積層した発光素子の構成を採用し、前記透明電極の上に色変換層を設けた構成が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平６−１３２０８１号公報
【特許文献２】特開２０００−１９５６７０号公報
【特許文献３】特開２００５−１１６５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、２つの電極を備えた共振器構造を備えた有機ＥＬ発光素子において、色変換層を備えることにより、発光色の不要な波長領域の成分を減少させ、取り出される光の色純度を向上させる方法がある。
しかしながら、色変換層を備えることにより不要な波長領域の成分を吸収するため、光取出し効率が低下し、消費電力や素子寿命にとって負荷が大きいといった問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、光取出し効率を向上させ、かつ色再現性に優れた表示が可能な有機ＥＬ発光素子およびそれを用いた有機ＥＬ表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る発光素子は、1ピクセルがＲ、Ｇ、Ｂを発光色とする複数のサブピクセルからなり、各サブピクセルが、第１電極と、発光層、第２電極、樹脂層、透明層をこの順に積層した構成であり、且つ、各サブピクセルとも上記第１電極から第２電極に至る積層構造の厚みが等しく設定されており、
一方、前記サブピクセルの内、発光色のスペクトル特性が、必要とされる３原色の中の１色の発光スペクトルからズレているものにおいて、当該サブピクセルの前記積層構造より上に、色ズレを補正する色変換層が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
ここで、前記発光層は、積層構造を有していてもよい。
更に望ましくは、前記発光層は、有機ＥＬ発光体を含む有機ＥＬ層を含むのがよい。
また、前記発光層は、前記有機ＥＬ層を挟んでその両側に設けられた電子輸送層と正孔輸送層とをさらに含む構成とすることが出来る。
前記発光層と第１電極の間に、誘電体層を有する構成とすることが望ましい。
また、前記誘電体層は、第１電極で反射された光について透明であり、前記第２電極は透明電極であるのが望ましい。
【０００８】
また、前記絶縁層は、前記透明電極を含め発光層を封止する封止樹脂であり、前記透明層は樹脂封止したサブピクセルをガラス基板等外囲器内に封着する樹脂であることが望ましい。
前記色変換層は、前記透明層に接着されており、他方、残りのサブピクセルにおいては、前記色変換層と透明層との厚みの合計に等しい厚みに透明層が調整されていることが望ましい。
【０００９】
また、前記色変換層が設けられるサブピクセルが青色を発光するサブピクセルであり、残りのサブピクセルが赤色と緑色を発光するサブピクセルであるという構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る発光素子によれば、各サブピクセルとも、積層構造の厚みが等しく設定されているので、例えば多数のサブピクセルを２次元状に配したディスプレイを製造する場合にあっては、個々のサブピクセルごとに成膜条件出しや膜厚を調整するといった面倒な作業が要らなくなり、全サブピクセルに亘って一様な膜厚に設定して、製造することが出来、量産性に富んでいる。その一方で、積層構造の厚みは、共振構造からすればR、G、Bの各色の波長に依存するので、上記のように積層構造の厚みを各サブピクセルについて揃えると、サブピクセルの中には要求される発光スペクトルからズレた発光スペクトルを呈することとなるものが存在する。しかし、本発明では、そのような色ズレの生じるサブピクセルに関しては色変換層を設けることとしているので、外部に取り出される光は、必要とされる発光スペクトル特性を持った光となり、ディスプレイとして利用すれば色再現性の高いものが得られることとなる。その一方で、色ズレが生じていないサブピクセルにおいては、色変換層を設ける必要が無いので、そのサブピクセルからの光取り出し効率を高く維持することが出来る。
【００１１】
要約すると、本発明では、製造コストの低廉化が図れながら、それでいて色再現性の高い、更に光取り出し効率の良い発光素子を提供できるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態に係る発光素子について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において、実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る発光素子としてトップエミッション型発光素子１０の構成を示す断面図である。この発光素子１０は、1ピクセルがＲ、Ｇ、Ｂを発光色とする複数のサブピクセルからなり、基板１１の上に、バンク１９を介して並列配置されている。先ず、基板１１上に、第１の電極として反射電極１２が形成されている。反射電極１２の上には誘電体層１３が、誘電体層１３の上には有機ＥＬ層を含む多層構造を有する発光層１４が形成されている。発光層１４は、誘電体層１３側から順に、電子輸送層、有機ＥＬ層、正孔輸送層が順次積層されて構成されている（図示せず）。発光層１４の上には、透明電極１５が備えられている。前記反射電極１２から透明電極１５までの積層部分の厚みは各サブピクセルとも等しく設定されている。
【００１３】
そして、各サブピクセルとも、透明電極１５の上から絶縁層１８によって封止されている。発光層は水分や酸素に触れると劣化するので、前記絶縁層１８によって、それらの成分の侵入を防止しているのである。絶縁層１８は、透明で例えばSiN等の材料が用いられる。
絶縁層１８の上には、透明層として樹脂層１６が形成され、ガラス板２０との間に封着されている。各サブピクセルから発した光はこのガラス板から外部に放出される。トップエミッション型の場合、最外側にはガラス板が用いられるが、ボトムエミッション型の場合は透光性の無い外壁が用いられる。この実施例では、最外側のガラス板、外壁を総称して外囲器という。
【００１４】
前記各サブピクセルの内、発光色のスペクトル特性が要求される３原色（R、G、B）のいずれかからズレているものにおいて、当該サブピクセルの樹脂層１６の上に、色ズレを補正する色変換層１７が設けられている。この実施例では、青色のサブピクセル上に、色変換層１７を設けている。残りのサブピクセル上には、色変換層は設けていない。色変換層１７の主要構成は、どの色の色ズレを補正するかによって決まる。色変換層としてフィルタを用いた場合は、その膜厚によって光取り出し効率の値が異なることとなる。その場合は、色変換層を設けない残りのサブピクセルの光取り出し効率と値を合わせるのが都合がよく、その点で色変換層１７の膜厚は定められるべきである。図２は、色変換層の膜厚と外部量子効率（光取り出し効率）との関係を示すグラフである。
【００１５】
なお、樹脂層１６は色変換層１７と異なり、膜厚の大小によっては光取り出し効率は左程変化しない（図３参照）。従って、色変換層を設けないサブピクセル上に設ける樹脂層の膜厚は厚くしても光取り出し効率に関しては支障を生じることは無い。この実施例では、図１に見られるように、赤色、緑色のサブピクセル上の樹脂層の厚みを、青色のサブピクセル上の樹脂層１６と色変換層１７との合計厚みに等しくしている。
【００１６】
以下に、この発光素子１０を構成する各構成部材について更に詳細に説明する。
＜基板＞
基板１１には、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラスなどのガラス板、石英、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン、ポリエステル、シリコーン系樹脂などのプラスチック板およびプラスチックフィルム、アルミナなどの金属板および金属ホイル等を用いることができる。
【００１７】
なお、実施の形態２に示すように基板１１側から光を取り出すいわゆるボトムエミッションの場合には、基板１１はガラス基板等のように透明基板であることが必要とされる。
＜反射電極＞
反射電極１２は、マグネシウムや銀、あるいはそれらの合金等で構成されている。この反射電極１２は、膜厚が５〜５０ｎｍであることが好ましい。
【００１８】
＜誘電体層＞
誘電体層１３は、発光層１５で発生した光に対して十分な透光性を有する導電性材料により構成されている。誘電体層１３を構成する材料としては、酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）や酸化インジウム亜鉛（Indium Zinc Oxide：ＩＺＯ）などが好ましい。室温で成膜しても良好な導電性を得ることができるからである。
【００１９】
＜発光層＞
発光層１４としては、一層の場合に限られず多層構造であってもよい。また、発光層は、有機発光体を含む有機ＥＬ層を含んでもよい。さらに、有機ＥＬ層を挟んで電子輸送層と正孔輸送層をさらに含んでもよい。またさらに、電子注入層、及び／又は、正孔注入層を備えてもよい。電子注入層及び正孔注入層は、蒸着法、スピンコート法、キャスト法などにより形成できる。
【００２０】
＜電子輸送層＞
電子輸送能を有する電子輸送層の具体例としては、特開平５−１６３４８８号公報のニトロ置換フルオレノン誘導体、チオピランジオキサイド誘導体、ジフェキノン誘導体、ペリレンテトラカルボキシル誘導体、アントラキノジメタン誘導体、フレオレニリデンメタン誘導体、アントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリノン誘導体、キノリン錯体誘導体などの化合物を使用することができる。
【００２１】
＜有機ＥＬ層＞
有機ＥＬ層の具体例としては、特開平５−１６３４８８号公報に記載のオキシノイド化合物、ペリレン化合物、クマリン化合物、アザクマリン化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、ペリノン化合物、ピロロピロール化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、フルオレン化合物、フルオランテン化合物、テトラセン化合物、ピレン化合物、コロネン化合物、キノロン化合物及びアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、ローダミン化合物、クリセン化合物、フェナントレン化合物、シクロペンタジエン化合物、スチルベン化合物、ジフェニルキノン化合物、スチリル化合物、ブタジエン化合物、ジシアノメチレンピラン化合物、ジシアノメチレンチオピラン化合物、フルオレセイン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、セレナピリリウム化合物、テルロピリリウム化合物、芳香族アルダジエン化合物、オリゴフェニレン化合物、チオキサンテン化合物、アンスラセン化合物、シアニン化合物、アクリジン化合物、８−ヒドロキシキノリン化合物の金属鎖体、２、２‘−ビピリジン化合物の金属鎖体、シッフ塩とＩＩＩ族金属との鎖体、オキシン金属鎖体、希土類鎖体などの蛍光物質を使用することができる。有機ＥＬ層は蒸着法、スピンコート法、キャスト法などにより形成できる。
【００２２】
＜正孔輸送層＞
正孔輸送層の具体例としては、特願平３−３３３５１７号に記載のトリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、ポリフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、ブタジエン化合物、ポリスチレン誘導体、ヒドラゾン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、テトラフェニルベンジン誘導体などを使用することができるが、特に好ましくは、ポリフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物である。
【００２３】
＜透明電極＞
透明電極１５は、発光層１４で発生した光に対して、特定の波長の光のみを透過する導電性材料により構成されていることが好ましい。透明電極１５を構成する材料としては、酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）や酸化インジウム亜鉛（Indium Zinc Oxide：ＩＺＯ）などが好ましい。室温で成膜しても良好な導電性を得ることができるからである。
【００２４】
＜色変換層＞
色変換層１７は、発光層１４で発光した光の一部を透過させ、一部を吸収し、吸収した波長とは異なる波長の光を放出する機能を有する。この色変換層１４としては、着色透明フィルタ、ダイクロイックミラー、バンドパスフィルタなどを用いることができる。また、色変換層１４の構成材料の例としては、有機顔料、粒子添加有機顔料、金属酸化物、その金属酸化物を含有した樹脂、無機または有機の蛍光色素などを用いることができる。
【００２５】
＜透明層＞
透明層１６は、発光層１４で発光した光を殆ど減衰することなく透過する機能を有する。そのため、透明層としては、酸化窒化シリコン、窒化シリコンまたは樹脂のいずれかを用いることが出来る。
透明層の厚みは、図３にも示したように、光取り出し効率に与える影響は少ないので、各サブピクセルの間で透明層の膜厚を揃えなくてもよい。ただし、透明層１６はサブピクセルを外囲器内に封着するという役目も有しているので、最低膜厚として、５００ｎｍ程度は必要とされる。
【００２６】
＜絶縁層＞
絶縁層１８としては、SiNかSiONを薄膜形成したものが用いられる。絶縁層１８は、発光層への水分や酸素の侵入を防止する封止機能が必要であると共に、発光層１４から発した光の出射路上にあるので、透過率の高いことも要求される。そのためには、屈折率が発光層１４、透明層１５と近似し、反射界面を形成し無いことが必要である。
（実施例１）
本発明の実施例１に係る有機ＥＬ素子１０について、以下の条件により光学的シミュレーションを行った。
【００２７】
この有機ＥＬ素子を構成する各構成部材として、光反射層（反射電極１２に相当）としてＡｇＰｄＣｕ合金（略称：ＡＰＣ）を用いた。ＩＴＯ（誘電体層１３に相当）を７０ｎｍ、正孔注入層を３０ｎｍ、中間層（電子輸送層に相当）を２０ｎｍ、有機EL層を７０ｎｍ、正孔注入層を厚さ２０ｎｍ、ＩＴＯ（透明電極１５に相当）を厚さ１００ｎｍで順次積層した。さらに、赤色、緑色のサブピクセル上の樹脂層１６は厚み３５００ｎｍ、青色のサブピクセル上の樹脂層１６は、厚み５００ｎｍとし、色変換層１７は３０００ｎｍとした。
【００２８】
図２、図３には、発光層からの発光に関する光学的シミュレーション結果を示す。図２は、色変換層としてカラーフィルタ（ＣＦ）の厚さに対する外部量子効率との関係を示すグラフである。図３は、透明層の厚さに対する外部量子効率との関係を示すグラフである。図２によれば、外部量子効率は透明層の膜厚に依存しないことがわかる。また、図３によれば、外部量子効率は色変換層の膜厚に依存し、膜厚が厚くなればなるほど外部量子効率が小さくなることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、平面光源及びフラットディスプレイなどに用いられる有機ＥＬ表示装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る発光素子１０の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る発光素子における色変換層の厚さと外部量子効率との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係る発光素子における透明層の厚さと外部量子効率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  発光素子
１１  基板
１２  反射電極
１３  誘電体層
１４  発光層
１５  透明電極
１６  透明層
１７  色変換層
１８  絶縁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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