(57)【要約】【課題】反射率の増加を低減しコントラストの劣化を抑制した画像表示装置を実現すること。【解決手段】本発明における有機ＥＬ素子１０は、陰極層１６上に、発光層１５が発光しない波長の光であって、発光層が発光する波長の光よりも層構造の界面における反射率が高い光を吸収する色素を含むキャッピング層１７を備えることによって、外部からの入射光の有機ＥＬ素子１０の外部への再出射を低減している。このため、本発明における有機ＥＬ素子１０を使用した画像表示装置は、コントラストの劣化を低減することが可能である。また、キャッピング層１７は、発光層１５からの光の入射側に接触する陰極層１６よりも屈折率が高い材料を用いて形成される。したがって、本発明における有機ＥＬ素子１０は、キャッピング層１７と陰極層１６との界面で全反射する光を低減し、光の取り出し効率を高める機能を有する。【選択図】      図１
2005122980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、陽極と、陰極と、発光層とを含む積層構造を備えた画像表示装置において、
前記発光層が発光する光の出射側に設けられ、前記発光層と前記発光層が発光する光の出射側に位置する層構造とのうち少なくとも１以上の層構造の屈折率と比較し屈折率が高く、前記発光層が発光する光の波長と異なる波長の光であって、前記発光層が発光する波長の光よりも前記積層構造の界面における反射率が高い光を吸収する吸収する吸収層と、
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
少なくとも、陽極と、陰極と、発光層とを含む積層構造を備えた画像表示装置において、
前記発光層が発光する光の波長と異なる波長の光であって、前記発光層が発光する波長の光よりも前記積層構造の界面における反射率が高い光を吸収する吸収する吸収層と、
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
前記発光層が発光する光の出射側に設けられ、前記発光層と前記発光層が発光する光の出射側に位置する層構造とのうち少なくとも１以上の層構造の屈折率と比較し屈折率が高い高屈折率層を備えたことを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記高屈折率層は、前記発光層よりも屈折率が高いことを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記吸収層の膜厚と前記高屈折率層の膜厚との合計膜厚が６０〜９０ｎｍであることを特徴とする請求項３または４に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記吸収層は、少なくとも、前記発光層が発光する光の波長と異なる波長の光であって、前記発光層が発光する波長の光よりも前記積層構造の界面における反射率が高い光を吸収する吸収する添加物を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の画像表示装置。
【請求項７】
少なくとも、陽極と、陰極と、所定波長を発光する発光層とを含む積層構造を備えた画像表示装置において、
前記発光層は、該発光層が発光する光の波長と異なる波長の光であって、前記発光層が発光する波長の光よりも前記積層構造の界面における反射率が高い光を吸収する吸収することを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
前記発光層は、少なくとも、該発光層が発光する光の波長と異なる波長の光であって、前記発光層が発光する波長の光よりも前記積層構造の界面における反射率が高い光を吸収する吸収する添加物を含むことを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、少なくとも、陽極と、陰極と、発光層とを含む積層構造を備えた画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置は、液晶表示装置で必要なバックライトが不要で装置の薄型化に最適であるとともに、視野角にも制限がないため、次世代の画像表示装置として実用化が期待されている。この有機ＥＬ表示装置は、二つの電極間に少なくとも発光層を含む有機ＥＬ素子を備え、この電極間に電圧を印加することによって発光層が発光し画像表示を行っている。有機ＥＬ素子の構造として、一方の電極はＡｌなどの金属であり、他方の電極はＬｉＦ／ＡｇＭｇなどによる半透明電極であり、発光層が発した光が透明電極側に出射されるトップエミッション型が知られている。
【０００３】
この有機ＥＬ素子では、発光層が発光した光の入射角によって各積層膜の界面で光が全反射する場合があるため、発光層が発した光の一部が外部へ出射されるに過ぎない。このため、有機ＥＬ素子は、発光層が発した光の多くが有機ＥＬ素子内部に閉じ込められ外部に取り出すことができず、光の取り出し効率が低いのが現状である。
【０００４】
近年、光の取り出し効率を向上させるため、接触する積層膜よりも屈折率が高い高屈折率層を発光層が発光する光の出射側に設けた有機ＥＬ素子が提案されている。図１５は、従来技術における有機ＥＬ素子の積層構造を示す図である。図１５に示すように、従来技術における有機ＥＬ素子１００は、基板１１１上に、Ａｌなどの金属で形成された陽極層１１２、バッファ層１１３、正孔輸送層１１４、電子輸送層を兼ねた発光層１１５、ＩＴＯなどの透明膜で形成された陰極層１１６を有する。そして、有機ＥＬ素子１００は、発光層１１５が発光する光の出射側である陰極層１１６上にキャッピング層１１７を備える。発光層１１５が発した光は、直接または陽極層１１２に反射されて、陰極層１１６およびキャッピング層１１７を透過し外部に出射される（非特許文献１参照）。
【０００５】
キャッピング層１１７は、接触する陰極層１１６および発光層１１５よりも屈折率が高い高屈折率膜を用いて形成される。ここで、屈折率が高い層から屈折率が低い層へ臨界角以上の角度で光が入射すると光は全反射する。一方、屈折率が低い層から屈折率が高い層へ光が入射する場合には、入射角が大きい場合であっても光は全反射せず、少なくとも光の一部は屈折率が高い層に入射することができる。このため、屈折率が低い陰極層１１６から屈折率が高いキャッピング層１１７へ入射する光は、陰極層１１６とキャッピング層１１７との界面で全反射することなく、少なくとも光の一部はキャッピング層１１７を透過し外部へ出射することが可能となっているものと考えられる。したがって、キャッピング層１１７と陰極層１１６との界面で全反射する光を低減することができる。
【０００６】
図１６は、有機ＥＬ素子１００におけるキャッピング層１１７の膜厚変化に対する光の取り出し効率の変化を例示した図である。この場合、発光層１１５は赤を発光している。また、この取り出し効率は、同一の入力エネルギー強度を加えた場合の十分大きな発光層内部の光の輝度に対し有機ＥＬ素子から出射される垂直方向の光の輝度の割合を示し、肉眼の感度である視感度を考慮した値に変換したものである。ここで、輝度とは、各波長での放射強度に対して比視感度を乗算し、この乗算値を波長について積分した値である。図１６に示すように、キャッピング層１１７の膜厚が８０ｎｍのときに取り出し効率は最大値１．４３となる。このように、有機ＥＬ素子１００は、キャッピング層１１７の膜厚を調整することによって、１．４０以上の高い取り出し効率を達成することが可能となる。
【０００７】
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，アメリカ，２００１年，第７８巻，５４４−５４６頁.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の有機ＥＬ表示装置では、取り出し効率を向上することができるが、視感度を考慮した反射率の増加を抑制することができずコントラストが低下するという問題があった。以下、図１７〜図２０を参照し、説明する。
【０００９】
図１７は、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色を発光する有機ＥＬ素子の取り出し効率および反射率の波長依存性を模式的に示した図である。曲線ＬｂはＢを発光する有機ＥＬ素子の取り出し効率を示し、曲線ＬｇはＧを発光する有機ＥＬ素子の取り出し効率を示し、曲線ＬｒはＲを発光する有機ＥＬ素子の取り出し効率を示す。そして、曲線ＲｂはＢを発光する有機ＥＬ素子の反射率を示し、曲線ＲｇはＧを発光する有機ＥＬ素子の反射率を示し、曲線ＲｒはＲを発光する有機ＥＬ素子の反射率を示す。図１７における取出し効率は発光層が発光する光の輝度に対し有機ＥＬ素子の外部へ出射する光の輝度の割合を示し、反射率は外部から入射する光の輝度に対し再度有機ＥＬ素子の外部へ出射する光の輝度の割合を示したものである。
【００１０】
図１７に示すように、各色の有機ＥＬ素子の発光ピーク近傍では、取り出し効率が高くなり、反射率が他の波長域と比較し低くなる。たとえば、Ｒを発光する有機ＥＬ素子では、曲線Ｌｒおよび曲線Ｒｒに示すように、Ｒの光に対応する６００〜６５０ｎｍ付近では取り出し効率が高く反射率が低い。Ｂを発光する有機ＥＬ素子およびＧを発光する有機ＥＬ素子についても同様である。一方、反射率は、発光ピーク近傍以外で高くなっている。たとえば、ＢおよびＲの有機ＥＬ素子では、領域ａとして示す５２０〜５８０ｎｍの波長域で反射率が高い。反射率が高い領域ａに属する光は、外部から入射した場合に再度有機ＥＬ素子１００の外部に出射される割合が高い光であり、たとえば、図１８の経路Ａ2に示すように、陽極層１１２とバッファ層１１３との界面で反射し、キャッピング層１１７を透過して再び有機ＥＬ素子１００の外部に出射する。
【００１１】
ここで、図１９に各波長に対する比視感度を示す。光に対する眼の感度である視感度は波長によって異なり、波長５５５ｎｍで最も強くなる。比視感度は５５５ｎｍの視感度を基準に相対的に表された値である。図１７で示した領域ａの波長域に属する光は、図１９に示すように、比視感度が０．８以上であり肉眼で認識しやすい。このため、ＲおよびＢの有機ＥＬ素子において反射率の高い領域ａの波長は、視認されやすい光であることが言える。
【００１２】
このため、特にＲおよびＢを発光する有機ＥＬ素子では、外部からの入射光のうち再度有機ＥＬ素子１００の外部に出射される領域ａの波長域に属する光は、実際の輝度よりも強い輝度の光として視認されるものと考えられる。図２０は、Ｒを発光する有機ＥＬ素子１００について、図１７に示す反射率に比視感度を乗算し波長について積分した反射率のキャッピング層１１７の膜厚依存性を示す図である。図２０に示すように、視感度を考慮した場合、反射率は取り出し効率が最大となるキャッピング層１１７の膜厚が８０ｎｍの場合には０．６２を示し、かなり大きな値となっている。図示しないが、Ｂを発光する有機ＥＬ素子１００についても同様のことが言える。
【００１３】
このように、従来の有機ＥＬ素子１００では、発光ピーク近傍の光の反射率が低い場合であっても、発光ピーク近傍以外の光の反射率が高くなる。特にＲ，Ｂを発光する有機ＥＬ素子１００では、視感度の高い領域ａにおいて反射率が高い。この結果、Ｒ，Ｂを発光する有機ＥＬ素子１００では、外光の反射光が強く視認されることとなる。すなわち、有機ＥＬ素子１００の本来の表示にこの反射光が加わるため、画像のコントラストが劣化するという問題が発生する。
【００１４】
この発明は、上記した従来技術の欠点に鑑みてなされたものであり、反射率の増加を抑制することによってコントラストの劣化を改善した画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１にかかる画像表示装置は、少なくとも、陽極と、陰極と、発光層とを含む積層構造を備えた画像表示装置において、前記発光層が発光する光の出射側に設けられ、前記発光層と前記発光層が発光する光の出射側に位置する層構造とのうち少なくとも１以上の層構造の屈折率と比較し屈折率が高く、前記発光層が発光する光の波長と異なる波長の光であって、前記発光層が発光する波長の光よりも前記積層構造の界面における反射率が高い光を吸収する吸収する吸収層と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明にかかる画像表示装置によれば、発光層が発光する光の波長と異なる波長の光であって、発光層が発光する波長の光よりも積層構造の界面における反射率が高い光を吸収する吸収する吸収層を備えることによって、外光の反射光が積層構造の外部へ再度出射することを低減することが可能となる。また、かかる吸収層は前記発光層と前記発光層が発光する光の出射側に位置する層構造とのうち少なくとも１以上の層構造の屈折率と比較し屈折率が高いため、積層構造の界面における光の全反射を低減することも可能である。
【００１７】
請求項２にかかる画像表示装置は、少なくとも、陽極と、陰極と、発光層とを含む積層構造を備えた画像表示装置において、前記発光層が発光する光の波長と異なる波長の光であって、前記発光層が発光する波長の光よりも前記積層構造の界面における反射率が高い光を吸収する吸収する吸収層と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項３にかかる画像表示装置は、前記発光層が発光する光の出射側に設けられ、前記発光層と前記発光層が発光する光の出射側に位置する層構造とのうち少なくとも１以上の層構造の屈折率と比較し屈折率が高い高屈折率層を備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項４にかかる画像表示装置は、前記高屈折率層は、前記発光層よりも屈折率が高いことを特徴とする。
【００２０】
請求項５にかかる画像表示装置は、前記吸収層の膜厚と前記高屈折率層の膜厚との合計膜厚が６０〜９０ｎｍであることを特徴とする。
【００２１】
請求項６にかかる画像表示装置は、前記吸収層は、少なくとも、前記発光層が発光する光の波長と異なる波長の光であって、前記発光層が発光する波長の光よりも前記積層構造の界面における反射率が高い光を吸収する吸収する添加物を含むことを特徴とする。
【００２２】
請求項７にかかる画像表示装置は、少なくとも、陽極と、陰極と、所定波長を発光する発光層とを含む積層構造を備えた画像表示装置において、前記発光層は、該発光層が発光する光の波長と異なる波長の光であって、前記発光層が発光する波長の光よりも前記積層構造の界面における反射率が高い光を吸収する吸収することを特徴とする。
【００２３】
請求項８にかかる画像表示装置は、前記発光層は、少なくとも、該発光層が発光する光の波長と異なる波長の光であって、前記発光層が発光する波長の光よりも前記積層構造の界面における反射率が高い光を吸収する吸収する添加物を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明にかかる画像表示装置は、発光層が発光する光の波長と異なる波長の光であって、発光層が発光する波長の光よりも積層構造の界面における反射率が高い光を吸収する吸収する層を備えることによって、外部からの入射光が再び積層構造を備える画像表示装置の外へ出射されることによる反射率の増加を抑制することができる。また、所定の屈折率を有する高屈折率層を備えるため、高い取り出し効率を維持することもの可能である。このため、本発明にかかる画像表示装置は、取り出し効率が高く、さらに、コントラストの低下を抑制した高品位の画像表示を実現するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態である画像表示装置について、有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置を例に説明する。また、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実と異なることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００２６】
（実施の形態１）
まず、実施の形態１にかかる有機ＥＬ表示装置について説明する。本実施の形態１における有機ＥＬ素子は、所定の波長の光を吸収する吸収する色素を含み、所定の屈折率を有するキャッピング層を備えることによって、入射光の有機ＥＬ素子の外部への再出射を低減している。図１は、本実施の形態１における有機ＥＬ素子の積層構造を示す図である。有機ＥＬ表示装置は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各有機ＥＬ素子が一定の順序で２次元配列された構造となっている。
【００２７】
実施の形態１における有機ＥＬ素子１０は、図１に示すように、基板１１上に、陽極層１２、バッファ層１３、正孔輸送層１４、電子輸送層を兼ねた発光層１５、陰極層１６を有する。そして、有機ＥＬ素子１０は、発光層１５からの光の出射側である陰極層１６上に形成されたキャッピング層１７を備える。以下、有機ＥＬ素子１０の構造を、発光層１５が発光した光が直接または陽極層１２に反射されて陰極層１６およびキャッピング層１７を透過し外部に出射するトップエミッション型として説明する。
【００２８】
陽極層１２は、正孔を発光層１５に供給するアノードとして機能し、光反射率の高い材料で形成される。バッファ層１３は、陽極層１２の凹凸による素子短絡を低減し、また、陽極層１２と正孔輸送層１４との中間の仕事関数を備え陽極層１２から正孔輸送層１４への正孔の注入を効率よく行う機能を備える。正孔輸送層１４は、陽極層１２から注入された正孔を発光層１５まで輸送するために設けられた有機化合物層である。発光層１５は、有機化合物によって形成され、陽極層１２と陰極層１６との間に電界が生じるときに陽極層１２および陰極層１６のそれぞれから正孔および電子が注入され、これらが再結合しＲ，Ｇ，Ｂのいずれかの光を発光する。また、発光層１５は、陰極層１６から注入された電子を発光層１５まで輸送する電子輸送層としての機能も兼ねる。なお、以下の説明では、発光層１５はＲを発光するとして説明する。また、陰極層１６は、電子を発光層１５に供給するカソードとして機能し、半透明な金属膜で形成される。
【００２９】
そして、陰極層１６上には、キャッピング層１７が形成されている。このため、キャッピング層１７は、発光層１５からの光の入射側で陰極層１６と接触することとなる。このキャッピング層１７は、陰極層１６および発光層１５よりも屈折率が高い高屈折率膜を用いて形成され、たとえば屈折率が２．３８であるＺｎＳ（硫化亜鉛）を用いて形成される。ここで、屈折率が低い層から屈折率が高い層へ光が入射する場合には、入射角が大きい場合であっても光は全反射せず、少なくとも光の一部は屈折率が高い層に入射することができる。このため、陰極層１６から陰極層１６よりも屈折率が高いキャッピング層１７へ入射する光は、陰極層１６とキャッピング層１７との界面で全反射せず、少なくとも光の一部はキャッピング層１７を透過し有機ＥＬ素子１０の外部へ出射することが可能となる。したがって、キャッピング層１７は、キャッピング層１７と陰極層１６との界面で全反射する光を低減し、光の取り出し効率を高める機能を有する。
【００３０】
また、キャッピング層１７は、図２−１に示す分子構造を備えたナイルレッドと称される色素を含む。この色素は、たとえば濃度１０％の割合でキャッピング層１７に添加されている。図２−２は、この色素のモル吸光係数の波長依存性を示す図である。モル吸光係数とは化学種１ｍｏｌ／ｄｍ-3あたりの吸光度であり、図２−２は波長に対してモル吸光係数をプロットしているため色素の吸収スペクトルとなる。図２−２に示すように、この色素は５００〜５６０ｎｍの波長の光を強く吸収する。このため、図３の経路Ａ1に示すように、外部から有機ＥＬ素子１０に入射した光のうち５００〜５６０ｎｍの波長の光のほとんどは、キャッピング層１７を透過するとき、または、陽極層１２とバッファ層１３との界面で反射した後に、キャッピング層１７に含まれる色素１９に吸収され、再度有機ＥＬ素子１０の外部に出射されることはない。この色素１９が吸収する５００〜５６０ｎｍの波長の光は、Ｒを発光する従来の有機ＥＬ素子において、外部からの入射光のうち再度有機ＥＬ素子の外部へ出射される光の割合が発光層から発光される波長の光よりも高い光である。さらに、この色素が吸収する光５００〜５６０ｎｍの波長の光は高い視感度を有している。このように、キャッピング層１７は、外部から入射した光のうち視感度の高い５００〜５６０ｎｍの波長の光を吸収する機能を有し、再び有機ＥＬ素子１０の外部へ出射されることを低減している。
【００３１】
つぎに、図４に、キャッピング層１７の膜厚変化に対する反射率変化を示す。以下、反射率とは、外部からの入射光のうち再び有機ＥＬ素子の外部に出射される光の割合を視感度を考慮した値に変換したものとし、たとえば、外部からの入射光のうち再び有機ＥＬ素子の外部に出射される光の割合と比視感度との乗算値を波長について積分した値である。また、外部からの入射光として、いわゆるＣ光源を用いている。また、図４には、有機ＥＬ素子１０のほか、ナイルレッドなどの色素を含まないキャッピング層を備えた従来構造の有機ＥＬ素子の反射率についても示している。
【００３２】
図４に示すように、従来構造の有機ＥＬ素子における反射率は、キャッピング層の膜厚が６０ｎｍの場合に最小値として０．５４を示すに留まり、キャッピング層の膜厚によらず大きな値を示す。これに対し、有機ＥＬ素子１０の反射率は、従来構造の有機ＥＬ素子と比較し大きく低減されており、キャッピング層１７の膜厚が６０〜８０ｎｍの場合に０．２２以下を示し、キャッピング層１７の膜厚が７０ｎｍの場合には０．２０まで低減されている。したがって、有機ＥＬ素子１０は、特に視感度が高い反射光の外部への再出射を抑制することができ反射率を低減することが可能となる。有機ＥＬ素子１０は、上述したように色素１９を含むキャッピング層１７を備えるためであると考えられる。
【００３３】
つぎに、図５にキャッピング層１７の膜厚変化に対する有機ＥＬ素子１０の取り出し効率の変化を示す。以下、取り出し効率は、同一の入力エネルギー強度を加えた場合の十分大きな発光層内部の光の輝度に対する有機ＥＬ素子から出射される垂直方向の光の輝度の割合を肉眼の感度である視感度を考慮した値に変換したものとする。ここで、輝度とは、各波長での放射強度に対して比視感度を乗算し、この乗算値を波長について積分した値である。図５は、有機ＥＬ素子１０のほか、従来構造の有機ＥＬ素子の取り出し効率も示す。図５に示すように、有機ＥＬ素子１０では、キャッピング層１７の膜厚が６０〜８０ｎｍの場合であり低い反射率を達成する場合であっても取り出し効率は１．２以上を示し、キャッピング層１７の膜厚が８０ｎｍの場合には取り出し効率は最大値１．３２まで向上している。このため、有機ＥＬ素子１０は高い取り出し効率を維持することが可能である。
【００３４】
なお、図６−１および図６−２に、キャッピング層の膜厚変化に対する有機ＥＬ素子１０および従来構造の有機ＥＬ素子が発光する光のＣＩＥ１９３１に規格する色座標変化を示す。図６−１は色座標のｘ座標における変化を示し、図６−２は色座標のｙ座標における変化を示す。有機ＥＬ素子１０において、図６−１および図６−２に示すように、ｘ座標およびｙ座標の値は、キャッピング層の膜厚が等しい場合、従来構造の有機ＥＬ素子と０．００３程度の差を生じるに過ぎず、視認に影響を与えないものと考えられる。このため、色素１９を含むキャッピング層１７を備えた場合でも、有機ＥＬ素子１０から出力される光の色座標の値が大きく変動することはなく、Ｒの光を出力することができる。
【００３５】
上述したように、色素１９を含むキャッピング層１７を備えることによって有機ＥＬ素子１０は、発光層１５が発光する波長の光よりも層界面での反射率が高く視感度の高い光の有機ＥＬ素子１０の外部への再出射を低減することができ、反射率を低減することができる。このため、有機ＥＬ素子１０を用いることによって、コントラストの劣化を低減した高品位の画像表示を行う有機ＥＬ表示装置を実現することが可能となる。また、キャッピング層１７は陰極層１６および発光層１５と比較し屈折率が高い高屈折率層で形成されているため、有機ＥＬ素子１０ではキャッピング層１７と接触する層との界面での光の全反射を低減し、高い取り出し効率を維持することが可能となる。
【００３６】
なお、キャッピング層１７を陰極層１６上に設けるとしたが、これに限らず、発光層１５が発光する光の出射側に設ければ足りる。たとえば、発光層１５と陰極層１６との間に設けるとしてもよい。外部からの入射光の多くは、陽極層１２とバッファ層１３との界面で反射し、バッファ層１３、正孔輸送層１４、発光層１５、陰極層１６を透過し外部へ出射する。また、キャッピング層１７は取り出し効率を高める機能も備えている。このため、反射光が有機ＥＬ素子１０を出射するまでの経路であり、さらに発光層１５が発光した光が有機ＥＬ素子１０から出射する経路のいずれかに、色素１９を含むキャッピング層１７があれば反射率を低減することができる。このような経路のいずれかにキャッピング層１７を備えることによって、キャッピング層１７に含まれる色素によって反射光に含まれる光のうち５００〜５６０ｎｍの波長の光のほとんどが吸収され、この波長の光が大きな強度で外部へ出射されることはないためである。また、キャッピング層１７の屈折率は、キャッピング層１７が発光層１５からの光の入射側で接触する層構造よりも高ければよい。このため、キャッピング層１７が発光層１５が発光する光の出射側に設けられるとした場合、キャッピング層１７の屈折率は発光層１５および発光層１５から発光される光の出射側に位置する層構造のうち少なくとも１以上の層構造と比較し、高ければよい。
【００３７】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１では所定の波長の光を吸収する色素を含むキャッピング層を備えた有機ＥＬ素子について説明したが、本実施の形態２では、この色素を添加した発光層を備えた有機ＥＬ素子について説明する。
【００３８】
図７は、本実施の形態２における有機ＥＬ素子の積層構造を示す図である。本実施の形態２における有機ＥＬ素子２０では、発光層２５は５００〜５６０ｎｍの波長の光を吸収するナイルレッドを含んでいる。また、キャッピング層２７は、陰極層１６および発光層２５よりも屈折率が高い高屈折率膜を用いて形成され、たとえば屈折率が２．３８であるＺｎＳを用いて形成される。また、キャッピング層２７にはナイルレッドは添加されていない。なお、発光層２５はＲの光を発光するとして説明する。
【００３９】
つぎに、図８に、キャッピング層２７の膜厚変化に対する有機ＥＬ素子２０および従来構造の有機ＥＬ素子における反射率変化を示す。ここで、従来構造の有機ＥＬ素子はナイルレッドなどの色素を含まない発光層を備えている。図８に示すように、有機ＥＬ素子２０は、従来構造の有機ＥＬ素子と比較し、反射率が大きく低減されている。上述したように、発光層２５に含まれるナイルレッドが吸収する光は、実施の形態１で述べたように、発光層２５が発光するＲ以外の光であって、外部からの入射光のうち層界面で反射される割合がＲの光よりも高く、また視感度の高い光である。このような光がナイルレッドによって吸収され再度有機ＥＬ素子２０の外部へ出射されることはないため、有機ＥＬ素子２０における反射率が大きく低減したものと考えられる。また、図９は、キャッピング層２７の膜厚変化に対する有機ＥＬ素子２０および従来構造の有機ＥＬ素子における取り出し効率変化を示す図である。図９に示すように、有機ＥＬ素子２０における取り出し効率は、従来構造の有機ＥＬ素子と比較し大きく低下することはなく、有機ＥＬ素子２０は高い取り出し効率を維持している。
【００４０】
このように、ナイルレッドを含む発光層２５を備えた有機ＥＬ素子２０は、従来構造の有機ＥＬ素子と比較し反射率を低減することができ、実施の形態１と同様の効果を奏することが可能となる。
【００４１】
つぎに、発光層２５へのナイルレッドの添加量を検討する。図１０は、ナイルレッドを２．５％、５％、１０％、２０％の濃度で発光層２５に添加した有機ＥＬ素子２０における反射率のキャッピング層２７の膜厚依存を示す図である。また、図１１は、ナイルレッドを２．５％、５％、１０％、２０％の濃度で発光層２５に添加した有機ＥＬ素子における取り出し効率のキャッピング層２７の膜厚依存を示す図である。
【００４２】
図１０に示すように、反射率は、ナイルレッドを濃度２０％で添加した場合にはキャッピング層２７の膜厚が３０ｎｍのときに最小値０．２３を示し、ナイルレッドを濃度１０％で添加した場合にはキャッピング層２７の膜厚が４０ｎｍのときに最小値０．２１を示し、ナイルレッドを濃度５％で添加した場合にはキャッピング層２７の膜厚が５０ｎｍのときに最小値０．２６を示し、ナイルレッドを濃度２．５％で添加した場合にはキャッピング層２７の膜厚が５０ｎｍのときに最小値０．３３を示す。このように、ナイルレッドを多く添加した場合には、キャッピング層２７の膜厚を薄くすることが可能となり、積層構造の設計の自由度を上げることができる。また、ナイルレッドの濃度を低くすると、ナイルレッドの濃度を高くした場合と比較し反射率は高くなる傾向がある。これは、発光層２５に含まれるナイルレッドの量が少なく、発光層２５に入射した所定の波長の光のうちナイルレッドに吸収されず有機ＥＬ素子２０の外部に再出射される光の割合が高くなるためであると推測される。
【００４３】
また、図１１に示す取り出し効率は、ナイルレッドの添加濃度を高くするほど低くなる。たとえば、ナイルレッドを濃度２０％で添加した場合にはキャッピング層２７の膜厚が７０ｎｍのときに最大値１．２２を示し、ナイルレッドを濃度２．５％で添加した場合にはキャッピング層２７の膜厚が８０ｎｍのときに最大値１．３９を示す。このため、取り出し効率を考慮した場合、ナイルレッドの濃度は低い方が好ましいと考えられる。
【００４４】
したがって、図１０および図１１より、取り出し効率と反射率との値を考慮し、ナイルレッドを５〜１０％程度の濃度で発光層２５に添加することが好ましい。取り出し効率を高くするためにキャッピング層２７の膜厚を７０ｎｍと設定した場合であっても、反射率は０．３２〜０．３５の値となり、従来と比較し反射率を低くすることが可能となるためである。このように、発光層２５に添加するナイルレッドの濃度とキャッピング層２７の膜厚とを調整することによって、反射率と取り出し効率とを適切な値に設定することができる。
【００４５】
なお、本実施の形態２では、発光層２５にナイルレッドを添加することによって所定の波長の光を吸収し反射率を低減させているが、これに限らず、所定の波長の光を吸収する分子構造を備えた材料を用いて発光層を形成するとしてもよい。発光層にナイルレッドを添加した場合と同様に所定の波長の光を吸収し、この波長の光が有機ＥＬ素子の外部へ再度出射することを低減することが可能となるためである。
【００４６】
（実施の形態３）
つぎにこの発明の実施の形態３について説明する。実施の形態１，２では、キャッピング層または発光層に、所定の波長の光を吸収する色素を添加した有機ＥＬ素子について説明したが、本実施の形態３では、この色素を添加した吸収層を新たに設けた有機ＥＬ素子について説明する。
【００４７】
図１２は、本実施の形態３における有機ＥＬ素子の積層構造を示した図である。本実施における有機ＥＬ素子３０は、陰極層１６上にキャッピング層３７ａと吸収層３７ｂとを有する。キャッピング層３７ａおよび吸収層３７ｂは、陰極層１６および発光層２５よりも屈折率が高い高屈折率膜を用いて形成される。また、吸収層３７ｂは、キャッピング層３７ａとほぼ同等の屈折率を有する。たとえば、キャッピング層３７ａおよび吸収層３７ｂは屈折率が２．３８であるＺｎＳを用いて形成される。このため、キャッピング層３７ａと陰極層１６との界面で全反射する光およびキャッピング層３７ａと吸収層３７ｂとの界面で全反射する光は低減されている。したがって、キャッピング層３７ａと吸収層３７ｂとは、光の取り出し効率を高める機能を有する。また、キャッピング層３７ａの膜厚と吸収層３７ｂの膜厚との合計膜厚は６０〜９０ｎｍであることが好ましい。
【００４８】
また、吸収層３７ｂには、ナイルレッドが濃度１０％の割合で添加されている。このナイルレッドは、実施の形態１，２と同様に、発光層１５が発光するＲ以外の光であって、Ｒの光と比較し層界面での反射率が高い光であり視感度の高い光を吸収する機能を備える。このため、この光のほとんどは、吸収層３７ｂに入射した場合に吸収層３７ｂに含まれるナイルレッドに吸収される。したがって、有機ＥＬ素子３０の外部に再出射される光の量は低減され、反射率も低下するものと考えられる。以下、有機ＥＬ素子３０における反射率および取り出し効率について説明する。また、有機ＥＬ素子３０において、キャッピング層３７ａの膜厚と吸収層３７ｂの膜厚との合計膜厚は６０〜９０ｎｍであることが好ましいとする理由について説明する。
【００４９】
図１３は、有機ＥＬ素子３０において、キャッピング層３７ａの膜厚を２０，４０，６０ｎｍとしたときの吸収層３７ｂの膜厚変化に対する反射率変化を示す図である。また、図１４は、有機ＥＬ素子３０において、キャッピング層３７ａの膜厚を２０，４０，６０ｎｍとしたときの吸収層３７ｂの膜厚変化に対する取り出し効率変化を示す図である。図１３に示すように、有機ＥＬ素子３０の反射率の極小値は、キャッピング層３７ａの膜厚によらず０．４０以下である。従来構造の有機ＥＬ素子では反射率が０．５４以上であるため、有機ＥＬ素子３０は反射率の低減を実現している。また、図１４に示すように、取り出し効率の極大値は、キャッピング層３７ａがいずれの膜厚である場合も１．３０以上であるため、従来構造の有機ＥＬ素子と比較し大きく低下することはなく、高い取り出し効率を維持する。このため、実施の形態３における有機ＥＬ素子３０は、実施の形態１，２と同様の効果を奏する。
【００５０】
図１３，１４に示すように、キャッピング層３７ａの膜厚が６０ｎｍである場合には、吸収層３７ｂの膜厚が１０ｎｍのときに、反射率は最大値０．３５を示し、取り出し効率は１．３８と高い値を示す。このため、キャッピング層３７ａの膜厚を６０ｎｍとした場合には吸収層３７ｂの膜厚を薄くすることができ、積層構造の設計の自由度を上げることができる。また、キャッピング層３７ａの膜厚と吸収層３７ｂの膜厚との合計膜厚は６０〜９０ｎｍであるときには反射率が０．４以下で取り出し効率１．２以上を示すため、キャッピング層３７ａの膜厚が６０ｎｍである場合には吸収層３７ｂの膜厚を調整し、キャッピング層３７ａの膜厚と吸収層３７ｂの膜厚との合計膜厚を６０〜９０ｎｍとすることが好ましいと考えられる。
【００５１】
そして、反射率が０．２５以下で取り出し効率１．２以上を示す有機ＥＬ素子を使用した場合、さらに品質の高い有機ＥＬ表示装置を実現することが可能となる。有機ＥＬ素子から取り出すことができる光強度が高く、さらに反射率も低減されコントラストの劣化が抑制されるためである。キャッピング層３７ａの膜厚が４０ｎｍである場合について検討すると、図１３，１４より、反射率が０．２５以下である吸収層３７ｂの膜厚は１０〜４０ｎｍとなり、取り出し効率が１．２以上である吸収層３７ｂの膜厚は２０〜５０ｎｍとなる。このため、反射率が０．２５以下であり取り出し効率が１．２以上である吸収層３７ｂの膜厚は２０〜４０ｎｍとなる。すなわち、キャッピング層３７ａの膜厚と吸収層３７ｂの膜厚との合計膜厚が６０〜８０ｎｍであることが好ましいと考えられる。また、キャッピング層３７ａの膜厚が２０ｎｍである場合について検討すると、図１３，１４より、反射率が０．２５以下である吸収層３７ｂの膜厚は３０〜７０ｎｍとなり、取り出し効率が１．２以上となる吸収層３７ｂの膜厚は４０〜７０ｎｍとなる。このため、反射率が０．２５以下であり取り出し効率が１．２以上である吸収層３７ｂの膜厚は４０〜７０ｎｍとなる。すなわち、キャッピング層３７ａの膜厚と吸収層３７ｂの膜厚との合計膜厚が６０〜９０ｎｍであることが好ましいと考えられる。このように、キャッピング層３７ａの膜厚が４０ｎｍまたは２０ｎｍである場合には、上述した傾向から、キャッピング層３７ａの膜厚と吸収層３７ｂの膜厚の合計膜厚は６０〜９０ｎｍであることが好ましいものと考えられる。
【００５２】
反射率を低減するためには吸収層３７ｂの膜厚を厚くする方がよいと思われたが、図１３，１４の結果より、吸収層３７ｂの膜厚変化にしたがって反射率には極小値が現れるため、吸収層３７ｂの膜厚は厚い方がよいとは限らない。また、取り出し効率を向上するためには、光の透過経路を短縮するためキャッピング層３７ａの膜厚と吸収層３７ｂの膜厚との合計膜厚を薄くする方がよいと思われたが、図１３，１４の結果より、吸収層３７ｂの膜厚変化にしたがって反射率には極大値が現れるため、キャッピング層３７ａの膜厚と吸収層３７ｂの膜厚との合計膜厚は薄い方がよいとは限らない。このため、上述したように、キャッピング層３７ａの膜厚と吸収層３７ｂの膜厚の合計膜厚は、反射率の極小値を含み、そして、取り出し効率の極大値を含む６０〜９０ｎｍであることが好ましいものと考えられる。さらに、好ましくはキャッピング層３７ａの膜厚と吸収層３７ｂの膜厚の合計膜厚は７０〜８０ｎｍであることが好ましいと考えられる。キャッピング層３７ａの膜厚と吸収層３７ｂの膜厚の合計膜厚を６０〜９０ｎｍとした場合と比較し、さらに、反射率の低減および取り出し効率の向上の維持が可能となるためである。キャッピング層３７ａの膜厚と吸収層３７ｂの膜厚の合計膜厚がある程度固定されるため、積層構造の設計の自由度を上げることができるためである。
【００５３】
また、キャッピング層３７ａの膜厚が４０ｎｍ、２０ｎｍの場合には、反射率０．２５以下であり取り出し効率が１．２以上を示す吸収層３７ｂの膜厚の範囲が広くなっている。したがって、キャッピング層３７ａの膜厚を４０ｎｍまたは２０ｎｍに設定した場合には、製造工程において吸収層３７ｂの膜厚にばらつきが発生したとしても、反射率の増加および取り出し効率の低下を抑制することが可能である有機ＥＬ素子を実現することが可能となる。
【００５４】
このように、実施の形態３では、キャッピング層３７ａの膜厚と吸収層３７ｂの膜厚とを調整することによって、製造上のばらつきがある場合であっても反射率および取り出し効率への影響が少なく高品質の画像表示が可能となる有機ＥＬ表示装置を実現することが可能となる。
【００５５】
なお、実施の形態３では、キャッピング層３７ａ上に吸収層３７ｂを設けるとしたが、これに限らず、陽極層１２上に設ければよい。外部からの入射光の多くは、陽極層１２とバッファ層１３との界面で反射するため、この反射光が透過する経路のいずれかにナイルレッドを含む吸収層３７ｂを配置すれば、反射光の外部への再出射を抑制し、反射率を低減することができるためである。また、キャッピング層３７ａを陰極層１６上に設けるとしたが、これに限らず、発光層１５が発光する光の出射側に設ければ足りる。発光層１５が発光した光が有機ＥＬ素子１０から出射する経路のいずれかであれば層界面での光の全反射を低減することができるためである。そして、キャッピング層３７ａの屈折率は、キャッピング層３７ａが発光層１５からの光の入射側で接触する層構造よりも高ければよい。このため、キャッピング層３７ａは発光層１５が発光する光の出射側に設けられるとした場合、キャッピング層３７ａの屈折率は、発光層１５および発光層１５が発光する光の出射側に位置する層構造のうち少なくとも１以上の層構造と比較し、高ければよい。
【００５６】
また、実施の形態１〜３では、Ｒを発光する有機ＥＬ素子について説明したが、これに限らず、ナイルレッドと称される色素を含むキャッピング層１７、発光層２５または吸収層３７ｂを備えたＢを発光する有機ＥＬ素子としてもよい。Ｂを発光する有機ＥＬ素子においても、ナイルレッドを含むキャッピング層１７、発光層２５または吸収層３７ｂを有することによって、Ｂ以外の光のうち層界面で反射される割合が高い光であって視感度の高い５００〜５６０ｎｍの波長の光のほとんどはナイルレッドに吸収され、外部に出射されない。このため、反射率を低減することが可能となるためである。この場合、波長が短くなる分最適膜厚も小さくなる。
【００５７】
また、実施の形態１〜３では、キャッピング層１７、発光層２５または吸収層３７ｂに添加する材料としてナイルレッドを用いた場合について説明したが、これに限らず、発光層１５，２５が発光しない光であって、層界面で反射する光の割合が発光層１５，２５からの光と比較し高い光を吸収する材料であればよい。このような材料を含むキャッピング層１７、発光層２５または吸収層３７ｂを備えることによって、反射率を低減させた有機ＥＬ素子を実現することができるためである。
【００５８】
また、Ｒ，Ｂを発光する場合に限らず、Ｇを発光する場合においても、発光層が発光するＧ以外の光であって、外部から入射した光のうち層界面で反射される割合がＧ光よりも高い光を吸収する材料を含むキャッピング層１７、発光層２５または吸収層３７ｂを備えた有機ＥＬ素子としてもよい。この場合も、反射率を低減したＧを発光する有機ＥＬ素子を実現することが可能となる。
【００５９】
また、本実施の形態１〜３では、キャッピング層１７，２７，３７ａおよび吸収層３７ｂを屈折率が２．３８であるＺｎＳを用いて形成しているが、このような屈折率を示す材料に限らず、光の入射側に対して接触する積層膜および発光層と比較し屈折率が高い高屈折率膜であればよい。たとえば、屈折率が２．３９であるＴｉＯ2（酸化チタン）や、屈折率が１．９５であるＩＴＯなどの材料を用いてもよい。このように光の入射側に対して接触する積層膜および発光層と比較し高い屈折率を有する材料であれば、キャッピング層１７，２７，３７ａおよび吸収層３７ｂと接触する積層膜との層界面での光の全反射を低減し、光の取り出し効率を向上することが可能となるためである。また、このような材料を用いた場合でも、キャッピング層１７，２７，３７ａおよび吸収層３７ｂの膜厚を調整することによって反射率および取り出し効率は実施の形態１〜３と同様の傾向を示すものと考えられる。また、実施の形態１〜３では、発光層１５，２５は電子輸送層を兼ねるとして説明したが、これに限らず、電子輸送層を発光層１５，２５とは別に設けるとしてもよい。なお、この場合、屈折率に応じて最適膜厚も上記と異なる値をとる場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施の形態１における有機ＥＬ素子の積層構造を示した図である。
【図２−１】ナイルレッドの分子構造を示した図である。
【図２−２】ナイルレッドのモル吸光係数の波長依存性を示す図である。
【図３】実施の形態１における有機ＥＬ素子に外部から入射した光の経路を示す図である。
【図４】実施の形態１においてキャッピング層の膜厚変化に対する反射率変化を示した図である。
【図５】実施の形態１においてキキャッピング層の膜厚変化に対する取り出し効率の変化を示した図である。
【図６−１】実施の形態１における有機ＥＬ素子の出射光の色座標のｘ座標における変化とキャッピング層の膜厚変化を示した図である。
【図６−２】実施の形態１における有機ＥＬ素子の出射光の色座標のｙ座標における変化とキャッピング層の膜厚変化を示した図である。
【図７】実施の形態２における有機ＥＬ素子の積層構造を示した図である。
【図８】実施の形態２においてキャッピング層の膜厚変化に対する反射率変化を示した図である。
【図９】実施の形態２においてキャッピング層の膜厚変化に対する取り出し効率の変化を示した図である。
【図１０】実施の形態２においてキャッピング層の膜厚変化に対する反射率変化を示した図である。
【図１１】実施の形態２においてキャッピング層の膜厚変化に対する取り出し効率の変化を示した図である。
【図１２】実施の形態３における有機ＥＬ素子の積層構造を示した図である。
【図１３】実施の形態３において吸収層の膜厚変化に対する反射率変化を示した図である。
【図１４】実施の形態に３において吸収層の膜厚変化に対する取り出し効率の変化を示した図である。
【図１５】従来技術における有機ＥＬ素子の積層構造を示した図である。
【図１６】従来技術においてキャッピング層の膜厚変化に対する取り出し効率の変化を示した図である。
【図１７】従来技術における有機ＥＬ素子の取り出し効率と反射率との波長依存性を示す模式図である。
【図１８】従来技術における有機ＥＬ素子に外部から入射した光の経路を示す図である。
【図１９】比視感度の波長依存性を示した図である。
【図２０】従来技術においてキャッピング層の膜厚変化に対する反射率変化を示した図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０、２０、３０、１００  有機ＥＬ素子
１１、１１１  基板
１２、１１２  陽極層
１３、１１３  バッファ層
１４、１１４  正孔輸送層
１５、２５、１１５  発光層
１６、１１６  陰極層
１７、２７、３７ａ、１１７  キャッピング層
３７ｂ  吸収層
１８  色素
Ａ1、Ａ2  経路
【図１】
2005122980.tif 000003
【図２−１】
2005122980.tif 000004
【図２−２】
2005122980.tif 000005
【図３】
2005122980.tif 000006
【図４】
2005122980.tif 000007
【図５】
2005122980.tif 000008
【図６−１】
2005122980.tif 000009
【図６−２】
2005122980.tif 000010
【図７】
2005122980.tif 000011
【図８】
2005122980.tif 000012
【図９】
2005122980.tif 000013
【図１０】
2005122980.tif 000014
【図１１】
2005122980.tif 000015
【図１２】
2005122980.tif 000016
【図１３】
2005122980.tif 000017
【図１４】
2005122980.tif 000018
【図１５】
2005122980.tif 000019
【図１６】
2005122980.tif 000020
【図１７】
2005122980.tif 000021
【図１８】
2005122980.tif 000022
【図１９】
2005122980.tif 000023
【図２０】
2005122980.tif 000024