(57)【要約】【課題】有機ＥＬ素子と共振構造を組み合わせた発光装置で、カラーフィルターを用いずに色再現性の低下を防ぐ。【解決手段】反射層１２と半透過反射層２０間の光路長が発光領域ごとに調整された共振構造を有し、発光層１９が第１の波長域と第１の波長域よりも短波長側の第２の波長域との内部発光を行う発光装置Ｅ１にて、第１波長域の発光ピーク波長λＬＩＮと、第１波長域の共振ピーク波長λLCと、第１波長域の出力波長λLOUTが概ね一致し、かつ、第２波長域の発光ピーク波長λSINと、第２波長域の共振ピーク波長λSCと、第２波長域の出力波長λSOUTは、λSIN＞λSOUT＞λSCという関係を満たし、発光ピーク波長λSINの発光強度と共振ピーク波長λSC発光強度との積で表される出力波長λSOUTの発光強度が、出力波長λLOUTの発光強度の１５％以下となるように、アレイキャビティ層３０と発光層３１の膜厚が調整されている。【選択図】図１
2015046280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置された反射層と、
前記反射層上に配置された透明層及び当該透明層上に配置された透明電極層を含むアレイキャビティ層と、
前記アレイキャビティ層上に配置された発光層と、
前記発光層上に配置された半透過反射層とを備え、
前記反射層と半透過反射層との間の光路長が発光領域ごとに調整された共振構造を有し、前記発光層が、第１の波長域と、当該第１の波長域よりも短波長側の第２の波長域との内部発光を行う発光装置であって、
前記内部発光における前記第１波長域の発光ピーク波長をλＬＩＮ、前記共振における前記第１波長域の共振ピーク波長をλＬＣ、前記第１波長域の出力波長をλＬＯＵＴ、
前記内部発光における前記第２波長域の発光ピーク波長をλＳＩＮ、前記共振における前記第２波長域の共振ピーク波長をλＳＣ、前記第２波長域の出力波長をλＳＯＵＴ、
としたとき、
前記第１波長域の発光ピーク波長λＬＩＮと、前記第１波長域の共振ピーク波長λＬＣと、前記第１波長域の出力波長λＬＯＵＴ、とが概ね一致し、かつ、
前記第２波長域の発光ピーク波長λＳＩＮと、前記第２波長域の共振ピーク波長λＳＣと、前記第２波長域の出力波長λＳＯＵＴとは、
発光ピーク波長λＳＩＮ＞出力波長λＳＯＵＴ＞共振ピーク波長λＳＣ
という関係を満たし、
前記発光ピーク波長λＳＩＮの発光強度と前記共振ピーク波長λＳＣの発光強度との積で表される前記出力波長λＳＯＵＴの発光強度が、前記出力波長λＬＯＵＴの発光強度の１５％以下となるように、前記アレイキャビティ層と発光層の膜厚が調整されている、
ことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記反射層から前記半透過反射層の光路長をＤ（λ）、前記反射層での反射における位相シフトをφＬ（λ）、前記半透過反射層での反射における位相シフトをφＵ（λ）、前記反射層と前記半透過反射層との間に発生する定在波のピーク波長をλ、２以下の整数をｍとしたとき、
前記第１波長域の共振ピーク波長λＬＣは、
λＬＣ＝Ｄ（λＬＣ）／{(２πｍ＋φＬ（λＬＣ）＋φＵ（λＬＣ）)／４π}
を満たし、
前記第２波長域の共振ピーク波長λＳＣは、
λＳＣ＝Ｄ（λＳＣ）／{(２π（ｍ＋１）＋φＬ（λＳＣ）＋φＵ（λＳＣ）)／４π}
を満たし、
前記共振ピーク波長λＳＣと、前記発光ピーク波長λＳＩＮとは、所定の定数をＢとしたとき、
共振ピーク波長λＳＣ≦発光ピーク波長λＳＩＮ−Ｂ
を満たす、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記共振ピーク波長λＬＣと、前記共振ピーク波長λＳＣは、前記光路長Ｄ（λＬＣ）及び前記光路長Ｄ（λＳＣ）を含む式において、前記整数ｍが１となるように、前記光路長Ｄ（λＬＣ）及び前記光路長Ｄ（λＳＣ）が調整されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記定数Ｂは３０ｎｍに設定されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項５】
前記発光層における消衰係数が、共振ピーク波長λＳＣにおいて０．０２以上である、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の発光装置。
【請求項６】
前記共振ピーク波長λＳＣが４５０ｎｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一記載の発光装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一記載の発光装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項８】
前記発光装置の発光面と、前記電子機器の表示面との間に、光学部材を備えることを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の発光素子を利用した発光装置およびこの発光装置を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板上に有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子を発光素子として形成し、発光素子の発光光を基板と反対側に取り出すトップエミッション方式の発光装置が電子機器の表示装置などとして多用されている。トップエミッション方式は、発光素子を挟み、基板側に形成された一方の第１電極（例えば陽極）と基板との間に反射層を形成し、発光素子を挟む他方の第２電極（例えば陰極）側から光を取り出す方式であって、光の利用効率が高い方式である。
【０００３】
トップエミッション方式の発光装置において、白色の有機ＥＬ素子を用い、赤色画素、緑色画素、および、青色画素のそれぞれにおける共振長を、基板側に形成された透明膜または透明電極膜の膜厚で調整する方法が提示されている（例えば特許文献１）。
【０００４】
この発光装置においては、反射層から第２電極間の光学的距離をＤ、反射層１２での反射における位相シフトをφＬ、第２電極での反射における位相シフトをφＵ、定在波のピーク波長をλ、整数をｍとすると、下記の式を満たす構造となっている。
Ｄ＝{(２πｍ＋φＬ＋φＵ)／４π}λ・・・（１）
【０００５】
この構造では、光取り出し効率が向上するだけでなく、色純度を改善することができ、高い品質のディスプレイを実現することができる。また、共振構造だけでは色純度が不十分であり、色再現性の良いディスプレイを実現できないため、カラーフィルターを追加する場合がある（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２７９７８８３号
【特許文献２】特許第４４０３３９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記式（１）でｍ＝１として、赤色画素、緑色画素、及び青色画素を構成した場合には、赤色画素において、本来の赤色の波長成分だけでなく、短波長側の青色の波長成分も取り出される。そのため、カラーフィルターを用いない場合には、色再現性が悪化することがあった。また、短波長側の青色成分を除去するためにカラーフィルターを追加するとしても、赤色の光のみが射出される場合と比較して膜厚が厚いカラーフィルターを形成する必要があり、輝度が低下したり、コストアップにつながることがあった。
【０００８】
このような事情を背景として、本発明は、有機ＥＬ素子と共振構造を組み合わせ、カラーフィルターを用いることなく、色再現性の低下を防ぐという課題の解決を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するために、本発明に係る発光装置は、基板と、前記基板上に配置された反射層と、前記反射層上に配置された透明層及び当該透明層上に配置された透明電極層を含むアレイキャビティ層と、前記アレイキャビティ層上に配置された発光層と、前記発光層上に配置された半透過反射層とを備え、前記反射層と半透過反射層との間の光路長が発光領域ごとに調整された共振構造を有し、前記発光層が、第１の波長域と、当該第１の波長域よりも短波長側の第２の波長域との内部発光を行う発光装置であって、前記内部発光における前記第１波長域の発光ピーク波長をλＬＩＮ、前記共振における前記第１波長域の共振ピーク波長をλＬＣ、前記第１波長域の出力波長をλＬＯＵＴ、前記内部発光における前記第２波長域の発光ピーク波長をλＳＩＮ、前記共振における前記第２波長域の共振ピーク波長をλＳＣ、前記第２波長域の出力波長をλＳＯＵＴ、としたとき、前記第１波長域の発光ピーク波長λＬＩＮと、前記第１波長域の共振ピーク波長λＬＣと、前記第１波長域の出力波長λＬＯＵＴ、とが概ね一致し、かつ、前記第２波長域の発光ピーク波長λＳＩＮと、前記第２波長域の共振ピーク波長λＳＣと、前記第２波長域の出力波長λＳＯＵＴとは、発光ピーク波長λＳＩＮ＞出力波長λＳＯＵＴ＞共振ピーク波長λＳＣという関係を満たし、前記発光ピーク波長λＳＩＮの発光強度と前記共振ピーク波長λＳＣの発光強度との積で表される前記出力波長λＳＯＵＴの発光強度が、前記出力波長λＬＯＵＴの発光強度の１５％以下となるように、前記アレイキャビティ層と発光層の膜厚が調整されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、長波長側である第２の波長域の出力波長λＳＯＵＴの発光強度が、短波長側の第１の波長域の出力波長λＬＯＵＴの発光強度の１５％以下となるように、アレイキャビティ層と発光層の膜厚が調整されているので、長波長側である第２の波長域の出力波長λＳＯＵＴの発光はほとんど取り出されず、カラーフィルターを用いることなく広色域化が実現される。
【００１１】
上述した発光装置において、前記反射層から前記半透過反射層の光路長をＤ（λ）、前記反射層での反射における位相シフトをφＬ（λ）、前記半透過反射層での反射における位相シフトをφＵ（λ）、前記反射層と前記半透過反射層との間に発生する定在波のピーク波長をλ、２以下の整数をｍとしたとき、前記第１波長域の共振ピーク波長λＬＣは、
λＬＣ＝Ｄ(λＬＣ)／{(２πｍ＋φＬ(λＬＣ)＋φＵ(λＬＣ))／４π}・・・（２）
を満たし、前記第２波長域の共振ピーク波長λＳＣは、
λＳＣ＝Ｄ(λＳＣ)／{(２π)(ｍ＋１)＋φＬ(λＳＣ)＋φＵ(λＳＣ))／４π}・・・（３）
を満たし、前記共振ピーク波長λＳＣと、前記発光ピーク波長λＳＩＮとは、所定の定数をＢとしたとき、共振ピーク波長λＳＣ≦発光ピーク波長λＳＩＮ−Ｂを満たすようにしてもよい。本発明によれば、共振ピーク波長λＳＣと発光ピーク波長λＳＩＮは、共振ピーク波長λＳＣ≦発光ピーク波長λＳＩＮ−Ｂを満たすので、長波長側である第２の波長域の出力波長λＳＯＵＴの発光はほとんど取り出されず、カラーフィルターを用いることなく広色域化が実現される。
【００１２】
上述した発光装置において、前記共振ピーク波長λＬＣと、前記共振ピーク波長λＳＣは、前記光路長Ｄ（λＬＣ）及び前記光路長Ｄ（λＳＣ）を含む式において、前記整数ｍが１となるように、前記光路長Ｄ（λＬＣ）及び前記光路長Ｄ（λＳＣ）が調整されているようにしてもよい。本発明によれば、前記整数ｍが１の場合には、発光効率、色純度、製造容易性が高くなり、かつ、カラーフィルターを用いることなく広色域化が実現される。
【００１３】
上述した発光装置において、前記定数Ｂを３０ｎｍに設定するようにしてもよい。本発明によれば、長波長側である第２の波長域の出力波長λＳＯＵＴの発光はほとんど取り出されず、カラーフィルターを用いることなく広色域化が実現される。
【００１４】
上述した発光装置において、前記発光層における消衰係数が、共振ピーク波長λＳＣにおいて０．０２以上としてもよい。この場合には、反射層と対向電極で光が反射を繰り返す際に吸収される。したがって、短波長側の共振ピーク波長λＳＣが短波長側にシフトするにつれて、共振スペクトルの強度も低下する。出力波長λＯＵＴは内部発光の発光強度と共振スペクトルの強度の積として得られるから、短波長側の共振ピーク波長λＳＣの強度が低下すれば、取り出される短波長成分も小さくなる。これにより、赤色画素においてより色純度を高めることができる。
【００１５】
上述した発光装置において、前記共振ピーク波長λＳＣを４５０ｎｍ以下としてもよい。この場合には、短波長側の共振ピーク波長λＳＣが短波長側にシフトすることになり、共振スペクトルの強度も低下する。出力波長λＯＵＴは内部発光の発光強度と共振スペクトルの強度の積として得られるから、短波長側の共振ピーク波長λＳＣの強度が低下すれば、取り出される短波長成分も小さくなる。これにより、赤色画素においてより色純度を高めることができる。
【００１６】
本発明に係る電子機器は、前記発光装置を備えていることを特徴とする。本発明に係る電子機器においては、前記発光装置を備えているので、色域の広い表示部を有する電子機器を提供することができる。
【００１７】
上記電子機器において、前記発光装置の発光面と、前記電子機器の表示面との間に、光学部材を備えるようにしてもよい。本発明の電子機器によれば、色域の広い良好な表示が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る発光装置の概要を示す模式的な断面図である。
【図２】発光機能層における発光層に用いられた材料を示す図である。
【図３】比較例１、実施例１、実施例２、実施例３のそれぞれの発光装置における赤色画素の色度を示す図である。
【図４】比較例１、実施例１、実施例２、実施例３のそれぞれの発光装置における赤色画素の発光スペクトルを示す図である。
【図５】正孔注入層及び正孔注入層に用いたＨＴ−３２０と、透明層に用いたＳｉＮ及びＳｉＯ２の波長に対する屈折率の変化を示す図である。
【図６】正孔注入層及び透明層の膜厚を変えた場合の共振成分の違いを示す図であり、（Ａ）は正孔注入層が厚く透明層が薄い場合の共振成分を示す図、（Ｂ）は正孔注入層が薄く透明層が厚い場合の共振成分を示す図である。
【図７】白色の発光機能層の内部における発光スペクトルの一例及び比較例、実施例１、２、３の共振スペクトルのシミュレーション結果を示す図である。
【図８】発光機能層の波長に対する消衰係数の変化を示す図である。
【図９】応用例１に係るマイクロ・ディスプレイを示す斜視図である。
【図１０】応用例１に係るヘッドマウント・ディスプレイを示す斜視図である。
【図１１】応用例１に係るヘッドマウント・ディスプレイの光学構成を示す斜視図である。
【図１２】応用例２に係るモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。
【図１３】応用例２に係る携帯電話機の構成を示す斜視図である。
【図１４】応用例２に係る携帯情報端末の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る様々な実施の形態を説明する。図面においては、各部の寸法の比率は実際のものとは適宜に異ならせてある。
＜Ａ：発光装置の構造＞
図１は、本発明の一実施形態に係る発光装置Ｅ１の概要を示す模式的な断面図である。発光装置Ｅ１は、複数の発光素子Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３が図示しない第１基板の面上に配列された構成であるが、図１においては、説明の便宜上、赤色、緑色および青色の各色の発光素子Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３が一つずつ例示されている。本実施形態の発光装置Ｅ１は、トップエミッション型であり、発光素子Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３にて発生した光は第１基板とは反対側に向かって進行する。従って、ガラスなどの光透過性を有する板材のほか、セラミックスや金属のシートなど不透明な板材を第１基板として採用することができる。
なお、発光素子Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３に給電して発光させるための配線、発光素子Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３に給電するための回路については、図示を省略する。
【００２０】
赤色の発光素子Ｕ１は、反射層１２と、反射層１２の上に形成された第１の透明層１３と、第１の透明層１３上に形成された第２の透明層１４と、第２の透明層１４上に形成された第３の透明層１５を備える。また、赤色の発光素子Ｕ１は、第３の透明層１５上に形成された透明電極層（画素電極、陽極）１６を備える。第１の透明層１３と、第２の透明層１４と、第３の透明層１５と、透明電極層１６とにより、アレイキャビティ層３０が構成される。
【００２１】
また、赤色の発光素子Ｕ１は、透明電極層１６上に形成された正孔注入層及び正孔輸送層１７と、正孔注入層及び正孔輸送層１７上に形成された発光層１８と、発光層１８上に形成された電子輸送層１９とを有する。これらの正孔注入層及び正孔輸送層１７、発光層１８、及び電子輸送層１９が、発光機能層３１を構成する。さらに、赤色の発光素子Ｕ１は、電子輸送層１９上に形成された光取り出し側半透過半反射層としての対向電極２０（陰極）と、対向電極２０上に形成された封止層２１とを備える。
【００２２】
緑色の発光素子Ｕ２、及び青色の発光素子Ｕ３についても、ほぼ同様の構成であるが、緑色の発光素子Ｕ２は、第１の透明層１３と第２の透明層１４を備えており、青色の発光素子Ｕ３は、第１の透明層１３のみを備えているところが、赤色の発光素子Ｕ１と異なる。つまり、赤色の発光素子Ｕ１、緑色の発光素子Ｕ２、及び青色の発光素子Ｕ３は、透明層の積層数によって、反射層１２から対向電極２０までの光学的距離が調整されている。
【００２３】
反射層１２は、光反射性を有する材料によって形成される。この種の材料としては、例えばＡｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）などの単体金属、またはＡｌ、Ａｕ、ＣｕまたはＡｇを主成分とする合金などが好適に採用される。本実施形態では、反射層１２はＡｌで形成される。本実施形態では、反射層１２の膜厚を１５０ｎｍとした。
【００２４】
反射層１２上には、第１の透明層１３、第２の透明層１４、及び第３の透明層１５が形成される。これらの透明層はＳｉＯ２またはＳｉＮで形成される。本実施形態では、第１の透明層１３をＳｉＮで形成し、膜厚を７０ｎｍとした。また、第２の透明層１４をＳｉＯ２で形成し、膜厚を４０ｎｍとした。そして、第３の透明層１５をＳｉＯ２で形成し、膜厚を４５ｎｍとした。
【００２５】
透明電極層１６は、ＩＴＯで形成される。本実施形態では、透明電極層１６の層厚を２０ｎｍとした。透明電極層１６は、図示しない絶縁層によって、赤色（Ｒ）の発光素子用の透明電極層、緑色（Ｇ）の発光素子用の透明電極層、および青色（Ｂ）の透明電極層に隔離されている。
【００２６】
正孔注入層（ＨＩＬ：Hole Injection Layer）及び正孔輸送層（ＨＴＬ：Hole transport layer）１７は、ＨＴ−３２０（出光興産社製）で形成される。本実施形態では、正孔注入層及び正孔輸送層１７の膜厚を６０ｎｍとした。なお、本実施形態では、正孔注入層と正孔輸送層の機能を兼ねる単一の層で形成したが、それぞれ別の層として形成するようにしてもよい。別の層として形成する場合には、例えば、正孔注入層についてはＭｏＯｘ（酸化モリブデン）で形成し、正孔輸送層についてはα−ＮＰＤで形成するようにしてもよい。
【００２７】
発光層（ＥＭＬ：Emitting Layer）１８は、正孔と電子が結合して発光する有機ＥＬ物質から形成されている。本実施形態では、有機ＥＬ物質は低分子材料であって、白色光を発する。赤色のホスト材料および赤色のドーパント材料、ならびに緑色および青色のホスト材料としては図２に示すものが使用される。さらに、青色のドーパント材料としてはＤＰＡＶＢｉが使用される。緑色のドーパント材料としてはキナクリドンが使用される。本実施形態では、発光層の膜厚を４５ｎｍとした。
【００２８】
電子輸送層（ＥＴＬ：Electron Transport Layer）１９は、Ａｌｑ３（トリス８−キノリノラトアルミニウム錯体）で形成される。本実施形態では、電子輸送層の膜厚を２５ｎｍとした。
【００２９】
対向電極２０は陰極であり、正孔注入層及び正孔輸送層１７、発光層１８、及び電子輸送層１９で構成される発光機能層を覆うように形成される。対向電極２０は複数の発光素子Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３に渡って連続している。対向電極２０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（すなわち半透過半反射性）を持った半透過反射層として機能し、例えばマグネシウムや銀などの単体金属、またはマグネシウムや銀を主成分とする合金から形成される。本実施形態では、対向電極２０は、ＭｇＡｇ（マグネシウム銀合金）で形成される。対向電極２０の膜厚は、２０ｎｍとした。
【００３０】
封止層２１は、発光素子Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３に対する水や外気の浸入を防ぐための保護層であって、ＳｉＮ（窒化珪素）やＳｉＯＮ（酸窒化珪素）などのガス透過率が低い無機材料から形成される。本実施形態では、封止層２１はＳｉＯＮで形成され、膜厚は１μｍとした。
【００３１】
本実施形態における発光装置Ｅ１は、反射層１２から光取り出し側半透過反射層としての対向電極２０までの光学的距離を所定値に設定することにより、反射層１２から対向電極２０に定在波を発生させる共振構造を採用している。
【００３２】
具体的には、反射層１２の発光層１８側の面から対向電極２０の発光層１８側の面間の光学的距離をＤ、反射層１２での反射における位相シフトをφＬ、対向電極２０での反射における位相シフトをφＵ、定在波のピーク波長をλ、整数をｍとすると、下記の式を満たす構造となっている。
Ｄ＝{(２πｍ＋φＬ＋φＵ)／４π}λ・・・（４）
【００３３】
本実施形態における発光装置Ｅ１は、特に、上記式（４）においてｍ＝１とし、透明層の層厚により光学的距離Ｄを調節し、赤色、緑色、青色の波長の色を取り出す構造になっている。
【００３４】
＜Ｂ：赤色画素の色度比較＞
以上のような本実施形態の発光装置Ｅ１と比較例の発光装置とにおいて、赤色画素の色度比較を行った結果について説明する。なお、比較例の発光装置と比較した本実施形態の発光装置Ｅ１としては、正孔注入層及び正孔注入層１７の層厚と、第１の透明層１３の層厚とをそれぞれ変更した実施例１、実施例２、及び実施例３の３種類の発光装置を用いた。以下、詳細に説明する。
【００３５】
＜Ｂ−１：比較例１、実施例１、実施例２、実施例３の膜厚＞
比較例１、実施例１、実施例２、実施例３のそれぞれの発光装置は、各層の構造は上述した実施形態の発光装置と同様であるが、正孔注入層及び正孔輸送層１７の層厚と、第１の透明層１３の層厚が異なっている。表１に、比較例１、実施例１、実施例２、実施例３のそれぞれの正孔注入層及び正孔輸送層１７の層厚と、第１の透明層１３の層厚を示す。
【００３６】
【表１】
2015046280.tif 000003
【００３７】
図３に、比較例１、実施例１、実施例２、実施例３のそれぞれの発光装置における赤色画素の色度を調べた結果を示す。図３に示すように、比較例１が最も色度が低く、次いで実施例１、実施例２、実施例３の順に赤色の色度が高くなっている。つまり、正孔注入層及び正孔輸送層１７の層厚が薄く、第１の透明層の膜厚が厚いほど、赤色の色度が高くなっていることがわかる。
【００３８】
図４に、比較例１、実施例１、実施例２、実施例３のそれぞれの発光装置における赤色画素の発光スペクトルを調べた結果を示す。図４に示すように、比較例１においては、赤色画素において、青色の波長成分（４６０〜４７０ｎｍ）が比較的高い強度で取り出されていることがわかる。しかし、実施例１、実施例２、実施例３においては、青色の波長成分の強度は低く、実施例３においてはほぼ取り出されないことがわかる。つまり、実施例１、実施例２、実施例３においては、赤色画素を高色純度化できていることがわかる。
【００３９】
＜Ｃ：本発明の原理＞
図５に、正孔注入層及び正孔輸送層に用いたＨＴ−３２０と、透明層に用いたＳｉＮ及びＳｉＯ２の波長に対する屈折率の変化を調べた結果を示す。図５に示すように、透明層に用いたＳｉＮ及びＳｉＯ２については、波長に拘わらず屈折率はほぼフラットであることがわかる。しかし、ＨＴ−３２０については、赤色帯域における屈折率に比べて、青色帯域及びそれよりも短波長側における屈折率が非常に高くなっていることがわかる。
【００４０】
図６（Ａ）、図６（Ｂ）に、正孔注入層及び透明層の層厚を変えた場合の共振成分の違いを示す。図６（Ａ）、図６（Ｂ）においては、第１の透明層１３、第２の透明層１４、第３の透明層１５、及び透明電極層１６によりアレイキャビティ層３０が構成され、正孔注入層及び正孔輸送層１７、発光層１８、及び電子輸送層１９により発光機能層３１が構成されている。
【００４１】
図６（Ａ）に示すように、発光機能層３１が厚く、アレイキャビティ層３０が薄い場合には、赤色の共振成分の他に、青色の共振成分が取り出される。これは、光学的距離が膜厚と屈折率の積により求められるため、短波長側において屈折率が高くなる発光機能層３１が厚い場合には、短波長側の成分に対しては全体の光学的距離が長くなり、短波長側の共振波長が長くなるためである。その結果、青色の発光成分が取り出される。
【００４２】
しかし、図６（Ｂ）に示すように、発光機能層３１を薄く、アレイキャビティ層３０を厚くした場合には、短波長側の成分に対する全体の光学的距離が短くなり、その結果、赤色成分の他に取り出される発光成分は、短波長側にシフトすることになる。したがって、青色の発光成分が取り出されにくくなり、赤色画素を広色域化できる。
【００４３】
本実施形態においては、反射層１２の発光層側１８の面から対向電極２０の発光層１８側の面の間の光学的距離をＤ(λ)、反射層１２での反射における位相シフトをφＬ(λ)、対向電極２０での反射における位相シフトをφＵ(λ)、共振ピーク波長をλ、整数をｍとすると、下記の式を満たす構造となっている。
Ｄ(λ)＝{(２πｍ＋φＬ(λ)＋φＵ(λ))／４π}λ  ・・・（５）
ここで、反射層１２での反射における位相シフトφＬ(λ)と、対向電極２０での反射における位相シフトφＵ(λ)は、波長によって変化する。
【００４４】
Ｄ(λ)は、反射層１２から対向電極２０間の光学的距離であるが、波長によって変化する光学的距離である。つまり、Ｄ(λ)は以下の式で表すことができる。
Ｄ(λ)＝ｎ１(λ)＊ｄ１＋ｎ２(λ)＊ｄ２＋・・・ｎｋ(λ)＊ｄｋ  ・・・（６）
この式（６）において、ｎｋ(λ)は第ｋ層の屈折率であり、ｄｋは第ｋ層の膜厚である。
【００４５】
ここで、赤色画素における長波長成分の共振ピーク波長、つまり、赤色発光の共振ピーク波長をλＬCとすると、前記式（５）は次のように書き換えられる。
Ｄ(λＬC)＝{(２πｍ＋φＬ(λＬC)＋φＵ(λＬC))／４π}λＬC  ・・・（７）
前記式（６）を変形すると、
λＬC＝Ｄ(λＬC)／{(２πｍ＋φＬ(λＬC)＋φＵ(λＬC))／４π}  ・・・（８）
また、この式（８）に、前記式（６）を当てはめると、次のようになる。
λＬC＝{ｎ１(λＬC)＊ｄ１＋ｎ２(λＬC)＊ｄ２＋・・・ｎｋ(λＬC)＊ｄｋ}／{(２πｍ＋φＬ(λＬC)＋φＵ(λＬC))／４π}  ・・・（９）
この式（９）において、ｍ＝１とし、所望の赤色発光の共振ピーク波長λＬCが得られるようにＤ(λＬC)の値、つまり、透明層の膜厚及び発光機能層の膜厚を調整することにより、共振ピーク波長λＬCの赤色発光光を取り出すことができる。
【００４６】
但し、実際に発光素子Ｕ１において出力される赤色発光の出力波長λＬＯＵＴは、発光機能層内部における内部発光ピーク波長λＬＩＮの発光強度と、共振ピーク波長λＬCの発光強度との積が、ピークとなる位置の波長として求められる。
【００４７】
図７に、正孔注入層及び正孔輸送層１７、発光層１８、及び電子輸送層１９により構成される白色の発光機能層３１の内部における発光スペクトルの一例と、比較例、実施例１、２、３の共振スペクトルのシミュレーション結果を示す。図７に示すように、発光機能層３１の内部における長波長側の発光ピーク波長λＬＩＮは、約６１０ｎｍとなっている。したがって、赤色発光の出力波長λＬＯＵＴを６１０ｎｍ付近にするためには、赤色発光の共振ピーク波長λＬCと発光ピーク波長λＬＩＮとをほぼ一致させるように透明層の膜厚及び発光機能層の膜厚を調整すればよい。その結果、効率良く赤色の光を取り出すことができる。
【００４８】
次に、赤色画素における短波長成分の共振ピーク波長をλＳCとすると、前記式（５）は次のように書き換えられる。
Ｄ(λＳC)＝{(２π(ｍ＋１)＋φＬ(λＳC)＋φＵ(λＳC))／４π}λＳC  ・・・（１０）
式（１０）における共振次数はｍ＋１であり、前記式（７）における共振次数ｍを１とする場合には、式（１０）における共振次数はｍ＋１＝２となる。
【００４９】
前記式（１０）を変形すると、
λＳC＝Ｄ(λＳC)／{(２π(ｍ＋１)＋φＬ(λＳC)＋φＵ(λＳC))／４π}  ・・・（１１）
また、この式（１１）に、前記式（６）を当てはめると、次のようになる。
λＳC＝{ｎ１(λＳC)＊ｄ１＋ｎ２(λＳC)＊ｄ２＋・・・ｎｋ(λＳC)＊ｄｋ}／{(２π(ｍ＋１)＋φＬ(λＳC)＋φＵ(λＳC))／４π}  ・・・（１２）
【００５０】
この式（１２）に基づいて、ｍ＋１＝２とし、透明層の膜厚及び発光機能層の膜厚を、比較例１における膜厚とした場合の短波長側の共振ピーク波長λＳCを算出すると、４４０ｎｍとなった。
【００５１】
白色の発光機能層３１の内部における短波長側の発光ピーク波長λＳＩＮは、図７に示すように約４７０ｎｍとなっている。短波長側の出力波長λＳＯＵＴは、発光機能層内部における短波長側の発光ピーク波長λＳＩＮの発光強度と、短波長側の共振ピーク波長λＳCの発光強度との積が、ピークとなる位置の波長として求められる。その結果、比較例１の場合の短波長側の出力波長λＬＯＵＴは、４６０〜４７０ｎｍをピークとする波長となる。図４に比較例１の短波長側の出力波長λＳＯＵＴの例を示す。図４に示すように、比較例１の場合には、４６０〜４７０ｎｍをピークとする波長の発光強度は０．９程度と高く、赤色の光の強度に対する割合も大きい。したがって青色に近い色の成分が取り出されることになり、赤色画素の色純度が悪化することがわかる。
【００５２】
一方、前記式（１２）に基づいて、ｍ＋１＝２とし、透明層の膜厚及び発光機能層の膜厚を、実施例１〜実施例３における膜厚とした場合の短波長側の共振ピーク波長λＳCを算出すると、実施例１では短波長側の共振ピーク波長λＳＣは４４０ｎｍ、実施例２では短波長側の共振ピーク波長λＳＣは４２６ｎｍ、実施例３では短波長側の共振ピーク波長λＳＣは４１２ｎｍとなった。実施例１〜実施例３の共振スペクトルを図７に示す。図７からも明らかなように、比較例１と比べると、共振ピーク波長が短波長側へシフトしていることがわかる。
【００５３】
白色の発光機能層３１の内部においては、図７に示すように、４１２ｎｍ〜４４０ｎｍ付近の強度は非常に低い。実施例１〜実施例３における短波長側の出力波長λＳＯＵＴについても、発光機能層内部における短波長側の発光ピーク波長λＳＩＮの発光強度と、短波長側の共振ピーク波長λＳCの発光強度との積がピークとなる位置の波長として求められる。
つまり、実施例１〜実施例３では、短波長側の出力波長λＳＯＵＴは、図４に示すように
４３０ｎｍ〜４６０ｎｍ付近となるが、その発光強度は非常に低い。最も発光強度の高い実施例１においても０．２程度であり、長波長側である赤色の出力波長λＬＯＵＴの発光強度に対して１５％程度である。その結果、実施例１〜実施例３においては、短波長成分が取り出されにくくなり、赤色画素において色純度が悪化するということがない。
【００５４】
さらに、図８に示すように、４５０ｎｍ付近を境として、これよりも短波長の光はＨＴ−３２０やＡｌｑ３などの発光機能層における消衰係数が急激に増加する。このため、共振ピーク波長λＣをこのような範囲に設定しておくと、反射層１２と対向電極２０で光が反射を繰り返す際に吸収される。したがって、短波長側の共振ピーク波長λＳＣが短波長側にシフトするにつれて、共振スペクトルの強度も低下する。既に述べたように、出力波長λＯＵＴは内部発光の発光強度と共振スペクトルの強度の積として得られるから、短波長側の共振ピーク波長λＳＣの強度が低下すれば、取り出される短波長成分も小さくなる。これにより、赤色画素においてより色純度を高めることができる。
【００５５】
以上のように、発光ピーク波長を波長λＳＩＮとする発光機能層内部における短波長側の発光スペクトルの発光強度と、共振ピーク波長を波長λＳCとする共振による短波長側の発光スペクトルの発光強度との積として求められる短波長側の出力波長λＳＯＵＴの発光強度が、長波長側の出力波長λＬＯＵＴの発光強度の１５％程度となるように、透明層の膜厚及び発光機能層の膜厚を調整することにより、赤色画素における色純度の悪化を防止できることがわかった。
【００５６】
上述の例では、短波長側の共振ピーク波長λＳCが、発光機能層内部における発光ピーク波長λＳＩＮよりも、３０ｎｍ程度小さくなるように透明層の膜厚及び発光機能層の膜厚を調整することにより、短波長側の出力波長λＳＯＵＴの発光強度が、長波長側の出力波長λＬＯＵＴの発光強度の１５％程度となることがわかった。
【００５７】
本実施形態によれば、カラーフィルターを用いることなく、色再現性の良い発光装置を提供することができる。本実施形態の発光装置にカラーフィルターを用いた場合と、用いない場合とで比較した結果、カラーフィルターを用いない方が、発光装置の白色輝度が３割程度向上した。
【００５８】
＜Ｄ：変形例＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下に述べる各種の変形が可能である。また、各変形例及び実施形態は、適宜、組み合わせてもよいことは勿論である。
【００５９】
（１）変形例１
上述した実施形態では、カラーフィルターを用いない例について説明したが、カラーフィルターを形成するように構成してもよい。赤色画素用のカラーフィルターは、短波長成分の透過率がある程度高くても、上述した本発明の発光装置を用いることにより、広色純度を実現できる。その結果、カラーフィルター材料の選択範囲を広げることができる。また、カラーフィルターの膜厚を薄くすることができる。
【００６０】
（２）変形例２
半透過半反射層としての対向電極２０の反射率や膜厚によって、共振ピーク波形の鋭さが変わるため、この鋭さに応じて、短波長側の共振ピーク波長λＳCを、発光機能層内部における発光ピーク波長λＳＩＮよりもどの程度小さくすればよいかを定めてもよい。
【００６１】
（３）変形例３
上述した実施形態においては、封止層２１上に形成される第２基板側から光を取り出すトップエミッション型の発光装置に本発明を適用する例について説明した。しかしながら、本発明はこのような例に限定されるものではない。例えば、反射層１２の下方に形成される第１基板側から光を取り出すボトムエミッション型の発光装置に本発明は適用可能である。
【００６２】
＜Ｅ：応用例＞
本発明に係る発光装置は様々な電子機器に適用可能である。以下、代表的な応用例について説明する。
【００６３】
（１）応用例１
図９は、上述した実施形態の発光装置Ｅ１を、ヘッドマウント・ディスプレイにおいて画像を表示するマイクロ・ディスプレイに応用した例を示す斜視図である。発光装置Ｅ１は、表示部で開口する枠状のケース７２に収納されるとともに、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）基板７４の一端が接続されている。ＦＰＣ基板７４には、半導体チップの制御回路５が、ＣＯＦ（Chip On Film）技術によって実装されるとともに、複数の端子７６が設けられて、図示省略された上位回路に接続される。当該上位回路から複数の端子７６を介して画像データが同期信号に同期して供給される。同期信号には、垂直同期信号や、水平同期信号、ドットクロック信号が含まれる。また、画像データは、表示すべき画像の画素の階調レベルを例えば８ビットで規定する。
【００６４】
制御回路５は、発光装置Ｅ１の電源回路とデータ信号出力回路との機能を兼用するものである。すなわち、制御回路５は、同期信号にしたがって生成した各種の制御信号や各種電位を発光装置Ｅ１に供給するほか、デジタルの画像データをアナログのデータ信号に変換して、発光装置Ｅ１に供給する。
【００６５】
図１０は、ヘッドマウント・ディスプレイ３００の外観を示す図であり、図１１は、その光学的な構成を示す図である。図１０に示されるように、ヘッドマウント・ディスプレイ３００は、外観的には、一般的な眼鏡と同様にテンプル３１０や、ブリッジ３２０、レンズ３０１Ｌ、３０１Ｒを有する。また、ヘッドマウント・ディスプレイ３００は、図１１に示されるように、ブリッジ３２０近傍であってレンズ３０１Ｌ、３０１Ｒの奥側（図において下側）には、左眼用の発光装置Ｅ１Ｌと右眼用の発光装置Ｅ１Ｒとが設けられる。
【００６６】
発光装置Ｅ１Ｌの画像表示面は、図１１において左側となるように配置している。これによって発光装置Ｅ１Ｌによる表示画像は、光学レンズ３０２Ｌを介して図において９時の方向に出射する。ハーフミラー３０３Ｌは、発光装置Ｅ１Ｌによる表示画像を６時の方向に反射させる一方で、１２時の方向から入射した光を透過させる。
【００６７】
発光装置Ｅ１Ｒの画像表示面は、発光装置Ｅ１Ｌとは反対の右側となるように配置している。これによって発光装置Ｅ１Ｒによる表示画像は、光学レンズ３０２Ｒを介して図において３時の方向に出射する。ハーフミラー３０３Ｒは、発光装置Ｅ１Ｒによる表示画像を６時方向に反射させる一方で、１２時の方向から入射した光を透過させる。
【００６８】
この構成において、ヘッドマウント・ディスプレイ３００の装着者は、発光装置Ｅ１Ｌ、Ｅ１Ｒによる表示画像を、外の様子と重ね合わせたシースルー状態で観察することができる。また、このヘッドマウント・ディスプレイ３００において、視差を伴う両眼画像のうち、左眼用画像を発光装置Ｅ１Ｌに表示させ、右眼用画像を発光装置Ｅ１Ｒに表示させると、装着者に対し、表示された画像があたかも奥行きや立体感を持つかのように知覚させることができる（３Ｄ表示）。
【００６９】
広色純度を有し、高い輝度の発光装置Ｅ１は、明るさを重要視するヘッドマウント・ディスプレイ３００に好適に用いることができる。また、発光装置Ｅ１は小型で高精細化が可能なので、ヘッドマウント・ディスプレイ３００のような小型の装置に好適に用いることができる。
【００７０】
なお、発光装置Ｅ１については、ヘッドマウント・ディスプレイ３００のほかにも、ビデオカメラやレンズ交換式のデジタルカメラなどにおける電子式ビューファインダーにも適用可能である。
【００７１】
（２）応用例２
図１２は、上述の実施形態に係る発光装置Ｅ１を表示装置として採用したモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。パーソナルコンピュータ２０００は、表示装置としての発光装置Ｅ１と本体部２０１０とを備える。本体部２０１０には、電源スイッチ２００１およびキーボード２００２が設けられている。この発光装置Ｅ１は有機ＥＬ素子を使用しているので、視野角が広く見易い画面を表示できる。
【００７２】
図１３に、上述の実施形態に係る発光装置Ｅ１を適用した携帯電話機の構成を示す。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１およびスクロールボタン３００２、ならびに表示装置としての発光装置Ｅ１を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、発光装置Ｅ１に表示される画面がスクロールされる。
【００７３】
図１４に、上述の実施形態に係る発光装置Ｅ１を適用した携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant、あるいは、スマートフォン）の構成を示す。情報携帯端末４０００は、複数の操作ボタン４００１および電源スイッチ４００２、ならびに表示装置としての発光装置Ｅ１を備える。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が発光装置Ｅ１に表示される。
【００７４】
なお、本発明に係る発光装置が適用される電子機器としては、図９から図１４に示したもののほか、デジタルスチルカメラ、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電子ペーパー、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、プリンター、スキャナー、複写機、ビデオプレーヤ、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。
【符号の説明】
【００７５】
１２……反射層、１３，１４，１５……透明層、１６……発光機能層、１７……正孔注入層及び正孔輸送層、１８……発光層、１９……電子輸送層、２０……対向電極、２１……封止層、３０……アレイキャビティ層、３１……発光機能層、Ｅ１……発光装置、Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３…発光素子。
【図１】
2015046280.tif 000004
【図２】
2015046280.tif 000005
【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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【図１０】
2015046280.tif 000013
【図１１】
2015046280.tif 000014
【図１２】
2015046280.tif 000015
【図１３】
2015046280.tif 000016
【図１４】
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