(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、発光領域を有する複数の発光素子が設けられた発光装置であって、
前記複数の発光素子は、前記発光領域において白色の光を射出する第１の発光素子と、前記発光領域において赤、青、および緑色のいずれか１つの色の光を射出する第２の発光素子と、を有し、
前記発光素子は、
反射層と、
前記反射層上に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられた発光層を含む有機層と、
前記発光層上に設けられた、半透過反射性を有する第２電極と、を備え、
前記第１の発光素子における前記有機層は、前記発光領域内の第１の領域において、第１の厚さを有し、前記発光領域内の前記第１の領域とは異なる第２の領域において、前記第１の厚さとは異なる第２の厚さを有し、
前記第２の発光素子における前記有機層は、前記第１の厚さのみにより形成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記第１の領域における前記有機層は、正孔輸送性を有する層を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記第１の領域における前記有機層は、電子注入輸送性を有する層を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】
前記第１の発光素子および前記第２の発光素子における発光層は、前記赤色に発光する第１の発光層と、前記青および緑色に発光する第２の発光層と、を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子等の発光素子、及び該発光素子を備えた有機ＥＬ装置等の発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置に代わる表示装置として、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）装置の開発が進んでいる。赤色、緑色、青色の３原色のいずれかの光を射出する有機ＥＬ素子を規則的に配置してカラー表示可能を可能としている。しかし、かかる３原色のみで白色の表示を行う場合、上記３原色の全てを発光させるため消費電力が増大し、素子の寿命も低下させる。そこで、上記３原色に白色を加えた４色でカラー表示を行う方法が開発されている。最も消費電力の大きかった白色表示では、白色光を射出する有機ＥＬ素子を用いることで他の色の素子の発光を抑制でき、消費電力を低減することができる。
【０００３】
白色光を射出させる場合に重要となるのが共振長の設定である。有機ＥＬ素子内には必然的に共振構造が形成され、特に陽極側に反射層を必要とするトップエミッション方式においては顕著である。したがって、いずれかの波長の光が共振により強調されることとなり、波長分散特性の小さな白色光を得ることは困難となる。
そこで、かかる問題に対応するために、上記反射層から発光位置までの光路長と、共振構造内の共振長とを調整する方法が検討されている（特許文献１参照）。また、白色光を射出する有機ＥＬ素子の陽極を構成するＩＴＯ等の透明導電材料層の層厚を変化させる方法も検討されている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４４７１２号公報
【特許文献２】特開２００６−３２３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の方法は複雑な構造制御が必要となり、実用性に問題がある。また、ＩＴＯ等の層厚を同一素子内で変化させることは、製造プロセスの複雑化及び製造コストの上昇をもたらすという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］基板上に配置された反射層と、上記反射層を介して配置された第１の電極と、半透過反射性を有する第２の電極と、上記第１の電極と上記第２の電極との間に配置された発光層を含む複数の有機材料層と、上記第１の電極と上記第２の電極と上記発光層とで規定される発光領域とを備え、上記複数の有機材料層のうち、第１の有機材料層は上記発光領域内の第１の領域において第１の層厚を有し、上記発光領域内の第２の領域において上記第１の層厚と異なる第２の層厚を有することを特徴とする発光素子。
【０００８】
このような構成であれば、上記反射層と上記第２の電極との間に形成される共振構造で特定の波長の光のみが共振により強調されることを抑制できる。したがって、波長分散特性の小さな射出光を得ることができる。
【０００９】
［適用例２］上記第１の領域と上記第２の領域とが階段状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【００１０】
上記第１の有機材料層を局所的な製膜工程の繰り返しで形成できるので、製造コストの上昇を抑制しつつ波長分散特性の小さな射出光を得ることができる。
【００１１】
［適用例３］上記第１の有機材料層が、上記第１の電極と上記発光層との間に形成される正孔注入輸送層であることを特徴とする上記発光素子。
【００１２】
このような構成によれば、該正孔注入輸送層の製膜工程に若干の工程を付加することで上記第１の有機材料層を形成できるので、製造コストの上昇を抑制しつつ波長分散特性の小さな射出光を得ることができる。
【００１３】
［適用例４］上記第１の有機材料層が、上記第２の電極と上記発光層との間に形成される電子注入輸送層であることを特徴とする上記発光素子。
【００１４】
このような構成によれば、該電子注入輸送層の製膜工程に若干の工程を付加することで上記第１の有機材料層を形成できるので、製造コストの上昇を抑制しつつ波長分散特性の小さな射出光を得ることができる。
【００１５】
［適用例５］上記発光層が、それぞれ異なる波長の光を発光する複数の発光材料層からなり、上記第１の有機材料層は上記複数の発光材料層間に形成される、発光機能を有しない有機材料からなる中間層であることを特徴とする上記発光素子。
【００１６】
このような構成によれば、他の構成要素の層厚等を変化させることなく上記第１の有機材料層を形成できるので、発光効率等に影響を与えることなく波長分散特性の小さな射出光を得ることができる。
【００１７】
［適用例６］上記中間層は、正孔移動度と電子移動度とが略同等であることを特徴とする上記発光素子。
【００１８】
このような構成によれば、上記発光層の発光特性を変化させることなく上記中間層を形成できるため、該中間層の層厚設定の自由度が向上し、波長分散特性の小さな射出光を容易に得ることができる。
【００１９】
［適用例７］上記中間層は、正孔移動度と電子移動度とのいずれかの一方が他の一方に比べて高いことを特徴とする上記発光素子。
【００２０】
このような構成によれば、上記発光層を構成する上記発光材料層の発光特性に差をつけることができるので、共振による特定の波長の光を強調する効果と併せて、より一層波長分散特性の小さな射出光を得ることができる。
【００２１】
［適用例８］上記発光素子が射出する射出光が白色光であることを特徴とする上記発光素子。
【００２２】
このような構成によれば、光共振構造が形成されるトップエミッション型においても、波長分散特性の小さな白色光を得ることができる。
【００２３】
［適用例９］赤色光を発光する第１発光素子と、緑色光を発光する第２発光素子と、青色光を発光する第３発光素子と、白色光を発光する第４発光素子との、４種類の発光素子を有する発光装置であって、上記４種類の発光素子は、各々が、基板上に反射層を介して積層された第１の電極と半透過反射性材料からなる第２の電極との間に少なくとも発光層を含む複数の有機材料層を備え、上記第４発光素子が備える上記複数の有機材料層のうち、第１の有機材料層は、上記第１の電極と上記第２の電極と上記発光層とで規定される発光領域内の第１の領域において第１の層厚を有し、上記発光領域内の第２の領域において上記第１の層厚と異なる第２の層厚を有することを特徴とする発光装置。
【００２４】
このような構成によれば、第１の有機材料層の層厚により、発光領域内における上記反射層と上記第２の電極との間の光学的距離である共振長を変化させることができる。したがって、上記第１〜第３発光素子と同一の発光層を用いた場合において、上記第４発光素子から波長分散特性の小さな白色光を射出でき、上記発光装置の表示品質を向上させることができる。
【００２５】
［適用例１０］上記第１の有機材料層の層厚の変化は、上記第４発光素子が上記発光領域から射出される光の波長分布が、可視光領域における白色光の波長分布と略同一になるように定められていることを特徴とする上記発光装置。
【００２６】
このような構成であれば、上記第１〜第３発光素子を発光させることなく白色光を得ることができるため、消費電力を抑制できる。
【００２７】
［適用例１１］上記第４発光素子の上記発光領域内において、上記第１の領域と上記第２の領域とが階段状に形成されていることを特徴とする上記発光装置。
【００２８】
このような構成によれば、上記第１の有機材料層を局所的な製膜工程の繰り返しで形成できるので、上記共振長を制御性よく設定できる。
【００２９】
［適用例１２］上記第１の有機材料層は、上記第１の電極と上記発光層との間に形成される正孔注入輸送層であり、該正孔注入輸送層の層厚は上記第１〜第３発光素子において夫々異なり、上記第４発光素子の該正孔注入輸送層は、該第４発光素子の発光領域を３つの小領域に分割し、各々の小領域に上記第１〜第３発光素子の正孔注入輸送層と同一の層厚の正孔注入輸送層を形成して得られたものであることを特徴とする上記発光装置。
【００３０】
上記正孔注入輸送層の層厚を上記第１〜第３発光素子において夫々異なる値にすることで、該第１〜第３発光素子の共振長を変化させることができ、該第１〜第３発光素子で夫々異なる波長が強調された３種類の射出光を得ることができる。そして、上記第４発光素子が射出する光は上記３種類の射出光が混合されたものとなるので、製膜工程を増加させることなく波長分散特性の小さな白色光を射出できる。したがって、このような構成によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、表示品質の向上した発光装置を得ることができる。
【００３１】
［適用例１３］上記第１の有機材料層は、上記第２の電極と上記発光層との間に形成される電子注入輸送層であり、上記層厚の変化は、上記第４発光素子の該電子注入輸送層が、上記発光領域を３つの小領域に分割し、各々の小領域に上記第１〜第３発光素子の電子注入輸送層と同一の層厚の電子注入輸送層を形成して得られたものであることを特徴とする上記発光装置。
【００３２】
上記電子注入輸送層の層厚を上記第１〜第３発光素子において夫々異なる値にすることで、該第１〜第３発光素子の共振長を変化させることができ、該第１〜第３発光素子で夫々異なる波長が強調された３種類の射出光を得ることができる。そして、上記第４発光素子が射出する光は上記３種類の射出光が混合されたものとなるので、製膜工程を増加させることなく波長分散特性の小さな白色光を射出できる。したがって、このような構成によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、表示品質の向上した発光装置を得ることができる。
【００３３】
［適用例１４］上記計４種類の発光素子における、上記反射層と上記第２の電極とで狭持される各々の層の形成材料及び層厚は、上記第１の有機材料層の層厚を除き、全て同一であることを特徴とする上記発光装置。
【００３４】
このような構成によれば、最小限の工程の増加により、上記第１〜上記第３発光素子の各々から好適な波長の光を射出させると共に上記第４発光素子からは波長分散特性の小さな白色光を射出させられる。したがって、製造コストの上昇をより一層抑制しつつ、表示品質の向上した発光装置を得ることができる。
【００３５】
［適用例１５］赤色光を発光する第１発光素子と、緑色光を発光する第２発光素子と、青色光を発光する第３発光素子と、白色光を発光する第４発光素子との、４種類の発光素子を有する発光装置であって、上記４種類の発光素子は、各々が、基板上に反射層を介して積層された第１の電極と半透過反射性材料からなる第２の電極との間に、それぞれ異なる波長の光を発光する少なくとも２層の発光材料層を含む発光層を備え、上記反射層と上記第２の電極との間に光共振構造が形成されており、上記発光層から生じる光を、上記第２の電極を介して発光領域から射出する素子であって、上記第４発光素子の上記発光領域の一部には、上記発光材料層間に発光機能を有しない有機材料からなる中間層が形成されていることを特徴とする発光装置。
【００３６】
このような構成によれば、発光素子を構成する他の構成要素の層厚等を変化させることなく上記共振長を変化させることができるので、発光効率を損ねることなく波長分散特性の小さな射出光を得ることができる。したがって、表示品質の向上した発光装置を得ることができる。
【００３７】
［適用例１６］上記中間層は、正孔移動度と電子移動度とが略同等であることを特徴とする上記発光装置。
【００３８】
このような構成によれば、上記発光層の発光特性を変化させることなく上記共振長を変化させることができるため、上記共振長の設定の自由度が向上し、波長分散特性の小さな射出光を容易に得ることができる。したがって、より一層表示品質の向上した発光装置を得ることができる。
【００３９】
［適用例１７］上記中間層は、正孔移動度と電子移動度とのいずれか一方が、他の一方に比べて高いことを特徴とする上記発光装置。
【００４０】
このような構成によれば、上記発光層を構成する発光材料層間で発光特性に差をつけることができるので、共振による特定の波長の光を強調する効果と併せて、より一層波長分散特性の小さな射出光を得ることができる。したがって、より一層表示品質の向上した発光装置を得ることができる。
【００４１】
［適用例１８］上記第４発光素子の上記発光領域内における、上記中間層が形成されている領域と上記中間層が形成されていない領域との配分は、該第４発光素子が上記発光領域から射出する光の波長分布が、可視光領域における白色光の波長分布と略同一になるように定められていることを特徴とする上記発光装置。
【００４２】
このような構成によれば、上記第１〜第３発光素子と同一の発光層を用いた場合において、上記第４発光素子から波長分散特性の小さな白色光を射出でき、表示品質を向上させることができる。
【００４３】
［適用例１９］上記第１〜第３発光素子の少なくとも１つには、上記第４発光素子に形成されている中間層と同一の層厚の中間層が、上記発光領域の全域に形成されていることを特徴とする上記発光装置。
【００４４】
このような構成によれば、工程数を増加させずに、上記第１〜第３発光素子で２通りの共振長を形成でき、共通の発光材料層を用いてピーク波長が大きく異なる射出光を得ることができる。したがって、製造コストの上昇を抑制しつつ表示品質を向上させることができる。
【００４５】
［適用例２０］上記反射層と上記第２の電極とで狭持される各々の層の形成材料及び層厚は、上記中間層の形成領域及び層厚を除き、上記４種類の発光素子間で全て同一であることを特徴とする上記発光装置。
【００４６】
このような構成によれば、工程数の増加を最小限にしつつ、上記第１〜第３発光素子の各々から好適な波長の光を射出できると共に上記第４発光素子からは波長分散特性の小さな白色光を射出できる。したがって、製造コストの上昇をより一層抑制しつつ、表示品質の向上した発光装置を得ることができる。
【００４７】
［適用例２１］上記第１発光素子の射出方向には赤色カラーフィルタが、上記第２発光素子の射出方向には緑色カラーフィルタが、上記第３発光素子の射出方向には青色カラーフィルタが、配置されていることを特徴とする上記発光装置。
【００４８】
このような構成によれば、共振により特定の波長を強調した射出光をさらに３原色に近づけることができる。したがって、表示品質がより一層向上した発光装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、本発明の実施の形態について、発光素子としての有機ＥＬ素子、及び該有機ＥＬ素子を表示領域に規則的に配置して画像を表示する、発光装置としての有機ＥＬ装置について述べる。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。
（有機ＥＬ素子）
【００５０】
有機ＥＬ素子の各実施形態について述べる前に、まず、有機ＥＬ素子の概要について、図面を参照しつつ説明する。
【００５１】
図４は、後述する各実施形態に共通する、白色光を射出する有機ＥＬ素子の概略を、後述する駆動用ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１１２と共に示す模式断面図である。ＴＦＴ等の素子が形成された素子基板１０の反対側（上方）に光を射出するトップエミッション型の有機ＥＬ素子の模式断面図である。素子基板１０上には多結晶シリコン層からなるチャネル領域６０と、酸窒化シリコン等からなるゲート絶縁膜７１と、ポリシリコンあるいはＡｌ等からなるゲート電極６２と、を有する駆動用ＴＦＴ１１２が形成され、該駆動用ＴＦＴの上層には酸窒化シリコン等からなる第２層間絶縁膜７２が積層されている。第２層間絶縁膜７２の一部が選択的に除去され、チャネル領域６０と導通するドレイン電極６４及びソース電極６６が形成されている。
【００５２】
上記双方の電極の上層には酸窒化シリコン等からなる第３層間絶縁膜７３が積層されている。そして第３層間絶縁膜７３上には反射層５８が形成され、該反射層を被うように、保護層５７を介してＩＴＯ（酸化インジウム・錫合金）等の透光性導電材料からなる第１の電極としての陽極（以下、「陽極」と称する。）５６が形成されている。陽極５６は、第３層間絶縁膜７３の一部を選択的に除去して形成されたコンタクトホールを介してドレイン電極６４と接続している。したがって、陽極５６は駆動用ＴＦＴ１１２と導通し、後述する電源供給線１０６（図５参照）から供給される駆動電流を、後述する発光層５０に供給できる。
【００５３】
第３層間絶縁膜７３及び陽極５６の上層には、ポリイミド等の絶縁性有機材料層、又は絶縁性無機材料層を陽極５６の反射層５８と重なる領域が露出するようにパターニングして、隔壁７７が形成されている。陽極５６上には、正孔注入輸送層４０、青緑色光発光層５０ＢＧ、赤色光発光層５０Ｒ、電子輸送層４７、電子注入層４６、第２の電極としての陰極（以下、「陰極」と称する。）５５、そして封止層５９が順に積層されている。電子輸送層４７は、電子輸送性を高めて発光効率を向上させる層であり、電子注入層４６は、陰極５５からの電子注入効率を高めて発光効率を向上させる層である。
【００５４】
発光層５０は２種類の発光材料層、すなわち緑色光と青色光の略中間の波長の光（空色光）を発光する青緑色光発光層５０ＢＧと、赤色光に近い波長の光を発光する赤色光発光層５０Ｒと、を積層して形成されている。発光層５０は単一の材料層で形成することもできるが、白色光を得る場合には材料の選択が困難である。したがって、一般的には複数種の材料層を積層して、好適な白色光、すなわち波長分布（分光分布）をフラットに近づけた光を得ている。
【００５５】
トップエミッション型の有機ＥＬ素子において、陰極５５の形成材料は透光性及び導電性の高い材料であることが好ましい。しかし、仕事関数の点でＩＴＯ等を用いることは困難である。そこで、Ａｌ、Ｍｇ・Ａｇ等の仕事関数の小さな金属又は合金を略１０ｎｍ以下の薄い膜厚で形成して、導電性を維持しつつ、略５０％の透光性、すなわち半透過反射性を得ている。
【００５６】
陰極５５が半透過反射性を有する場合、発光層５０で発光した光のうち、陰極５５に向かった光の略半分は陰極５５を透過して封止層５９を超えて射出され、残りの略半分は陰極５５で反射されて陽極５６側に向かう。陽極５６側に向かった光は、陽極５６の下層に形成された反射層５８で反射して上方に向かう。そして、かかる光の略半分は陰極５５を透過して封止層５９を超えて射出され、残りの略半分は陰極５５で反射されて、再度陽極５６側に向かう。発光層５０で発光した光が陰極５５と陽極５６との間で反射を繰り返すことが共振であり、その結果として、特定の波長の光が強調される。トップエミッション型の有機ＥＬ素子の場合、反射層５８と陰極５５との間に、共振長９０を有する共振構造が必然的に形成される。したがって、特定の波長の光が強調されやすく、好適な白色光を得ることは困難である。以下に記載する各実施形態では、１つの有機ＥＬ素子内で共振長９０を複数設定することにより、特定の波長のみが共振により強調されることを抑制し、好適な白色光を得ている。
（第１の実施形態）
【００５７】
図１に、第１の実施形態にかかる有機ＥＬ素子の模式断面図を示す。白色光を射出するトップエミッション型の有機ＥＬ素子の模式断面図である。有機ＥＬ素子を駆動用ＴＦＴ１１２と共に基板に垂直な面を切断面とする断面図である。本実施形態の有機ＥＬ素子は、正孔注入輸送層４０の態様を除いて図４に示す従来の有機ＥＬ素子と基本的に同様の構成を有している。したがって、共通する構成要素には同一の符号を付して、説明の記載は一部省略している。
【００５８】
本実施形態にかかる有機ＥＬ素子は、正孔注入輸送層４０の層厚が、該有機ＥＬ素子の発光領域８０内で段階的に変化する第１の有機材料層となっている。つまり、発光領域８０、すなわち隔壁７７で囲まれた領域において、正孔注入輸送層４０は、第１の領域８１と第２の領域８２と第３の領域８３とで夫々異なる層厚に形成されている。具体的には、上記各領域における正孔注入輸送層４０の層厚は、第３の領域８３における層厚、第２の領域８２における層厚、第１の領域８１における層厚、の順に、段階的に厚くなっている。正孔注入輸送層４０以外の構成要素、すなわち反射層５８と陰極５５との間に順に積層される陽極５６、青緑色光発光層５０ＢＧ、赤色光発光層５０Ｒ、電子輸送層４７、そして電子注入層４６の各層の層厚は、少なくとも上述の発光領域８０内では一定である。
【００５９】
上述したように有機ＥＬ素子の共振長は反射層５８と陰極５５との間の光学的距離であり、同一の材料からなる層の光学的距離であれば層厚に比例する。したがって、発光領域８０内の共振長は、長い順に、第１の領域８１の共振長である第１の共振長９１、第２の領域８２の共振長である第２の共振長９２、そして第３の領域８３の共振長である第３の共振長９３と３段階に変化している。そのため、第１の領域８１と、第２の領域８２と、第３の領域８３は、夫々が異なる波長の光を共振により強調する。したがって、本実施形態にかかる有機ＥＬ素子は、トップエミッション構造でありながら、特定の波長のみが共振により強調されることを抑制できる。
【００６０】
上述したように本実施形態にかかる有機ＥＬ素子は、発光層５０が、青緑色光発光層５０ＢＧと赤色光発光層５０Ｒとを積層して形成されており、２つの弱いピークをもつ広い波長分布の光を発光している。そして、かかる発光光を、段階的に変化する共振長ごとにそれぞれ異なる波長が強調されるように共振させつつ射出する。その結果、従来のトップエミッション型の有機ＥＬ素子に比べて好適な白色光、すなわち波長分散特性の小さな白色光を得ることができる。
【００６１】
上記第１の実施形態及び以下に記載の各実施形態において、発光光とは発光層５０でＥＬ現象により生じた光を示す。そして射出光とは、上記発光光が反射層５８と陰極５５との間で共振した後、陰極５５を透過してきた光、あるいは有機ＥＬ装置の外部へ射出された光を示す。
【００６２】
なお、図１において、第１の領域８１と第２の領域８２と第３の領域８３とは略等しい面積であるように図示されているが、そのように限定されるものではなく、最適な面積比、すなわち射出光が白色光に近づく面積比に定めることが好ましい。また、上記３つの領域における層厚は、１対２対３に限定されるものではなく、また、最適な層厚比、すなわち射出光が白色光に近づく層厚比に定めることが好ましい。さらに、発光領域８０を４つ以上の領域に分割して各々の領域に異なる層厚の正孔注入輸送層を形成することで、特定の波長の光が強調されることをより一層抑制することもできる。
（第２の実施形態）
【００６３】
図２に、第２の実施形態にかかる白色光を射出するトップエミッション型の有機ＥＬ素子の模式断面図を示す。有機ＥＬ素子を駆動用ＴＦＴ１１２と共に基板に垂直な面を切断面とする断面図である。基本的に第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様の構成を有しており、共通する構成要素には同一の符号を付与している。
【００６４】
本実施形態にかかる有機ＥＬ素子は、層厚が発光領域８０内で段階的に変化する第１の有機材料層として、中間層３９を用いている。中間層３９は発光機能（ＥＬ機能）を有しない導電性の有機材料であり、発光機能を損なわずに、陰極５５と反射層５８の間の光学的距離すなわち共振長を調整できる。本実施形態にかかる有機ＥＬ素子は、発光領域８０が第４の領域８４と第５の領域８５に分割されている。そして中間層３９は、第４の領域８４における赤色光発光層５０Ｒと青緑色光発光層５０ＢＧとの層間に形成されている。中間層３９により、第４の領域８４の共振長である第４の共振長９４は、第５の領域８５の共振長である第５の共振長９５よりも長く設定される。その結果、上記双方の領域では、夫々異なる波長の光を共振により強調できる。
【００６５】
上述したように、本実施形態にかかる有機ＥＬ素子の発光層５０は、青緑色光発光層５０ＢＧと光を生じる赤色光発光層５０Ｒとを積層して形成されており、２つの弱いピークをもつ広い波長分布の光を発光している。そして、本実施形態の有機ＥＬ素子は、かかる発光光を、第４の領域８４と第５の領域８５とで、それぞれ異なる波長が強調されるように共振させつつ射出する。したがって、従来のトップエミッション型の有機ＥＬ素子、すなわち発光領域８０内の全域同一の共振長をもつ有機ＥＬ素子に比べて、好適な白色光を射出できる。
なお、発光領域８０を３つ以上の領域に分割して、各々の領域に異なる層厚の中間層３９層を形成することで、より一層波長分散特性の小さな白色光を得ることもできる。
【００６６】
ここで、中間層３９の電気的な特性について述べる。上記したように、中間層３９は共振長を調整するために用いられる材料層である。かかる目的のためには、正孔移動度と電子移動度とが略同等な材料で形成されることが好ましい。かかる性質の材料であれば、発光層５０の機能に影響を与えることなく、任意に層厚を設定できる。
しかし一方で、正孔移動度と電子移動度とで差がある材料を用いて、発光層５０の機能、具体的には発光色に積極的に影響を与える用法も考えられる。中間層３９は赤色光発光層５０Ｒと青緑色光発光層５０ＢＧとの層間に位置するので、電子及び正孔の移動を制御して、上記の発光層のうちのどちらか一方を他の一方に比べて強く発光させることもできる。
（第３の実施形態）
【００６７】
図３に、第３の実施形態にかかる白色光を射出するトップエミッション型の有機ＥＬ素子の模式断面図を示す。有機ＥＬ素子を駆動用ＴＦＴ１１２と共に基板に垂直な面を切断面とする断面図である。基本的に第１の実施形態の有機ＥＬ素子と同様の構成を有しており、共通する構成要素には同一の符号を付与している。
【００６８】
本実施形態にかかる有機ＥＬ素子は、電子輸送層４７が、層厚が発光領域８０内で段階的に変化する第１の有機材料層となっている。つまり、電子輸送層４７は、発光領域８０内における第１の領域８１と第２の領域８２と第３の領域８３とで夫々異なる層厚に形成されている。なお、電子輸送層４７以外の構成要素、すなわち反射層５８と陰極５５との間に順に積層される陽極５６、正孔注入輸送層４０、青緑色光発光層５０ＢＧ、赤色光発光層５０Ｒ、及び電子注入層４６の各層の層厚は、少なくとも発光領域８０内では一定である。
【００６９】
上記各領域における電子輸送層４７の層厚は、第３の領域８３における層厚、第２の領域８２における層厚、第１の領域８１における層厚、の順に、段階的に厚くなっている。したがって、発光領域８０内の共振長は、長い順に、第１の領域８１の共振長である第１の共振長９１、第２の領域８２の共振長である第２の共振長９２、そして第３の領域８３の共振長である第３の共振長９３と３段階に設定される。その結果、第１の領域８１と、第２の領域８２と、第３の領域８３とで、夫々異なる波長の光を共振により強調する。
【００７０】
上述したように本実施形態にかかる有機ＥＬ素子の発光層５０は、２層の発光材料層を積層して形成されており、２つの弱いピークをもつ広い波長分布の光を発光している。そして、本実施形態の有機ＥＬ素子は、かかる発光光を、上記３つの領域で夫々異なる波長の光を強調するため、より一層フラットに近い波長分布の光を射出できる。したがって、本実施形態にかかる有機ＥＬ素子は特定の波長の光が共振により強調されることを抑制でき、従来のトップエミッション型の有機ＥＬ素子に比べて好適な白色光、すなわち波長分散特性の小さな白色光を射出できる。
【００７１】
なお、図３において、第１の領域８１と第２の領域８２と第３の領域８３とは略等しい面積であるように図示されているが、そのように限定されるものではなく、最適な面積比、すなわち射出光が白色光に近づく面積比に定めることが好ましい。
また、上記３つの領域における電子輸送層４７の層厚は、最適な層厚比すなわち射出光が白色光に近づく層厚比に定めることが好ましい。
さらに、発光領域８０を４つ以上の領域に分割し、各々の領域に異なる層厚の電子輸送層４７を形成することで、特定の波長の光が強調されることをより一層抑制することもできる。
（有機ＥＬ装置）
【００７２】
次に、発光装置としての有機ＥＬ装置の実施形態を述べる。有機ＥＬ装置の各実施形態について述べる前に、まず、有機ＥＬ装置の概要について、図面を参照しつつ説明する。
図５は、後述する各実施形態に共通する、有機ＥＬ装置の全体構成を示す回路構成図である。規則的に配置された発光素子としての有機ＥＬ素子の発光を個別に制御して、表示領域に画像を形成するアクティブマトリクス型の有機ＥＬ装置を例にしている。
画像表示領域１００には、複数の走査線１０２と、走査線１０２と直交する複数の信号線１０４と、信号線１０４と平行に延びる複数の電源供給線１０６が形成されている。上記３種類の配線で囲まれる方形の区画が画素領域である。
【００７３】
各々の画素領域には、走査線１０２を介して走査信号がゲート電極６２に供給されるスイッチング用ＴＦＴ１０８と、スイッチング用ＴＦＴ１０８を介して信号線１０４から供給される画素信号を保持する保持容量１１０と、保持容量１１０によって保持された画素信号がゲート電極６２に供給される駆動用ＴＦＴ１１２と、駆動用ＴＦＴ１１２を介して電源供給線１０６から駆動電流が流れ込む有機ＥＬ素子２０が形成されている。有機ＥＬ素子２０は画素電極である陽極５６と、画像表示領域１００の全範囲にわたって共通電位となる陰極５５とで発光材料層を含む発光層５０を狭持しており（図４参照）、上記駆動電流は陽極５６に供給される。
【００７４】
画像表示領域１００の周辺には、走査線駆動回路１２０、及び信号線駆動回路１３０が形成されている。走査線１０２には、走査線駆動回路１２０から、図示しない外部回路より供給される各種信号に応じて走査信号が順次供給される。そして、信号線１０４には信号線駆動回路１３０から画像信号が供給され、電源供給線１０６には図示しない外部回路から画素駆動電流が供給される。なお、走査線駆動回路１２０の動作と信号線駆動回路１３０の動作とは、同期信号線１４０を介して外部回路から供給される同期信号により相互に同期が図られている。
【００７５】
走査線１０２が駆動されスイッチング用ＴＦＴ１０８がオン状態になると、その時点の信号線１０４の電位が保持容量１１０に保持され、保持容量１１０の状態に応じて駆動用ＴＦＴ１１２のレベルが決まる。そして、駆動用ＴＦＴ１１２を介して電源供給線１０６から陽極５６に駆動電流が流れ、さらに有機材料層を介して陰極５５に駆動電流が流れる。その結果、発光層５０は駆動電流の大きさに応じて発光する。
【００７６】
有機ＥＬ素子２０は、赤色光を射出する第１発光素子としての第１有機ＥＬ素子２０Ｒ、緑色光を射出する第２発光素子としての第２有機ＥＬ素子２０Ｇ、青色光を射出する第３発光素子としての第３有機ＥＬ素子２０Ｂ、白色光を射出する第４発光素子としての第４有機ＥＬ素子２０Ｗの計４種類が、画像表示領域１００に規則的に配置されている。上述したように個々の有機ＥＬ素子が独立に制御され、駆動電流の大きさに応じて発光することで画像表示領域１００にカラー画像が形成される。
【００７７】
なお、上記４種類の有機ＥＬ素子の配置の順序はＲ，Ｇ，Ｂ，Ｗの順序に限定されるものではなく、例えばＲ，Ｂ，Ｇ，Ｗの順に配置することも可能である。また、上記４種類の有機ＥＬ素子の（平面上の）大きさも同一に限定されるものではない。
（第４の実施形態）
【００７８】
図６に、第４の実施形態にかかる有機ＥＬ装置の模式断面図を示す。矢印の方向に光を射出するトップエミッション型の有機ＥＬ装置である。素子基板１０上に規則的に形成された青色光を射出する第３有機ＥＬ素子２０Ｂ、赤色光を射出する第１有機ＥＬ素子２０Ｒ、緑色光を射出する第２有機ＥＬ素子２０Ｇ、及び白色光を射出する第４有機ＥＬ素子２０Ｗの４種類の有機ＥＬ素子を、各々の有機ＥＬ素子を駆動する駆動用ＴＦＴ１１２と共に示している。スイッチング用ＴＦＴ１０８（図５参照）等は図示を省略している。各々の有機ＥＬ素子を構成する要素は、正孔注入輸送層４０を除き、図４に示す従来の有機ＥＬ素子と、略同一である。ただし、本図では、電子注入層４６（図４参照）と電子輸送層４７（図４参照）とを併せて、電子注入輸送層４５として図示している。以下に示す、図７から図１０においても同様である。
【００７９】
素子基板１０は、接着層１２を介して、表面にカラーフィルタ層３０が形成されたカラーフィルタ基板１１と貼り合されている。具体的には、第３有機ＥＬ素子２０Ｂには青色カラーフィルタ３０Ｂが、第１有機ＥＬ素子２０Ｒには赤色カラーフィルタ３０Ｒが、そして第２有機ＥＬ素子２０Ｇには緑色カラーフィルタ３０Ｇが、夫々対向するように貼り合されている。後述するように、本実施形態及び第５〜第６の実施形態にかかる有機ＥＬ装置は、同一の発光材料層で形成された発光層５０を用いて、少なくとも２通りの射出光を得ることができる。そして、かかる射出光を、各々のカラーフィルタを透過させることで、より一層最適な波長の光、すなわち３原色に近い光とすることができる。なお、上記各色のカラーフィルタはブラックマトリクス３５で区画されている。また、第４有機ＥＬ素子２０Ｗに対向する白色カラーフィルタ３０Ｗはアクリル樹脂等の無色透明の材料で形成され、第４有機ＥＬ素子２０Ｗから射出された光を、波長等を変化させずに透過する。
【００８０】
本実施形態にかかる有機ＥＬ装置は、第４有機ＥＬ素子２０Ｗに上記第１の実施形態にかかる有機ＥＬ素子を用いている。したがって、本実施形態にかかる有機ＥＬ装置では、正孔注入輸送層４０の層厚が、第４有機ＥＬ素子２０Ｗの発光領域８０内で段階的に変化する第１の有機材料層となっている。つまり、第１の領域８１と、第２の領域８２と、第３の領域８３とで、夫々異なる層厚に形成されている。そして、正孔注入輸送層４０の層厚は、他の有機ＥＬ素子間でも異なっている。具体的には、第３有機ＥＬ素子２０Ｂと第１有機ＥＬ素子２０Ｒと第２有機ＥＬ素子２０Ｇとで、正孔注入輸送層４０の層厚は夫々異なっている。
正孔注入輸送層４０以外の各層（各構成要素）、すなわち、陽極５６と陰極５５、及び該双方の電極に狭持される各層の層厚及び形成材料は同一である。正孔注入輸送層４０も、異なるのは層厚のみで、形成材料は同一である。
【００８１】
各層の形成材料及び層厚は以下の通りである。反射層５８はＡｌ、陽極５６はＩＴＯからなり双方の層厚を合計して１３０ｎｍである。そして、反射層５８と陽極５６との間には、層厚５０ｎｍの窒化シリコンからなる保護層５７が形成されている。
【００８２】
発光層５０を形成する青緑色光発光層５０ＢＧの形成材料は、導電性を担保するホスト材料として出光興産株式会社製のＢＨ２１５を用い、電子と正孔との結合により発光する機能を有するドーパントとして青緑色発光を示す出光興産株式会社製のＢＤ１０２を加えたものである。層厚４０ｎｍである。
赤色光発光層５０Ｒの形成材料は、ホスト材料として出光興産株式会社製のＢＨ２１５を用い、ドーパントとして赤色発光を示す出光興産株式会社製のＲＤ００１を加えたものである。層厚は５ｎｍである。
【００８３】
なお、ＢＤ１０２は、４５０ｎｍ〜５５０ｎｍの波長の光を発光する。かかる波長の光色は一般には空色と称されるが、本文ではカラーフィルタ等の色名と共通させるため、青緑色と称している。同様に、ＲＤ００１が発光する５５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長の光色は一般にはオレンジ色と称されるが、本文では赤色と称している。また、本文では、波長分布が若干異なる光を同一の名称で示す場合もある。例えば、上述の５５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長を持つ赤色光がカラーフィルタを透過して、より一層狭い波長分布となった光を、同様に赤色光と称する場合もある。
【００８４】
電子輸送層４７は層厚２０ｎｍのＡｌｑ３（アルミニウムキノリノール）、電子注入層４６は層厚１ｎｍのＬｉＦ（弗化リチウム）、陰極５５は層厚５ｎｍのＡｌ、そして封止層５９は、層厚２００ｎｍの酸化シリコンからなる。
【００８５】
第１の有機材料層としての正孔注入輸送層４０は、正孔注入層としてのＨＩ４０６（出光興産株式会社製）と正孔輸送層としてのＨＴ３２０（出光興産株式会社製）を積層して形成されている。そして正孔注入輸送層４０（正孔注入層と正孔輸送層）の層厚は、各有機ＥＬ素子で異なっている。具体的には、第３有機ＥＬ素子２０Ｂでは１２０ｎｍ（正孔注入層が１００ｎｍ、正孔輸送層が２０ｎｍ）、第１有機ＥＬ素子２０Ｒでは６０ｎｍ（正孔注入層が４０ｎｍ、正孔輸送層が２０ｎｍ）、第２有機ＥＬ素子２０Ｇでは２５ｎｍ（正孔注入層が１０ｎｍ、正孔輸送層が１５ｎｍ）、である。
【００８６】
正孔注入輸送層４０（正孔注入層と正孔輸送層）の層厚は、上記３種類の有機ＥＬ素子において、最適な射出光が得られるように定められている。つまり、同一の材料層からなる発光層５０を用いつつ、各々の有機ＥＬ素子ごとに特定の共振長を設定することにより特定の波長の光を強調して、赤、緑、青、の３原色に近い波長の射出光を得ている。
【００８７】
そして、第４有機ＥＬ素子２０Ｗの発光領域８０内には、上記３種類の層厚の正孔注入輸送層４０を組み合わせることにより、（該発光領域内の）位置により層厚が段階的（非連続的）に異なる、第１の有機材料層としての正孔注入輸送層４０が形成されている。具体的には、第１の領域８１（図１参照。以下同）では、第３有機ＥＬ素子２０Ｂの該層厚と等しい１２０ｎｍ、第２の領域８２では、第１有機ＥＬ素子２０Ｒと等しい６０ｎｍ、第３の領域８３では、第２有機ＥＬ素子２０Ｇと等しい２５ｎｍ、の層厚の正孔注入輸送層４０が形成されている。正孔注入輸送層４０以外の各層の層厚は、発光領域８０内の上記各領域間で共通なため、該各領域、すなわち第１の領域８１と、第２の領域８２と、第３の領域８３とで、夫々異なる共振長（陰極５５と反射層５８との間の光学的距離）が設定される。そして各々の領域で、夫々異なる波長の光を共振により強調する。
【００８８】
上述したように、第１〜第３有機ＥＬ素子における正孔注入輸送層４０の層厚は、共振により、３原色に近い波長の光を射出できるように設定されている。したがって、かかる層厚の正孔注入輸送層４０を組み合わせた第４有機ＥＬ素子２０Ｗの射出光は、赤、緑、青、の３原色に近い波長を全て含む波長分散特性の小さな光、つまり好適な白色光となる。そして、第１〜第３有機ＥＬ素子から射出される光はカラーフィルタ層３０を透過することでより一層３原色に近い好適な光となる。また、第４有機ＥＬ素子２０Ｗから射出される光は、無色透明の白色カラーフィルタ３０Ｗを透過して白色光として射出される。したがって、本実施形態にかかる有機ＥＬ装置は、正孔注入輸送層４０以外の構成要素が全て共通の材料及び層厚で構成された有機ＥＬ素子を備えながら、好適な３原色光及び好適な白色光を射出でき、品質の向上したカラー画像を表示できる。同時に、消費電力、特に白色光を多用した時の消費電力を低減できる。なお、発光領域８０内における上記各領域の面積比は任意に設定可能である。
【００８９】
図１１に本実施形態の効果、すなわち第１の有機材料層として正孔注入輸送層４０の層厚を、３原色のいずれかを射出する第１〜第３有機ＥＬ素子間及び白色光を射出する第４有機ＥＬ素子２０Ｗの発光領域８０内で変化させたことの効果を示す。なお、第４有機ＥＬ素子２０Ｗの発光領域８０内における発光領域８０内の第１〜第３の領域の面積比は、１対１対１、すなわち３等分に設定している。
【００９０】
図１１（ａ）は、カラーフィルタ層３０を透過する前の、第１〜第３有機ＥＬ素子（２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ）の射出光の波長分布を示している。正孔注入輸送層４０の層厚を変化させて共振長を好適な値に設定したことにより、同一の発光層５０を用いながら、ピーク波長が大きく異なる３種類の射出光が得られることがわかる。ただし、３原色の波長の範囲は、赤色光で略６００ｎｍ〜７００ｎｍ、緑色光で略５００ｎｍ〜６００ｎｍ、青色光で略４５０ｎｍ〜４８０ｎｍであるため、全体として、好適な波長の範囲から短波長側に寄っている。したがって、このままでは好適なカラー画像は形成できない。
【００９１】
図１１（ｂ）は、カラーフィルタ層３０を透過した後の第１〜第３有機ＥＬ素子の射出光、及び白色光を射出する第４有機ＥＬ素子２０Ｗの射出光の波長分布を示している。白色光はアクリル等の無色透明の層を透過しているため、特定の波長は強調されていない。したがって、カラーフィルタ層３０を透過する前の第１〜第３有機ＥＬ素子の射出光を、発光領域８０内の第１〜第３の領域の面積比で比例配分したものに近い波形となる。上述したように、図示する波長分布は上記の面積比を１対１対１の３等分に設定しており、略好適な白色光が得られている。該面積比をより一層好適に設定することで、より一層好適な白色光を得ることも可能である。また、第１〜第３有機ＥＬ素子が射出する光も、カラーフィルタ層３０により特定の波長の光がより一層強調されることで、好適な３原色となっている。したがって、本実施形態にかかるトップエミッション型の有機ＥＬ装置は、規則的に配置した４種類の有機ＥＬ素子を、正孔注入輸送層４０以外の構成要素を全て共通の材料及び層厚で構成しているにもかかわらず好適な３原色光及び白色光を射出でき、品質の向上したカラー画像を表示できる。そして、消費電力、特に白色光を多用した時の消費電力を低減できる。
（第５の実施形態）
【００９２】
図７に、第５の実施形態にかかる有機ＥＬ装置の模式断面図を示す。矢印の方向に光を射出するトップエミッション型の有機ＥＬ装置である。第４の実施形態の有機ＥＬ装置と類似した構成を有しており、共通する構成要素には同一の符号が付されている。ただし、第４の実施形態にかかる有機ＥＬ装置とは、有機ＥＬ素子の配置順序が異なっている。
【００９３】
本実施形態にかかる有機ＥＬ装置は、層厚が発光領域８０内で段階的に変化する第１の有機材料層として、発光機能（ＥＬ機能）を有しない有機材料からなる中間層３９を用いている点で、上記第４の実施形態にかかる有機ＥＬ装置と相違している。
【００９４】
本実施形態にかかる有機ＥＬ装置の第４有機ＥＬ素子２０Ｗは、上記第２の実施形態にかかる有機ＥＬ素子に類似しており、発光領域８０内の一部の領域において、青緑色光発光層５０ＢＧと赤色光発光層５０Ｒとの層間に中間層３９を備えている。中間層３９は、第１有機ＥＬ素子２０Ｒの発光領域８０（の全域）にも形成されている。そして、共振長を変化させる効果よりも、電荷の輸送性を制御することによる効果を生かして、同一の発光層から異なる波長分布の射出光を得ている。
【００９５】
中間層３９は、発光機能を有せず、正孔輸送性を有し電子輸送性はあまり有さない有機材料からなる。本実施形態では正孔注入輸送層４０に含まれる正孔輸送層の形成材料、すなわちＨＴ３２０（出光興産株式会社製）を用いている。中間層３９の層厚は、第１有機ＥＬ素子２０Ｒと第４有機ＥＬ素子２０Ｗとで共通の２０ｎｍである。  
【００９６】
中間層３９以外の、各層の層厚及び形成材料は以下の通りである。反射層５８はＡｌからなり、その上層に層厚５０ｎｍの窒化シリコンからなる保護層５７が形成されている。陽極５６は、層厚３０ｎｍのＩＴＯからなる。正孔注入輸送層４０は、正孔注入層としての層厚６０ｎｍのＨＩ４０６（出光興産株式会社製）と正孔輸送層としての層厚２０ｎｍのＨＴ３２０（出光興産株式会社製）とを積層して形成されている。発光層５０は、青緑色光発光層５０ＢＧと赤色光発光層５０Ｒとからなる。双方の形成材料は上記第４の実施形態と同様で、ホスト材料として出光興産株式会社製のＢＨ２１５を用い、青緑色光発光層５０ＢＧにはドーパントとして出光興産株式会社製のＢＤ１０２を加え、赤色光発光層５０Ｒには、ドーパントとして出光興産株式会社製のＲＤ００１を加えている。層厚は、青緑色光発光層５０ＢＧが層厚４０ｎｍ、赤色光発光層５０Ｒが５ｎｍである。電子輸送層４７は層厚２０ｎｍのＡｌｑ３（アルミニウムキノリノール）、電子注入層４６は層厚１ｎｍのＬｉＦ（弗化リチウム）、陰極５５は層厚５ｎｍのＡｌ、そして封止層５９は層厚２００ｎｍの酸化シリコンからなる。
【００９７】
中間層３９は、第１有機ＥＬ素子２０Ｒの発光層５０内において、以下のように機能する。一般に、有機ＥＬ素子の発光領域には、陽極と発光層（複数種の材料層を含む）と陰極とが積層され、陽極から供給される正孔と陰極から供給される電子とが発光層内で結合して発光を生じる。第１有機ＥＬ素子２０Ｒにおける上述の３要素は、陽極５６、青緑色光発光層５０ＢＧ、中間層３９、赤色光発光層５０Ｒ、陰極５５の順に積層されている。
【００９８】
上述したように、中間層３９は正孔輸送層と同一の材料からなる。正孔輸送性は大きく、電子輸送性は小さい。したがって、陰極５５から供給される電子は、青緑色光発光層５０ＢＧに殆んど達しない。逆に陽極５６から供給される正孔は、中間層３９を超えて赤色光発光層５０Ｒに達する。したがって、第１有機ＥＬ素子２０Ｒは、発光領域８０内に青緑色光発光層５０ＢＧと赤色光発光層５０Ｒとを備えているにもかかわらず、専ら赤色光発光層５０Ｒでのみ電子と正孔の結合が生じて、赤色光に近い波長分布をもつ光を生じる。そして、中間層３９の層厚を、該中間層を含む反射層５８と陰極５５との間の光学的距離が赤色光を強調するように定めることにより、上記波長分布は好適な赤色光に近づく。
【００９９】
一方、第２有機ＥＬ素子２０Ｇと第３有機ＥＬ素子２０Ｂは、発光層５０内に中間層３９が形成されていないため、青緑色光発光層５０ＢＧと赤色光発光層５０Ｒの双方で電子と正孔の結合が生じる。一般的に、発光層内における上記結合は、陽極と発光層との界面で生じる割合が高いため、第２有機ＥＬ素子２０Ｇと第３有機ＥＬ素子２０Ｂとの発光層５０内では、主に青緑色光発光層５０ＢＧが発光する。その結果、４５０ｎｍ〜５５０ｎｍにピークを有し、５５０ｎｍを超える波長の光をあまり含まない光、すなわち青緑色光（空色光）が生じる。上述したように、本実施形態の有機ＥＬ装置において上記双方の有機ＥＬ素子は同一の材料及び層厚の構成要素からなるため、上記双方（第２及び第３）の有機ＥＬ素子の発光層５０は同一の光を発光する。
【０１００】
そして、本実施形態の有機ＥＬ装置は、第４の実施形態の有機ＥＬ装置と同様に、第１有機ＥＬ素子２０Ｒには赤色カラーフィルタ３０Ｒが、そして第２有機ＥＬ素子２０Ｇには緑色カラーフィルタ３０Ｇが、第３有機ＥＬ素子２０Ｂには青色カラーフィルタ３０Ｂが、夫々対向するように貼り合されており、夫々の波長の光を強調している。したがって、上記青緑色光は、第２有機ＥＬ素子２０Ｇでは緑色光を、そして第３有機ＥＬ素子２０Ｂでは青色光となって射出される。同様に、赤色カラーフィルタ３０Ｒにより、第１有機ＥＬ素子２０Ｒから射出される光はより一層好適な赤色光に近づく。
【０１０１】
以上の作用により、本実施形態の有機ＥＬ装置は、中間層３９の有無を除いて同一の材料及び層厚の構成要素からなる３種類の有機ＥＬ素子から、３原色の光、すなわち赤色、緑色、及び青色の各色の射出光を得ることができる。
そして、第４有機ＥＬ素子２０Ｗは、上記の２種類の光、すなわち中間層３９が形成されている領域が発光する赤色光と中間層３９が形成されていない領域が発光する緑青色光とを好適な比率で混合することで、全体として白色光を射出している。第４有機ＥＬ素子２０Ｗにおける、中間層３９が形成される領域と中間層３９が形成されない領域との面積比は、好適な白色光すなわち波長分散特性の小さな白色光が得られるように任意に設定できる。したがって、中間層３９の層厚は、第１有機ＥＬ素子２０Ｒの、カラーフィルタ層３０を透過する前の射出光を赤色光に近づけることに重点をおいて設定できる。
【０１０２】
図１２に本実施形態の効果、すなわち第１の有機材料層としての中間層３９を、発光領域８０内に形成した効果を示す。なお、第４有機ＥＬ素子２０Ｗの発光領域８０内における上記の面積比は１対１に設定している。
【０１０３】
図１２（ａ）は、カラーフィルタ層３０を透過する前の第１有機ＥＬ素子２０Ｒの射出光、及び第２有機ＥＬ素子２０Ｇと第３有機ＥＬ素子２０Ｂとのカラーフィルタ層３０を透過する前の射出光の波長分布を示している。上述したように、カラーフィルタ層３０を透過する前では、第２有機ＥＬ素子２０Ｇの射出光と第３有機ＥＬ素子２０Ｂの射出光は同一なので、共通の線で表示している。
第１有機ＥＬ素子２０Ｒの射出光は、青緑色光発光層５０ＢＧと赤色光発光層５０Ｒとの層間に中間層３９を形成して、青緑色光発光層５０ＢＧの発光を抑制した効果により、赤色光に近い波長分布を有している。ただし、上記第４の実施形態と同様に、好適な波長の範囲から短波長側に寄っている。
第２有機ＥＬ素子２０Ｇ、及び第３有機ＥＬ素子２０Ｂの射出光は、青緑色光発光層５０ＢＧに加えて、赤色光発光層５０Ｒもある程度は発光することで、５００ｎｍ近辺にピークを持つ、比較的広い波長分布の光となっている。
【０１０４】
図１２（ｂ）は、カラーフィルタ層３０を透過した後の第１〜第３有機ＥＬ素子（２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ）の射出光、及び白色光を射出する第４有機ＥＬ素子２０Ｗの射出光の波長分布を示している。白色光はアクリル等の無色透明の層を透過しているため、特定の波長は強調されていない。したがって、図１２（ａ）に示す２本の波長分布曲線を１対１で比例配分したものに近い波形となり、好適な白色光が得られている。上記の面積比をより一層好適に設定することで、より一層好適な白色光を得ることも可能である。また、第１〜第３有機ＥＬ素子が射出する光も、カラーフィルタ層３０により特定の波長の光がより一層強調されることで好適な（３原色の）光となっている。
したがって、本実施形態にかかるトップエミッション型の有機ＥＬ装置は、規則的に配置した４種類の有機ＥＬ素子を、中間層３９を除く全て共通の材料及び層厚で構成しているにもかかわらず好適な３原色光及び白色光を射出でき、品質の向上したカラー画像を表示できると共に、消費電力、特に白色光を多用した時の消費電力を低減できる。
（第６の実施形態）
【０１０５】
図８に、第６の実施形態にかかる有機ＥＬ装置の模式断面図を示す。矢印の方向に光を射出するトップエミッション型の有機ＥＬ装置である。基本的に第４の実施形態の有機ＥＬ装置と同様の構成を有しており、共通する構成要素には同一の符号が付されている。
【０１０６】
本実施形態にかかる有機ＥＬ装置は、第４有機ＥＬ素子２０Ｗに上記第３の実施形態にかかる有機ＥＬ素子を用いている。したがって、本実施形態にかかる有機ＥＬ装置では、電子輸送層４７が第１の有機材料層であり、層厚が、第４有機ＥＬ素子２０Ｗの発光領域８０内で段階的に変化している。具体的には、第１の領域８１と、第２の領域８２と、第３の領域８３とで、夫々異なる層厚に形成されている。そして、電子輸送層４７の層厚は、他の有機ＥＬ素子間、すなわち第３有機ＥＬ素子２０Ｂと第１有機ＥＬ素子２０Ｒと第２有機ＥＬ素子２０Ｇとの間でも、夫々異なっている。電子輸送層４７以外の各層（各構成要素）、すなわち、陽極５６と陰極５５、及び該双方の電極に狭持される各層の層厚及び形成材料は、上記３種類の有機ＥＬ素子及び第４有機ＥＬ素子２０Ｗの間で同一である。
【０１０７】
各層の形成材料は以下の通りである。反射層５８はＡｌからなり、その上層に層厚５０ｎｍの窒化シリコンからなる保護層５７が形成されている。陽極５６は層厚６０ｎｍのＩＴＯからなる。正孔注入輸送層４０は、正孔注入層としての層厚６０ｎｍのＨＩ４０６（出光興産株式会社製）と正孔輸送層としての層厚２０ｎｍのＨＴ３２０（出光興産株式会社製）とを積層して形成されている。
発光層５０は、青緑色光発光層５０ＢＧと赤色光発光層５０Ｒとからなる。双方の形成材料は上記第４及び第５の実施形態と同様で、ホスト材料として出光興産株式会社製のＢＨ２１５を用い、青緑色光発光層５０ＢＧにはドーパントとして出光興産株式会社製のＢＤ１０２を加え、赤色光発光層５０Ｒには、ドーパントとして出光興産株式会社製のＲＤ００１を加えている。層厚は、青緑色光発光層５０ＢＧが層厚３０ｎｍ、赤色光発光層５０Ｒが１０ｎｍである。電子注入層４６は層厚１ｎｍのＬｉＦ（弗化リチウム）、陰極５５は層厚５ｎｍのＡｌ、そして封止層５９は層厚２００ｎｍの酸化シリコンからなる。
【０１０８】
電子輸送層４７の形成材料はＡｌｑ３（アルミニウムキノリノール）であり、４種類の有機ＥＬ素子間で共通である。そして層厚は、各有機ＥＬ素子で異なっている。具体的には、第３有機ＥＬ素子２０Ｂでは１１０ｎｍ、第１有機ＥＬ素子２０Ｒでは４５ｎｍ、第２有機ＥＬ素子２０Ｇでは１５ｎｍ、である。上記の層厚は、上記３種類の有機ＥＬ素子において、最適な射出光が得られるように定められている。つまり、同一の材料層からなる発光層５０を用いつつ、各々の有機ＥＬ素子ごとに特定の共振長を設定することにより特定の波長の光を強調して、赤、緑、青、の３原色に近い波長の射出光を得ている。
【０１０９】
第４有機ＥＬ素子２０Ｗの電子輸送層４７は、上記３種類の層厚を、発光領域８０内で組み合わせて形成されている。具体的には、第１の領域８１では、第３有機ＥＬ素子２０Ｂの該層厚と等しい１１０ｎｍ、第２の領域８２では、第１有機ＥＬ素子２０Ｒの該層厚と等しい４５ｎｍ、第３の領域８３では、第２有機ＥＬ素子２０Ｇとの該層厚等しい１５ｎｍ、の層厚のＡｌｑ３（アルミニウムキノリノール）層が形成され、発光領域８０内の位置により層厚が段階的に異なる電子輸送層４７が形成されている。したがって、上記３つの領域で夫々異なる長さの共振長が設定され、夫々の領域で異なる波長の光、具体的には赤、緑、青の３原色に近い波長の光を強調できる。本実施形態では上記３つの領域（第１の領域８１、第２の領域８２、第３の領域８３）の面積比は１対１対１であるが、それに限定されるものではない。好適な白色光を得るために、任意の面積比に設定できる。
【０１１０】
上述したように、第１〜第３有機ＥＬ素子における電子輸送層４７の層厚は、３原色に近い波長の光を射出できるように設定されている。したがって、上述の３通りの層厚の電子輸送層４７を備える第４有機ＥＬ素子２０Ｗは、赤、緑、青、の３原色に近い波長を全て含む波長分散特性の小さな光、つまり好適な白色光を射出できる。そして、第１〜第３有機ＥＬ素子から射出される光はカラーフィルタ層３０を透過することでより一層３原色に好適な波長特性の光となり、カラーフィルタ基板１１を透過して、観察者に好適な画像を提供できる。
【０１１１】
図１３に本実施形態の効果、すなわち第１の有機材料層として電子輸送層４７の層厚を、３原色のいずれかを射出する第１〜第３有機ＥＬ素子（２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ）間、及び白色光を射出する第４有機ＥＬ素子２０Ｗの発光領域８０内で変化させたことの効果を示す。
【０１１２】
図１３（ａ）は、カラーフィルタ層３０を透過する前の、第１〜第３有機ＥＬ素子（２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ）の射出光の波長分布を示している。電子輸送層４７の層厚を変化させて共振長を好適な値に設定したことにより、同一の材料からなる発光層５０を用いながら、ピーク波長が大きく異なる３種類の射出光が得られることがわかる。ただし、３原色の波長の範囲は、赤色光で略６００ｎｍ〜７００ｎｍ、緑色光で略５００ｎｍ〜６００ｎｍ、青色光で略４５０ｎｍ〜４８０ｎｍであるため、全体として、好適な波長の範囲から短波長側に寄っている。したがって、このままでは好適なカラー画像は形成できない。
【０１１３】
図１３（ｂ）は、カラーフィルタ層３０を透過した後の第１〜第３有機ＥＬ素子の射出光、及び白色光を射出する第４有機ＥＬ素子２０Ｗの射出光の波長分布を示している。白色光はアクリル等の無色透明の層を透過しているため、特定の波長は強調されていない。したがって、カラーフィルタ層３０を透過する前の第１〜第３有機ＥＬ素子の射出光を、発光領域８０内の第１〜第３の領域の面積比で比例配分したものに近い波形となる。上述したように上記の面積比は１対１対１であるが、該面積比をより一層好適に設定することで、より一層好適な白色光を得ることも可能である。
また、第１〜第３有機ＥＬ素子が射出する光も、カラーフィルタ層３０により特定の波長の光がより一層強調されることで、好適な３原色となっている。
【０１１４】
以上の結果により、本実施形態にかかるトップエミッション型の有機ＥＬ装置は、規則的に配置した４種類の有機ＥＬ素子を、電子輸送層４７以外の構成要素を全て共通の材料及び層厚で構成しているにもかかわらず好適な３原色光及び白色光を射出でき、品質の向上したカラー画像を表示できる。そして、消費電力、特に白色光を多用した時の消費電力を低減できる。
【０１１５】
なお、本実施形態における第１の有機材料層として電子輸送層４７は、上記他の実施形態における第１の有機材料層と同様にフィジカルマスクを用いて形成する。その際、素子基板１０上に正孔注入輸送層４０等の構成要素が形成された後に該フィジカルマスクを素子基板１０上に装着するため、該フィジカルマスクの密着性がよく、高い層厚精度で電子輸送層４７を形成できるという利点がある。
（第７の実施形態）
【０１１６】
図９及び図１０に、第７の実施形態として、上記第４の実施形態にかかる有機ＥＬ装置における正孔注入輸送層４０の形成工程を示す。図６に示す第４の実施形態にかかる有機ＥＬ装置の構成要素に対応する要素には、同一の符号を付与している。なお、上述したように、正孔注入輸送層４０は正孔注入層と正孔輸送層とが積層されているが、本実施形態では、便宜上、正孔注入輸送層４０が単一の材料層で形成されているものとして説明する。
【０１１７】
まず、図９（ａ）に示すように、駆動用ＴＦＴ１１２、反射層５８、陽極５６等が形成された素子基板１０上の少なくとも画像表示領域１００（図５参照）を含む領域に、正孔注入輸送層４０を形成する。形成は蒸着法による。かかる工程が１回目の蒸着工程となる。上述の時点の正孔注入輸送層４０の層厚は、第２有機ＥＬ素子２０Ｇの正孔注入輸送層厚となる２５ｎｍである。
【０１１８】
次に、図９（ｂ）に示すように、素子基板１０上に、ステンレス等の金属材料からなる第１のフィジカルマスク１５を被せた状態で、正孔注入輸送層材料１８を蒸着法により積層する。かかる工程が２回目の正孔注入輸送層蒸着工程となる。第１のフィジカルマスク１５は、第１有機ＥＬ素子２０Ｒの発光領域８０、第３有機ＥＬ素子２０Ｂの発光領域８０、及び第４有機ＥＬ素子２０Ｗの発光領域８０内の第１の領域８１及び第２の領域８２、に対向する部分が開口部１７となっている。図９（ｂ）では、作図上の都合により第１のフィジカルマスク１５と素子基板１０とは間隔を有しているが、実際の製膜時には第１のフィジカルマスク１５を素子基板１０に密着させる。隔壁７７で形成される段差は微細なものであり、第１のフィジカルマスク１５は極めて薄い板状の部材からなるため、加圧により、開口部１７に面していない領域には正孔注入輸送層材料１８が蒸着しない程度に密着させることができる。したがって、上述の開口部１７に面している領域にのみ正孔注入輸送層材料１８が蒸着して、前工程で既に蒸着していた正孔注入輸送層材料１８と合わさって、正孔注入輸送層４０の層厚が厚膜化される。なお、２回目の蒸着工程で蒸着される正孔注入輸送層４０の層厚は、第１有機ＥＬ素子２０Ｒの正孔注入輸送層厚の６０ｎｍと第２有機ＥＬ素子２０Ｇの正孔注入輸送層厚の２５ｎｍの差である３５ｎｍである。
【０１１９】
次に、図１０（ａ）に示すように、素子基板１０上に、第２のフィジカルマスク１６を被せた状態で、正孔注入輸送層材料１８を蒸着法により積層する。かかる工程が３回目の正孔注入輸送層蒸着工程となる。第２のフィジカルマスク１６は、第３有機ＥＬ素子２０Ｂの発光領域８０と第４有機ＥＬ素子２０Ｗの発光領域８０のうちの第１の領域８１に対向する部分が開口部１７となっている。上記２回目の蒸着工程と同じく、第２のフィジカルマスク１６を素子基板１０に密着させて行うため、開口部１７に対向する部分にのみ正孔注入輸送層材料１８を蒸着させることができる。そして上記２回目の蒸着工程と同じく、前工程で既に蒸着していた正孔注入輸送層材料１８と合わさって、正孔注入輸送層４０の層厚が厚膜化される。なお、３回目の蒸着工程で蒸着される正孔注入輸送層４０の層厚は、第３有機ＥＬ素子２０Ｂの正孔注入輸送層厚の１２０ｎｍと第１有機ＥＬ素子２０Ｒの正孔注入輸送層厚の６０ｎｍの差である６０ｎｍである。
【０１２０】
最後に、図１０（ｂ）に示すように、青緑色光発光層材料１９を、素子基板１０上の少なくとも画像表示領域１００（図５参照）を含む領域に蒸着して、青緑色光発光層５０ＢＧを形成する。そして、上記工程以降、赤色光発光層５０Ｒ等を順に積層して素子基板１０を完成させる。そして、接着層１２（図６参照）を介して素子基板１０をカラーフィルタ基板１１（図６参照）と貼り合わせて、有機ＥＬ装置を形成する。
【０１２１】
本実施形態にかかる工程により、３原色のいずれかを射出する３種類の有機ＥＬ素子が夫々異なる層厚の正孔注入輸送層４０を備え、かつ白色光を射出する有機ＥＬ素子が発光領域８０内の位置（領域）により層厚が異なる正孔注入輸送層４０を備えている有機ＥＬ装置を、蒸着工程を２回のみ増加させるだけで形成できる。
上記第４の実施形態で述べたように、上記３種類の有機ＥＬ素子の正孔注入輸送層４０の層厚は、３原色のいずれかの波長の光を強調できる共振長が形成できるように設定される。その結果、正孔注入輸送層４０以外の構成要素は発光層５０を含めて全て同一とした上で、３原色に近い光を射出できる。そして、白色光を射出する第４有機ＥＬ素子２０Ｗは、上述の３種類の層厚の正孔注入輸送層４０を好適な面積比で組み合わせることで、波長分散特性の小さな白色光を射出できる。
（変形例１）
【０１２２】
上記の各実施形態では、上面すなわち素子基板１０の反対側から光を射出するトップエミッション型の有機ＥＬ素子及び有機ＥＬ装置について記載した。しかし、本発明の技術思想は、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子及び有機ＥＬ装置についても適用可能である。かかる形式においては、開口率は低下するが、陰極５５を厚膜化して低抵抗化できるという利点がある。
（変形例２）
【０１２３】
上記の各実施形態では、白色光を射出する有機ＥＬ素子において、第１の有機材料層の層厚の変化は２ないし３段階の変化であった。しかし、上記の変化の段階は２ないし３に限定されるものではなく、より一層多数の段階で変化させることも可能である。形成に要するコストは増加するが、より一層好適な白色光、すなわちより一層フラットな波長分布を有する射出光を得ることができる。
また、段階的な変化ではなく連続的に変化させてより一層フラットな波長分布を有する射出光を得ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】第１の実施形態にかかる有機ＥＬ素子の模式断面図。
【図２】第２の実施形態にかかる有機ＥＬ素子の模式断面図。
【図３】第３の実施形態にかかる有機ＥＬ素子の模式断面図。
【図４】有機ＥＬ素子の模式断面図。
【図５】有機ＥＬ装置の全体構成を示す回路構成図。
【図６】第４の実施形態にかかる有機ＥＬ装置の模式断面図。
【図７】第５の実施形態にかかる有機ＥＬ装置の模式断面図。
【図８】第６の実施形態にかかる有機ＥＬ装置の模式断面図。
【図９】第７の実施形態にかかる有機ＥＬ装置の工程断面図。
【図１０】第７の実施形態にかかる有機ＥＬ装置の工程断面図。
【図１１】第４の実施形態にかかる第１の有機材料層の効果を示す図。
【図１２】第５の実施形態にかかる第１の有機材料層の効果を示す図。
【図１３】第６の実施形態にかかる第１の有機材料層の効果を示す図。
【符号の説明】
【０１２５】
１０…基板としての素子基板、１１…カラーフィルタ基板、１２…接着層、１５…第１のフィジカルマスク、１６…第２のフィジカルマスク、１７…開口部、１８…正孔注入輸送層材料、１９…青緑色光発光層材料、２０…発光素子としての有機ＥＬ素子、２０Ｒ…第１発光素子としての第１有機ＥＬ素子、２０Ｇ…第２発光素子としての第２有機ＥＬ素子、２０Ｂ…第３発光素子としての第３有機ＥＬ素子、２０Ｗ…第４発光素子としての第４有機ＥＬ素子、３０…カラーフィルタ層、３０Ｒ…赤色カラーフィルタ、３０Ｇ…緑色カラーフィルタ、３０Ｂ…青色カラーフィルタ、３０Ｗ…白色カラーフィルタ、３５…ブラックマトリクス、３９…中間層、４０…正孔注入輸送層、４５…電子注入輸送層、４６…電子注入層、４７…電子輸送層、５０…発光層、５０Ｒ…赤色光発光層、５０ＢＧ…青緑色光発光層、５５…第２の電極としての陰極、５６…第１の電極としての陽極、５７…保護層、５８…反射層、５９…封止層、６０…チャネル領域、６２…ゲート電極、６４…ドレイン電極、６６…ソース電極、７１…ゲート絶縁膜、７２…第２層間絶縁膜、７３…第３層間絶縁膜、８０…発光領域、８１…第１の領域、８２…第２の領域、８３…第３の領域、８４…第４の領域、８５…第５の領域、９０…共振長、９１…第１の共振長、９２…第２の共振長、９３…第３の共振長、９４…第４の共振長、９５…第５の共振長、１００…画像表示領域、１０２…走査線、１０４…信号線、１０６…電源供給線、１０８…スイッチング用ＴＦＴ、１１０…保持容量、１１２…駆動用ＴＦＴ、１２０…走査線駆動回路、１３０…信号線駆動回路、１４０…同期信号線。
【図１】
0005167723.tif 000002
【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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