(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光反射性の第一電極、光透過性の第二電極との間に白色発光層および機能層を挟持した有機ＥＬ素子を基板上に複数配列してなる多色有機ＥＬディスプレイにおいて、
前記機能層の膜厚は、各色の有機ＥＬ素子に亘って共通であると共に、前記白色発光層の膜厚は、各色の有機ＥＬ素子に亘って共通であり、
各色の有機ＥＬ素子ごとに第一電極の位相シフトが異なり、
第二電極は光反射性を備えており、発光層から発光した光を第一電極との間を共振部として共振させることを特徴とする、多色有機ＥＬディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機ＥＬ素子（以下、発光素子と云う場合がある。）を基板上に複数配列してなる多色有機ＥＬディスプレイ（以下、表示装置と云う場合がある。）に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光素子を用いた表示装置が注目されている。表示装置は、自発光・広視野角・低消費電力という特性を有し、応答速度が速いため高速の動画表示にも対応できる。
【０００３】
ここで、発光素子の一例を図１に示す。基板１１上に第一電極を形成した基板を用いる。同基板上に、第一電極１２、発光層を含む複数の有機化合物材料層１３、第二電極１４を、順次、積層した構造を有している。また、有機化合物材料層１３は発光層１３２を有し、機能層として第一電極１２上に第一機能層１３１（例えば正孔注入層、正孔輸送層）、第二電極１４側に第二機能層１３３（例えば電子注入層、電子輸送層）が適宜設けられる。
【０００４】
このような発光素子を複数配列することによって表示装置を構成している。特に、発光色の異なる発光素子を複数配列することによってフルカラーの表示装置を構成することができる。
【０００５】
特許文献１の表示装置は、有機化合物材料層の機能層の膜厚を発光素子の発光色ごとに適当な厚さに設定することで、発光を強めて取り出している。
【０００６】
特許文献２の表示装置は、発光素子から取り出そうとする発光色ごとに適当な陽極の透明電極厚を設定することで、発光を強めて取り出している。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３２３２７７号公報
【特許文献２】特開２００５−１１６５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の表示装置は、発光色の異なる発光素子ごとに発光層のみならず、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層等の機能層の膜厚を変える必要がある。金属マスクを用いて蒸着で成膜する場合、マスク交換の回数が多くなり生産性が低下する。このように金属マスクを用いて蒸着で成膜する場合、塗り分けが必須である発光層以外の膜厚は共通であることが望ましい。
【０００９】
特許文献２の表示装置は、成膜プロセスは容易になるが、各発光素子に同一の発光層を成膜するので白発光する発光層を用いなければならないという制限がある。
【００１０】
そこで本発明では、製造方法が比較的容易で高効率である多色有機ＥＬディスプレイを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した背景技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る多色有機ＥＬディスプレイは、
光反射性の第一電極、光透過性の第二電極との間に白色発光層および機能層を挟持した有機ＥＬ素子を基板上に複数配列してなる多色有機ＥＬディスプレイにおいて、
前記機能層の膜厚は、各色の有機ＥＬ素子に亘って共通であると共に、前記白色発光層の膜厚は、各色の有機ＥＬ素子に亘って共通であり、
各色の有機ＥＬ素子ごとに第一電極の位相シフトが異なり、
第二電極は光反射性を備えており、発光層から発光した光を第一電極との間を共振部として共振させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の多色有機ＥＬディスプレイによれば、第一電極の反射率または位相シフトを変えるだけで、各発光素子における発光層以外の機能層が同一であっても、各発光素子から所望の発光色を高効率で取り出すことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜実施形態１＞
以後、本発明の実施形態について説明するが、あくまで一例であり、本発明はこの形態に限定されるものではない。
【００１４】
図２に示す表示装置は、発光色の異なる発光素子２Ｇ、２Ｂを配列した表示装置の一例である。基板２１上に、第一電極２２Ｇ、第一機能層２３１と発光層２３２Ｇと第二機能層２３３からなる有機化合物材料層、第二電極２４が積層され、透明保護層２５によって封止された発光素子２Ｇが形成されている。同様に、基板２１上に、第一電極２２Ｂ、第一機能層２３１、発光層２３２Ｂ、第二機能層２３３からなる有機化合物材料層、第二電極２４が積層され、透明保護層２５によって封止された発光素子２Ｂが形成されている。ちなみに、本実施形態の有機化合物材料層は５×１０-4Ｐａの真空下で、真空蒸着することによって成膜されている。必要な場合は適宜メタルマスクを用いて蒸着され、パターン形成が行われる。各々の有機化合物材料層は、発光層２３２Ｇが緑発光、発光層２３２Ｂが青発光を得られる構成とされている。
【００１５】
第一電極２２Ｇ、２２Ｂはそれぞれ反射率または光反射の位相シフトが異なる。第一電極２２Ｇ、２２Ｂの反射率、位相シフトは、一般的には反射界面の材料の屈折率ｎと消光係数ｋとに依存することが知られている。第一電極２２Ｇ、２２Ｂの材料が異なればｎ、ｋの値も異なるためである。
【００１６】
反射率は発光素子２Ｇ、２Ｂの射出する光の波長を選択して設定される。例えば、発光素子２Ｇの第一電極２２Ｇの反射率は前記発光素子２Ｇの発光ピークの波長、発光素子２Ｂの第一電極２２Ｂの反射率は前記発光素子２Ｂの発光ピークの波長から設定される。ここで、短波長領域のほうが反射の際に吸収・位相の変化等の影響を受ける場合が多いため、最短波長の発光ピーク波長を選択することが好ましい。また、第一電極２２Ｇ、２２Ｂは反射率が高く、特に発光素子２Ｇ（２Ｂ）から取り出そうとする波長領域の発光ピーク付近の反射率が高いことが望ましい。
【００１７】
第一電極２２Ｇ、２２Ｂとしては、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ等の金属層を用いることができる。例えば、発光素子２Ｇの第一電極２２ＧにＡｇを、発光素子２Ｂの第一電極２２ＢにＡｌを用いることができる。また、後述するように、基板２１上に赤発光する発光素子２Ｒを配列する場合は、同発光素子２Ｒの第一電極２２Ｒに６００ｎｍ以上の波長に対して反射率が高く、６００ｎｍ未満の波長に対して反射率が低いＡｕを用いることができる。発光素子２Ｒの外部から入射する青・緑の光の反射を抑える等の効果を期待できる。
【００１８】
前記の金属に限らず、各発光素子２Ｇ、２Ｂ（、２Ｒ）に適当な反射率または位相シフトを得られる他の金属および合金を用いてもよい。また、第一電極２２Ｇ、２２Ｂ（、２２Ｒ）の表面形状や膜質の違いによって、同じ材質でも異なる反射率または位相シフトを得ることもできる場合がある。
【００１９】
第一電極２２Ｇ、２２Ｂは光反射性の金属層および透明電極層の積層で構成されていてもよい。第一電極２２Ｇ、２２Ｂは有機化合物材料層中に正孔または電子のキャリアを注入する必要がある。しかし、金属層と透明電極層からなる第一電極を用いれば、金属層にキャリア注入性がない場合でも、キャリア注入性を有する透明電極層を用いることによって、有機化合物材料層にキャリアを注入することができる。例えば、Ａｌ金属膜上やＡｇ金属膜上に透明導電膜としてＩＺＯ膜を成膜して用いることができる。Ａｌ金属膜上にＩＺＯ膜を設けて第一電極とした場合と、Ａｇ金属膜上にＩＺＯ膜を設けて第一電極とした場合では、４８０ｎｍ付近における反射の際に０．１５π程度の位相差がある。
【００２０】
第一電極２２Ｇ、２２Ｂ上に設ける機能層２３１は各発光素子２Ｇ、２Ｂによって材料や膜厚が異なっていても良い。しかし、各発光素子２Ｇ、２Ｂで機能層２３１の材料や膜厚を変える場合、各発光素子２Ｇ、２Ｂごとにメタルマスクを変えて蒸着することが必要になり、製造プロセスが煩雑になる。そのため機能層２３１は各発光素子２Ｇ、２Ｂで同一にすることが望ましい。
【００２１】
ところで、発光層２３２Ｇ（２３２Ｂ）で発光した光が前記第一電極２２Ｇ（２２Ｂ）で反射する際に生じる位相シフトをΦ1ラジアン、発光層２３２Ｇ（２３２Ｂ）の発光領域の中心から第一電極２２Ｇ（２２Ｂ）までの光学距離をＬ1とする。また、前記光のうち取り出したい光の波長をλとした場合、下記式（ａ）を満たす光学距離Ｌ1を有することによって、より高い効率を得られる。
２Ｌ1＝ｎλ＋（Φ1／２π）λ    （ｎは整数）  ・・・（ａ）
【００２２】
なお、光学距離Ｌ1は光が透過する媒質の屈折率と距離の積である。
【００２３】
そこで、発光ピークの異なる発光素子２Ｇ、２ＢごとにΦ1の異なる適当な第一電極２２Ｇ、２２Ｂを用いることによって、機能層２３１が同一の膜厚でも上記の条件を満たす、または最適なＬ1からの差異を小さくすることができる。しかも、発光層２３２Ｇ、２３２Ｂ内での発光領域が同発光層２３２Ｇ、２３２Ｂの組成やドープ濃度に依存する場合は、組成や膜厚を適当に設定して、上記式（ａ）を満たすようにすることも可能である。
【００２４】
本発明は複数の発光ピークを持つような白色発光層の場合にも利用できる。各発光素子２Ｇ、２Ｂで機能層２３１と白色発光層が同一の場合でも、各発光素子２Ｇ、２ＢにΦ１の異なる第一電極２２Ｇ、２２Ｂを設定することで、発光スペクトルの形状を変えて、同一の白色発光層から異なる複数の色を取り出すことができる。さらに、カラーフィルタなどを用いることによって、同一の発光層から色純度の高い青または緑の光を取り出すという使い方も可能である。
【００２５】
各発光素子２Ｇ（２Ｂ）の第二電極２４が光反射性を持ち、発光層２３２Ｇ（２３２Ｂ）から出た光を第一電極２２Ｇ（２２Ｂ）との間を共振部として共振させることによって、高効率や所望の色度を得ることができる。第二電極２４としては反射率の高い金属、例えばＡｇやＡｌ等の金属薄膜を用いることができる。また、第二電極２４の外側に同第二電極２４よりも屈折率の低い材料を配置して、界面で起こる反射を利用しても良い。例えば、ＩＴＯ膜やＩＺＯ膜のような透明電極の上部に窒素のような気体を配置しておくと、透明電極と気体との界面で反射が起こるため、第二電極２４に光反射性を持たせることができる。
【００２６】
第二電極２４が光反射性を持つ場合、発光層２３２Ｇ（２３２Ｂ）で発光した光が第一電極２２Ｇ（２２Ｂ）および第二電極２４で反射する際に生じる位相シフトの合計をΦ2ラジアン、前記共振部の光学距離をＬ2とする。また、前記光のうち取り出したい光の波長をλとした場合、下記式（ｂ）を満たす光学距離Ｌ2を設定することによって、より高い効率を得られる。
２Ｌ2＝ｍλ＋（Φ2／２π）λ        （ｍは整数）  ・・・（ｂ）
【００２７】
一般的には、発光層２３２Ｇ（２３２Ｂ）の発光波長ピーク付近にλを設定することが効果的である。上記式（ｂ）を満たすように、光学距離Ｌ2を設定する場合、各発光素子２Ｇ、２Ｂの第一電極２２Ｇ、２２Ｂの位相シフトを変えるだけでなく、機能層２３１や発光層２３２Ｇ、２３２Ｂの膜厚を変えても良い。しかし、各発光素子２Ｇ、２Ｂでそれぞれ有機化合物材料層の膜厚が異なる場合は、作成プロセスがより煩雑になる。そのため、各発光素子２Ｇ、２Ｂの発光層２３２Ｇ、２３２Ｂの膜厚が上記式（ｂ）を満たすように設定して、発光層２３２Ｇ、２３２Ｂ以外の有機化合物材料層に関しては各発光素子２Ｇ、２Ｂで同一であることが望ましい。
【００２８】
以上より、本発明の表示装置によれば、第一電極の反射率または位相シフトを変えるだけで、各発光素子における発光層以外の機能層が同一であっても、各発光素子から所望の発光色を高効率で取り出すことが可能になる。
【００２９】
＜実施形態２＞
なお、上記実施形態は基板２１上に緑発光する発光素子２Ｇと青発光する発光素子２Ｂとが配列されているが、図３に示すように、更に赤発光する発光素子２Ｒが配列され、赤・緑・青の発光素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを備えたフルカラーの表示装置としてもよい。
【００３０】
フルカラーの表示装置の場合、ＮＴＳＣ規格に対する色再現範囲が画質を決める要因のひとつとなる。赤・緑・青の発光素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂでフルカラーを表示する場合、発光素子２Ｒとしては（０．６７、０．３３）の色度座標に近い発光色を持つ発光素子が、色純度が高くフルカラーの表示に好ましい。発光素子２Ｇとしては（０．２１、０．７１）の色度座標に近い発光色を持つ発光素子が、色純度が高くフルカラーの表示に好ましい。発光素子２Ｂとしては（０．１４、０．０８）の色度座標に近い発光色を持つ発光素子が、色純度が高くフルカラーの表示に好ましい。所望の発光色に対応したＬ1、Ｌ2を設定することで、発光スペクトルの形状を変化させて発光色を調整し、色再現範囲の広い表示装置にすることが可能である。
【００３１】
本発明において第一電極が異なった電極パターンの形成方法は特に限定されないが、フォトリソグラフィーとエッチングを用いた方法や蒸着・スパッタの際にメタルマスクを用いて形成する方法など、一般的な方法を用いることができる。
【００３２】
本発明において第二電極はＩＺＯ膜、ＩＴＯ膜等をスパッタ等で成膜してもよいし、Ａｇのような金属を蒸着またはスパッタしても良い。第二電極の上に防湿層を設ける場合は、水や酸素を透過しない透明な材質が望ましい。例えば、窒化シリコン薄膜をＣＶＤやスパッタで成膜することができる。
【実施例】
【００３３】
＜実施例１＞
図２に示されるような、ガラス基板２１上に、第一電極２２Ｇ（２２Ｂ）、第一機能層２３１、発光層２３２Ｇ（２３２Ｂ）、第二機能層２３３、第二電極２４、透明保護層２５からなる発光素子２Ｇ、２Ｂを配列した表示装置を作成した。
【００３４】
具体的には、ガラス基板２１上に、膜厚１００ｎｍのＡｇ層、膜厚２０ｎｍのＩＺＯ膜を成膜して第一電極２２Ｇとした。同様に膜厚１００ｎｍのＡｌ膜、膜厚２０ｎｍのＩＺＯ膜を成膜して第一電極２２Ｂとした。第一電極２２Ｇ（２２Ｂ）の上に、第一機能層２３１として膜厚２０ｎｍのホール輸送層を発光素子２Ｇと２Ｂに共通に成膜した。発光素子２Ｇの第一機能層２３１上に膜厚３０ｎｍの発光層２３２Ｇを、発光素子２Ｂの第一機能層２３１上に膜厚３０ｎｍの発光層２３２Ｂを成膜した。さらに、第二機能層２３３として膜厚２０ｎｍの電子輸送層を発光素子２Ｇと２Ｂに共通に成膜した。その上に第二電極２４として、透明電極であるＩＺＯ膜を膜厚６０ｎｍでスパッタ成膜した。第二電極２４上に透明保護層２５として窒化シリコンをＣＶＤ法にて膜厚６μｍで成膜した。
【００３５】
この表示装置に電圧を印加して発光させたところ、このときの発光素子２Ｂの色度は（０．１４、０．１１）で、効率は２．０ｃｄ／Ａだった。発光素子２Ｇの色度は（０．２９、０．６３）で、効率は９．７ｃｄ／Ａだった。
【００３６】
＜比較例１＞
第一電極２２Ｇ、２２Ｂが膜厚１００ｎｍのＡｇ膜で成膜していること以外は、実施例１と同様な表示装置とした。この表示装置に電圧を印加して発光させたところ、発光素子２Ｇは実施例１と同様の色度、効率であった。しかし、発光素子２Ｂの色度が（０．１５、０．１４）で、効率は２．５ｃｄ／Ａであり、発光素子２Ｂの色純度が低下した。第一電極・第一機能層が発光素子２Ｇ、２Ｂで同一であると、青の波長付近で上記式（ａ）を満たさず、発光素子２Ｂの色純度が低下している。
【００３７】
＜比較例２＞
第一機能層２３１が膜厚２０ｎｍでなく１０ｎｍである以外は、比較例１と同様な表示装置とした。この表示装置に電圧を印加して発光させたところ、発光素子２Ｂの色度が（０．１４、０．１１）で、効率は２．１ｃｄ／Ａであり、実施例１と同様の色度、効率であった。しかし、発光素子２Ｇは（０．２８、０．６３）で、効率は９．０ｃｄ／Ａであり、発光素子２Ｇの効率が低下した。
【００３８】
実施例１および比較例１、２より、第一電極２２ＢがＡｌ層、第一電極２２ＧがＡｇ層を備えている場合は、第一機能層が同一でも発光素子２Ｇ、２Ｂが、式（ａ）を共に満たすことができ、良好な色度・効率が得られた。
【００３９】
一方、第一電極２２Ｇ、２２Ｂが共にＡｇ層を備えている場合は、発光素子２Ｂが上記式（ａ）を満たして、高い色純度を得られるような第一機能層２３１の膜厚にすると、発光素子２Ｇの効率が低下した。
【００４０】
＜実施例２＞
図３に示されるような、ガラス基板２１上に、第一電極２２Ｒ（２２Ｇ、２２Ｂ）、第一機能層２３１、発光層２３２Ｒ（２３２Ｇ、２３２Ｂ）、第二機能層２３３、第二電極２４からなる発光素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを配列した表示装置を作成した。
【００４１】
ガラス基板２１上に、膜厚１００ｎｍのＡｇ層、膜厚２０ｎｍのＩＺＯ膜を成膜して第一電極２２Ｒ、２２Ｇとした。同様に膜厚１００ｎｍのＡｌ層、膜厚２０ｎｍのＩＺＯ膜を成膜して第一電極２２Ｂとした。第一電極２２Ｒ（２２Ｇ、２２Ｂ）上に、第一機能層２３１として膜厚２０ｎｍのホール輸送層を各発光素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに共通に成膜した。発光素子２Ｒの第一機能層２３１上に膜厚７０ｎｍの発光層２３２Ｒを、発光素子２Ｇの第一機能層２３１上に膜厚３０ｎｍの発光層２３２Ｇを、発光素子２Ｂの第一機能層２３１上に膜厚２０ｎｍの発光層２３２Ｂを成膜した。さらに、第二機能層２３３として膜厚５０ｎｍの電子輸送層を各発光素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに共通に成膜した。その上に第二電極２４として、透明電極であるＩＺＯ膜を膜厚６０ｎｍでスパッタ成膜した。第二電極２４上には透明保護層を設けず、窒素雰囲気下でガラスキャップにより封止し、第二電極２４と窒素ガスが接するようにした（不図示）。第二電極２４と窒素ガスとの界面には比較的大きな屈折率差があるため、第二電極２４と窒素ガスとの界面で反射が起こり、第二電極２４は光反射性を有する。この表示装置に電圧を印加して発光させたところ、このときの発光素子２Ｒの色度は（０．６５、０．３５）で、効率は１０．５ｃｄ／Ａであった。発光素子２Ｇの色度は（０．２６、０．６８）で、効率は４．３ｃｄ／Ａであった。発光素子２Ｂの色度は（０．１５、０．１２）で、効率は２．３ｃｄ／Ａであった。各発光素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂは共に発光色に対応するような、光学距離Ｌ1、Ｌ2を有するため（上記式（ａ）、（ｂ）をおおよそ満たす）、良好な色度において高い効率が得られている。
【００４２】
＜比較例３＞
第一電極２２Ｂが第一電極２２Ｇと同様に膜厚１００ｎｍのＡｇ層、膜厚２０ｎｍのＩＺＯ膜であること以外は、実施例２と同様な表示装置とした。この表示装置に電圧を印加して発光させたところ、赤・緑の発光素子は実施例２と同様の良好な色度・効率だったが、発光素子２Ｂの色度が（０．１５、０．２０）で、効率は３．８ｃｄ／Ａであり、発光素子２Ｂの色純度が低下した。同一の第一電極および第一機能層では、発光素子２Ｂの発光に対応するような光学距離Ｌ1、Ｌ2にならない（上記式（ａ）、（ｂ）を満たさない）ため、青の色純度が低下してしまっている。
【００４３】
上記の実施例・比較例より、本発明の表示装置は比較例の表示装置と比較して、各色の色純度の高い表示装置を提供できることが確認された。
【００４４】
なお、上記の実施例・比較例における効率は１００ｃｄ／ｃｍ2の際の効率であり、色度はＣＩＥ色度座標を示している。また、実施例・比較例で用いた有機材料は図４、各有機化合物材料層の組成は図５に示した。さらに、実施例・比較例で用いたＩＺＯ膜の屈折率は約１．９、有機化合物材料層の屈折率は約１．８、防湿層の屈折率は約２．０、窒素ガスの屈折率は約１．０である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】一般的な発光素子の断面図である。
【図２】発光素子を配列した本発明の表示装置の断面図である。
【図３】発光素子を配列した本発明の異なる表示装置の断面図である。
【図４】実施例・比較例に用いた有機材料を示した図である。
【図５】実施例・比較例に用いた有機化合物材料層の組成を示した図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１  基板
１２  第一電極
１３  有機化合物材料層
１３１  第一機能層
１３２  発光層
１３３  第二機能層
１４  第二電極
２Ｇ  有機ＥＬ素子（発光素子）
２Ｂ  有機ＥＬ素子（発光素子）
２Ｒ  有機ＥＬ素子（発光素子）
２１  基板
２２Ｇ  第一電極
２２Ｂ  第一電極
２２Ｒ  第一電極
２３１  第一機能層
２３２Ｇ  発光層
２３２Ｂ  発光層
２３２Ｒ  発光層
２３３  第二機能層
２４  第二電極
２５  透明保護層
【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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