(57)【要約】【課題】有機ＥＬディスプレイにおいて消費電力または駆動電圧を低減する技術を提供する。【解決手段】有機ＥＬディスプレイであって、発光層を含む１以上の層から成る有機層と、当該有機層を挟んで互いに対向する第１及び第２の電極と、をそれぞれ有する複数の有機ＥＬ素子を備え、予め設定された前記有機ＥＬ素子の最大発光輝度の９０％〜１１０％の発光輝度の範囲内に、前記有機ＥＬ素子の発光効率が最大となるピークが位置するように設定されている。【選択図】図５
2007266580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機ＥＬディスプレイであって、
発光層を含む１以上の層から成る有機層と、当該有機層を挟んで互いに対向する第１及び第２の電極と、をそれぞれ有する複数の有機ＥＬ素子を備え、
予め設定された前記有機ＥＬ素子の最大発光輝度の９０％〜１１０％の発光輝度の範囲内に、前記有機ＥＬ素子の発光効率が最大となるピークが位置することを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項２】
請求項１に記載の有機ＥＬディスプレイであって、
前記複数の有機ＥＬ素子が、第１の色の光を発する第１の有機ＥＬ素子と、前記第１の色とは異なる第２の色の光を発する第２の有機ＥＬ素子と、前記第１及び第２の色とは異なる第３の色の光を発する第３の有機ＥＬ素子と、を含み、
前記第１から第３の有機ＥＬ素子のうちの１以上の有機ＥＬ素子について、予め設定された最大発光輝度の９０％〜１１０％の発光輝度の範囲内に、有機ＥＬ素子の発光効率が最大となるピークが位置することを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項３】
請求項２に記載の有機ＥＬディスプレイであって、
前記第１から第３の有機ＥＬ素子のうち、予め設定された最大発光輝度で最も高い電圧を要する有機ＥＬ素子について、当該予め設定された最大発光輝度の９０％〜１１０％の発光輝度の範囲内に、発光効率が最大となるピークが位置することを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の有機ＥＬディスプレイであって、
前記第１から第３の有機ＥＬ素子すべてについて、予め設定された最大発光輝度の９０％〜１１０％の発光輝度の範囲内に、発光効率が最大となるピークが位置することを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の有機ＥＬディスプレイにおいて、
前記第１の色が赤色、前記第２の色が緑色、前記第３の色が青色であり、
前記第１乃至第３の色毎に予め定められた前記有機ＥＬ素子の最大発光輝度と、前記有機ＥＬ素子の発光効率が最大となる発光輝度との差ΔＳｐｋの値は、前記第１及び第２の有機ＥＬ素子よりも前記第３の有機ＥＬ素子で小さく、かつ前記第２の有機ＥＬ素子よりも前記第１の有機ＥＬ素子で小さくそれぞれ設定されている有機ＥＬディスプレイ。
【請求項６】
画像表示装置において、
請求項２乃至５のいずれかに記載の有機ＥＬディスプレイと、前記第１の有機ＥＬ素子に電力を供給する第１の電源回路と、前記第２の有機ＥＬ素子に電力を供給する第２の電源回路と、前記第３の有機ＥＬ素子に電力を供給する第３の電源回路と、を備えた画像表示装置。
【請求項７】
画像表示装置において、
請求項２乃至５のいずれかに記載の有機ＥＬディスプレイと、前記有機ＥＬ素子に電力を共通に供給する電源回路と、を備えた画像表示装置。
【請求項８】
請求項６に記載の画像表示装置において、
前記第１乃至第３の電源回路に共通に接続されるバッテリーを更に備えた画像表示装置。
【請求項９】
請求項７に記載の画像表示装置において、
前記電源回路に接続されるバッテリーを更に備えた画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ(Electroluminescent)ディスプレイ及びそれを用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電界発光を利用した有機ＥＬ素子を利用した有機ＥＬディスプレイが知られている。
【０００３】
有機ＥＬ素子としては、例えば、発光層を含む有機層を挟んで透明電極と金属電極とを対向配置させたものがある。このような構成の有機ＥＬ素子では、透明電極と金属電極との間に電圧または電流を印加して発光層に電流を流すと発光層が発光し、この発光層から出射される光が透明電極を透過して外部に放出される。また、一般的な有機ＥＬ素子では、発光層に流れる電流が大きくなるほど発光強度が高くなることが知られている。
【０００４】
そして、通常の有機ＥＬディスプレイでは、高輝度の発光が要求されるため、有機ＥＬ素子に高い電圧を印加して、発光層に流れる電流密度を大きくすることによって高輝度の発光を得ていた。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−５９６５１号公報
【特許文献２】特開２００２−７２６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、有機ＥＬディスプレイでは、最大階調で発光する場合に合わせて必要とされる電圧が決定されるため、当該必要とされる電圧を低減するような工夫を施さなければ、消費電力量や昇圧回路等の電源回路のサイズが増大してしまう。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、有機ＥＬディスプレイにおいて必要とされる電圧を低減する技術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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、有機ＥＬディスプレイであって、発光層を含む１以上の層から成る有機層と、当該有機層を挟んで互いに対向する第１及び第２の電極とをそれぞれ有する複数の有機ＥＬ素子を備え、予め設定された前記有機ＥＬ素子の最大発光輝度の９０％〜１１０％の発光輝度の範囲内において、前記有機ＥＬ素子の発光効率が最大となるピークが位置することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の有機ＥＬディスプレイであって、前記複数の有機ＥＬ素子が、第１の色の光を発する第１の有機ＥＬ素子と、前記第１の色とは異なる第２の色の光を発する第２の有機ＥＬ素子と、前記第１及び第２の色とは異なる第３の色の光を発する第３の有機ＥＬ素子とを含み、前記第１から第３の有機ＥＬ素子のうちの１以上の有機ＥＬ素子について、予め設定された最大発光輝度の９０％〜１１０％の発光輝度の範囲内で、有機ＥＬ素子の発光効率が最大となるピークが位置することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項２に記載の有機ＥＬディスプレイであって、前記第１から第３の有機ＥＬ素子のうち、予め設定された最大発光輝度で最も高い電圧を要する有機ＥＬ素子について、当該予め設定された最大発光輝度の９０％〜１１０％の発光輝度の範囲内で、発光効率が最大となるピークが位置することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４の発明は、請求項２または請求項３に記載の有機ＥＬディスプレイであって、前記第１から第３の有機ＥＬ素子すべてについて、予め設定された最大発光輝度の９０％〜１１０％の発光輝度の範囲内に、発光効率が最大となるピークが位置することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５の発明は、請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の有機ＥＬディスプレイにおいて、前記第１の色が赤色、前記第２の色が緑色、前記第３の色が青色であり、前記第１乃至第３の色毎に予め定められた前記有機ＥＬ素子の最大発光輝度と、前記有機ＥＬ素子の発光効率が最大となる発光輝度との差ΔＳｐｋの値は、前記第１及び第２の有機ＥＬ素子よりも前記第３の有機ＥＬ素子で小さく、かつ前記第２の有機ＥＬ素子よりも前記第１の有機ＥＬ素子で小さくそれぞれ設定されていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６の発明は、画像表示装置において、請求項２乃至５のいずれかに記載の有機ＥＬディスプレイと、前記第１の有機ＥＬ素子に電力を供給する第１の電源回路と、前記第２の有機ＥＬ素子に電力を供給する第２の電源回路と、前記第３の有機ＥＬ素子に電力を供給する第３の電源回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７の発明は、画像表示装置において、請求項２乃至５のいずれかに記載の有機ＥＬディスプレイと、前記有機ＥＬ素子に電力を共通に供給する電源回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８の発明は、請求項６に記載の画像表示装置において、前記第１乃至第３の電源回路に共通に接続されるバッテリーを更に備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項９の発明は、請求項７に記載の画像表示装置において、前記電源回路に接続されるバッテリーを更に備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、予め設定された最大発光輝度の９０％〜１１０％の発光輝度の範囲内に、発光効率が最大となるピークが位置することで、有機ＥＬ素子において必要とされる電圧を低減することができるため、有機ＥＬディスプレイで必要とされる電圧を低減することができる。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明によれば、３種類の相互に異なる色の光を発する有機ＥＬ素子のうちの１以上の有機ＥＬ素子について、予め設定された最大発光輝度の９０％〜１１０％の発光輝度の範囲内に、発光効率が最大となるピークが位置することで、有機ＥＬディスプレイで必要とされる電圧を低下させることができる。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明によれば、３種類の相互に異なる色の光を発する有機ＥＬ素子のうち、最大発光輝度において最も高い電圧を要する有機ＥＬ素子について、予め設定された最大発光輝度の９０％〜１１０％の発光輝度の範囲内に、発光効率が最大となるピークが位置することで、有機ＥＬディスプレイで必要とされる電圧を容易に低減することができる。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明によれば、３種類の相互に異なる色の光を発する有機ＥＬ素子すべてについて、予め設定された最大発光輝度の９０％〜１１０％の発光輝度の範囲内に、発光効率が最大となるピークが位置することで、有機ＥＬディスプレイで必要とされる電圧をより効果的に低減することができる。
【００２１】
また、請求項５に記載の発明によれば、赤、緑および青色の有機ＥＬ素子毎に予め定められた最大発光輝度と、前記有機ＥＬ素子の発光効率が最大となる発光輝度との差ΔＳｐｋの値は、前記赤色及び緑色の有機ＥＬ素子よりも前記青色の有機ＥＬ素子で小さく、かつ前記緑色の有機ＥＬ素子よりも前記赤色の有機ＥＬ素子で小さくそれぞれ設定されているため、個々の色の特性を考慮して有機ＥＬ素子の前記ピークの位置が調整されることとなる。その結果、有機ＥＬディスプレイの生産性を高く維持しつつ、消費電力を小さく抑えることが可能となる。
【００２２】
また、請求項６または請求項７に記載の発明によれば、上述の有機ＥＬディスプレイと、前記第１乃至第３の有機ＥＬ素子に個別にまたは共通に電力を供給する電源回路を備えていることから、有機ＥＬディスプレイの消費電力低減によって電源回路を小型化することにより、小型の画像表示装置を実現できる。
【００２３】
また、請求項８または請求項９に記載の発明によれば、電源回路に接続されるバッテリーを更に備えていることから、有機ＥＬディスプレイの消費電力低減によってバッテリーを小型化することにより、小型の画像表示装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
＜用語に関する記載＞
本明細書において、「発光効率」とは、有機ＥＬ素子に流れる電流密度（例えば、単位：アンペア毎平方メートル［Ａ／ｍ2］）と、有機ＥＬ素子から発せられる光の輝度（例えば、単位：カンデラ毎平方メートル［ｃｄ／ｍ2］）とを測定し、輝度を電流密度で除した値で表される。また、適宜、有機ＥＬ素子の発光効率の最大値を基準値である１として、発光効率を示している。
【００２６】
＜有機ＥＬディスプレイの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１の構成を概略的に示す断面図である。この有機ＥＬディスプレイ２１は、トップエミッションタイプであり、図１に示すように、透明基板であるガラス基板（以下「基板」と略称）２３と、その基板２３上に形成された素子部２５と、その素子部２５の上に形成された調整層２６と、その調整層２６の上から素子部２５全体を覆うように形成された封止膜２７とを備えている。素子部２５は、基板２３側から順に、第１の電極３１、有機層３３及び第２の電極３５を備えている。そして、第１及び第２の電極３１，３５は有機層３３を挟み込んで相互に対向している。
【００２７】
また、有機ＥＬディスプレイ２１では、カラー発光を行うため、図２に示すように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色に対応して第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂが複数配設されている。なお、図２では、図示の便宜上、封止膜２７が省略されている。第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの有機層３３には、後述のように、赤、緑、青の各波長の光を発光するのに適した材料が用いられている。
【００２８】
調整層２６は、第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの光透過特性を調整するためのものである。封止膜２７は、有機層３３及び第２の電極３５等を封止するためのものであり、有機ＥＬディスプレイ２１の素子部２５が形成される領域を完全に覆うようにして形成されている。封止膜２７は、光透過性を有する絶縁材料、例えばＳｉＮｘ等により形成される。
【００２９】
素子部２５の構成について説明する。第１の電極３１は、有機層３３が発光した光の少なくとも一部を有機層３３側に反射するようになっており、例えば、Ａｌ等の反射電極（不透明電極）によって構成される。
【００３０】
第２の電極３５は、光を透過する導電材料によって構成される。なお、第２の電極３５は、半透明電極又は透明電極とすることができるが、半透明電極で構成される場合には、可視光を透過させるような光学特性を有している必要があるため、電極の膜厚を薄くすることでそのような光学特性を実現している。ここで、透明電極に好適な材料としては、例えばＩＴＯやＩＺＯ等がある。また、半透明電極に好適な材料としては、Ｌｉなどのアルカリ金属、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類金属、あるいはＡｌ，Ｓｉ，Ａｇ等がある。
【００３１】
有機層３３は、図２に示すように、基板２３側から順に、正孔又は電子の注入を行うための電荷注入層４１と、正孔又は電子の輸送を行うための電荷輸送層４３と、ＥＬ発光を行う発光層４５と、電子又は正孔の輸送を行うための電荷輸送層４７と、電子又は正孔の注入を行うための電荷注入層４９とを備えている。なお、本実施形態では、有機層３３を５層構造で形成したが、種々の条件に応じて２から４層構造等、種々の層構造が採用される。
【００３２】
有機層３３の構成及び材料は、例えば、第１及び第２の電極３１，３５の反射特性（不透明、半透明又は透明）及び極性（いずれを陽極側にするか等）、及び有機層３３の発光色の種類（赤色、緑色、青色）等に応じて決定される。具体例としては、例えば、Ａｌｑ3（アルミキノリール錯体）などの材料は、緑色の発光を行うとともに電子輸送性にも優れているため、緑色の発光を行う素子部２５においては発光層と電子輸送層とがＡｌｑ3などの単一材料で構成される場合がある。また、透明電極を用いる場合には、金属の電子注入層を用いる場合が多い。
【００３３】
＜発光輝度と発光効率との関係＞
図３は、一般的な有機ＥＬ素子の発光輝度と発光効率との関係を例示している。図３では、横軸が発光輝度、縦軸が発光効率を示している。そして、発光効率の最大値、及び使用する発光輝度の最大値（以下「最大発光輝度」と称する）がそれぞれ基準値である１とされ、発光輝度と発光効率との関係を示す曲線Ｃｖが示されている。なお、カラー表示可能な有機ＥＬ素子では、最も明るい色である白色を表示する場合に発光輝度が最大発光輝度となるように予め設定されている。
【００３４】
図３では、発光輝度が最大発光輝度よりも小さな値Ｓpkのときに、発光効率が最大（ピーク値）となる例が示されている。以下では、発光効率の最大値を「最大発光効率」と称し、最大発光効率が実現される発光輝度を「最大効率輝度」と称する。なお、「発光効率」は、発光輝度を電流密度で除することで求められるため、一定の電流に対して光が放出される効率を示している。
【００３５】
図４は、一般的な有機ＥＬ素子の回路構成を簡略化して示した模式図である。なお、有機ＥＬ素子の詳細な回路構成は、トランジスタ等の各種回路が複数組み合わせられて構成されているのが一般的であるが、図４では、図の複雑化を防ぐために、一般的な有機ＥＬ素子の回路構成を簡略化した概要を示している。
【００３６】
図４に示すように、電源１００によって一定の電源電圧Ｖを掛けた状態で、ＴＦＴ回路等によって構成されるトランジスタ２００により、有機ＥＬ素子に対応する発光ダイオード５１に流れる電流密度を調整することができる。
【００３７】
ところで、有機ＥＬ素子では、最大発光輝度時に最も高い電流密度（以下「最大電流密度」とも称する）を要する。このため、最大電流密度が得られるように、電源電圧Ｖを掛けておく必要性がある。
【００３８】
そこで、本願発明者らは、使用される輝度範囲のうちの最大値（最大発光輝度）において、第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂの発光効率を向上させるように調節することにより、有機ＥＬディスプレイ２１において必要とされる電圧を低減することを創出した。そして、この必要とされる電圧の低減により、昇圧回路等の電源回路の小型化や消費電力の低減を図ることも創出した。
【００３９】
＜発光効率の調整＞
図５は、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１の発光輝度と発光効率との関係、すなわち、最大発光輝度近傍において、第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂの発光効率が最大となるように調整した場合における発光輝度と発光効率との関係を例示している。
【００４０】
なお、図５では、図３と同様に、横軸が発光輝度、縦軸が発光効率を示しており、最大発光効率及び最大発光輝度がそれぞれ基準値である１とされ、発光輝度と発光効率との関係を示す曲線Ｃｖ１が示されている。更に、比較のために、図３で示した曲線Ｃｖが破線で示されている。
【００４１】
図５に示すように、図３で示された発光輝度と発光効率との関係（曲線Ｃｖ）と比較して、本実施形態に係る第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂでは、最大効率輝度Ｓpkが高輝度側へシフトしている。そして、最大発光輝度（発光輝度＝１）において発光効率がピーク値（最大発光効率）を示している。つまり、最大発光輝度において、第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂの発光効率が最大となるように設定されている。
【００４２】
このように、最大発光輝度における発光効率を向上させることで、有機ＥＬディスプレイ２１において必要とされる電圧を低減することができる。
【００４３】
なお、ここでは、図５に示すように、最大発光輝度（発光輝度＝１）において発光効率が最大となるように設定した例を示したが、これに限られない。例えば、最大発光輝度の９０％〜１１０％の発光輝度の範囲内において、発光効率が最大となるピークが位置するように調整すれば、最大発光輝度における発光効率を向上させることができ、ひいては、有機ＥＬディスプレイ２１において必要とされる電圧を低減することができる。但し、有機ＥＬディスプレイ２１において必要とされる電圧を極力低減するといった観点から言えば、最大発光輝度において第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂの発光効率が最大となるように設定した方が好ましく、最大発光輝度と最大効率輝度Ｓpkとが完全に一致することが最も好ましい。ただし、このような調整は非常に煩雑であることから、各色の最大効率輝度Ｓpkと最大発光輝度との差ΔＳpkの値は、B＜R＜Gの関係が成立するようにすることが好ましい。青色の有機ＥＬ素子５１ｂは、ＲＧＢの中で短波長であり、発光効率が悪い上に、視感度も低く、最大発光輝度と最大効率輝度Ｓpkとを最も近づけた方が好ましいからである。一方、緑色の有機ＥＬ素子５１ｇは、発光効率も良く、視感度も良いため、ＲＧＢの中では最大発光輝度と最大効率輝度Ｓpkとを近づける要請が最も低い。したがって、最大効率輝度Ｓpkと最大発光輝度との差ΔＳpkの値について、B＜R＜Gの関係が成立するようにすれば、有機ＥＬディスプレイの生産性低下を良好に防止しつつ、消費電力を小さく抑えることが可能となる。
【００４４】
ところで、各有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂの最大効率輝度をシフトさせる因子、すなわち発光輝度と発光効率との関係を示す曲線のピーク形状を調整する因子としては、有機層３３を構成する各層の膜厚、キャリアの移動度、及び不純物の濃度などが挙げられる。
【００４５】
ここで、各有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂについての最大効率輝度（すなわち発光輝度と発光効率との関係を示す曲線のピーク形状）の調整に関する因子ついて簡単に説明する。
【００４６】
図６は、第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂについてのポテンシャルダイヤグラムを例示する図である。ここでは、一例として、第１の電極３１としてＡｌが使用され、第２の電極３５としてＣａが使用され、電荷注入層４１が正孔注入層、電荷輸送層４３が正孔輸送層、電荷輸送層４７が電子輸送層、電荷注入層４９が電子注入層として構成されているものについて示している。
【００４７】
このような有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂを発光させる場合、図６中の矢印で示すように、正孔が、第１の電極３１側から正孔注入層４１、正孔輸送層４３、発光層４５の順に進む一方、電子が、第２の電極３５側から電子注入層４９、電子輸送層４７、発光層４５の順に進む。そして、発光層４５の発光面ＥＭにおいて正孔と電子とが結合することで、光が発生する。
【００４８】
ところで、有機ＥＬ素子の発光効率を示す代表的ものとして外部量子効率ηφがある。この外部量子効率ηφは、注入電子数に対して、有機ＥＬ素子外部に放射される光子数を割合で示したもので、外部量子効率ηφが高いほど、光子数は多くなる。そして、外部量子効率ηφは、下式（１）によって示される。
【００４９】
【数１】
2007266580.tif 000003
【００５０】
式（１）では、γはキャリアバランス因子（電荷バランス）、ηrが励起子生成効率、ηfが励起子からの発光量子効率、ηextが外部取出し効率（光取出し効率）を示している。つまり、外部量子効率ηφは、キャリアバランス因子γ、励起子生成効率ηr、発光量子効率ηf、及び外部取出し効率ηextの４つの積からなる。そして、この４つの値のうち、励起子生成効率ηr、発光量子効率ηf、及び外部取出し効率ηextの３つの値は有機ＥＬ素子に流れる電流値の変化があっても基本的に値は変化しない。その一方で、キャリアバランス因子γの値は、有機ＥＬ素子に流れる電流値の変化に伴って変化する。よって、図３及び図５で示したように、このキャリアバランス因子γの変化が、発光輝度の変化に対して発光効率のピークを生じさせる。
【００５１】
そこで、キャリアバランス因子γを適宜調整することで、発光輝度に対する発光効率を所望のものとすることができると考えられる。
【００５２】
ここで、キャリアバランス因子γを変動させる因子として、１）第１及び第２の電極３１，３５から有機層３３への電荷の注入障壁の高さ、２）有機層３３におけるキャリアの移動度、３）ドーピングによる有機層３３におけるキャリア密度、４）空間電荷制限電流（ＳＣＬＣ）等が挙げられる。
【００５３】
１）電荷の注入障壁の高さについては、障壁の高さによって電荷（正孔又は電子）が発光面ＥＭに到達する容易さが左右される。一般に、有機ＥＬ素子で使用される有機層では、正孔の方が注入され易いため、例えば、電子注入層４９を構成する材料を適宜変更することで電荷の注入障壁の高さを調整し、電子を注入し難くすれば、最大効率輝度を高輝度側にシフトさせることができる。
【００５４】
２）有機層３３におけるキャリアの移動度については、電荷の流れを阻害する不純物を有機層３３にドーピングすることで調整することができる。例えば、正孔が移動する経路上の各層（正孔注入層４１、及び正孔輸送層４３等）にドーピングされる不純物を減少させて、キャリアの移動度を上昇させることで、電子に対して正孔の移動を相対的に促進させ、結果として最大効率輝度を高輝度側にシフトさせることができる。
【００５５】
３）ドーピングによる有機層３３におけるキャリア密度は、ドーピングによって向上する。例えば、正孔が移動する経路上の各層（正孔注入層４１、及び正孔輸送層４３等）の移動度を向上させることで、電子に対して相対的に正孔の移動が促進され、結果として最大効率輝度を高輝度側にシフトさせることができる。
【００５６】
４）空間電荷制限電流は、有機層（有機半導体）中にトラップが存在しない場合、下式（２）で示される。
【００５７】
【数２】
2007266580.tif 000004
【００５８】
式（２）では、μはキャリアの移動度、ε0は真空の誘電率、εは有機薄膜の誘電率、Ｖは印加電圧、Ｌは有機層の膜厚を示している。
【００５９】
式（２）から明らかなように、電流値Ｊは、膜厚の３乗に逆比例する。このため、例えば、有機層３３の膜厚を一定に保持したまま、有機層３３を構成する各層の膜厚を適宜調整することで、電子の流れを阻害する一方、正孔の流れを促進させることができる。その結果、最大効率輝度を高輝度側にシフトさせることができる。
【００６０】
なお、有機ＥＬディスプレイにおける電力効率は、外部量子効率ηφに電圧効率を乗じたものであるため、上記の如く外部量子効率ηφを調整することで、電力効率を向上させることができる。電圧効率は、有機ＥＬ素子における電圧効率やＴＦＴ回路における電圧降下等の要因によって決まる。
【００６１】
以上のように、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１では、各有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂについて、最大発光輝度の９０％〜１１０％の発光輝度の範囲内で、有機ＥＬ素子の発光効率が最大となるように設定されている。このような構成を採用することで、各有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂにおいて必要とされる電圧を低減することができるため、有機ＥＬディスプレイ２１で必要とされる電圧を低減することができる。そして、印加する電圧を低減することができれば、消費電力が電圧に電流を乗じたものであることを考慮すると、結果として、有機ＥＬディスプレイ２１における消費電力の低減を図ることができる。
【００６２】
また、携帯電話に搭載されるディスプレイやパソコンの画面に適用することを考えれば、これらの画面では静止画を表示することが多く、その際には高い階調（高輝度）の使用頻度が高い。このような用途を考えると、上記のように、高輝度における発光効率を高めておくことで、消費電力の低減を図ることができる。
【００６３】
また、印加する電圧が低くても良ければ、電圧を供給する回路（電源回路）や電源回路に接続されるバッテリーの小型化も図ることができ、携帯電話等といった小型の機器に有機ＥＬディスプレイを搭載させる際に有効である。
【００６４】
また、特に、最大発光輝度において、各有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂの発光効率が最大となるように設定すると、各有機ＥＬ素子５１ｒ、５１ｇ、５１ｂにおいて必要とされる電圧をより効果的に低減することができる。すなわち、有機ＥＬディスプレイ２１で必要とされる電圧をより効果的に低減することができる。
【００６５】
また、有機層３３では、最大効率輝度よりも低い発光輝度時において、電子の数よりも正孔の数の方が多い状態（正孔リッチな状態）となる。そして、例えば、正孔に弱い有機層（図６の電子輸送層４７及び電子注入層４９）は正孔の侵入によって劣化し易いが、発光層４５と電子輸送層４７との間に正孔の侵攻を防ぐ正孔ブロック層を設けることで、電子輸送層４７及び電子注入層４９の劣化を防ぐことができる。その一方で、例えば、電子に弱い有機層（図６の正孔輸送層４３及び正孔注入層４１）は、電子の侵入によって劣化し易いが、電子ブロック層を形成する材料はほとんど存在しない。このため、有機層３３全体を見た場合に、正孔の数よりも電子の数の方が多い状態（電子リッチな状態）となると、電子が正孔輸送層４３及び正孔注入層４１に侵攻するため、有機層３３の劣化が進み易い。この点について、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬディスプレイ２１では、図５に示すように発光効率のピークが比較的高輝度側（図５では、最大発光輝度近傍）に設定されているため、有機層３３の劣化が抑制される。
【００６６】
＜変形例＞
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。
【００６７】
例えば、上記実施形態では、第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ全てについて、最大発光輝度の９０％〜１１０％の発光輝度の範囲内において、発光効率が最大となるように設定したが、これに限られない。例えば、第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂのうちの少なくとも１以上の有機ＥＬ素子について、最大発光輝度の９０％〜１１０％の発光輝度の範囲内において、発光効率が最大となるように設定しても、有機ＥＬディスプレイで必要とされる電圧を低下させることができる。
【００６８】
但し、例えば、第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに対してそれぞれ異なる電源回路を備えるような場合には、第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ全てについて、最大発光輝度の９０％〜１１０％の発光輝度の範囲内において、発光効率を最大に設定する方が、有機ＥＬディスプレイ２１全体として、必要となる電圧および電力消費量の低減、ならびに電源回路やバッテリーの小型化をさらに効果的に行う上で好ましい。
【００６９】
また、例えば、第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂのうちの少なくとも１以上の有機ＥＬ素子について、発光効率が最大発光輝度において最大となるように設定しても、有機ＥＬディスプレイで必要とされる電圧を更に低下させることができる。
【００７０】
但し、例えば、第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに対してそれぞれ異なる電源回路を備えるような場合には、第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ全てについて、発光効率が最大発光輝度において最大となるように設定する方が、有機ＥＬディスプレイ２１全体として、必要となる電圧および電力消費量の低減、ならびに電源回路の小型化サイズをより一層効果的に行う上で好ましい。
【００７１】
また、携帯電話等の小型の機器に有機ＥＬディスプレイを搭載する際には、電源回路の小型化を図るために、例えば、第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに対して、１つの共通の電源回路を用いる場合がある。そして、各有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂでは、有機層３３の材料の種類や光の波長のエネルギー等に起因して、第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂのうち、例えば、第３の有機ＥＬ素子５１ｂにおいて発光に要する電圧が最も高くなる場合がある。
【００７２】
このように、第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂのうち、第３の有機ＥＬ素子５１ｂの発光に要する電圧が最も高くなる場合について説明する。なお、ここでは、有機ＥＬディスプレイ２１の最高階調の光（すなわち白色光）の輝度が２００ｃｄ／ｍ2であるものとする。
【００７３】
２００ｃｄ／ｍ2の白色光を得るためには、１つの画素から出射されるＢ色光の最高輝度が５０ｃｄ／ｍ2、１つの画素から出射されるＲ色光の最高輝度が６０ｃｄ／ｍ2、１つの画素から出射されるＧ色光の最高輝度が９０ｃｄ／ｍ2だけ必要となる。
【００７４】
そして、５０ｃｄ／ｍ2のＢ色光を得るためには、素子が発光している時間の割合（デューティ）と画素の開口率とを考慮すると、実際に光を発する第３の有機ＥＬ素子５１ｂでは１４２８ｃｄ／ｍ2の光を発する必要性がある。つまり、第３の有機ＥＬ素子５１ｂの最大発光輝度を約１４３０ｃｄ／ｍ2とする必要性がある。
【００７５】
図７に示すように、各画素は発光と非発光とを繰り返す特性を有し、素子が発光している時間の割合がデューティである。図８に示すように１つの画素はＲＧＢの発光領域に３分割されており、更に、各色光をそれぞれ発する部分は更に小さくなっている。そして、１つの画素のうち一色の光を発する部分が占める割合が開口率である。なお、ここで、デューティを約４４％、開口率を８（＝[１／３]×２４）％とすると、第３の有機ＥＬ素子５１ｂの最大発光輝度として、１４３０（≒５０×[１００／４４]×[１００／８]）ｃｄ／ｍ2が算出される。また、同様な計算により、第１の有機ＥＬ素子５１ｒの最大発光輝度が１７１４ｃｄ／ｍ2と算出され、第２の有機ＥＬ素子５１ｇの最大発光輝度が２５７０ｃｄ／ｍ2と算出される。
【００７６】
更に、第３の有機ＥＬ素子５１ｂが最大発光輝度（１４３０ｃｄ／ｍ2）で発光する際の電圧効率は約１７０ｃｄ／ｍ2／Ｖであるため、約８．４Ｖの駆動電圧が必要となる。また、第１の有機ＥＬ素子５１ｒが最大発光輝度（１７１４ｃｄ／ｍ2）で発光する際の電圧効率は約２３０ｃｄ／ｍ2／Ｖであるため、約７．５Ｖの駆動電圧が必要となる。更に、第２の有機ＥＬ素子５１ｇが最大発光輝度（２５７０ｃｄ／ｍ2）で発光する場合の電圧効率は約３９５ｃｄ／ｍ2／Ｖであるため、約６．５Ｖの駆動電圧が必要となる。
【００７７】
したがって、このような構成では、第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂのうち、第３の有機ＥＬ素子５１ｂに対して、最も高い駆動電圧（約８．４Ｖ）が必要となる。
【００７８】
そして、第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに対して共通の電源回路を用いる場合には、第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂのうち、少なくとも最大発光輝度において最も高い電圧を要する第３の有機ＥＬ素子５１ｂについて、最大発光輝度の９０％〜１１０％の発光輝度の範囲内において、発光効率が最大となるように設定すれば、共通の電源回路の電圧を容易に低減することができる。その結果、共通の電源回路の小型化も図ることができる。この場合、共通の電源回路にバッテリーを接続すれば良い。なお、第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに対して共通の電源回路を用いない場合でも、少なくとも最大発光輝度において最も高い電圧を要する第３の有機ＥＬ素子５１ｂについて、最大発光輝度の９０％〜１１０％の発光輝度の範囲内において、発光効率が最大となるように設定されれば、必要な電圧および電力消費量の低減、ならびに電源回路のサイズの小型化を図ることができる。この場合、第１の有機ＥＬ素子５１ｒに対して用いられる第１の電源回路と、第２の有機ＥＬ素子５１ｇに対して用いられる第２の電源回路と、第３の有機ＥＬ素子５１ｂに対して用いられる第３の電源回路と、に対して共通に接続されるバッテリーが設けられる態様が考えられる。
【００７９】
なお、上記では、第１から第３の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇ，５１ｂのうち、第３の有機ＥＬ素子５１ｂが最大発光輝度において最も高い電圧を要したが、これに限られず、他の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇが最大発光輝度において最も高い電圧を要する場合もある。このような場合には、他の有機ＥＬ素子５１ｒ，５１ｇが、まず発光効率のピーク位置の調整対象となる。
【００８０】
また、上記実施形態では、ＲＧＢの３色を発光することができる有機ＥＬディスプレイ２１を挙げて説明したが、これに限られず、例えば、モノクロの有機ＥＬディスプレイ等といった、少なくとも１色以上の光を発することができる有機ＥＬディスプレイに対しても本発明を適用することで、有機ＥＬディスプレイにおいて必要とされる電圧を低減することができる。
【実施例】
【００８１】
本実施例では、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、陰極の順に積層した有機ＥＬ素子を作製した。各層の構成は下記の通りである。
【００８２】
(a) 陽極（第１の電極）
材料：ＩＴＯ
(b) 正孔注入層
材料：ＣｕＰｃ    膜厚：５０Å
(c) 正孔輸送層
材料：α−ＮＰＤ    膜厚：２３０Å
(d) 発光層
材料：Ａｌｑ3（ホスト材料）：Ｒｕｂｒｅｎｅ（ドーピング材料）
Ａｌｑ3：Ｒｕｂｒｅｎｅ＝９９質量％：１質量％
膜厚：２４０Å
(e) 電子輸送層
材料：Ａｌｑ    膜厚：２００Å
(f) 電子注入層
材料：ＬｉＦ    膜厚：５Å
(g) 陰極（第２の電極）
材料：Ｍｇ：Ａｇ（Ｍｇ−Ａｇ合金）、Ｍｇ：Ａｇ＝９０質量％：１０質量％
【００８３】
図９は、上記の実施例の構成について、発光時における電流密度と発光輝度とを測定し、発光輝度と発光効率との関係を示した図である。図９では、曲線Ｃ１が、実施例の構成に係る結果を示している。
【００８４】
また、図９では、比較のために、実施例の構成を基準として、各有機層を構成する材料並びに厚みの比率（すなわち基本素子構造）を保持したまま、有機層の合計膜厚を約１．３１倍とした比較例１、有機層の合計膜厚を約１．６０倍とした比較例２、及び有機層の合計膜厚を約２．００倍とした比較例３の構成に係る結果を示している。なお、曲線Ｃ２が、比較例１の構成に係る結果を示し、曲線Ｃ３が、比較例２の構成に係る結果を示し、曲線Ｃ４が、比較例３の構成に係る結果を示している。
【００８５】
なお、ここでは、１４３０ｃｄ／ｍ2が最大発光輝度として設定されているものとして説明する。
【００８６】
図９に示すように、実施例の最大効率輝度（発光効率が最大となるときの発光輝度）は約１４３０ｃｄ／ｍ2であり、最大発光輝度と最大効率輝度とが略一致している。これに対して、比較例１の最大効率輝度は１１１９ｃｄ／ｍ2であり、比較例２の最大効率輝度は８８６ｃｄ／ｍ2であり、比較例３の最大効率輝度は６４０ｃｄ／ｍ2であり、最大効率輝度が最大発光輝度付近にはなく、最大発光輝度における発光効率は若干低いものとなっている。
【００８７】
このように、各有機層を構成する材料並びに厚みの比率（すなわち基本素子構造）を保持したまま、有機層の合計膜厚を減少させることで、最大効率輝度を変更して、最大発光輝度と最大効率輝度とを略一致させることができる。
【００８８】
図１０は、上記の実施例の構成について、効率最大輝度と最大発光輝度時に必要な駆動電圧との関係をプロットした図である。図１０では、プロットＰ１が、実施例の構成に係る結果を示している。また、図１０では、比較のために、上記比較例１〜３の構成に係る結果を示している。なお、プロットＰ２が、比較例１の構成に係る結果を示し、プロットＰ３が、比較例２の構成に係る結果を示し、プロットＰ４が、比較例３の構成に係る結果を示している。更に、図１０では、実施例と比較例１との間の合計膜厚を有する構成に係る結果も示している。なお、実施例の合計膜厚を１とした場合の比較例１〜３ならびにその他の構成について、膜厚、最大発光輝度時の駆動電圧、及び最大効率輝度の関係を示したテーブルを図１１に示している。
【００８９】
図１０に示すように、最高効率輝度を最大発光輝度に近づければ近づける程、最大発光輝度に必要な駆動電圧を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイの構成を示す断面図である。
【図３】一般的な有機ＥＬ素子の発光輝度と発光効率との関係を例示する図である。
【図４】有機ＥＬディスプレイの回路構成を簡略化して示した模式図である。
【図５】調整後の発光輝度と発光効率との関係を例示する図である。
【図６】有機ＥＬ素子のポテンシャルダイヤグラムを示す図である。
【図７】有機ＥＬ素子が発光している時間の割合を示す図である。
【図８】画素中を占める発光領域の割合を示す図である。
【図９】実施例及び比較例の発光輝度と発光効率との関係を示す図である。
【図１０】実施例及び比較例の最大効率輝度と必要な電圧との関係を示す図である。
【図１１】実施例及び比較例についての膜厚、最大発光輝度時の駆動電圧、及び最大効率輝度の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
２１  有機ＥＬディスプレイ
２３  基板
２５  素子部
２６  調整層
２７  封止膜
３１  第１の電極
３３  有機層
３５  第２の電極
４１  正孔注入層（電荷注入層）
４３  正孔輸送層（電荷輸送層）
４５  発光層
４７  電子輸送層（電荷輸送層）
４９  電子注入層（電荷注入層）
５１  発光ダイオード
５１ｒ，５１ｂ，５１ｇ  有機ＥＬ素子
１００  電源
Ｓpk  最大効率輝度
Ｖ  電源電圧
【図１】
2007266580.tif 000005
【図２】
2007266580.tif 000006
【図３】
2007266580.tif 000007
【図４】
2007266580.tif 000008
【図５】
2007266580.tif 000009
【図６】
2007266580.tif 000010
【図７】
2007266580.tif 000011
【図８】
2007266580.tif 000012
【図９】
2007266580.tif 000013
【図１０】
2007266580.tif 000014
【図１１】
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