(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と第２電極との間に発光層を備えると共に、この発光層で発生した光を第１端部と第２端部との間で共振させる共振器構造を有する表示素子であって、
前記第１端部と前記発光層の最大発光位置との間の光学的距離Ｌ1 は数１を満たし、
前記第２端部と前記発光層の最大発光位置との間の光学的距離Ｌ2 は数２を満たすことを特徴とする表示素子。
【数１】
0003703028.tif 000002
（式中、ｔＬ1 は前記第１端部と前記最大発光位置との間の光学的理論距離、ａ1 は前記発光層における発光分布に基づく補正量、λは取り出したい光のスペクトルのピーク波長、Φ1 は前記第１端部で生じる反射光の位相シフト、ｍ1 は０または整数をそれぞれ表す。）
【数２】
0003703028.tif 000003
（式中、ｔＬ2 は前記第２端部と前記最大発光位置との間の光学的理論距離、ａ2 は前記発光層における発光分布に基づく補正量、λは取り出したい光のスペクトルのピーク波長、Φ2 は前記第２端部で生じる反射光の位相シフト、ｍ2 は０または整数をそれぞれ表す。）
【請求項２】
前記補正量ａ1 は数３を満たし、前記補正量ａ2 は数４を満たすことを特徴とする請求項１記載の表示素子。
【数３】
0003703028.tif 000004
（式中、ｂは前記発光層における発光分布が前記最大発光位置から前記第１電極の方向へ広がっている場合には２ｎ≦ｂ≦６ｎの範囲内の値、前記最大発光位置から前記第２電極の方向へ広がっている場合には−６ｎ≦ｂ≦−２ｎの範囲内の値であり、ｓは前記発光層における発光分布に関する物性値（１／ｅ減衰距離）、ｎは取り出したい光のスペクトルのピーク波長λにおける前記第１端部と前記第２端部との間の平均屈折率である。）
【数４】
0003703028.tif 000005
【請求項３】
前記第１電極と前記第２電極との間に、前記発光層を含む有機層を備えたことを特徴とする請求項１記載の表示素子。
【請求項４】
第１電極と第２電極との間に発光層を備えると共に、この発光層で発生した光を第１端部と第２端部との間で共振させる共振器構造を有する表示素子を備えた表示装置であって、
前記第１端部と前記発光層の最大発光位置との間の光学的距離Ｌ1 は数５を満たし、
前記第２端部と前記発光層の最大発光位置との間の光学的距離Ｌ2 は数６を満たすことを特徴とする表示装置。
【数５】
0003703028.tif 000006
（式中、ｔＬ1 は前記第１端部と前記最大発光位置との間の光学的理論距離、ａ1 は前記発光層における発光分布に基づく補正量、λは取り出したい光のスペクトルのピーク波長、Φ1 は前記第１端部で生じる反射光の位相シフト、ｍ1 は０または整数をそれぞれ表す。）
【数６】
0003703028.tif 000007
（式中、ｔＬ2 は前記第２端部と前記最大発光位置との間の光学的理論距離、ａ2 は前記発光層における発光分布に基づく補正量、λは取り出したい光のスペクトルのピーク波長、Φ2 は前記第２端部で生じる反射光の位相シフト、ｍ2 は０または整数をそれぞれ表す。）
【請求項５】
前記補正量ａ1 は数７を満たし、前記補正量ａ2 は数８を満たすことを特徴とする請求項４記載の表示装置。
【数７】
0003703028.tif 000008
（式中、ｂは前記発光層における発光分布が前記最大発光位置から前記第２電極の方向へ広がっている場合には−６ｎ≦ｂ≦−２ｎの範囲内の値、前記最大発光位置から前記第１電極の方向へ広がっている場合には２ｎ≦ｂ≦６ｎの範囲内の値であり、ｓは前記発光層における発光分布に関する物性値（１／ｅ減衰距離）、ｎは取り出したい光のスペクトルのピーク波長λにおける前記第１端部と前記第２端部との間の平均屈折率である。）
【数８】
0003703028.tif 000009
【請求項６】
前記第１電極と前記第２電極との間に、前記発光層を含む有機層を備えたことを特徴とする請求項４記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示素子およびこれを用いた表示装置に係り、特に、有機発光素子のような自発光型の表示素子およびこれを用いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶ディスプレイに代わる表示装置として、有機発光素子を用いた有機ＥＬディスプレイが注目されている。有機ＥＬディスプレイは、自発光型であるので視野角が広く、消費電力が低いという特性を有し、また、高精細度の高速ビデオ信号に対しても十分な応答性を有するものと考えられており、実用化に向けて開発が進められている。
【０００３】
これまで、有機発光素子については、共振器構造を導入することによって、発光色の色純度を向上させたり、発光効率を高めるなど、発光層で発生する光を制御する試みが行われてきた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
国際公開第０１／３９５５４号パンフレット
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、共振器構造を導入した有機発光素子における実際の光の取り出し効率は、発光層の最大発光位置が、共振器構造においてどこに存在するかによって大きく異なっていた。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、発光層で発生した光の取り出し効率を高めることができる表示素子およびこれを用いた表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による表示素子は、第１電極と第２電極との間に発光層を備えると共に、この発光層で発生した光を第１端部と第２端部との間で共振させる共振器構造を有するものであって、第１端部と発光層の最大発光位置との間の光学的距離Ｌ1 は数９を満たし、第２端部と発光層の最大発光位置との間の光学的距離Ｌ2 は数１０を満たすものである。
【０００８】
【数９】
Ｌ1 ＝ｔＬ1 ＋ａ1 
（２ｔＬ1 ）／λ＝−Φ1 ／（２π）＋ｍ1 
（式中、ｔＬ1 は第１端部と最大発光位置との間の光学的理論距離、ａ1 は発光層における発光分布に基づく補正量、λは取り出したい光のスペクトルのピーク波長、Φ1 は第１端部で生じる反射光の位相シフト、ｍ1 は０または整数をそれぞれ表す。）
【０００９】
【数１０】
Ｌ2 ＝ｔＬ2 ＋ａ2 
（２ｔＬ2 ）／λ＝−Φ2 ／（２π）＋ｍ2 
（式中、ｔＬ2 は第２端部と最大発光位置との間の光学的理論距離、ａ2 は発光層における発光分布に基づく補正量、λは取り出したい光のスペクトルのピーク波長、Φ2 は第２端部で生じる反射光の位相シフト、ｍ2 は０または整数をそれぞれ表す。）
【００１０】
本発明による表示装置は、第１電極と第２電極との間に発光層を備えると共に、この発光層で発生した光を第１端部と第２端部との間で共振させる共振器構造を有する表示素子を備えたものであって、第１端部と発光層の最大発光位置との間の光学的距離Ｌ1 は数１１を満たし、第２端部と発光層の最大発光位置との間の光学的距離Ｌ2 は数１２を満たすものである。
【００１１】
【数１１】
Ｌ1 ＝ｔＬ1 ＋ａ1 
（２ｔＬ1 ）／λ＝−Φ1 ／（２π）＋ｍ1 
（式中、ｔＬ1 は第１端部と最大発光位置との間の光学的理論距離、ａ1 は発光層における発光分布に基づく補正量、λは取り出したい光のスペクトルのピーク波長、Φ1 は第１端部で生じる反射光の位相シフト、ｍ1 は０または整数をそれぞれ表す。）
【００１２】
【数１２】
Ｌ2 ＝ｔＬ2 ＋ａ2 
（２ｔＬ2 ）／λ＝−Φ2 ／（２π）＋ｍ2 
（式中、ｔＬ2 は第２端部と最大発光位置との間の光学的理論距離、ａ2 は発光層における発光分布に基づく補正量、λは取り出したい光のスペクトルのピーク波長、Φ2 は第２端部で生じる反射光の位相シフト、ｍ2 は０または整数をそれぞれ表す。）
【００１３】
本発明による表示素子では、第１端部と最大発光位置との間の光学的距離Ｌ1 が数９を満たし、第２端部と最大発光位置との間の光学的距離Ｌ2 が数１０を満たすので、発光層で発生した光が第１端部または第２端部で反射して発光位置に戻ってきたときに、その戻り光の位相が発光時の位相と同一になる。よって、発生する光と、第１端部と第２端部との間で反射する光とは互いに強め合う関係になり、発光層で発生した光が効率良く取り出される。
【００１４】
本発明による表示装置では、本発明による表示素子を用いるので、発光層で発生した光の取り出し効率が向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る表示素子である有機発光素子を用いた表示装置の断面構造を表すものである。この表示装置は、極薄型の有機発光カラーディスプレイ装置などとして用いられるものであり、例えば、駆動パネル１０と封止パネル２０とが対向配置され、接着層３０により全面が貼り合わされている。駆動パネル１０は、ガラスなどの絶縁材料よりなる駆動用基板１１の上に、赤色の光を発生する有機発光素子１０Ｒと、緑色の光を発生する有機発光素子１０Ｇと、青色の光を発生する有機発光素子１０Ｂとが、順に全体としてマトリクス状に設けられている。
【００１７】
この有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、例えば、駆動用基板１１の側から、陽極としての第１電極１２、有機層１３、および陰極としての第２電極１４がこの順に積層された構造とされている。
【００１８】
第１電極１２は、反射層としての機能も兼ねており、できるだけ高い反射率を有するようにすることが発光効率を高める上で望ましい。例えば、第１電極１２を構成する材料としては、白金（Ｐｔ），金（Ａｕ），銀（Ａｇ），クロム（Ｃｒ）あるいはタングステン（Ｗ）などの仕事関数の高い金属元素の単体または合金が挙げられ、第１電極１２の積層方向の厚み（以下、単に厚みと言う）は１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下とされることが好ましい。合金材料としては、例えば、銀を主成分とし、０．３質量％〜１質量％のパラジウム（Ｐｄ）と、０．３質量％〜１質量％の銅（Ｃｕ）とを含むＡｇＰｄＣｕ合金が挙げられる。
【００１９】
有機層１３は、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂごとに構成が異なっている。図２は、有機発光素子１０Ｒにおける有機層１３の構成を拡大して表すものである。有機発光素子１０Ｒの有機層１３は、正孔注入層１３Ａ、正孔輸送層１３Ｂ，発光層１３Ｃおよび電子輸送層１３Ｄが第１電極１２の側からこの順に積層された構造を有している。正孔注入層１３Ａおよび正孔輸送層１３Ｂは発光層１３Ｃへの正孔注入効率を高めるためのものである。発光層１３Ｃは電流の注入により光を発生するものである。電子輸送層１３Ｄは、発光層１３Ｃへの電子注入効率を高めるためのものである。
【００２０】
有機発光素子１０Ｒの正孔注入層１３Ａは、例えば、厚みが１５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）あるいは４，４’，４”−トリス（２−ナフチルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（２−ＴＮＡＴＡ）により構成されている。
【００２１】
有機発光素子１０Ｒの正孔輸送層１３Ｂは、例えば、厚みが１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、ビス［（Ｎ−ナフチル）−Ｎ−フェニル］ベンジジン（α−ＮＰＤ）あるいは図３に示した化合物により構成されている。
【００２２】
有機発光素子１０Ｒの発光層１３Ｃは、例えば、厚みが１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、８−キノリノールアルミニウム錯体（Ａｌｑ3 ）に２，６−ビス［４−［Ｎ−（４−メトキシフェニル）−Ｎ−フェニル］アミノスチリル］ナフタレン−１，５−ジカルボニトリル（ＢＳＮ−ＢＣＮ）を４０体積％混合したものにより構成されている。
【００２３】
有機発光素子１０Ｒの電子輸送層１３Ｄは、例えば、厚みが１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、Ａｌｑ3 により構成されている。
【００２４】
図４は、有機発光素子１０Ｇ，１０Ｂにおける有機層１３の構成を拡大して表すものである。有機発光素子１０Ｇ，１０Ｂの有機層１３は、正孔輸送層１３Ｂ，発光層１３Ｃおよび電子輸送層１３Ｄが第１電極１２の側からこの順に積層された構造を有している。有機発光素子１０Ｇ，１０Ｂの正孔輸送層１３Ｂは、正孔注入層を兼ねている。
【００２５】
有機発光素子１０Ｇの正孔輸送層１３Ｂは、例えば、厚みが１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、図３に示した化合物により構成されている。有機発光素子１０Ｇの発光層１３Ｃは、例えば、厚みが１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、Ａｌｑ3 にクマリン６（Ｃｏｕｍａｒｉｎ６）を３体積％混合したものにより構成されている。有機発光素子１０Ｇの電子輸送層１３Ｄは、例えば、厚みが１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、Ａｌｑ3 により構成されている。
【００２６】
有機発光素子１０Ｂの正孔輸送層１３Ｂは、例えば、厚みが１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、図３に示した化合物により構成されている。有機発光素子１０Ｂの発光層１３Ｃは、例えば、厚みが１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、スピロ６Φ（ｓｐｉｒｏ６Φ）により構成されている。有機発光素子１０Ｂの電子輸送層１３Ｄは、例えば、厚みが１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、Ａｌｑ3 により構成されている。
【００２７】
図１，図２および図４に示した第２電極１４は、例えば、厚みが５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、アルミニウム（Ａｌ），マグネシウム（Ｍｇ），カルシウム（Ｃａ），ナトリウム（Ｎａ）などの仕事関数の小さい金属元素の単体または合金により構成されている。中でも、マグネシウムと銀との合金（ＭｇＡｇ合金）が好ましく、マグネシウムと銀との体積比はＭｇ：Ａｇ＝５：１〜３０：１が好ましい。
【００２８】
第２電極１４は、また、半透過性反射層としての機能を兼ねている。すなわち、この有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、第１電極１２の発光層１３Ｃ側の端面を第１端部Ｐ１、第２電極１４の発光層１３Ｃ側の端面を第２端部Ｐ２とし、有機層１３を共振部として、発光層１３Ｃで発生した光を共振させて第２端部Ｐ２の側から取り出す共振器構造を有している。このように共振器構造を有するようにすれば、発光層１３Ｃで発生した光が多重干渉を起こし、一種の狭帯域フィルタとして作用することにより、取り出される光のスペクトルの半値幅が減少し、色純度を向上させることができるので好ましい。また、封止パネル２０から入射した外光についても多重干渉により減衰させることができ、後述するカラーフィルター２２（図１参照）との組合せにより有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂにおける外光の反射率を極めて小さくすることができるので好ましい。
【００２９】
そのためには、共振器の第１端部Ｐ１と第２端部Ｐ２との間の光学的距離Ｌは数１３を満たすようにし、共振器の共振波長（取り出される光のスペクトルのピーク波長）と、取り出したい光のスペクトルのピーク波長とを一致させることが好ましい。光学的距離Ｌは、実際には、数１３を満たす正の最小値となるように選択することが好ましい。
【００３０】
【数１３】
（２Ｌ）／λ＋Φ／（２π）＝ｍ
（式中、Ｌは第１端部Ｐ１と第２端部Ｐ２との間の光学的距離、Φは第１端部Ｐ１で生じる反射光の位相シフトΦ1 と第２端部Ｐ２で生じる反射光の位相シフトΦ2 との和（Φ＝Φ1 ＋Φ2 ）（ｒａｄ）、λは第２端部Ｐ２の側から取り出したい光のスペクトルのピーク波長、ｍはＬが正となる整数をそれぞれ表す。なお、数１３においてＬおよびλは単位が共通すればよいが、例えば（ｎｍ）を単位とする。）
【００３１】
また、図２および図４に示したように、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂでは、発光層１３Ｃの最大発光位置１３Ｅと第１端部Ｐ１との間の光学的距離Ｌ1 が数１４を満たし、最大発光位置１３Ｅと第２端部Ｐ２との間の光学的距離Ｌ2 が数１５を満たすように調整されている。ここで、最大発光位置１３Ｅとは、発光領域のうちで最も発光強度が大きい位置を言う。例えば、発光層１３Ｃの第１電極１２の側と第２電極１４の側との両方の界面で発光する場合には、そのうち発光強度の大きい方の界面である。有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを上述した材料によりそれぞれ構成する場合には、有機発光素子１０Ｒについては第１電極１２の側の界面においても発光するが、第２電極１４の側の方が大きいので、最大発光位置１３Ｅは第２電極１４の側の界面となる。有機発光素子１０Ｇ，１０Ｂについては第２電極１４の側でほとんど発光しないので、最大発光位置１３Ｅは第１電極１２の側の界面となる。
【００３２】
【数１４】
Ｌ1 ＝ｔＬ1 ＋ａ1 
（２ｔＬ1 ）／λ＝−Φ1 ／（２π）＋ｍ1 
（式中、ｔＬ1 は第１端部Ｐ１と最大発光位置１３Ｅとの間の光学的理論距離、ａ1 は発光層１３Ｃにおける発光分布に基づく補正量、λは取り出したい光のスペクトルのピーク波長、Φ1 は第１端部Ｐ１で生じる反射光の位相シフト（ｒａｄ）、ｍ1 は０または整数をそれぞれ表す。）
【００３３】
【数１５】
Ｌ2 ＝ｔＬ2 ＋ａ2 
（２ｔＬ2 ）／λ＝−Φ2 ／（２π）＋ｍ2 
（式中、ｔＬ2 は第２端部Ｐ２と最大発光位置１３Ｅとの間の光学的理論距離、ａ2 は発光層１３Ｃにおける発光分布に基づく補正量、λは取り出したい光のスペクトルのピーク波長、Φ2 は第２端部Ｐ２で生じる反射光の位相シフト（ｒａｄ）、ｍ2 は０または整数をそれぞれ表す。）
【００３４】
数１４は、発光層１３Ｃで発生した光のうち第１電極１２の方へ向かう光が第１端部Ｐ１で反射して戻ってきたときに、その戻り光の位相と発光時の位相とが同一となり、発光した光のうち第２電極１４の方へ向かう光と強め合う関係となるようにするためのものである。また、数１５は、発光層１３Ｃで発生した光のうち第２電極１４の方へ向かう光が第２端部Ｐ２で反射して戻ってきたときに、その戻り光の位相と発光時の位相とが同一となり、発光した光のうち第１電極１２の方へ向かう光と強め合う関係となるようにするためのものである。
【００３５】
数１４の光学的理論距離ｔＬ1 および数１５の光学的理論距離ｔＬ2 は、発光領域に広がりがないと考えた場合に、第１端部Ｐ１または第２端部Ｐ２での位相変化量と、進行することでの位相変化量がちょうど打ち消し合い、戻り光の位相と発光時の位相とが同一となる理論値である。但し、発光部分には通常広がりがあるので、数１４および数１５では、発光分布に基づく補正量ａ1 ，ａ2 が加えられている。
【００３６】
補正量ａ1 ，ａ2 は発光分布により異なるが、本実施の形態のように、最大発光位置１３Ｅが発光層１３Ｃの第２電極１４の側にあり、発光分布が最大発光位置１３Ｅから第１電極１２の側に広がっている場合、または最大発光位置１３Ｅが発光層１３Ｃの第１電極１２の側にあり、発光分布が最大発光位置１３Ｅから第２電極１４の側に広がっている場合には、例えば数１６および数１７により求められる。
【００３７】
【数１６】
ａ1 ＝ｂ（ｌｏｇe （ｓ））
（式中、ｂは発光層１３Ｃにおける発光分布が最大発光位置１３Ｅから第１電極１２の方向へ広がっている場合には２ｎ≦ｂ≦６ｎの範囲内の値、最大発光位置１３Ｅから第２電極１４の方向へ広がっている場合には−６ｎ≦ｂ≦−２ｎの範囲内の値であり、ｓは発光層１３Ｃにおける発光分布に関する物性値（１／ｅ減衰距離）、ｎは取り出したい光のスペクトルのピーク波長λにおける第１端部Ｐ１と第２端部Ｐ２との間の平均屈折率である。）
【００３８】
【数１７】
ａ2 ＝−ａ1 
【００３９】
数１６における物性値ｓは、発光層１３Ｃにおける発光分布、すなわち発光層１３Ｃの最大発光位置１３Ｅとなる界面から発光層１３Ｃの他方の界面方向にｘ離れた位置での発光強度Ｉを表す数１８により与えられるものである。発光分布は発光層１３Ｃあるいはチャージバランスなどの要因により変化し、それにより物性値ｓも異なる。例えば、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを上述した材料によりそれぞれ構成する場合には、有機発光素子１０Ｒについては第２電極１４の側のｓが１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下、第１電極１２の側のｓが２ｎｍ以上１０ｎｍ以下、有機発光素子１０Ｇについては第１電極１２の側のｓが１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下、有機発光素子１０Ｂについては第１電極１２の側のｓが１０ｎｍ以上２５ｎｍ以下である。この物性値ｓは実測により得られる。
【００４０】
【数１８】
Ｉ＝ｅ(-x/s)
【００４１】
図５は、数１３が成り立つ条件で、第２端部Ｐ２と最大発光位置１３Ｅとの間の距離を変えた場合の輝度のシミュレーション結果を表すものである。なお、有機発光素子は、クロムよりなる第１電極１２、α−ＮＰＤよりなる正孔輸送層１３Ｂ、クマリン６を混合したＡｌｑ3 よりなる発光層１３Ｃ、Ａｌｑ3 よりなる電子輸送層１３Ｄ、およびＭｇＡｇ合金よりなる第２電極１４を順に積層した構成とし、取り出したい光のスペクトルのピーク波長λは５３５ｎｍとした。この場合、第１端部Ｐ１で生じる反射光の位相シフトΦ1 は−２．６ｒａｄ、第２端部Ｐ２で生じる反射光の位相シフトΦ2 は−２．２ｒａｄであり、最大発光位置１３Ｅは発光層１３Ｃと正孔輸送層１３Ｂとの界面となる。
【００４２】
図５に示したように、ｓ＝１ｎｍとした場合、すなわち発光領域に広がりがないとした場合には、第２端部Ｐ２と最大発光位置１３Ｅとの距離が５３ｎｍ近辺、すなわち光学的距離Ｌ2 が５３ｎ（ｎｍ）近辺において輝度が最大となっている。これは、数１５により求めた第２端部Ｐ２と最大発光位置１３Ｅとの間の光学的理論距離ｔＬ2 の値、５３ｎ（ｎｍ）と一致している。但し、ｓ＝２３ｎｍとした場合、すなわち発光領域に広がりをもたせた場合には、光学的距離Ｌ2 が６７ｎ（ｎｍ）近辺において輝度が最大となる。つまり、発光分布に基づく補正が必要であることが分かる。
【００４３】
図６は、数１３が成り立つ条件で、ｓの値と、発光強度が最大になる第２端部Ｐ２と最大発光位置１３Ｅとの間の距離との関係を、発光層１３Ｃの厚みが３０ｎｍおよび５０ｎｍの場合についてそれぞれ表したものである。なお、有機発光素子の構成および取り出したい光のスペクトルのピーク波長λは、図５に示した場合と同一とした。また、図６には、数１５により求められた光学的理論距離ｔＬ2 に数１６および数１７で求められる補正量ａ2 の最小値または最大値を加えた値、すなわち（５３＋２ｌｏｇe （ｓ））ｎおよび（５３＋６ｌｏｇe （ｓ））ｎも合わせて示す。
【００４４】
図６に示したように、発光強度が最大になる第２端部Ｐ２と最大発光位置１３Ｅとの間の距離は、ｓの値が大きくなるに従って増加し、発光層１３Ｃの厚みにより一定の値に近づいている。この曲線はｔＬ2 ＋ｂ（ｌｏｇe （ｓ））に近似され、発光層１３Ｃの厚みが３０ｎｍの場合も５０ｎｍの場合も、発光強度が最大になる第２端部Ｐ２と最大発光位置１３Ｅとの間の距離は、５３＋２ｌｏｇe （ｓ）と５３＋６ｌｏｇe （ｓ）との間に位置している。発光層１３Ｃの厚みは一般的に３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲にあるので、数１６および数１７に示したように、光学的距離Ｌ2 をｔＬ2 ＋２ｌｏｇe （ｓ）ｎ以上、ｔＬ2 ＋５ｌｏｇe （ｓ）ｎ以下の範囲内とすれば好ましいことが分かる。なお、発光層１３Ｃにおける発光分布が最大発光位置１３Ｅから第１電極１２の方向へ広がっている場合には、ｂの符号が逆になることを除き同一である。
【００４５】
このように数１３ないし数１７を満たす有機発光素子１０Ｒの具体的な構成としては、例えば、取り出したい光のスペクトルのピーク波長λを６３５ｎｍとする場合、クロムよりなる第１電極１２、２−ＴＮＡＴＡよりなる厚み３２ｎｍの正孔注入層１３Ａ、図３に示した化合物よりなる厚み３７ｎｍの正孔輸送層１３Ｂ、ＢＳＮ−ＢＣＮを４０体積％混合したＡｌｑ3 よりなる厚み２５ｎｍの発光層１３Ｃ、Ａｌｑ3 よりなる厚み４８ｎｍの電子輸送層１３Ｄ、およびＭｇＡｇ合金よりなる厚み１２ｎｍの第２電極１４を順に積層したものが挙げられる。この場合、ｓは３０ｎｍである。
【００４６】
また、有機発光素子１０Ｒの他の構成例としては、例えば、取り出したい光のスペクトルのピーク波長λを６３５ｎｍとする場合、ＡｇＰｄＣｕ合金よりなる第１電極１２、２−ＴＮＡＴＡよりなる厚み１８ｎｍの正孔注入層１３Ａ、図３に示した化合物よりなる厚み３７ｎｍの正孔輸送層１３Ｂ、ＢＳＮ−ＢＣＮを４０体積％混合したＡｌｑ3 よりなる厚み２５ｎｍの発光層１３Ｃ、Ａｌｑ3 よりなる厚み４８ｎｍの電子輸送層１３Ｄ、およびＭｇＡｇ合金よりなる厚み１２ｎｍの第２電極１４を順に積層したものが挙げられる。この場合、ｓは３０ｎｍである。
【００４７】
数１３ないし数１７を満たす有機発光素子１０Ｇの具体的な構成としては、例えば、取り出したい光のスペクトルのピーク波長λを５３５ｎｍとする場合、クロムよりなる第１電極１２、図３に示した化合物よりなる厚み５５ｎｍの正孔輸送層１３Ｂ、クマリン６を３体積％混合したＡｌｑ3 よりなる厚み３０ｎｍの発光層１３Ｃ、Ａｌｑ3 よりなる厚み３３ｎｍの電子輸送層１３Ｄ、およびＭｇＡｇ合金よりなる厚み１２ｎｍの第２電極１４を順に積層したものが挙げられる。この場合、Φは−４．８ｒａｄ、Ｌは１１７ｎ（ｎｍ）、Φ1 は−２．６ｒａｄ、ｔＬ1 は６４ｎ（ｎｍ）、Ｌ1 は５０ｎ（ｎｍ）、ｓは２３ｎｍ、Φ2 は−２．２ｒａｄ、ｔＬ2 は５３ｎ（ｎｍ）、Ｌ2 は６７ｎ（ｎｍ）、第１端部Ｐ１と第２端部Ｐ２との間すなわち有機層１３の平均屈折率ｎは１．７である。
【００４８】
また、有機発光素子１０Ｇの他の構成例としては、例えば、取り出したい光のスペクトルのピーク波長λを５３５ｎｍとする場合、ＡｇＰｄＣｕ合金よりなる第１電極１２、図３に示した化合物よりなる厚み３９ｎｍの正孔輸送層１３Ｂ、クマリン６を３体積％混合したＡｌｑ3 よりなる厚み３０ｎｍの発光層１３Ｃ、Ａｌｑ3 よりなる厚み３３ｎｍの電子輸送層１３Ｄ、およびＭｇＡｇ合金よりなる厚み１２ｎｍの第２電極１４を順に積層したものが挙げられる。この場合、ｓは２３ｎｍである。
【００４９】
数１３ないし数１７を満たす有機発光素子１０Ｂの具体的な構成としては、例えば、取り出したい光のスペクトルのピーク波長λを４５０ｎｍとする場合、クロムよりなる第１電極１２、図３に示した化合物よりなる厚み３６ｎｍの正孔輸送層１３Ｂ、スピロ６Φよりなる厚み３４ｎｍの発光層１３Ｃ、Ａｌｑ3 よりなる厚み１２ｎｍの電子輸送層１３Ｄ、およびＭｇＡｇ合金よりなる厚み１２ｎｍの第２電極１４を順に積層したものが挙げられる。
【００５０】
また、有機発光素子１０Ｂの他の構成例としては、例えば、取り出したい光のスペクトルのピーク波長λを４５０ｎｍとする場合、ＡｇＰｄＣｕ合金よりなる第１電極１２、図３に示した化合物よりなる厚み２０ｎｍの正孔輸送層１３Ｂ、スピロ６Φよりなる厚み３４ｎｍの発光層１３Ｃ、Ａｌｑ3 よりなる厚み１２ｎｍの電子輸送層１３Ｄ、およびＭｇＡｇ合金よりなる厚み１２ｎｍの第２電極１４を順に積層したものが挙げられる。
【００５１】
図１に示した封止パネル２０は、駆動パネル１０の第２電極１４の側に位置しており、接着層３０と共に有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを封止する封止用基板２１を有している。封止用基板２１は、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂで発生した光に対して透明なガラスなどの材料により構成されている。封止用基板２１には、例えば、カラーフィルター２２が設けられており、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂで発生した光を取り出すと共に、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ並びにその間の配線において反射された外光を吸収し、コントラストを改善するようになっている。
【００５２】
カラーフィルター２２は、封止用基板２１のどちら側の面に設けられてもよいが、駆動パネル１０の側に設けられることが好ましい。カラーフィルター２２が表面に露出せず、接着層３０により保護することができるからである。カラーフィルター２２は、赤色フィルター２２Ｒ，緑色フィルター２２Ｇおよび青色フィルター２２Ｂを有しており、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに対応して順に配置されている。
【００５３】
赤色フィルター２２Ｒ，緑色フィルター２２Ｇおよび青色フィルター２２Ｂは、それぞれ例えば矩形形状で隙間なく形成されている。これら赤色フィルター２２Ｒ，緑色フィルター２２Ｇおよび青色フィルター２２Ｂは、顔料を混入した樹脂によりそれぞれ構成されており、顔料を選択することにより、目的とする赤，緑あるいは青の波長域における光透過率が高く、他の波長域における光透過率が低くなるように調整されている。
【００５４】
さらに、カラーフィルター２２における透過率の高い波長範囲と、共振器構造から取り出したい光のスペクトルのピーク波長λとは一致している。これにより、封止パネル２０から入射する外光のうち、取り出す光のスペクトルのピーク波長λに等しい波長を有するもののみがカラーフィルター２２を透過し、その他の波長の外光が有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに侵入することが防止される。
【００５５】
この有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、例えば、次のようにして製造することができる。
【００５６】
図７および図８は、この表示装置の製造方法を工程順に表すものである。まず、図７（Ａ）に示したように、上述した材料よりなる駆動用基板１１の上に、例えば直流スパッタリングにより、上述した材料よりなる第１電極１２を上述した厚みで成膜し、例えばリソグラフィ技術を用いて選択的にエッチングし、所定の形状にパターニングする。その後、同じく図７（Ａ）に示したように、例えば蒸着法により、上述した厚みおよび材料よりなる正孔注入層１３Ａ，正孔輸送層１３Ｂ，発光層１３Ｃ，電子輸送層１３Ｄおよび第２電極１４を順次成膜し、図２および図４に示したような有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを形成する。これにより、駆動パネル１０が形成される。
【００５７】
また図７（Ｂ）に示したように、例えば、上述した材料よりなる封止用基板２１の上に、赤色フィルター２２Ｒの材料をスピンコートなどにより塗布し、フォトリソグラフィ技術によりパターニングして焼成することにより赤色フィルター２２Ｒを形成する。続いて、同じく図７（Ｂ）に示したように、赤色フィルター２２Ｒと同様にして、青色フィルター２２Ｂおよび緑色フィルター２２Ｇを順次形成する。これにより、封止パネル２０が形成される。
【００５８】
封止パネル２０および駆動パネル１０を形成したのち、図８（Ａ）に示したように、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの上に、接着層３０を形成する。そののち、図８（Ｂ）に示したように、駆動パネル１０と封止パネル２０とを接着層３０を介して貼り合わせる。その際、封止パネル２０のうちカラーフィルター２２を形成した側の面を、駆動パネル１０と対向させて配置することが好ましい。以上により、駆動パネル１０と封止パネル２０とが接着され、図１ないし図４に示した表示装置が完成する。
【００５９】
この表示装置では、第１電極１２と第２電極１４との間に所定の電圧が印加されると、発光層１３Ｂに電流が注入され、正孔と電子とが再結合することにより、発光が起こる。この光は、第１電極１２と第２電極１４との間で多重反射し、第２電極１４，カラーフィルター２２および封止用基板２１を透過して取り出される。このとき、最大発光位置１３Ｅと第１端部Ｐ１との間の光学的距離Ｌ1 が数１４を満たすので、発生した光のうち第１電極１２の方へ向かう光に関しては、第１端部Ｐ１で反射して戻ってきたときの位相が、発光した光のうち第２電極１４の方へ向かう光の位相と同じくなり強め合う関係となる。また、最大発光位置１３Ｅと第２端部Ｐ２との間の光学的距離Ｌ2 が数１５を満たすので、発生した光のうち第２電極１４の方へ向かう光に関しては、第２端部Ｐ２で反射して戻ってきた光の位相が、発光した光のうち第１電極１２の方へ向かう光の位相と同じになり強め合う関係となる。従って、発光層１３Ｃで発生した光が効率よく取り出される。
【００６０】
このように、本実施の形態によれば、最大発光位置１３Ｅと第１端部Ｐ１との間の光学的距離Ｌ1 が数１４を満たし、最大発光位置１３Ｅと第２端部Ｐ２との間の光学的距離Ｌ2 が数１５を満たすようにしたので、発光層１３Ｃで発生した光の位相と、第１端部Ｐ１または第２端部Ｐ２で反射して発光位置に戻ってきた戻り光の位相とを同一とすることができる。よって、第１端部Ｐ１と第２端部Ｐ２との間で反射する光と、発生する光とを、互いに強め合う関係とすることができ、発光層１３Ｃで発生した光の取り出し効率を向上させることができる。
【００６１】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る表示装置について説明する。この表示装置は、第１の実施の形態の表示装置の有機発光素子１０Ｇの代わりに、図９に示したような構成の有機層４３を有する有機発光素子４０Ｇを有することを除いては、第１の実施の形態で図１を参照して説明した表示装置と同一である。また、第１の実施の形態と同様にして製造することができ、同様に作用し、同様の効果を得ることができる。よって、同一の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００６２】
有機発光素子４０Ｇは、いわゆるリン光グリーンデバイスであり、発光層４３Ｃの第２電極１４側の界面において主として発光するものである。すなわち、最大発光位置４３Ｅは発光層４３Ｃの第２電極１４側の界面である。また、有機発光素子４０Ｇは、有機層４３の構成が異なることを除いては有機発光素子１０Ｇと同一の構成を有している。有機層４３は、第１電極１２の側から、例えば、２−ＴＮＡＴＡよりなる正孔注入層４３Ａ、図３に示した化合物よりなる正孔輸送層４３Ｂ、４，４’−ビス（カルバゾル−９−イル）ビフェニル（ＣＢＰ）にトリス［２−（２−ピリディニル）フェニル−Ｃ，Ｎ］−イリジウム（Ｉｒｐｐｙ）を５体積％混合したものにより構成された発光層４３Ｃ、ビス（２−メチルー８−キノリノラート）（ｐ−フェニルフェノラート）アルミニウム（ＩＩＩ）（ＢＡｌｑ）よりなる正孔ブロック層４３Ｆ、およびＡｌｑ3 よりなる電子輸送層４３Ｄを順に積層した構成を有している。
【００６３】
共振器の第１端部Ｐ１と第２端部Ｐ２との間の光学的距離Ｌ、最大発光位置４３Ｅと第１端部Ｐ１との間の光学的距離Ｌ1 、および最大発光位置４３Ｅと第２端部Ｐ２との間の光学的距離Ｌ2 は、第１の実施の形態と同様に数１３ないし数１７を満たすことが好ましい。
【００６４】
数１３ないし数１７を満たす具体的な構成としては、例えば上述した材料により有機層４３を構成し、取り出したい光のスペクトルのピーク波長λを５２０ｎｍとする場合、正孔注入層４３Ａの厚みを１５ｎｍ、正孔輸送層４３Ｂの厚みを２５ｎｍ、発光層４３Ｃの厚みを３０ｎｍ、正孔ブロック層４３Ｆの厚みを１０ｎｍ、電子輸送層４３Ｄの厚みを４０ｎｍとし、第１電極１２をクロムにより構成し、第２電極１４を厚み１２ｎｍのＭｇＡｇ合金により構成したものが挙げられる。
【００６５】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。例えば、上記実施の形態においては、駆動用基板１１の上に、第１電極１２，有機層１３および第２電極１４を駆動用基板１１の側から順で積層し、封止パネル２０の側から光を取り出すようにした場合について説明したが、積層順序を逆にして、駆動用基板１１の上に、第２電極１４，有機層１３および第１電極１２を駆動用基板１１の側から順に積層し、駆動用基板１１の側から光を取り出すようにすることもできる。
【００６６】
また、例えば、上記実施の形態では、第１電極１２を陽極、第２電極１４を陰極とする場合について説明したが、陽極および陰極を逆にして、第１電極１２を陰極、第２電極１４を陽極としてもよい。さらに、第１電極１２を陰極、第２電極１４を陽極とすると共に、駆動用基板１１の上に、第２電極１４，有機層１３および第１電極１２を駆動用基板１１の側から順に積層し、駆動用基板１１の側から光を取り出すようにすることもできる。
【００６７】
また、上記実施の形態では、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を更に備えていてもよい。例えば、第１電極１２と有機層１３との間に、酸化クロム（ＩＩＩ）（Ｃｒ2 Ｏ3 ），ＩＴＯ（Indium-Tin Oxide：インジウム（Ｉｎ）およびスズ（Ｓｎ）の酸化物混合膜）などからなる正孔注入用薄膜層を備えていてもよい。あるいは、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを保護膜で覆い、保護膜の上に接着層３０を形成するようにしてもよい。また、例えば第１電極１２を、誘電体多層膜またはＡｌなどの反射膜の上部に透明導電膜を積層した２層構造とすることもできる。この場合、この反射膜の発光層側の端面が共振部の端部を構成し、透明導電膜は共振部の一部を構成することになる。
【００６８】
さらにまた、上記実施の形態では、第２電極１４が半透過性反射層により構成されている場合について説明したが、第２電極１４は、半透過性反射層と透明電極とが第１電極１２の側から順に積層された構造としてもよい。この透明電極は、半透過性反射層の電気抵抗を下げるためのものであり、発光層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。透明電極を構成する材料としては、例えば、ＩＴＯまたはインジウムと亜鉛（Ｚｎ）と酸素とを含む化合物が好ましい。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。透明電極の厚みは、例えば３０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることができる。また、この場合、半透過性反射層を一方の端部とし、透明電極を挟んで半透過性電極に対向する位置に他方の端部を設け、透明電極を共振部とする共振器構造を形成するようにしてもよい。さらに、そのような共振器構造を設けた上で、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを保護膜で覆うようにし、この保護膜を、透明電極を構成する材料と同程度の屈折率を有する材料により構成すれば、保護膜を共振部の一部とすることができ、好ましい。
【００６９】
さらに、本発明は、第２電極１４を透明電極により構成すると共に、この透明電極の有機層１３と反対側の端面の反射率が大きくなるように構成し、第１電極１２の発光層１３Ｂ側の端面を第１端部、透明電極の有機層と反対側の端面を第２端部とした共振器構造を構成した場合についても適用することができる。例えば、透明電極を大気層に接触させ、透明電極と大気層との境界面の反射率を大きくして、この境界面を第２端部としてもよい。また、接着層との境界面での反射率を大きくして、この境界面を第２端部としてもよい。さらに、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを保護膜で覆い、この保護膜との境界面での反射率を大きくして、この境界面を第２端部としてもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の表示素子、または請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の表示装置によれば、第１端部と最大発光位置との間の光学的距離Ｌ1 が数１または数５を満たし、第２端部と最大発光位置との間の光学的距離Ｌ2 が数２または数６を満たすようにしたので、発光層で発生した光の位相と、第１端部または第２端部で反射して発光位置に戻ってきた戻り光の位相とを同一とすることができる。よって、第１端部と第２端部との間で反射する光と、発生する光とを、互いに強め合う関係とすることができ、発光層で発生した光の取り出し効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る表示素子である有機発光素子を用いた表示装置の構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した有機発光素子における有機層の構成を拡大して表す断面図である。
【図３】図２に示した有機発光素子の発光層に用いられる化合物の構成を表す図である。
【図４】図１に示した有機発光素子における有機層の構成を拡大して表す断面図である。
【図５】第２端部と最大発光位置との間の距離を変えた場合の輝度のシミュレーション結果を表す図である。
【図６】ｓの値と、発光強度が最大になる第２端部と最大発光位置との間の距離との関係を、発光層の厚みが３０ｎｍおよび５０ｎｍの場合についてそれぞれ表した図である。
【図７】図１に示した表示装置の製造方法を工程順に表す断面図である。
【図８】図７に続く工程を表す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る表示装置に用いられる有機発光素子における有機層の構成を拡大して表す断面図である。
【符号の説明】
１０…駆動パネル、１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ，４０Ｇ…有機発光素子、１１…駆動用基板、１２…第１電極、１３…有機層、１３Ａ，４３Ａ…正孔注入層、１３Ｂ，４３Ｂ…正孔輸送層、１３Ｃ，４３Ｃ…発光層、１３Ｄ，４３Ｄ…電子輸送層、１３Ｅ，４３Ｅ…最大発光位置、１４…第２電極、２０…封止パネル、２１…封止用基板、２２…カラーフィルター、２２Ｒ…赤色フィルター、２２Ｇ…緑色フィルター、２２Ｂ…青色フィルター、３０…接着層，４３Ｆ…正孔ブロック層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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