(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光取り出し側の第１の電極と前記第１の電極に対向する第２の電極との間に、発光層を含む有機化合物層を有するＲＧＢの３色の副画素の有機ＥＬ素子を複数備え、該有機ＥＬ素子は、前記有機化合物層よりも前記第１の電極側にある第１の反射面と、前記有機化合物層よりも前記第２の電極側にある第２の反射面との間で、前記発光層で発生する光を共振させる共振構造を有する有機ＥＬ表示装置において、
前記ＲＧＢの３色のうち少なくとも１色の有機ＥＬ素子の発光層内での発光位置と前記第２の反射面との間の光学距離は、白色表示する際に、前記光学距離を変化させたときの必要電流密度の曲線におけるｎ次の極小値から±１０％となる値であることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
【請求項２】
前記光学距離は、前記必要電流密度の曲線における２次の極小値となる値であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項３】
前記ＲＧＢの３色のうち少なくとも１色の有機ＥＬ素子の前記第１の反射面と前記第２の反射面との間の光学距離は、前記発光層内での発光位置と前記第１の反射面との間の光学距離を変化させたときの必要電流密度の曲線におけるｎ次の極小値から±１０％となる値であることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項４】
前記ＲＧＢの３色のうちの少なくとも１色の有機ＥＬ素子は、青色を発する有機ＥＬ素子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表示装置。
【請求項５】
光取り出し側の第１の電極と前記第１の電極に対向する第２の電極との間に、発光層を含む有機化合物層を有するＲＧＢの３色の副画素の有機ＥＬ素子を複数備え、該有機ＥＬ素子は、前記有機化合物層よりも前記第１の電極側にある第１の反射面と、前記有機化合物層よりも前記第２の電極側にある第２の反射面との間で、前記発光層で発生する光を共振させる共振構造を有する有機ＥＬ表示装置において、
前記ＲＧＢの３色の有機ＥＬ素子の発光層内での発光位置と前記第２の反射面との間の光学距離は、白色表示する際に、前記光学距離を変化させたときの必要電流密度の曲線におけるｎ次の極小値から±１０％となる値であることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
【請求項６】
前記各色の前記光学距離は、前記必要電流密度の曲線における２次の極小値となる値であることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項７】
前記ＲＧＢの３色の有機ＥＬ素子の前記第１の反射面と前記第２の反射面との間の光学距離は、前記発光層内での発光位置と前記第１の反射面との間の光学距離を変化させたときの必要電流密度の曲線におけるｎ次の極小値から±１０％となる値であることを特徴とする請求項５又は６に記載の有機ＥＬ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極間に発光層を含む有機化合物層を有する有機ＥＬ素子を複数備えた有機ＥＬ表示装置に係り、詳しくは共振構造を有する有機ＥＬ表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ表示装置は、複数の有機ＥＬ素子を、例えばマトリクス状に配置したディスプレイである。有機ＥＬ素子は、有機電界発光素子、有機発光素子あるいは有機エレクトロルミネッセンス素子とも呼ばれ、陽極と陰極との間に発光層を含む有機化合物層が挟持された積層構造を有する。この有機ＥＬ素子は、有機化合物層に電流を流すと、各電極からの電子および正孔（ホール）の注入により励起子が生成され、この励起子が基底状態に戻る際に光を放出する性質を利用している。
【０００３】
有機ＥＬ表示装置は自発光型であるので、コントラストが高く、薄型化が容易なことから、近年、フラットパネルディスプレイの有力候補として注目され、活発に開発されている。また有機ＥＬ表示装置は、液晶に比べて応答速度が非常に速く、動画表示に適している。
【０００４】
このような有機ＥＬ表示装置及び有機ＥＬ素子において、陽極から陰極までの光学膜厚を制御し、光干渉効果を利用して、光取り出し効率及び色純度を高める技術が種々提案されている。
【０００５】
例えば特許文献１には、光の外部取り出し効率の高い有機ＥＬ表示装置を提供すべく、有機化合物材料層のいずれかの機能層に対して発光色ごとに異なる膜厚を設定する技術が提案されている。
【０００６】
また特許文献２には、色度の極値を用いてカラーロバスト性を高めた有機ＥＬ素子及びその製造方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３２３２７７号公報
【特許文献２】米国特許第６４６９４３８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１に記載の技術では、ある色の副画素の発光効率（電流輝度効率）を最大にしても、有機ＥＬ表示装置を白色表示したときに全副画素の総電流量が必ずしも最小にならない場合がある。なぜならば、白色表示する際に赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各副画素を所定の割合で点灯させるが、各副画素を構成する有機ＥＬ素子が正面方向に呈する色度によって、所望の白色の色度を出すために必要な電流量も変化するからである。例えば、発光効率が高く、色度の浅い（ＣＩＥｙ値が大きい）青色素子と、発光効率が低く、色度の深い（ＣＩＥｙ値が小さい）青色素子が存在する場合、前者の発光効率が高いにもかかわらず、白色表示に必要な電流量が大きくなる。したがって、必ずしも発光効率だけで必要電流量が定まるわけではない。
【０００９】
また特許文献２の技術では、各副画素の有機ＥＬ素子が呈する色を色度の極値に設定することにより、色度ずれの少ない表示装置を作製することが可能であるが、その一方で、表示装置の消費電力が大きくなってしまう。
【００１０】
そこで本発明の目的は、有機ＥＬ素子の発光効率と色度を合わせて最適化し、必要電流量及び消費電力を最小にできる有機ＥＬ表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成すべく成された本発明の構成は以下の通りである。
【００１２】
即ち、本発明に係る有機ＥＬ表示装置は、光取り出し側の第１の電極と前記第１の電極に対向する第２の電極との間に、発光層を含む有機化合物層を有するＲＧＢの３色の副画素の有機ＥＬ素子を複数備え、該有機ＥＬ素子は、前記有機化合物層よりも前記第１の電極側にある第１の反射面と、前記有機化合物層よりも前記第２の電極側にある第２の反射面との間で、前記発光層で発生する光を共振させる共振構造を有する有機ＥＬ表示装置において、
前記ＲＧＢの３色のうち少なくとも１色の有機ＥＬ素子の発光層内での発光位置と前記第２の反射面との間の光学距離は、白色表示する際に、前記光学距離を変化させたときの必要電流密度の曲線におけるｎ次の極小値から±１０％となる値であることを特徴とする有機ＥＬ表示装置である。
また、本発明に係る有機ＥＬ表示装置は、光取り出し側の第１の電極と前記第１の電極に対向する第２の電極との間に、発光層を含む有機化合物層を有するＲＧＢの３色の副画素の有機ＥＬ素子を複数備え、該有機ＥＬ素子は、前記有機化合物層よりも前記第１の電極側にある第１の反射面と、前記有機化合物層よりも前記第２の電極側にある第２の反射面との間で、前記発光層で発生する光を共振させる共振構造を有する有機ＥＬ表示装置において、
前記ＲＧＢの３色の有機ＥＬ素子の発光層内での発光位置と前記第２の反射面との間の光学距離は、白色表示する際に、前記光学距離を変化させたときの必要電流密度の曲線におけるｎ次の極小値から±１０％となる値であることを特徴とする有機ＥＬ表示装置でもある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、有機ＥＬ素子の発光効率のみならず、色度を合わせて最適化することにより、有機ＥＬ表示装置の必要電流量及び消費電力を最小にできるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の有機ＥＬ表示装置の積層構造を示す模式図である。
【図２】ＣＩＥ色度座標を示す説明図である。
【図３】青色副画素の有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離ｄを変化させたときの発光効率η（ｃｄ／Ａ）を示す説明図である。
【図４】青色副画素の有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離ｄを変化させたときの色度（ＣＩＥｘ）を示す説明図である。
【図５】青色副画素の有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離ｄを変化させたときの色度（ＣＩＥｙ）を示す説明図である。
【図６】２５０ｃｄ／ｍ2の白色表示時の青色副画素の有機発光素子の必要電流密度を示す説明図である。
【図７】有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離ｄを変化させたときの発光効率η（ｃｄ／Ａ）を示す説明図である。
【図８】有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離ｄを変化させたときの色度（ＣＩＥｘ値）を示す説明図である。
【図９】有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離ｄを変化させたときの色度（ＣＩＥｙ値）を示す説明図である。
【図１０】有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離ｄを変化させたときの必要電流を示す説明図である。
【図１１】実施例１において、正孔輸送層の膜厚に対する電流効率及びＣＩＥｙの色度を示す説明図である。
【図１２】実施例１において、正孔輸送層の膜厚に対する白色を出す際の青色副画素の必要電流密度及び消費電力を示す説明図である。
【図１３】正孔輸送層（ＨＴＬ）膜厚に対する電流効率及びＣＩＥｙの色度を示す説明図である。
【図１４】正孔輸送層（ＨＴＬ）膜厚に対する白色を出す際の青色副画素の必要電流密度及び消費電力を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されない。なお、図面では、説明の都合上から、各層を認識可能な大きさで表しており、図面の縮尺は実際とは異なっている。また、本明細書で特に図示または記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知または公知技術を適用する。
【００１６】
まず図１を参照して、本発明に係る有機ＥＬ表示装置の一実施形態を構成する有機ＥＬ素子の積層構造について説明する。図１は、本実施形態の有機ＥＬ表示装置の積層構造を示す模式図である。図１に例示した本実施形態の有機ＥＬ表示装置は複数の有機ＥＬ素子を備え、各有機ＥＬ素子はトップエミッション型の素子であり、表示装置の利用者は基板側と反対の光取り出し側から観察することになる。また、本実施形態の有機ＥＬ表示装置は、有機ＥＬ素子からなる赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の光の３色を副画素として有するカラー表示ディスプレイである。なお、必要に応じて、赤画素をＲ、緑画素をＧ、青画素をＢと記載する。
【００１７】
なお、以下の説明において、「発光位置」とは、有機ＥＬ素子が有する厚さ方向の発光強度分布のピークが生じる位置のことを意味する。「共振構造」とは、微小共振器構造やマイクロキャビティ構造とも呼ばれ、光の干渉効果を利用した全ての構造を意味する。「共振構造」としては、例えば、一端が反射膜であり、もう一端が金属半透明膜である、いわゆるメタルキャビティ構造が挙げられる。また、一端が反射膜であり、もう一端が空隙と半透明膜の界面であり、その界面が最大屈折率段差をなしている構造が挙げられる。さらに、一端が反射膜であり、もう一端が誘電体ミラーである構造が挙げられる。
【００１８】
本実施形態の有機ＥＬ表示装置を構成する各有機ＥＬ素子は少なくとも２つの電極を有し、以下の説明では、光取り出し側に設けられている電極を第１の電極と、有機化合物層を挟んで第１の電極に対向している電極を第２の電極と、称する。さらに、有機化合物層よりも第１の電極側にある反射面を第１の反射面と、有機化合物層よりも第２の電極側にある反射面を第２の反射面と、称する。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の有機ＥＬ表示装置において、第１の電極は陰極１２からなり、第２の電極は陽極２からなっている。また、第１の反射面は陰極１２の光取り出し側にある空隙と陰極１２との界面にあり、第２の反射面は陽極２の反射層（図示せず）の有機化合物層側の界面にある。陰極１２の光取り出し側にある不図示の封止部材内の空隙には窒素やアルゴンなどの気体が充填されており、陰極１２との界面が有機ＥＬ素子内の最大屈折率段差をなしている。
【００２０】
本発明は上記のような電極構成に限定されず、上述した共振構造を有する構成であれば、適用可能である。例えば、基板側に陰極を配置し、光取り出し側に陽極を配置してもよい。この場合には、陰極は少なくとも反射層を含み、陽極は透明電極である。いずれの構成であっても、光取り出し側の電極の光透過率が高いことが好ましい。
【００２１】
陽極２と陰極１２との間には、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色に応じた発光層６，７，８を含む有機化合物層が挟持されている。本実施形態の有機化合物層は、Ｒ及びＧについては、正孔（ホール）輸送層３、発光層６，７、正孔ブロック層９、電子輸送層１０及び電子注入層１１の積層構成からなっている。また、Ｂについては、正孔（ホール）輸送層３、電子ブロック層４、発光層８、正孔ブロック層９、電子輸送層１０及び電子注入層１１の積層構成からなっている。
【００２２】
有機化合物層の積層構成は一例であり、層の省略や追加が可能である。例えば、電子ブロック層４は、陰極１２から注入された電子が発光層８において十分に正孔（ホール）と再結合せずに陽極２に漏れてしまうことを防ぐために設けられているが、必須の層ではない。また、正孔ブロック層９は、陽極２から注入された正孔（ホール）が発光層６，７，８において十分に電子と再結合せずに陰極１２に移動してしまうことを防ぐために設けられているが、必須の層ではない。有機化合物層の材料としては、一般的な公知の有機化合物材料を使用することが可能である。
【００２３】
本実施形態の有機ＥＬ素子は、例えば、金属マスクを用いて低分子の有機化合物材料を真空蒸着することにより製造されるが、製造方法は本実施形態で例示するものに限定されない。例えば、有機化合物材料は高分子材料であってもよい。また、有機化合物層の形成方法は真空蒸着法に限定されず、例えば、スピンコート法などのウェットプロセスを用いてもよい。
【００２４】
本実施形態の有機ＥＬ表示装置は、基板１上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えるアクティブマトリクス型の表示装置として形成され、フルカラーディスプレイを作製する場合は、例えば、赤緑青の３種類の副画素をマトリクス状に配置している。これに限定されず、例えば、赤緑青白の４種類の副画素、赤緑青青の４種類の副画素、または赤緑緑青の４種類の副画素を配置してもよい。
【００２５】
ＲＧＢの副画素を基板上に形成する方法としては、例えば、金属マスクを用いてＲＧＢの光の三原色の発光材料を個別にパターン化する方式が挙げられる。また、カラーフィルターを介して白色発光を三原色に分ける方式が挙げられる。さらに、青色発光から蛍光体の色変換層（ＣＣＭ）を通して緑色と赤色を得る方式などが挙げられる。
【００２６】
これらの方式のうち、本実施形態では、金属マスクを用いてＲＧＢの３色の発光材料を個別にパターン化する方式を例示して説明するが、本発明はこの方式に限定されない。
【００２７】
まず図２を用いて、本発明が発光効率の最も高い構成を用いるのではなく、発光効率及び色度の双方を考慮して、白色表示時の消費電力を極小にする理由について説明する。図２は、ＣＩＥ色度座標を示す説明図である。図２中、Ｗは表示装置の所定の白色の色度、Ｒは赤色素子の色度、Ｇは緑色素子の色度を表わしている。
【００２８】
ＲＧＢの３色の副画素からなる有機ＥＬ表示装置において、白色Ｗを表示することを考える。各副画素が十分に小さい場合、観察者からはＲＧＢが混色されて見える。そのため、ＲＧＢをそれぞれ所定の輝度で点灯させると、白色Ｗを表示することができる。
【００２９】
図２において、色度座標上のＲＧＢの三角形をｌR：ｌG：ｌBの輝度比で光らせると、その重心がＷとなる。ここで、Ｒ，ＧおよびＷの座標が固定されているとき、図２において、Ｂの副画素を形成する有機ＥＬ素子がＢ１の色度を呈する場合とＢ２の色度を呈する場合とでは、前者のＣＩＥｙ値が低い（色度が深い）ため、より高い輝度を必要とする。これは、Ｂ１の方がＷから離れた座標に位置するため、ＲＧＢから構成される三角形の重心が、よりＢ側に引っ張られるからである。
【００３０】
即ち、Ｂ１はＢ２よりも重心Ｗから離れているので、ｌBは小さくなる。一方、Ｂ２の方向に近づけると、発光効率ηBは高くなる。一般的にｌBが小さいと消費電力が小さくなり、ηBが大きくなると消費電力は小さくなる。つまり、ｌB／ηBが最小になるところが、消費電力が最小になる。よって、有機ＥＬ表示装置の白色表示時の消費電力を極小にするためには、各有機ＥＬ素子の構成を決定するときに、発光効率のみに着目して発光効率を最高に設定すれば良いわけではなく、発光効率と色度との双方を考慮する必要があることが分かる。
【００３１】
次に、本実施形態の有機ＥＬ表示装置の消費電力及び必要電流を極小にする方法をより具体的に説明する。本実施形態の有機ＥＬ素子では、少なくとも、有機化合物層内での発光位置と第２の反射面との間の光学距離を最適化している。
【００３２】
まず、有機化合物層内での発光位置と第１の反射面との間の光学距離が固定されている場合について説明する。例として、ＲとＧの副画素が既に固定されており、Ｂの副画素に流す必要電流を最小にする方法を示す。
【００３３】
ここで、有機ＥＬ表示装置の所望の白色の色度を（Ｗｘ，Ｗｙ）、取り出した光の赤色の色度を（Ｒｘ，Ｒｙ）、取り出した光の緑色の色度を（Ｇｘ，Ｇｙ）、とする。このとき、Ｂの有機発光素子内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離を調整して、ＬB／ηBの値が極小値、あるいは極小値から±１０％に収まる値になるような青色の色度（Ｂｘ，Ｂｙ）と電流効率ηB（ｃｄ／Ａ）を有するようにする。
【００３４】
ここで、必要電流密度ｉR、ｉG、ｉBの曲線は、各色についてＬR／ηR、ＬG／ηGもしくはＬB／ηBの式に、それぞれ各色の輝度ＬR、ＬG、ＬB（ｃｄ／ｍ2）と電流効率ηR、ηG、ηB（ｃｄ／Ａ）を代入して求められる。
【００３５】
各色の輝度ＬR、ＬG、ＬB（ｃｄ／ｍ2）は下記式で、それぞれ算出される。
【００３６】
【数１】
0005676949.tif 000002
【００３７】
なお、偏光板透過率は、偏光板を透過する透過率であり、偏光板を設けない構成であれば１００とする。開口率は、有機ＥＬ表示装置の表示部の面積に対する各色の発光領域の面積である。通常、各色の開口率は１０％以上５０％以下である。また、光学ロスは、有機発光素子内の有機化合物層や電極などによって吸収される損失など、偏光板以外の損失のことである。
【００３８】
上記式において、ｌR、ｌG、ｌBはＣＩＥ色度座標系におけるＲＧＢの３色及び白色の色度（Ｒｘ,Ｒｙ）（Ｇｘ，Ｇｙ）（Ｂｘ，Ｂｙ）（Ｗｘ,Ｗｙ）を用いて下記式から算出されるＲ，Ｇ，Ｂの輝度比である。なお、ｌR、ｌG、ｌB及びηR、ηG、ηBは光学距離をパラメータとしている。
【００３９】
【数２】
0005676949.tif 000003
【００４０】
また図３は、青色副画素の有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離ｄを変化させたときの発光効率η（ｃｄ／Ａ）を示す説明図である。図４は、青色副画素の有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離ｄを変化させたときの色度（ＣＩＥｘ）を示す説明図である。図５は、青色副画素の有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離ｄを変化させたときの色度（ＣＩＥｙ）を示す説明図である。図６は、２５０ｃｄ／ｍ2の白色表示時の青色副画素の有機発光素子の必要電流密度（ｍＡ／ｃｍ2）を示す説明図である。
【００４１】
図３に示すように、発光効率ηの曲線は、その振幅が減衰しながら、ある値に収束していくことが分かる。以下、この値を輝度収束値と呼ぶ。これは、発光材料のフォトルミネッセンス（以下、ＰＬと略す）が、ある半値幅をもつことに由来する。つまり、半値幅＝ゼロであり、ＰＬがインパルス関数（ディラックのデルタ関数）のようであれば、有機ＥＬ素子の発光効率ηの曲線が減衰することはない。しかし、実際には自然界にそのようなＰＬをもつ発光材料は見つかっておらず、有機ＥＬ素子から取り出される光の主なスペクトルのピークと、それに隣接するスペクトルが干渉し合い、互いに弱め合う。したがって、発光効率ηの曲線の高次の極値ほど、その絶対値が小さい。
【００４２】
また、図４及び図５の色度（ＣＩＥｘ，ＣＩＥｙ）曲線についても、同様に色度の振幅が減衰しながらある値に収束していくことが分かる。
【００４３】
さらに、図６は、有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離Ｄを振って、それぞれ作製された有機ＥＬ素子の発光効率と色度の値を上記ＬB／ηBの式に入力し、当該する有機ＥＬ素子の必要電流を計算したものである。即ち、図６はＲとＧの色度で仮固定し、青色画素の有機ＥＬ素子の光学距離を横軸として、ＬB／ηBの式をプロットしたものである。図６の有機ＥＬ素子の必要電流も、発光効率の曲線の影響を受けて、その振幅が減衰しながら、ある値に収束していくのが分かる。なお、本発明において、必要電流あるいは消費電力が最小になる点とは、この減衰曲線のｎ次の極小値すべてを指す。
【００４４】
この減衰曲線のｎ次の極小値においては、膜厚の変動（ばらつき）があったとしても、必要電流の変化が緩やかであるため、パネルの消費電力が安定している。また、本発明で開示される極小値とは、±１０％程度のばらつきを許容する。これは、±１０％のばらつきがあったとしても、消費電力は十分に小さく、またパネルの消費電力は比較的安定しているからである。なお、±１０％は、極小値を示す光学距離からのずれを表すものである。
【００４５】
また、本実施形態の有機ＥＬ素子は、第１の反射面と第２の反射面との間の光学距離が最適化されていることが望ましい。図７は、有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離ｄを変化させたときの発光効率η（ｃｄ／Ａ）を示す説明図である。図８は、有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離ｄを変化させたときの色度（ＣＩＥｘ値）を示す説明図である。図９は、有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離ｄを変化させたときの色度（ＣＩＥｙ値）を示す説明図である。図１０は、有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離ｄを変化させたときの必要電流を示す説明図である。なお、図７から図１０において、Ｄは発光層内の発光位置と第１の反射層との間の発光距離である。
【００４６】
第１の反射面と第２の反射面との間の光学距離は、発光層内の発光位置と第１の反射面の光学距離と、発光層内の発光位置と第２反射面との光学距離の和で表わされる。したがって、図７から図１０では、発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離ｄ、及び第１の反射面と第２の反射面との間の光学距離Ｄの双方を最適化している。
【００４７】
図７に示すように、発光効率ηの曲線は、その振幅が減衰しながら、輝度収束値に収束していくことが分かる。また、図８及び図９の色度（ＣＩＥｘ，ＣＩＥｙ）曲線についても、同様に色度の振幅が減衰しながら色度収束値に収束していくことが分かる。
【００４８】
さらに、図１０の２５０ｃｄ／ｍ2の白色表示時の必要電流の曲線も、その振幅を減衰させながら、ある一定の値に収束している。前述のとおり、本発明において、必要電流あるいは消費電力が最小になる点とは、この減衰曲線のｎ次の極小値すべてを指す。また、この必要電流あるいは消費電力が最小になる点近傍では、膜厚の変動（ばらつき）があったとしても、必要電流の変化が緩やかであるため、表示装置（パネル）の消費電力が安定している。
【００４９】
このように、有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離ｄだけではなく、第１の反射面と第２の反射面との間の光学距離Ｄも最適化することにより、さらに有機ＥＬ素子の必要電流を小さくすることが可能であることが分かる。
【００５０】
また、ＲＧＢごとに干渉を合わせるため、例えば、金属マスクなどを用いて、有機化合物層の膜厚（光学距離）を変えることが考えられる。その際、膜厚を調整する層として、電気抵抗の低い有機化合物材料を用いることが望ましい。電圧が低くなるほど、有機ＥＬ表示装置の消費電力が小さくなるからである。また、膜厚を調整する層として、該当する有機ＥＬ素子の発光色を透過させる有機化合物材料を用いることが望ましい。透過率が高いほど、有機ＥＬ素子の輝度が上がるからである。
【００５１】
さらに、本発明において、有機ＥＬ表示装置の白色の色度は自由に設定することが可能であり、例えば、ＮＴＳＣ色度座標の（Ｗｘ，Ｗｙ）＝（０．３１０，０．３１６）が考えられる。また例えば、Ｄ６５標準色度（Ｗｘ，Ｗｙ）＝（０．３１２７１，０．３２９０２）が考えられる。
【００５２】
以上で示した方法は、有機ＥＬ表示装置が白色表示する際に、ある１色の副画素の素子の必要電流を最小にする方法であるが、前提として、他の副画素の色度が仮固定されている必要がある。そのため、有機ＥＬ表示装置全体に流れる電流量を最小にするために、本発明で開示する方法を各色の副画素に繰り返し適用し、順次帰納法で各色の副画素の光学膜厚を最適化する方法が考えられる。以下にその方法を詳しく説明する。
【００５３】
まず、３色のうち２色の色度を仮固定し、本発明において、それ以外の１色の素子の光学膜厚を最適化する。ここでは、例えば、ＲとＧの色度を仮固定し、Ｂの素子の光学膜厚を最適化するものとする。次に、最適化された素子の色度は一意に決まるため、それ以外の２色のうち１色の色度を仮固定する。
【００５４】
ここでは、例えば、Ｒの色度を仮固定し、既に最適化されているＢの色度と合わせて、Ｇの素子の光学膜厚を最適化するものとする。次に、最適化された素子の色度は一意に決まるため、それ以外の１色、すなわちＲの光学膜厚を最適化する。さらに、もう１度、ＲとＧの色度を固定化し、Ｂの光学膜厚を再度最適化する。これを繰り返すと、ＲＧＢそれぞれの副画素の光学膜厚がそれぞれの最適値に収束していくため、有機ＥＬ表示装置全体に流れる電流量を最小にすることが可能である。
【００５５】
なお、ＴＦＴの配線のレイアウトの都合から電源電圧をＲＧＢ共通にしている場合は、有機ＥＬ表示装置全体に流れる電流量を最小にしたとき、表示装置全体の消費電力も最小となる。しかし、電源電圧をＲＧＢ別々にしている場合は、そうはならない。このとき表示装置全体の消費電力Ｐは、Ｐ＝ＶR×ＩR＋ＶG×ＩG＋ＶB×ＩBの式で表わされる。
【００５６】
ここで、ＶR：Ｒ画素にかかる電圧、ＶG：Ｇ画素にかかる電圧、ＶB：Ｂ画素にかかる電圧である。また、ＩR：Ｒ画素に流れる電流の合計、ＩG：Ｇ画素に流れる電流の合計、ＩB：Ｂ画素に流れる電流の合計であり、ＩR＝Ｓ×ｉR、ＩG＝Ｓ×ｉG、ＩB＝Ｓ×ｉB；Ｓは発光面積、ｉは電流密度である。
【００５７】
有機ＥＬ表示装置全体の消費電力Ｐを最小にするためには、各副画素に印加される電圧も加味した上で、上記方法を適用する必要がある。
【００５８】
以上のように、有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離、及び第１の反射面と第２の反射面との間の光学距離のそれぞれを最適化し、有機ＥＬ素子の必要電流および有機ＥＬ表示装置の消費電力を最小にしている。
【００５９】
さらに、本発明において、有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離に対する必要電流曲線の２次の極小値を用いることが望ましい。有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離が短い場合は、陽極−陰極間にリーク電流が発生し、ダークスポットや輝点の原因となるからである。２次の極小値を用いることによって、有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離を、ある程度厚くすることになるので、多少の異物が存在してもリークしない有機ＥＬ素子を作製することが可能となる。有機ＥＬ素子のリークを防止することにより、有機ＥＬ表示装置の製造の歩留まりを向上させることができる。
【００６０】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。
【００６１】
例えば、上記実施形態ではトップエミッション型の有機ＥＬ素子を複数備えた表示装置の例について説明したが、基板側から光を取り出すボトムエミッション型の有機ＥＬ素子を複数備えた表示装置であっても適用可能である。
【実施例】
【００６２】
以下に、実施例を示して、本発明に係る有機ＥＬ表示装置をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
【００６３】
〔実施例１〕
実施例１の有機ＥＬ表示装置は、各画素がトップエミッション型の有機ＥＬ素子からなり、陽極が基板側に位置し、陰極が光取り出し側に位置する層構成である。また、実施例１の有機ＥＬ表示装置は、ＲＧＢの３色を副画素として有する。
【００６４】
実施例１は、第１の反射面とＲＧＢの各有機化合物層の光取り出し側の端面までの光学距離は共通であり、有機ＥＬ素子の発光層内の発光位置と第２の反射面との間の光学距離のみＲＧＢごとに異なる構成である。
【００６５】
再び図１を参照して、実施例１の有機ＥＬ表示装置の作製方法について説明する。図１に示すように、まず、ＴＦＴが形成された基板１上に、コンタクトホールを有する平坦化膜を形成した。なお、図１において、ＴＦＴ、平坦化膜及びコンタクトホールは図示していない。
【００６６】
次に、真空装置中でスパッタ法によって、平坦膜上にＡｇ合金膜を１００ｎｍ形成した上に、同じくスパッタ法によって酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜を１０ｎｍ積層し、これらをパターニングすることにより陽極２とした。なお、図１中には、Ａｇ合金膜と酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜を合わせて陽極２として表している。陽極２はコンタクトホールを介してＴＦＴに接続されている。また、Ａｇ合金膜は陽極であるとともに、第２の反射面の役割を果たす。
【００６７】
次に、陽極２上に形成した絶縁層に対して、フォトリソグラフィ技術を用いて不図示の素子分離膜を作製した。この素子分離膜は、画素および副画素を分離し、ＴＦＴによって独立に駆動させるために設けられる。
【００６８】
次に、基板の前処理について説明する。基板の前処理は、まずアルバック社製の真空装置中で、基板が１００℃になるようにして５分間加熱した。続いて、装置中に乾燥空気を導入し、ＵＶを基板に照射することにより、オゾン洗浄を行なった。さらに、装置中を真空に戻したのち、１０分間加熱した。
【００６９】
前処理が終了したのち、正孔輸送層（ホール輸送層）３を形成する。正孔輸送層３としては、下記構造式ＨＴ１の正孔輸送材料を用いた。正孔輸送層の膜厚は、金属マスクを用いてＲＧＢごとに変える。正孔輸送層の膜厚については後述する。
【００７０】
続いて、Ｂ画素に対してのみ、電子ブロック層４を形成する。本実施例では、Ｒ及びＧ画素に対しては、電子ブロック層４は形成しない。したがって、Ｂ画素の正孔輸送層を成膜後、基板から金属マスクを取り外さず、電子ブロック層４を成膜するチャンバへと移動させた。ここで、下記構造式ＨＴ２の電子ブロック材料を１０ｎｍの膜厚となるように成膜した。
【００７１】
【化１】
0005676949.tif 000004
【００７２】
次に、発光層の形成について詳しく説明する。まず、Ｇの発光層７の形成について説明する。電子ブロック層４を形成後、一旦、金属マスクを基板から取り外した。そして、金属マスクを再度、基板にアライメントしてＲＢ画素を覆い、Ｇ画素のみ開口している状態にして、Ｇの発光層を蒸着するためのチャンバへと移動させた。下記構造式ＧＤ８の緑色発光ドーパント（１０ｖｏｌ％）と、下記構造式ＧＤ１２のアシストドーパント（３０ｖｏｌ％）と、下記構造式ＧＨ３の発光層ホスト材料の共蒸着膜を４５ｎｍの膜厚で成膜してＧの発光層７を形成した。Ｇの発光層内の発光位置は、基板から近い方に分布している。
【００７３】
【化２】
0005676949.tif 000005
【００７４】
次に、Ｒの発光層６の形成について説明する。Ｇの発光層７を形成後、一旦、金属マスクを基板から取り外した。そして、金属マスクを再度、基板にアライメントしてＧ，Ｂ画素を覆い、Ｒ画素のみ開口している状態にして、Ｒの発光層を蒸着するためのチャンバへと移動させた。下記構造式ＲＤ１０の赤色発光ドーパント（３ｖｏｌ％）と、下記構造式ＲＤ１２のアシストドーパント（１０ｖｏｌ％）と、下記構造式ＲＨ４の発光層ホスト材料の共蒸着膜を５０ｎｍの膜厚で成膜してＲの発光層６を形成した。Ｒの発光層内の発光位置は、基板から近い方に分布している。
【００７５】
【化３】
0005676949.tif 000006
【００７６】
最後に、Ｂの発光層８の形成について説明する。Ｒの発光層６を形成後、一旦、金属マスクを基板から取り外した。そして、金属マスクを再度、基板にアライメントしてＧ，Ｒ画素を覆い、Ｂ画素のみ開口している状態にして、Ｂの発光層を蒸着するためのチャンバへと移動させた。下記構造式ＢＤ１２の青色発光ドーパント（５ｖｏｌ％）と、下記構造式ＢＨ１４の発光層ホスト材料の共蒸着膜を３５ｎｍの膜厚で成膜してＢの発光層８を形成した。Ｂの発光層内の発光位置は、基板から遠い方に分布している。以上のように発光層を形成した。
【００７７】
【化４】
0005676949.tif 000007
【００７８】
以下の層については、ＲＧＢ共通である。発光層成膜後、金属マスクを基板から取り外した。正孔ブロック層を蒸着するためのチャンバへと移動させ、下記構造式ＨＢ１で示される有機化合物を１０ｎｍの膜厚で成膜して正孔ブロック層９を形成した。
【００７９】
次に、電子輸送層を蒸着するためのチャンバへと移動させ、下記構造式ＥＴ２５で示されるフェナントロリン化合物を１０ｎｍの膜厚で成膜して電子輸送層１０を形成した。
【００８０】
【化５】
0005676949.tif 000008
【００８１】
次に、電子輸送層１０を形成後、電子注入層１１を形成する。基板を電子注入層を蒸着するためのチャンバへと移動させた。そして、上記構造式ＥＴ２５で示されるフェナントロリン化合物と炭酸セシウムを、セシウムの濃度が２３ｗｔ％となるように蒸着レートを調整して、共蒸着膜の厚さが６０ｎｍになるまで成膜し、電子注入層１１とした。
【００８２】
次に、電子注入層１１上に陰極１２を形成する。陰極１２は、Ａｇとインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）を、この順に積層してなり、スパッタ法を用いて、Ａｇを１２ｎｍ、ＩＺＯを６０ｎｍ形成した。ＡｇとＩＺＯの界面は第１の反射面となる。
【００８３】
最後に、基板をＮ2雰囲気中に移動させ、基板１の周縁部に紫外線硬化樹脂を塗布し、この樹脂上にガラス基板を貼り合わせた状態で、紫外線を照射して硬化する。この際、画素部に紫外線が当たらないようにマスクする。
【００８４】
赤色副画素の正孔輸送層の膜厚は２２０ｎｍ、緑色副画素の正孔輸送層の膜厚は１６７ｎｍとした。本実施例においては赤色副画素の色度はＣＩＥ色度座標系において（０．６７０，０．３３０）であった。また、緑色副画素の色度はＣＩＥ色度座標系において（０．２４０，０．６９８）であった。
【００８５】
以下に、白色６５００Ｋを表示させる際に、必要な消費電力を最小にすることを考える。図１１及び図１２を参照し、青色に関して、有機化合物層内の発光位置と第２の反射面までの光路長を変化させるため正孔輸送層（ＨＴＬ）膜厚を振った時の特性変化を説明する。図１１は、正孔輸送層（ＨＴＬ）膜厚に対する電流効率及びＣＩＥｙの色度を示す説明図である。図１１より、ＣＩＥｙの極値を狙う場合には、正孔輸送層（ＨＴＬ）＝１１５ｎｍとなり、電流効率の最大値を狙うには、正孔輸送層（ＨＴＬ）＝１６０ｎｍとなる。なお、正孔輸送層（ＨＴＬ）が１５０ｎｍよりも厚い領域では、色再現範囲に白色６５００Ｋが入らないため、白色を表示できなくなる。
【００８６】
また、図１２は、正孔輸送層（ＨＴＬ）膜厚に対する白色を出す際の青色副画素の必要電流密度及び消費電力を示す説明図である。図１２から分かる通り、青色副画素の必要電流密度と消費電力の間には正の相関があり、必要電流密度が最小となる。正孔輸送層（ＨＴＬ）＝１３５ｎｍは消費電力の最小値近傍となっている。
【００８７】
実施例１は青色副画素の必要電流密度を最小とする構成とし、ＣＩＥｙの極値をとる構成を比較例１、電流効率を最大にする構成を比較例２として消費電力の比較を行ったものが表１である。表１から分かる通り、青色副画素の必要電流密度を最小とした本実施例は最も消費電力が低い。
【００８８】
【表１】
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【００８９】
また、この実施例１の色度に基づいて、ＲとＧの有機化合物層内の発光位置と第２の反射面までの光路長を計算する。すると、実施例１のＲとＧの有機化合物層内の発光位置と第２の反射面までの光路長がそれぞれＲとＧの素子の必要電流が極小を示す光路長の±１０％以内の範囲に入っていた。
【００９０】
〔実施例２〕
実施例２の有機ＥＬ表示装置はＲＧＢの発光副画素からなり、ＲＧの素子構成は実施例１と同一である。実施例２では、Ｂの素子構成について、有機化合物層内の発光位置と第２の反射面との光学距離のみならず、有機化合物層内の発光位置と第１の反射面との光学距離も最適化する。すなわち、第１の反射面から第２の反射面までの光学距離も最適化している。
【００９１】
Ｒ，ＧとＢの有機化合物層内の発光位置と第１の反射面との光学距離を変えるために、金属マスクを用いて電子輸送層を塗り分ける。
【００９２】
有機化合物層内の発光位置と第１の反射面との間の光学距離を振るために電子注入層（ＥＩＬ）膜厚を、第２の反射面から有機化合物層内の発光位置の間の光学距離を変化させるために、正孔輸送層（ＨＴＬ）膜厚を振った。このときの青色副画素における必要電流密度の変化を図１３に示す。図１３は、正孔輸送層（ＨＴＬ）膜厚を変化させたときの電子注入層（ＥＩＬ）の膜厚に対する電流密度（ｍＡ／ｃｍ2）の変化である。図１３から分かる通り、電子注入層（ＥＩＬ）が薄いほど電流密度は低くなっている。
【００９３】
また、このときの消費電力の変化を図１４に示す。図１４は、正孔輸送層（ＨＴＬ）膜厚を変化させたときの電子注入層（ＥＩＬ）の膜厚に対する消費電力（ｍＷ）の変化である。図１４から分かる通り、必要電流密度の変化と同様にして電子注入層（ＥＩＬ）が薄いほど消費電力は低くなっている。電子注入層（ＥＩＬ）が薄いほど、発光点から光取り出し電極間までの光路長が青色の干渉長に合致していくためである。
【００９４】
青色副画素における必要電流密度の最小値をとる特性は次の通りであった。すなわち、電子注入層（ＥＩＬ）の膜厚が１５ｎｍ、正孔輸送層（ＨＴＬ）の膜厚が１３５ｎｍで、ＣＩＥｘ（０．１３０）、ＣＩＥｙ（０．０８５）、発光効率が６．１（ｃｄ／Ａ）及び消費電力が２９７（ｍＷ）であった。
【符号の説明】
【００９５】
２  第２の電極（陽極（金属反射膜）、３  ホール輸送層、４  電子ブロック層、６，７，８  発光層、９  正孔ブロック層、１０  電子輸送層、１１  電子注入層、１２  第１の電極（陰極）
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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