(57)【要約】【課題】  低消費電力なＥＬ両面ディスプレイを生産する技術を提供する。【解決手段】  基板の片面に電極、ＥＬ層、対向電極が順次積層され、基板側と対向電極側の両側からＥＬ光を発光するＥＬ素子であって、基板側に発光するＥＬ光と対向電極側に発光するＥＬ光の出光比率を調整する光分離機能層を設けることとした。さらに、基板側のＥＬ光と対向電極側のＥＬ光の出光比率の大きい側の表示範囲が出光比率の小さい側の表示範囲より大きくなるように構成した。【選択図】    図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の片面に電極、ＥＬ層、対向電極が順次積層され、基板側と対向電極側の両側からＥＬ光を発光するＥＬ素子において、前記基板側に発光する第一のＥＬ光と前記対向電極側に発光する第二のＥＬ光の出光比率を調整する光分離機能層を備えることを特徴とするＥＬ素子。
【請求項２】
前記第一のＥＬ光と前記第二のＥＬ光の、出光比率の大きい側の表示範囲が出光比率の小さい側の表示範囲より大きいことを特徴とする請求項１に記載のＥＬ素子。
【請求項３】
前記分離機能層が前記対向電極としても機能することを特徴とする請求項１または２に記載のＥＬ素子。
【請求項４】
前記分離機能層が前記電極としても機能することを特徴とする請求項１または２に記載のＥＬ素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のＥＬ素子を備えるとともに、ＥＬ光の比率の大きい側が折りたたみ部の内側に配置されたことを特徴とする表示機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧を印加することにより発光するエレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子及び及び同素子を用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は比較的低電圧で発光し、また製造が簡単なことから、将来性が期待されている発光素子である。実用上問題があるとされてきた素子寿命も実用レベルに達し、車載オーディオ用や携帯電話用に採用されはじめている。
【０００３】
従来の有機ＥＬ素子の構成を図２に基づいて説明する。この有機ＥＬ素子は、ガラス等の基板１上に、透明電極であるインジウム錫オキサイド（ＩＴＯ）等からなる電極３１、正孔輸送層３２、発光層３３、電子輸送層３４、及び、ＩＴＯ等からなる電極３５が順次積層されている。ここで、電極３１、正孔輸送層３２、発光層３３、電子輸送層３４、電極３５により有機ＥＬ素子部１１を構成している。ここで、正孔輸送層３２にはα−ＮＰＤ、発光層３３にはＡｌｑ３、電子輸送層３４にはＢＣＰ（バクソプロイン）とＣｓ（セシウム）の混合膜を用いることができる（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
このような有機ＥＬ素子では、電極３１を陽極、電極３５を陰極として用い、陽極と陰極からそれぞれ注入した正孔と電子が発光層３３内で再結合し、有機分子を励起し、ＥＬ光を放射する。そのＥＬ光には、基板１を透過して有機ＥＬ素子外に放射する第一のＥＬ光２０４と、電極３５を透過して有機ＥＬ素子外に放射する第二のＥＬ光２０３がある。発光層３３は、電圧無印加状態では透明であり、電圧印加時には、ＥＬ光を発光する。透明な背景に発光を浮き出させるディスプレイはシースルーディスプレイと称され、車載用途などが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
図７と図８は表示機器の一例である背面ディスプレイ付き折りたたみ式携帯電話を表わす外観図であり、筐体７０の両面から、表示を視認できるように設計されている。観測者２００は折りたたみ時にはサブディスプレイ６１のＥＬ光２１０を観測し、開放時にはメインディスプレイ６２のＥＬ光２１１を観測する。サブディスプレイ６１は、バッテリー残量、通信状態、着信の有無等比較的容量の小さい表示をする。一方、メインディスプレイ６２はテキスト表示や画像の表示を行う。ディスプレイの切り換えは折りたたみ式携帯電話の開閉に合わせてプログラムの切り換えにより行われる。
【０００６】
ここで、図７と図８で示した折りたたみ式携帯電話のディスプレイとして図２で示した有機ＥＬ素子を用いた場合を図３、図４を用いて説明する。図示するように、基板１上に有機ＥＬ素子部１１が形成され、有機ＥＬ素子部１１を外気と遮断するために封止構造３が形成され、筐体２０によって囲まれている。筐体２０には表示を観察するための開口部５１、５２が設けられている。開口部５１からＥＬ光１１２を視認でき、開口部５２からＥＬ光１１１を視認できる。例えば図７で示すように開口部５１側をサブディスプレイ６１として使用し、開口部５２側はメインディスプレイと６２して使用する。
【非特許文献１】第４５回日経マイクロデバイスセミナー  有機ＥＬ最前線  内部量子効率１００％以上は可能か（２６頁）  城戸  淳二氏
【特許文献１】特開平２００２−３３４７９２（２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のディスプレイでは図４に示すように、開口部５２からＥＬ光１１１を視認する際には、同時にＥＬ光１１２、１１３が発光する。ＥＬ光１１２、１１３はＥＬ光１１１を視認するのに不必要な光である。また、開口部５１からＥＬ光１１２を視認する際には、同時にＥＬ光１１３、１１１が発光する。ＥＬ光１１３、１１１はＥＬ光１１２を視認する際には不必要な光である。このように従来の有機ＥＬ素子は消費電力を大きくしてしまう課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明は、ＥＬ素子に光分離機能層を配置することとした。これにより、低消費電力なＥＬ素子を実現できる。
【０００９】
すなわち、本発明のＥＬ素子は、基板の片面に電極、ＥＬ層、対向電極が順次積層されており、基板側と対向電極側の両側からＥＬ光を発光するＥＬ素子であって、基板側に発光する第一のＥＬ光と対向電極側に発光する第二のＥＬ光の出光比率を調整する光分離機能層を備えている。さらに、第一のＥＬ光と第二のＥＬ光の出光比率の大きい側の表示範囲が出光比率の小さい側の表示範囲より大きいこととした。
【００１０】
さらに、分離機能層が対向電極としても機能する、あるいは、分離機能層が電極としても機能する構成とした。
【００１１】
また、このような構成のＥＬ素子を備える表示機器であって、ＥＬ光の比率の大きい側が折りたたみ部の内側に配置されることとした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の有機ＥＬ素子は、基板側のＥＬ光と対向電極側のＥＬ光の出光比率を調整する光分離機能層を有しているので、観察方向にあわせて最適な明るさに設定することができる。さらに、基板側のＥＬ光と対向電極側のＥＬ光の出光比率の大きい側の表示範囲が出光比率の小さい側の表示範囲より大きくすることにより、低消費電力の両面ディスプレイを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の有機ＥＬ素子の概要を示す断面図である。透明な基板１の表面にはＩＴＯからなる透明電極３１が形成され、次いでα−ナフチルフェニルジアミン（ＮＰＤ）からなる正孔輸送層３２、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）からなる発光層３３、ＢＣＰ（バクソプロイン）とＣｓ（セシウム）の混合膜からなる電子輸送層３４、ＩＴＯからなる透明電極３５を形成し有機ＥＬ素子部１２を構成した。更に透明電極３５上に光分離機能層３６を形成し、封止構造３で封止し、有機ＥＬセル１０を得た。ここで、有機ＥＬセル１０の上には輝度−電圧特性（グラフ１）と電流密度−輝度（グラフ２）で示した特性を有する有機ＥＬ素子がマトリクス上に配置されている。次いで、図５に示すように、開口部５１と開口部５２を有する筐体２０に有機ＥＬセル１０を組み込んだ。ここで、基板１には、耐熱性、耐薬品性、透明性等から、ガラス製平板を用いることが好ましい。また、図５において開口部５１の面積を５ｃｍ２、開口部５２の面積を２０ｃｍ２とし、光分離機能層３６は有機ＥＬ素子部１２で発生したＥＬ光１１５をＥＬ光１１４と反射ＥＬ光１１７に分離し、その分離比率は、下記の式１のように設計した。
（式１）  ＥＬ光１１４：ＥＬ光１１７＝２：８
図５を用いて開口部５１から表示を見る場合の例を説明する。有機ＥＬ素子部１２の開口部５１のみに電圧を印加するとＥＬ光１１５とＥＬ光１１６が発生する。ＥＬ光１１５は光分離機能層３６により、ＥＬ光１１４と反射ＥＬ光１１７に分離される。ＥＬ光１１４は観測者にそのまま視認され、反射ＥＬ光１１７はＥＬ光１１６に加えられ、ＥＬ光１１８となる。ここで、ＥＬ光１１８は観測者にとって不必要なＥＬ光であり、消費電力のロスである。
【００１４】
また、図６を用いて開口部５２から表示を見る場合の例を説明する。有機ＥＬ素子部１２の開口部５２のみに電圧を印加するとＥＬ光１１９とＥＬ光１２０が発生する。ＥＬ光１２０は光分離機能層３６により、ＥＬ光１２１と反射ＥＬ光１２２またはＥＬ光１２３と反射ＥＬ光１２２に分離される。ＥＬ光１２１とＥＬ光１１９は合成されＥＬ光１２４として観測者に視認される。ここで、ＥＬ光１２１とＥＬ光１２３は観測者にとって不必要なＥＬ光であり、消費電力のロスである。
【００１５】
ここで図１１と図１２の図表に従来の有機ＥＬ素子の消費電力を示し、図１３と図１４の図表に本発明の有機ＥＬ素子の消費電力のシミュレーション結果を示す。尚、前提条件として、以下の定数を用いた。
＜有機ＥＬ素子特性＞
輝度−電圧特性    （グラフ１）
輝度−電流密度特性（グラフ２）
＜素子表面輝度＞
開口部５１輝度（メインディスプレイ輝度）１００ｃｄ／ｍ２
開口部５２輝度（サブディスプレイ輝度）    ６０ｃｄ／ｍ２
＜表示面積＞
開口部５１表示面積（メインディスプレイ表示面積）２０ｃｍ２
開口部５２表示面積（サブディスプレイ表示面積）    ５ｃｍ２
＜光分離機能比率＞
反射率８０％
透過率２０％（吸収率０％）
＜ディスプレイ表示時間／時間＞
開口部５１表示時間（メインディスプレイ表示時間）５７分／時間
開口部２１表示時間（サブディスプレイ表示時間）    ３分／時間
このような前提条件のもとで、消費電力のシミュレーションを行うと実質的な一時間あたりの消費電力は以下のようになる。ここで、図１１は従来の有機ＥＬ素子の開口部５１の消費電力、図１２は従来の有機ＥＬ素子の開口部５１の消費電力、図１３は本発明の有機ＥＬ素子の開口部５１の消費電力、図１４は本発明の有機ＥＬ素子の開口部５１の消費電力、それぞれのシミュレーション結果である。
（１）本発明による有機ＥＬ素子の一時間あたりの消費電力は２１０１ｍＷ／ｈ
（２）従来の有機ＥＬ素子の一時間あたりの消費電力は３９５６ｍＷ／ｈ
従って、本発明による有機ＥＬ素子の実用上の消費電力は従来の有機ＥＬ素子の消費電力の約１／２になる。また、光分離機能層３６の機能を対向電極３５に持たせることにより、構造を簡素化できる。同様に光分離機能層３６の機能を基板側電極３１に持たせても同様の効果が実現可能である。更に前記光分離機能層を有した有機エレクトロルミネッセント素子の出光比率の大きい側を内側にすることにより、低消費電力な同素子を用いた折りたたみ式表示機器が実現可能である。
【００１６】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の有機ＥＬ素子の一例を示す概略側面断面図である。基板１の表面にはＩＴＯからなる電極３１を１１００Å形成し、次いでα−ナフチルフェニルジアミン（ＮＰＤ）からなる正孔輸送層３２を５００Å形成し、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）からなる発行層３３を４００Å形成し、ＢＣＰ（バクソプロイン）とＣｓ（セシウム）の混合膜（ＢＣＰ：Ｃｓ＝１：１）からなる電子輸送層３４を３００Å形成し、ＩＴＯからなる電極３５を１２００Å形成し有機ＥＬ素子部１２を構成した。ここで、電極の成膜方法にはスパッタ法を用い、その他の有機膜の成膜には蒸着法を用いた。更に電極３５上に光分離機能層３６を形成し、封止構造３で封止し、有機ＥＬセル１０を得た。ここで、光分離機能層３６として、誘電体多層膜ミラーを用いた。誘電体多層膜ミラーはＴｉＯ2 等の高屈折率材料とＳｎＯ2 等の低屈折率材料の多層膜構造により容易に形成できる。また、有機ＥＬセル１０上には輝度−電圧特性（グラフ１）と電流密度−輝度（グラフ２）で示した特性を有する有機ＥＬ素子をマトリクス上に配置した。マトリクス上の配置はマスク蒸着法を用いて容易に形成することができる。次いで、有機ＥＬセル１０を開口部５１と開口部５２を有する筐体２０に組み込んだ。
【００１８】
ここで、本発明の封止構造３にはガラス製の平板を用い、不活性ガスと吸湿材を封入してＵＶ硬化性の樹脂で外周をシールし有機ＥＬセル１０を構成した。有機ＥＬ素子部１２は水分により寿命が低下することが既に知られており、上記の封止構造３の構成の他に真空成膜によりＳｉＮｘＯｙ等の無機保護層を形成する封止方法、印刷等により有機保護層を形成する封止方法を用いて、封止基板を用いずに封止構造３を実現することも可能である。また、本実施例では光分離機能層３６を電極３５上に形成したが、封止構造３上に形成したり、基板１と電極３１の間に形成したりしても同様の効果が得られる。本実施例ではＡｌｑ３を用いたが、カラー表示を行う場合には発光層に適当な色素をドーピングして用いられる。また、発光層を基板上にマトリクス状に形成し、単純マトリクス駆動またはＴＦＴ素子と組み合わせたアクティブマトリクス駆動を行うことが可能なことは言うまでもない。本実施例による有機ＥＬ素子の一時間あたりの消費電力のシミュレーション結果を図１１と図１２に示す。シミュレーションの前提条件を以下に示す。
＜有機ＥＬ素子特性＞
輝度−電圧特性    （グラフ１）
輝度−電流密度特性（グラフ２）
＜素子表面輝度＞
開口部５１輝度（メインディスプレイ輝度）１００ｃｄ／ｍ２
開口部５２輝度（サブディスプレイ輝度）    ６０ｃｄ／ｍ２
＜表示面積＞
開口部５１表示面積（メインディスプレイ表示面積）２０ｃｍ２
開口部５２表示面積（サブディスプレイ表示面積）    ５ｃｍ２
＜光分離機能比率＞
反射率８０％
透過率２０％（吸収率０％）
＜ディスプレイ表示時間／時間＞
開口部５１表示時間（メインディスプレイ表示時間）５７分／時間
開口部２１表示時間（サブディスプレイ表示時間）    ３分／時間
このような前提条件を用いて消費電力のシミュレーションを行うと、実質的な一時間あたりの消費電力は、図１３及び図１４の表を用いて計算すると以下のようになる。
（１）本発明の有機ＥＬ素子の一時間あたりの消費電力は２１０１ｍＷ／ｈ
（２）従来の有機ＥＬ素子の一時間あたりの消費電力は３９５６ｍＷ／ｈ
従って、実用上本発明の有機ＥＬ素子の一時間あたりの消費電力は従来の有機ＥＬ素子の一時間あたりの消費電力の約１／２になる。
【実施例２】
【００１９】
図９は、本実施例の有機ＥＬ素子の概要を示す断面図である。基板１上にＩＴＯからなる電極３１を１１００Å形成し、次いでα−ナフチルフェニルジアミン（ＮＰＤ）からなる正孔輸送層３２を５００Å形成し、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）からなる発光層３３を４００Å形成し、ＢＣＰ（バクソプロイン）とＣｓ（セシウム）の混合膜（ＢＣＰ：Ｃｓ＝１：１）からなる電子輸送層３４を３００Å形成し、アルミニウムからなる光分離機能層３６を形成し有機ＥＬ素子部１３を構成した。アルミニウムの膜厚は２００Å形成し、光分離比率は透過率１０％、反射率８０％、吸収率１０％となった。ここで、電極の成膜方法にはスパッタ法を用い、その他の有機膜の成膜には蒸着法を用いたが、公知のイオンプレーティング等のその他の真空成膜方法によっても形成可能である。また、本実施例ではアルミニウムを用いたがその他に銀あるいはそれらの合金を用いることもできる。更に光分離機能層３６上に封止構造３で封止した。本実施例による有機ＥＬ素子の一時間あたりの消費電力のシミュレーション結果を図１５及び図１６の表に示す。尚、シミュレーションの前提条件は実施例１と同様である。図１５と図１６の表を用いて消費電力を計算すると以下のようになる。
（１）本発明の有機ＥＬ素子の一時間あたりの消費電力は２３２４ｍＷ／ｈ
（２）従来の有機ＥＬ素子の一時間あたりの消費電力は３９５６ｍＷ／ｈ
従って、本発明による有機ＥＬ素子の一時間あたりの消費電力は従来の有機ＥＬ素子の一時間あたりの消費電力より低減できる。また、本実施例２で示した有機ＥＬ素子は、本実施例１で示した有機ＥＬ素子よりも消費電力の面では劣るものの、構造が簡略化されるため低コストになる。実施例１と実施例２で示した有機ＥＬ素子は、要求仕様とコスト、仕様用途に応じて選択することが可能である。
【実施例３】
【００２０】
図１０は、本実施例の有機ＥＬ素子の概要を示す断面図である。基板１上にアルミニウムからなる光分離機能層３６を２００Å形成し、次いでＢＣＰ（バクソプロイン）とＣｓ（セシウム）の混合膜（ＢＣＰ：Ｃｓ＝１：１）からなる電子輸送層３４を３００Å形成し、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）からなる発光層３３を４００Å形成し、α−ナフチルフェニルジアミン（ＮＰＤ）からなる正孔輸送層３２を５００Å形成し、ＩＴＯからなる電極３１を１２００Å形成して有機ＥＬ素子部１４を構成した。本実施例３による低消費電力化の効果は実施例２と同様のため省略する。
【実施例４】
【００２１】
図７と図８に本実施例１〜３で示した有機ＥＬ素子を折りたたみ式表示機器に組み込んだ状態を示す。図７は表示機器を閉じた状態を示しており、観測者２００はサブディスプレイ６１を視認する。ここで、サブディスプレイ６１は本実施例１〜３の開口部５１に相当している。また、図８は表示機器を開いた状態を示しており、観測者２００はメインディスプレイ６２を視認する。ここで、メインディスプレイ６２は本実施例１〜３の開口部５２に相当している。例えば、本実施例４を折りたたみ式携帯電話として応用すると観測者２００は閉じた状態で、着信時にサブディスプレイ６１のＥＬ光２１０の表示のみを数秒程度一時的に観測する。一方、観測者２００表示機器を開いた状態で、インターネットにアクセスしたり、電子メール処理をしたり、数分程度ＥＬ光２１１を観測する。これは、観測者がＥＬ光２１０を観測する時間よりＥＬ光２１１を観測する時間が圧倒的に長いことを示している。例えば、ＥＬ光２１１を観測する時間：ＥＬ光２１０を観測する時間＝５７：３とすると実施例１〜実施例３と同程度の効果が得られる。また、更にＥＬ光２１１を観測する時間：ＥＬ光２１０を観測する時間＝５８：２あるいは５９：１で見積もると、さらに効果的な低消費電力効果があられることはいうまでもない。また、本発明の実施例１〜実施例４は、自発光型の両面発光ディスプレイ全てに適応可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の一例を示す概略側面断面図である。
【図２】従来の有機ＥＬ素子の概略構成を示す断面図である。
【図３】従来の有機ＥＬ素子を用いた表示機器の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】従来の有機ＥＬ素子を用いた表示機器の構成を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の有機ＥＬ素子の応用例を説明する概略側面断面図である。
【図６】本発明の有機ＥＬ素子の応用例を説明する概略側面断面図である。
【図７】折りたたみ式の両面表示型表示機器であり、閉じた状態を示している。
【図８】折りたたみ式の両面表示型表示機器であり、開いた状態を示している。
【図９】本発明による有機ＥＬ素子の応用例を説明する概略側面断面図である。
【図１０】本発明による有機ＥＬ素子の応用例を説明する概略側面断面図である。
【図１１】従来の有機ＥＬ素子の一時間あたりの実消費電力を示すシミュレーション結果である。
【図１２】従来の有機ＥＬ素子の一時間あたりの実消費電力を示すシミュレーション結果である。
【図１３】本発明による有機ＥＬ素子の一時間あたりの実消費電力を示すシミュレーション結果である。
【図１４】本発明による有機ＥＬ素子の一時間あたりの実消費電力を示すシミュレーション結果である。
【図１５】本発明による有機ＥＬ素子の一時間あたりの実消費電力を示すシミュレーション結果である。
【図１６】本発明による有機ＥＬ素子の一時間あたりの実消費電力を示すシミュレーション結果である。
【符号の説明】
【００２３】
１  基板
３  封止機構
１０  有機ＥＬセル
１１、１２、１３、１４  有機ＥＬ素子部
２０、７０  筐体
３１、３５  電極
３２  正孔輸送層
３３  発光層
３４  電子輸送層
３６  光分離機能層
２０１、２０２、２０３、２０４  ＥＬ光
５１、５２  開口部
１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８  ＥＬ光
１１９、１２０、１２１、１２２、１２３、１２４  ＥＬ光
２０５、２０６、２０７、２０８、２０９  ＥＬ光
６１  サブディスプレイ
６２  メインディスプレイ
２００  観測者
【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】
2005108672.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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