(57)【要約】【課題】色変換層からの変換光の強度を増強される色変換方式の有機ＥＬ素子、および色調視野角依存性が小さく簡便な方法で製造できる有機ＥＬディスプレイの提供。【解決手段】少なくとも一対の電極と、該一対の電極に挟持され、発光層を含む機能層と、発光層より放出された光を吸収して異なる波長の光を放出する色変換層と、一対の光反射層とを有し、発光層および色変換層は、一対の光反射層の中間に配置され、一対の光反射層は、不透過性反射層および半透過性反射層から構成され、不透過性反射層と該半透過性反射層との間の間隔は、色変換層から放射された光のうち特定波長の光の強度を増強するような微小共振器を構成するような光学距離に設定されていることを特徴とする微小共振器色変換ＥＬ素子およびそれを用いたディスプレイ。【選択図】図２
2009205928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の電極と、該一対の電極に挟持され、発光層を含む機能層と、発光層より放出された光を吸収して異なる波長の光を放出する色変換層と、一対の光反射層とを有し、
該発光層および該色変換層は、該一対の光反射層の中間に配置され、
該一対の光反射層は、不透過性反射層および半透過性反射層から構成され、
該不透過性反射層と該半透過性反射層との間の間隔は、前記色変換層から放射された光のうち特定波長の光の強度を増強するような微小共振器を構成するような光学距離に設定されている
ことを特徴とする微小共振器色変換ＥＬ素子
【請求項２】
該一対の電極が透明電極および光反射性電極から構成され、および該光反射性電極が前記不透過性反射層としても機能することを特徴とする請求項１に記載の微小共振器色変換ＥＬ素子。
【請求項３】
前記光反射性電極が、金属で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の微小共振器色変換ＥＬ素子。
【請求項４】
前記光反射性電極が、金属と透明導電層との積層体で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の微小共振器色変換ＥＬ素子。
【請求項５】
前記金属が、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｔａの単体、あるいはこれらの合金からなる群から選択されることを特徴とする請求項３または４に記載の微小共振器色変換ＥＬ素子。
【請求項６】
前記金属が、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｔａからなる群から選択される少なくとも１種と、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａからなる群から選択される少なくとも１種との合金であることを特徴とする請求項３に記載の微小共振器色変換ＥＬ素子。
【請求項７】
前記色変換層が、前記発光層と前記半透過性反射層との間に設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の微小共振器色変換ＥＬ素子。
【請求項８】
前記半透過性反射層が金属膜であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の微小共振器色変換ＥＬ素子。
【請求項９】
前記半透過性反射層を構成する金属膜が、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｌｉおよびこれらを主成分とする合金からなる群から選択される金属で形成されていることを特徴とする請求項８に記載の微小共振器色変換ＥＬ素子
【請求項１０】
前記一対の光反射層の間に存在する全ての層境界において、隣接する２つの層の発光層の発光波長域における屈折率の差は、０．３５以内であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の微小共振器色変換ＥＬ素子。
【請求項１１】
前記色変換層が、１種または複数種の有機色素のみで形成される層であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の微小共振器色変換ＥＬ素子。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の微小共振器色変換ＥＬ素子と、
少なくとも一対の電極と、該一対の電極に挟持される発光層を含む機能層と、一対の光反射層とを有し、該発光層が該一対の光反射層の間に配置され、該一対の光反射層間の距離が、前記発光層から放射された光のうち特定波長の光強度を増強するような微小共振器を構成するような光学距離に設定されている微小共振器ＥＬ素子と
を含み、青色、緑色および赤色の副画素が、該微小共振器色変換ＥＬ素子または微小共振器ＥＬ素子のいずれかで構成されていることを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項１３】
青色副画素が微小共振器ＥＬ素子で構成され、緑色副画素および赤色副画素が微小共振器色変換ＥＬ素子で構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の有機ＥＬディスプレイ。
【請求項１４】
青色副画素および赤色副画素が微小共振器ＥＬ素子で構成され、緑色副画素が微小共振器色変換ＥＬ素子で構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の有機ＥＬディスプレイ。
【請求項１５】
青色副画素および緑色副画素が微小共振器ＥＬ素子で構成され、赤色副画素が微小共振器色変換ＥＬ素子で構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の有機ＥＬディスプレイ。
【請求項１６】
前記微小共振器色変換ＥＬ素子において、前記一対の電極の一方が透明電極であり、前記色変換層が前記透明電極と前記半透過性反射層との間に配置されていることを特徴とする請求項１３から１５のいずれかに記載の有機ＥＬディスプレイ。
【請求項１７】
青色、緑色および赤色副画素において、微小共振器色変換ＥＬ素子または微小共振器ＥＬ素子の光出射側に、各副画素の色に対応したカラーフィルタ層をさらに含むことを特徴とする請求項１２から１６のいずれかに記載の有機ＥＬディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多色発光エレクトロルミネッセンス素子に関する。本発明の多色発光エレクトロルミネッセンス素子は、パーソナルコンピューター、ワードプロセッサー、テレビ、ファクシミリ、オーディオ、ビデオ、カーナビゲーション、電気卓上計算機、電話機、携帯端末機ならびに産業用計測器等に利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
情報機器の多様化、省スペース化のニーズに伴い、ＣＲＴよりも低消費電力で、空間占有面積の少ない、フラットパネルディスプレイの開発が精力的に行われている。中でも自発光型で高精細化が可能な、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子を用いたエレクトロルミネッセンスディスプレイへの期待が高まっている。
【０００３】
ＥＬ素子に関して、これまで発光効率の向上、エネルギー変換効率の向上に焦点をあてた研究が多くなされている。ＥＬ素子の発光効率を下げている原因の一つに、発光層で生じた光の半分以上が、素子あるいは透明基板内に閉じ込められてしまうことが良く知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
素子あるいは透明基板内に閉じ込められた光を取り出せるようにして発光効率を向上させる方法の１つとして、微小共振器構造を用いることが広く知られている（例えば、非特許文献２参照）。また、この原理を利用した有機ＥＬ素子が提案されている（たとえば、特許文献１および２参照）。
【０００５】
微小共振器構造を適用すると、発光層内で発生した光子が、指向性を持って出射されるようになり、また、光子のエネルギー分布がシャープに、すなわち発光スペクトルがシャープになりピーク強度が数倍〜数十倍にもなるという効果が得られ、発光層で得られる発光強度の増強効果、単色化の効果が得られる。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２８３２７１号公報
【特許文献２】国際公開第９４／７３４４号パンフレット
【特許文献３】特開平３−１５２８９７号公報
【特許文献４】特許第２８３８０６３号公報
【特許文献５】特開２００２−３５９０７６号公報
【特許文献６】特開２００４−１１５４４１号公報
【特許文献７】特開２００３−２１２８７５号公報
【特許文献８】特開２００３−２３８５１６号公報
【特許文献９】特開２００３−８１９２４号公報
【特許文献１０】国際公開第２００３／０４８２６８号パンフレット
【非特許文献１】Advanced Materials, vol.6. p.491 (1994)
【非特許文献２】Applied Physics Letters, vol.64, p.2486 (1994)
【非特許文献３】Max Born & Emil Wolf著、「Principles of Optics」（2nd edition、1964年、Pergamon Press）
【非特許文献４】O. S. Heavens著、「Optical Properties of Thin Solid Films」（1991年、Dover Publishing Inc.）
【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、この微小共振器ＥＬ素子をカラーディスプレイに適用しようとすると、赤、青、緑の各色に対応した画素ごとに、共振器を構成する一対のミラー間の光学距離を調節する必要があり、製造工程が、複雑なものとなる。赤、青、緑色に対応した発光層をそれぞれの色の画素に用いる場合は、その発光層の膜厚を変更することによって、ミラー間の光学距離を調節することも考えられるが、色毎に発光効率が変化したり、劣化速度が変化したりと、画素毎に駆動特性が大きく変わることになり、ディスプレイとして仕上げるのが困難となる。
【０００８】
一方、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に対応した発光層をそれぞれの色の副画素に用いるカラー化方法よりも、製造工程が簡略なＥＬ素子の多色化の方法として、発光層から放射される光を吸収して異なる波長の光を放出する色変換層を用いる蛍光変換法が提案されている（特許文献３参照）。また、この技術と微小共振器ＥＬ素子とを組み合わせる技術が提案されている（特許文献４および５参照）。図１に、従来技術の微小共振器有機ＥＬ素子の１例を示す。図１（ａ）の微小共振器有機ＥＬ素子は、透明基板５１０の上に、色変換層５４０、平坦化層５６０、半透過性反射層５５２、透明電極５２２、発光層５３２を含む機能層５３０、反射電極５２１が積層された構造を有する。図１（ａ）においては、正孔注入・輸送層５３１、発光層５３２および電子注入・輸送層５３３からなる機能層５３０の例を示した。ここで、半透過性反射層５５２と、不透過性反射層５５１としても機能する反射電極５２１とによって微小共振器が形成され、その有効光路長６００は、半透過性反射層５５２と反射電極５２１（５５１）とによって確定され、発光層５３２の発光波長に関して最適化される。また、色変換層５４０は、微小共振器構造の外側に配置されている。
【０００９】
微小共振器構造および蛍光変換層を用いてＲＧＢの副画素を有するカラーＥＬディスプレイを作製する場合、図１（ｂ）に示すように、青色（Ｂ）副画素においては微小共振器ＥＬ素子からの青色の発光を放射し、および緑色（Ｇ）副画素および赤色（Ｒ）副画素においては、この微小共振器ＥＬ素子から放射された光を、それぞれ赤色変換層５４０Ｒおよび緑色変換層５４０Ｇにおいて蛍光変換して得られる変換光を放射することになる。
前述の通り、微小共振器ＥＬ素子から放射される発光（すなわち、青色出力光）は比較的強い指向性を有している。一方、色変換層５４０から放射される変換光（すなわち、赤色出力光および緑色出力光）の放射方向は等方的である。このため、図１（ｂ）に示すカラーディスプレイは、大きな色調視野角依存性（斜め方向から見た場合に黄色がかる）を示し、実用性に乏しい。
【００１０】
本発明は、このような微小共振器ＥＬ素子および蛍光変換法をカラーディスプレイへ応用する際に生じる課題を解決するためになされたものであって、簡便な製造方法にて、高効率なＥＬ素子を用いた高輝度カラーディスプレイを実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の実施形態の微小共振器色変換ＥＬ素子は、少なくとも一対の電極と、該一対の電極に挟持され、発光層を含む機能層と、発光層より放出された光を吸収して異なる波長の光を放出する色変換層と、一対の光反射層とを有し、該発光層および該色変換層は、該一対の光反射層の中間に配置され、該一対の光反射層は、不透過性反射層および半透過性反射層から構成され、該不透過性反射層と該半透過性反射層との間の間隔は、前記色変換層から放射された光のうち特定波長の光の強度を増強するような微小共振器を構成するような光学距離に設定されていることを特徴とする。
【００１２】
この実施形態において、該一対の電極を透明電極および光反射性電極から構成して、該光反射性電極を前記不透過性反射層としても機能させてもよい。ここで、光反射性電極が、金属で形成されていてもよく、金属と透明導電層との積層体であってもよい。具体的には、該金属として、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｔａの単体、あるいはこれらの合金を用いてもよい。あるいはまた、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｔａからなる群から選択される少なくとも１種と、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａからなる群から選択される少なくとも１種との合金を用いて光反射性電極を形成してもよい。
【００１３】
また、本実施形態において、色変換層が、発光層と半透過性反射層との間に設けられていてもよい。ここで、色変換層が、１種または複数種の有機色素のみで形成される層であることが望ましい。
【００１４】
さらに、半透過性反射層が金属膜であってもよい。具体的には、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｍｇ、またはこれらを主成分とする合金から形成される金属膜を半透過性反射層として用いてもよい。
【００１５】
本実施形態において、一対の光反射層の間に存在する全ての層境界において、隣接する２つの層の発光層の発光波長域における屈折率の差が、０．３５以内であることが望ましい。
【００１６】
本発明の第２の実施形態の有機ＥＬディスプレイは、第１の実施形態に記載の微小共振器色変換ＥＬ素子と、少なくとも一対の電極と、該一対の電極に挟持される発光層を含む機能層と、一対の光反射層とを有し、該発光層が該一対の光反射層の間に配置され、該一つの光反射層間の距離が、前記発光層から放射された光のうち特定波長の光強度を増強するような微小共振器を構成するような光学距離に設定されている微小共振器色変換ＥＬ素子とを含み、青色、緑色および赤色の副画素が、該微小共振器色変換ＥＬ素子または微小共振器ＥＬ素子のいずれかで構成されていることを特徴とする。
【００１７】
たとえば、青色副画素を微小共振器ＥＬ素子で構成し、緑色副画素および赤色副画素を微小共振器色変換ＥＬ素子してもよい。あるいはまた、青色副画素および赤色副画素を微小共振器ＥＬ素子で構成し、緑色副画素を微小共振器色変換ＥＬ素子で構成してもよい。さらに、青色副画素および緑色副画素を微小共振器ＥＬ素子で構成し、赤色副画素を微小共振器色変換ＥＬ素子で構成してもよい。
【００１８】
本実施形態において用いる微小共振器色変換ＥＬ素子において、前記一対の電極の一方が透明電極であり、前記色変換層が前記透明電極と前記半透過性反射層との間に配置されている構成をとることができる。
【００１９】
さらに、青色、緑色および赤色副画素において、微小共振器色変換ＥＬ素子または微小共振器ＥＬ素子の光出射側に、各副画素の色に対応したカラーフィルタ層をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上の構成を採る微小共振器色変換有機ＥＬ素子においては、微小共振器構造を構成する一対の反射層の中間に色変換層を設け、微小共振器構造の光路長を色変換層から放射される特定波長の光の共振条件に適合させることによって、色変換層からの変換光の強度を増強させることができる。特に、１種または複数種の有機色素のみから色変換層を形成することで、色変換層の屈折率をＥＬ素子を構成する薄膜材料の屈折率に近くすることができる。その結果として、色変換層において発光層が発光する光の大部分を吸収して蛍光変換できるため、色変換層からの変換光の強度をより増強させることが可能となる。
【００２１】
また、微小共振器ＥＬ素子と本発明の微小共振器色変換ＥＬ素子とを組み合わせてカラーディスプレイを作製することにより、色調の視野角依存のない高効率ＥＬディスプレイを簡便に提供可能となる。なぜなら、微小共振器色変換ＥＬ素子から放射される変換光は、微小共振器構造の存在によって指向性を付与され、その指向性は微小共振器ＥＬ素子の発光の指向性とほぼ同等であるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［微小共振器色変換ＥＬ素子］
本発明の第１の実施形態の微小共振器色変換ＥＬ素子は、一対の光反射層により形成される微小共振器構造内に発光層および色変換層を収容し、微小共振器の有効光路長、すなわち一対の光反射層間の間隔は、色変換層から放射される光の内の特定波長を増強するように設定されることを特徴とする。
【００２３】
より具体的には、微小共振器色変換ＥＬ素子は、少なくとも一対の電極と、該一対の電極に挟持され、発光層を含む機能層と、発光層より放出された光を吸収して異なる波長の光を放出する色変換層と、一対の光反射層とを有する。該一対の光反射層は、不透過性反射層および半透過性反射層から構成され、該発光層および該色変換層は、該一対の光反射層の中間に配置される。
【００２４】
本実施形態における「色変換層から放射される光の内の特定波長を増強するような設定」とは、色変換層から放射される波長λCCMの光が素子面に対して垂直に放射される際にその光が共振して増強される条件を意味し、式（１）の条件を満たすことを意味する。
０．９・λCCM≦４π・Σｎiｄi／（２ｍπ−δ）≦１．１・λCCM    （１）
（式中、Σは、一対の光反射層の間にある全ての層に関する総和をとることを意味し；ｎiおよびｄiは、一対の光反射層の間にあるそれぞれの層の屈折率および膜厚を意味し；δは、一対の光反射層における光の反射に際する位相変化を意味し；およびｍは整数である。）
【００２５】
ここで、光反射による位相変化δは、半透過性反射層での反射の位相変化および不透過性反射層での反射の位相変化の総和であり、文献既知の方法によって求めることができる（たとえば、非特許文献３および４参照）。
【００２６】
なお、式（１）の条件は、微小共振器構造内（すなわち、一対の光反射層の間にある）の全ての層の屈折率がほぼ等しく、これらの層の界面における反射が起こらず、光の反射が半透過性反射層および不透過性反射層のみにおいて起こることを仮定している。しかしながら、本発明においては微小共振器構造内に存在する全ての層境界において、隣接する２つの層の発光層の発光波長域における屈折率の差が、望ましくは０．３５以内、より好ましくは０．２５以内であるように、各層の材料が選択される。したがって、微小共振器構造内の層間で反射が起こらないという仮定は十分に妥当であり、本発明の目的における微小共振器構造内の各層の膜厚の決定において式（１）は十分に妥当な条件である。
【００２７】
あるいはまた、微小共振器構造内の１つまたは複数の界面における反射を無視することができない場合、それら界面における反射を考慮した各層の複素屈折率を用いる順次計算によって波長λCCMの光の共振条件を理論的に求めて、微小共振器構造内の各層の膜厚を決定してもよい。
【００２８】
また、式（１）を用いて、各層の膜厚を決め、その際の総膜厚の付近で、例えば１０ｎｍずつ膜厚を変更した素子を作製してみて、波長λCCMが増強される膜厚条件を見出してもよい。
【００２９】
本実施形態の微小共振器色変換ＥＬ素子の構造の１つの例を図２に示す。図２（ａ）の素子は、支持基板１０の上に、反射性電極２１、機能層３０、透明電極２２、色変換層４０および半透過性反射層５２が積層された構造を有する。ここで、反射性電極２１および透明電極２２が一対の電極を構成する。また、反射性電極２１は、不透過性反射層５１としても機能し、半透過性反射層５２とともに一対の光反射層を構成する。さらに、図２（ａ）においては、機能層３０が、電子注入・輸送層３１、発光層３２および正孔注入・輸送層３３から構成される例を示した。
【００３０】
図２（ａ）に示した素子においては、反射性電極２１と半透過性反射層５２とによって微小共振器が構成され、微小共振器の有効光路長１００が画定される。この素子については、機能層３０を構成する各層、透明電極２２および色変換層４０が式（１）の条件の対象となり、式（１）の条件を満たすようにこれらの層の材料および膜厚が決定される。
【００３１】
図２（ｂ）に、微小共振器色変換ＥＬ素子の構造の変形例を示す。図２（ｂ）の素子は、反射性電極２１が金属層２１ａと透明導電層２１ｂとの積層体である点を除いて、図２（ａ）の素子と同様である。この変形例においては、金属層２１ａが不透過性反射層５１として機能する。したがって、金属層２１ａと半透過性反射層５２とによって微小共振器が構成され、微小共振器の有効光路長１００が画定される。この素子については、機能層３０を構成する各層、透明電極２２および色変換層４０に加えて、透明導電層２１ｂが式（１）の条件の対象となり、式（１）の条件を満たすようにこれらの層の材料および膜厚が決定される。反射性電極２１を金属層２１ａと透明導電層２１ｂの積層体とする利点は、透明導電層２１ｂを用いて微小共振器構造の光路長条件を調整できる点、また、反射性電極２１に隣接する機能層３０が正孔輸送性材料のものを用いる場合に、良好な正孔注入性を確保できることにある。
【００３２】
本実施形態の微小共振器色変換ＥＬ素子の構造の別の例を図３に示す。図３の素子は、支持基板１０の上に、反射性電極２１、機能層３０、および半透過性電極２３が積層された構造を有する。ここで、反射性電極２１および半透過性電極２３が一対の電極を構成する。また、反射性電極２１が不透過性反射層５１として、および半透過性電極２３が半透過性反射層５２として機能し、反射性電極２１および半透過性電極２３が一対の光反射層を構成する。
【００３３】
さらに、図３においては、機能層３０が、電子注入・輸送層３１、発光層３２、正孔注入・輸送層３３、およびキャリア輸送性色変換層３４（４０）から構成される例を示した。図３においては、キャリア輸送性色変換層３４（４０）が正孔輸送性であり、半透過性電極２３と接触している構成例を示したが、キャリア輸送性色変換層３４（４０）を電子輸送性として、反射性電極２１と接触させる構成を採ってもよい。
【００３４】
図３に示した素子においては、反射性電極２１と半透過性電極２３とによって微小共振器が構成され、微小共振器の有効光路長１００が画定される。この素子については、機能層３０を構成する電子注入・輸送層３１、発光層３２、正孔注入・輸送層３３、およびキャリア輸送性色変換層３４（４０）が式（１）の条件の対象となり、式（１）の条件を満たすようにこれらの層の材料および膜厚が決定される。なお、この例においても、反射性電極２１を金属層と透明導電層との積層体で構成してもよく、その場合には微小共振器の有効光路長は図２（ｂ）の構造と同様に画定される。
【００３５】
本実施形態の微小共振器色変換ＥＬ素子の構造の別の例を図４に示す。図４の素子は、支持基板１０の上に、反射性電極２１、機能層３０、透明電極２２および半透過性反射層５２が積層された構造を有する。ここで、反射性電極２１および透明電極２２が一対の電極を構成する。また、反射性電極２１は不透過性反射層５１としても機能し、反射性電極２１および半透過性反射層５２が一対の光反射層を構成する。
【００３６】
さらに、図４においては、機能層３０が、電子注入・輸送層３１、発光層３２、正孔注入・輸送層３３、およびキャリア輸送性色変換層３４（４０）から構成される例を示した。
【００３７】
図４に示した素子においては、反射性電極２１と半透過性反射層５２とによって微小共振器が構成され、微小共振器の有効光路長１００が画定される。この素子については、機能層３０を構成する各層および透明電極２２が式（１）の条件の対象となり、式（１）の条件を満たすようにこれらの層の材料および膜厚が決定される。なお、この例においても、反射性電極２１を金属層と透明導電層との積層体で構成してもよく、その場合には微小共振器の有効光路長は図２（ｂ）の構造と同様に画定される。
【００３８】
図２〜４に示した微小共振器色変換ＥＬ素子においては、光反射性電極２１を陰極として用い、透明電極２２または半透過性電極２３を陽極として用いた。しかしながら、本実施形態においては、光反射性電極２１を陽極として用い、透明電極２２または半透過性電極２３を陰極として用いることも可能である。この場合には、機能層３０は、光反射性電極２１の側から、正孔注入・輸送層３３、発光層３２、電子注入・輸送層３１および存在する場合にはキャリア輸送性色変換層３４の構成となる。
【００３９】
また、図２〜４に示した微小共振器色変換ＥＬ素子の機能層３０を構成する層のうち、電子注入・輸送層３１および正孔注入・輸送層３３は、任意選択的に設けてもよい層である。電子注入・輸送層３１および正孔注入・輸送層３３は、それぞれ、単一の層であってもよいし、複数層の積層構造を有してもよい。たとえば、電子注入・輸送層３１を電子注入層および電子輸送層の２層構成としてもよく、正孔注入・輸送層３３を正孔注入層および正孔輸送層の２層構成としてもよい。
【００４０】
次に各構成要素に関して詳細を順次説明する。
【００４１】
［支持基板１０］
本発明の支持基板１０は、フラットパネルディスプレイの支持基板として一般的に使用されている材料を用いて形成することができる。たとえば、ガラス（無アルカリ、アルカリ）、あるいはポリカーボネートのようなプラスティックを用いて支持基板１０を形成することができる。また、図２〜４に例示した有機ＥＬ素子においては、発光層３２の発光は、支持基板１０を透過せずに外部へと放出されるので、支持基板１０は必ずしも透明である必要はない。したがって、シリコンまたはセラミックのような不透明材料を用いて支持基板１０を形成することができる。さらに、複数のスイッチング素子（ＴＦＴなど）を形成したシリコン基板を、支持基板１０として使用してもよい。
【００４２】
［一対の反射層］
（不透過性反射層５１）
本発明の不透過性反射層５１は、高反射率の金属、アモルファス合金または微結晶性合金を用いて形成することができる。高反射率の金属は、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｒなどを含む。高反射率のアモルファス合金は、ＮｉＰ、ＮｉＢ、ＣｒＰおよびＣｒＢなどを含む。高反射率の微結晶性合金は、ＮｉＡｌ、Ａｇ合金などを含む。不透過性反射層５１の膜厚は、シート抵抗値、反射率、表面平坦性等を考慮して設定されるが、一般に５０〜２００ｎｍである。この範囲内の膜厚を有することによって、発光層３２からの発光、および色変換層４０からの変換光を十分に反射して、微小共振器の効果を得ることができる。
【００４３】
（半透過性反射層５２）
本発明の半透過性反射層５２は、特定の波長域のみ透過するような誘電体多層膜のような一次元フォトニック結晶を用いて作製してもよい。しかしながら、一次元フォトニック結晶の作製には、多数の成膜プロセスおよび厳格な膜厚制御を必要とする煩雑なプロセスを用いなければならない。作製に必要なプロセスを簡便にする観点から、本発明においては、半透過性反射層５２として金属薄膜を用いることが好ましい。
【００４４】
半透過性反射層５２を形成するための金属材料は、可視光に対して光吸収の少ないことが好ましい。本発明において好適に用いられる金属材料は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｍｇ、あるいはそれら金属を主成分とする合金を含む。本発明における「主成分」とは、合金全体を基準として５０原子％以上の前述の金属を含むことを意味する。
【００４５】
金属薄膜を用いて半透過性反射層５２を形成する場合、半透過性反射層５２の膜厚は、本実施形態の微小共振器色変換ＥＬ素子の発光スペクトルおよび発光強度を決める重要な因子である。好ましくは、半透過性反射層５２の膜厚は、使用する金属材料、ならびに必要とされる発光スペクトルおよび発光強度に依存して、５ｎｍ〜５０ｎｍの間で調整される。このような範囲内の膜厚を有する半透過性反射層５２を用いることによって、色変換層を発する光に対する十分な反射性を有して、色変換層４０において大きな変換光強度を得ること、および色変換層４０を発する変換光に対する十分な透過性を有して、素子の発光強度の著しく低下させないことという相反する２つの要求性能を両立することが可能となる。
【００４６】
［一対の電極］
（光反射性電極２１）
本発明の光反射性電極２１は、不透過性反射層５１と同様に、高反射率の金属、アモルファス合金または微結晶性合金を用いて形成することができる。前述の材料を用いて光反射性電極２１を形成する場合、十分な反射性を得るために、膜厚は５００〜２００ｎｍの範囲内にあることが望ましい。あるいはまた、本発明の光反射性電極２１は、前述の金属または合金からなる金属層２１ａと透明導電層２１ｂとの積層体であってもよい。この場合、金属層２１ａは、十分な反射性を得るために、５０〜２００ｎｍの範囲内の膜厚を有することが望ましい。透明導電層２１ｂは、一般的に知られているＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）、ＩＷＯ（インジウム−タングステン酸化物）、ＡＺＯ（Ａｌドープ亜鉛酸化物）などの透明導電性酸化物材料を用いて形成することができる。あるいはまた、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）などの高導電性高分子材料を用いて、透明導電層２１ｂを形成してもよい。
【００４７】
なお、本発明において、金属または合金で形成される光反射性電極２１、あるいは金属層／透明導電層の構成における金属層２１ａを、前述の不透過性反射層５１として使用することができる。
【００４８】
（透明電極２２）
本発明の透明電極２２は、一般的に知られているＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）、ＩＷＯ（インジウム−タングステン酸化物）、ＡＺＯ（Ａｌドープ亜鉛酸化物）などの透明導電性酸化物材料を用いて形成することができる。あるいはまた、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）などの高導電性高分子材料を用いて、透明電極２２を形成してもよい。
【００４９】
（半透過性電極２３）
本発明の半透過性電極２３は、半透過性反射層５２と同様に、可視光に対して光吸収の少ない金属を用いて形成することができる。用いることができる金属材料は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｍｇあるいはそれら金属を主成分とする合金を含む。使用する金属材料、ならびに必要とされる発光スペクトルおよび発光強度に依存するが、半透過性電極２３は５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内の膜厚を有する。このような範囲内の膜厚を有する半透過性電極２３を用いることによって、色変換層４０を発する変換光が共振するために十分な反射性、および透過してきた変換光を極度に減衰させない十分な透過性という相反する２つの要求を両立することが可能となる
【００５０】
［機能層３０］
（電子注入・輸送層３１）
電子注入・輸送層３１は、陰極からの電子注入性に優れ、電子輸送能力の高い材料を用いた単一の層として形成することができる。しかしながら、一般的には、陰極から有機層への電子注入を促進する電子注入層と、発光層３２へ電子を輸送する電子輸送層の２層に分けて形成することが望ましい。２層構成の電子注入・輸送層３１を用いる場合、電子注入層を陰極に接触させ、電子輸送層を発光層３２に接触させる構造を採ることが望ましい。
【００５１】
電子輸送層は、具体的には、３−フェニル−４−（１’−ナフチル）−５−フェニル−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）のようなトリアゾール誘導体；１，３−ビス［（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール］フェニレン（ＯＸＤ−７）、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＰＢＤ）、１，３，５−トリス（４−ｔ−ブチルフェニル−１，３，４−オキサジアゾリル）ベンゼン（ＴＰＯＢ）のようなオキサジアゾール誘導体；５，５’−ビス（ジメシチルボリル）−２，２’−ビチオフェン（ＢＭＢ−２Ｔ）、５，５’−ビス（ジメシチルボリル）−２，２’：５’２’−ターチオフェン（ＢＭＢ−３Ｔ）のようなチオフェン誘導体；アルミニウムトリス（８−キノリノラート）（Ａｌｑ3）のようなアルミニウム錯体；４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）、２，９−ヂメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）のようなフェナントロリン誘導体；２，５−ジ−（３−ビフェニル）−１，１，−ジメチル−３，４−ジフェニルシラシクロペンタジエン（ＰＰＳＰＰ）、１，２−ビス（１−メチル−２，３，４，５−テトラフェニルシラシクロペンタジエニル）エタン（２ＰＳＰ）、２，５−ビス−（２，２−ビピリジン−６−イル）−１，１−ジメチル−３，４−ジフェニルシラシクロペンタジエン（ＰｙＰｙＳＰｙＰｙ）のようなシロール誘導体などを用いて形成することができる。
【００５２】
電子注入層は、Ｌｉ2Ｏ、ＬｉＯ、Ｎａ2Ｓ 、Ｎａ2Ｓｅ、及びＮａＯなどのアルカリ金属カルコゲナイド、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＢｅＯ、ＢａＳ、及びＣａＳｅなどのアルカリ土類金属カルコゲナイド、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＣｓＦ、ＬｉＣｌ、ＫＣｌ及びＮａＣｌなどのアルカリ金属ハロゲン化物、ＣａＦ2、ＢａＦ2、ＳｒＦ2、ＭｇＦ2及びＢｅＦ2等のアルカリ土類金属のハロゲン化物、Ｃｓ2ＣＯ3等のアルカリ金属炭酸塩などを用いて形成することができる。これらの材料を用いて電子注入層を形成する場合、電子注入層の膜厚を０．５〜１．０ｎｍ程度にすることが望ましい。
【００５３】
あるいはまた、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ等のアルカリ金属、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｍｇ等のアルカリ土類金属の薄膜（膜厚１．０〜５．０ｎｍ程度）を電子注入層として用いることもできる。
【００５４】
あるいはまた、前述の電子輸送層の材料中に、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ等のアルカリ金属、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＣｓＦ等のアルカリ金属ハロゲン化物、Ｃｓ2ＣＯ3等アルカリ金属炭酸塩をドープした材料を用いて、陰極からの電子注入を促進する電子注入層を形成することができる。
【００５５】
（発光層３２）
発光層３２の材料は、所望する色調に応じて選択することが可能である。色変換層４０を効果的に励起および発光させるために、青色から青緑色の発光を示す材料を用いて発光層３２を形成することが好ましい。青色から青緑色の発光を示す材料は、たとえば、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリデイン系化合物などを含む。具体的には、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（ＡＤＮ）、４，４’−ビス（２、２’−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）、２−メチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（ＭＡＤＮ）、９，１０−ビス−（９，９−ジ（ｎ−プロピル）フルオレン−２−イル）アントラセン（ＡＤＦ）、９−（２−ナフチル）−１０−（９，９−ジ（ｎ−プロピル）−フルオレン−２−イル）アントラセン（ＡＮＦ）などを用いて発光層３２を形成することが望ましい。
【００５６】
（正孔注入・輸送層３３）
陽極からの正孔注入性に優れ、正孔輸送能力の高い材料を用いた単層構成としてもよいが、陽極からの正孔注入性に優れた正孔注入層、正孔輸送能力の高い正孔輸送層の積層構成としてもよい。正孔注入・輸送層３３は、陽極からの正孔注入性に優れ、正孔輸送能力の高い材料を用いた単一の層として形成することができる。しかしながら、一般的には、陽極から有機層への正孔注入を促進する正孔注入層と、発光層３２へ電子を輸送する正孔輸送層の２層に分けて形成することが望ましい。２層構成の正孔注入・輸送層３３を用いる場合、正孔注入層を陽極に接触させ、正孔輸送層を発光層３２に接触させる構造を採ることが望ましい。
【００５７】
正孔注入・輸送層３３を形成するための材料としては、トリアリールアミン部分構造、カルバゾール部分構造、オキサジアゾール部分構造を有する材料など、一般に有機ＥＬ素子で用いられている正孔輸送材料を用いることができる。具体的には、たとえば、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルーＮ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メトキシフェニル）−ベンジジン（ＭｅＯ−ＴＰＤ）、４，４’，４”−トリス｛１−ナフチル（フェニル）アミノ｝トリフェニルアミン（１−ＴＮＡＴＡ）、４，４’，４”−トリス｛２−ナフチル（フェニル）アミノ｝トリフェニルアミン（２−ＴＮＡＴＡ）、４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−ビス｛Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ｝ビフェニル（ＮＰＢ）、２，２’，７，７’−テトラキス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）−９，９’−スピロビフルオレン（Ｓｐｉｒｏ−ＴＡＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ビフェニル−４−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ｐ−ＢＰＤ）、トリ（ｏ−ターフェニル−４−イル）アミン（ｏ−ＴＴＡ）、トリ（ｐ−ターフェニル−４−イル）アミン（ｐ−ＴＴＡ）、１，３，５−トリス［４−（３−メチルフェニルフェニルアミノ）フェニル］ベンゼン（ｍ−ＭＴＤＡＰＢ）、４，４’，４”−トリス−９−カルバゾリルトリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）等を用いて、正孔注入・輸送層３３を形成することができる。
【００５８】
あるいはまた、前述の正孔輸送材料に電子受容性ドーパントを添加（ｐ型ドーピング）した材料を用いて、正孔注入層を形成してもよい。用いることができる電子受容性ドーパントは、たとえば、テトラシアノキノジメタン誘導体などの有機半導体を含む。代表的なテトラシアノキノジメタン誘導体は、２，３，５，６−テトラフロロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ4−ＴＣＮＱ）である。あるいはまた、酸化モリブデン（ＭｏＯ3）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）などの無機半導体を、電子受容性ドーパントとして用いることができる。
【００５９】
（キャリア輸送性色変換層３４）
キャリア輸送性色変換層３４は、電子注入／輸送性または正孔注入／輸送性を有すると同時に色変換の機能を有する層である。キャリア輸送性色変換層３４は、ホスト材料と１種または複数種の色変換色素とを含む。この場合、ホスト材料は、キャリア輸送性能と発光層３２から発せられる光を吸収し、１重項励起子を生成できることが望ましい。
【００６０】
電子注入／輸送性を有するキャリア輸送性色変換層３４を用いる場合、ホスト材料として、Ｚｎｓｑ2、Ａｌｑ3などを用いることができる。色変換色素は、（ａ）発光層が発する光（入射光）を直接吸収して波長分布変換を行い、異なる波長分布を有する光（変換光）を発する色素、または（ｂ）発光層が発する光を吸収したホスト材料励起子のエネルギーを受けて、発光層による発光とは異なる波長分布を有する光を発する色素である。本発明における色変換色素としては、青色〜青緑色領域の光を吸収して赤色光ないし緑色光を発する色素を用いることができる。青色〜青緑色領域の光を吸収して赤色光を発する色変換色素としては、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ−１、Ｉ）、ＤＣＭ−２（II）、ＤＣＪＴＢ（III）などのジシアニン系色素；１−エチル−２−（４−（ｐ−ジメチルアミノフェニル）−１，３−ブタジエニル）−ピリジウム−パークロレート（ピリジン１）等のピリジン系材料；ローダミン系のキサンテン系材料；オキサジン系材料；クマリン系色素；アクリジン色素；その他の縮合芳香族環材料（ジケトピロロ［３，４−ｃ］ピロール誘導体、チアジアゾールの類縁複素環骨格が縮環したベンゾイミダゾール化合物、ポルフィリン誘導体化合物、キナクリドン系化合物、ビス（アミノスチリル）ナフタレン化合物など）を利用できる。
【００６１】
また、青色〜青緑色領域の光を吸収して緑色光を発する色変換色素としては、例えば３−（２’−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノ−クマリン（クマリン６）、３−（２’−ベンゾイミダゾリル）−７−ジエチルアミノ−クマリン（クマリン７）、３−（２’−Ｎ−メチルベンゾイミダゾリル）−７−ジエチルアミノ−クマリン（クマリン３０）、２，３，５，６−１Ｈ，４Ｈ−テトラヒドロ−８−トリフルオロメチルキノリジン（９，９ａ，１−ｇｈ）クマリン（クマリン１５３）などのクマリン系色素、あるいはクマリン色素系染料であるベーシックイエロー５１、さらにはソルベントイエロー１１、ソルベントイエロー１１６などのナフタルイミド系色素などを含む。
【００６２】
一方、正孔注入／輸送性を有するキャリア輸送性色変換層３４を用いる場合、ホスト材料として、ＢＡＰＰ、ＢＡＢＰなどの低分子、あるいはＣｚＰＰ、ＣｚＢＰなどのような高分子量ペリレン系ホール輸送材料を使用することができる（特許文献６参照）。あるいはまた、ホール輸送性を有する蛍光材料である、アリールアミノ基が結合したアザフルオランテン骨格を有するアザ芳香族化合物（特許文献７参照）、アミノ基と結合したフルオランテン骨格を有する縮合芳香族化合物（特許文献８参照）、アミノ基を有するトリフェニレン芳香族化合物（特許文献９参照）、またはアミノ基を有するペリレン系芳香族化合物（特許文献１０参照）を、ホスト材料として用いることもできる。色変換色素としては、前述の電子注入／輸送性を有するキャリア輸送性色変換層３４と同様の材料を用いることができる。
【００６３】
［色変換層４０］
本発明の色変換層４０は、少なくとも１種の蛍光色素を蒸着法などのドライプロセス、またはインクジェット、グラビア印刷などの印刷技術を用いて付着させることによって形成される層である。本発明の色変換層４０は、２０００ｎｍ（２μｍ）以下、好ましくは１００〜２０００ｎｍ、より好ましくは１００〜１０００ｎｍの膜厚を有する。
【００６４】
本発明において好適に用いることができる蛍光色素は、Ａｌｑ3（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体）などのアルミキレート系色素、３−（２−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン６）、３−（２−ベンゾイミダゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン７）、クマリン１３５などのクマリン系色素、ソルベントイエロー４３、ソルベントイエロー４４のようなナフタルイミド系色素などの低分子有機蛍光色素を含む。また、蛍光色素として、ポリフェニレン系、ポリアリーレン系、ポリフルオレン系に代表される各種高分子発光材料を用いてもよい。
【００６５】
別法として、前述の蛍光色素に第２蛍光色素を加えた２種の蛍光色素の混合物を用いて色変換層を形成してもよい。この構成においては、前述の蛍光色素が色変換層４０への入射光、好ましくは有機ＥＬ素子の発する青色〜青緑色の光を吸収し、吸収したエネルギーを第２蛍光色素に移動させ、第２蛍光色素が所望の波長の光を放射する。本発明において第２蛍光色素として好適に用いることができる蛍光色素は、ジエチルキナクリドン（ＤＥＱ）などのキナクリドン誘導体；ＤＣＭ−１、（Ｉ）、ＤＣＭ−２（ＩＩ）、およびＤＣＪＴＢ（ＩＩＩ）などのシアニン色素；ローダミンＢ、ローダミン６Ｇなどのキサンテン系色素；ピリジン１などのピリジン系色素；４，４−ジフルオロ−１，３，５，７−テトラフェニル−４−ボラ−３ａ，４ａ−ジアザ−ｓ−インダセン（ＩＶ）；ルモゲンＦレッド；ナイルレッド（Ｖ）などを含む。
【００６６】
【化１】
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【００６７】
第２蛍光色素を用いる場合、第２蛍光色素が濃度消光を起こさないことが重要である。なぜなら、第２蛍光色素が所望の光を放射する材料であり、その濃度消光は色変換の効率の低下をもたらすからである。本発明の色変換層４０における第２蛍光色素の濃度の上限は、用いる材料に依存して変化し得る。一般的には、本発明の色変換層４０における第２蛍光色素の好ましい濃度は、色変換層４０の総構成分子数を基準として、１０モル％以下、好ましくは０．０１〜１０モル％、より好ましくは０．１〜５モル％の範囲内である。このような範囲内の濃度で第２蛍光色素を用いることによって、濃度消光を防止すると同時に、十分な変換光強度を得ることが可能となる。
【００６８】
第２蛍光色素を添加する構成は、入射光の吸収ピーク波長と色変換の発光ピーク波長との差を大きくすることができるため、青色から赤色への変換時など波長シフト幅が大きい場合に有効である。さらに、機能が分離されたことによって、蛍光色素の選択肢を広げることが可能となる。
【００６９】
本発明の第２の実施形態は、第１の実施形態に記載の微小共振器色変換ＥＬ素子と、少なくとも一対の電極と、該一対の電極に挟持される発光層を含む機能層と、一対の光反射層とを有し、該発光層が該一対の光反射層の間に配置され、該一対の光反射層間の距離が、前記発光層から放射された光のうち特定波長の光強度を増強するような微小共振器を構成するような光学距離に設定されている微小共振器ＥＬ素子とを含み、青色、緑色および赤色の副画素が、該微小共振器色変換ＥＬ素子または微小共振器ＥＬ素子のいずれかで構成されていることを特徴とする有機ＥＬディスプレイである。
【００７０】
本発明の微小共振器ＥＬ素子は、色変換の機能を有する層（色変換層またはキャリア輸送性色変換層）を含まないこと、および一対の光反射層間の距離が発光層から放射された光のうち特定波長の光強度を増強する光学距離に設定されている点を除いて、第１の実施形態に記載の微小共振器色変換素子と同様の構成を有することができる。
【００７１】
図５に本実施形態の有機ＥＬディスプレイの１つの例を示す。図５に示した有機ＥＬディスプレイは、図２に示した構成を有する赤色および緑色の副画素に対応する微小共振器色変換有機ＥＬ素子と、青色の副画素に対応する微小共振器有機ＥＬ素子とで構成されている。また、赤色変換層４０Ｒ、緑色変換層４０Ｇの膜厚を適切に設定することによって、各色副画素に合わせた反射層間距離１００を、色変換層４０上にディスプレイ全面を覆うように形成される半透過性反射層５２と、不透過性反射層５１として機能する反射性電極２１との間に設定している。すなわち、青色副画素においては、透明電極２２の上に形成される半透過性反射層５２と反射性電極２１との間の距離１００Ｂは、発光層３２が発する青色光の強度を増強させる光学距離に設定される。一方、緑色および赤色副画素においては、色変換層４０（Ｇ，Ｒ）の上に形成される半透過性反射層５２と反射性電極２１との間の距離１００（Ｇ，Ｒ）は、それぞれ、色変換層４０（Ｇ，Ｒ）が発する緑色および赤色光の強度を増強させる光学距離に設定される。
【００７２】
本実施形態において、図５に示したように、微小共振器有機ＥＬ素子および微小共振器色変換有機ＥＬ素子の間で、一対の電極（２１，２２）および機能層３０を共有することが便利である。このような構成をとることによって、通常の有機ＥＬディスプレイと同様のパッシブマトリクス駆動型あるいはアクティブマトリクス駆動型の構成をとることが可能となる。
【００７３】
また、本実施形態において、微小共振器色変換有機ＥＬ素子の色変換層４０は、一つの電極の一方である透明電極２２と半透過性反射層５２との間に形成することが便利である。このような構成をとることによって、各色の副画素に対応する色変換層４０の作製が容易になると同時に、色変換層４０の膜厚を適宜設定することによって、一対の反射層間の距離を所望の光学距離に設定することができる。
【００７４】
任意選択的であるが、本実施形態の有機ＥＬディスプレイにおいて、微小共振器色変換ＥＬ素子および微小共振器ＥＬ素子の光出射側に、特定の波長域の光を透過するカラーフィルタ層を設けてもよい。たとえば、青色、緑色および赤色副画素をなす微小共振器色変換ＥＬ素子または微小共振器ＥＬ素子の出射側（図５の構成においては、半透過性反射層５２の側）に、青色、緑色および赤色カラーフィルタ層を設けることができる。カラーフィルタ層を設けることによって、各色副画素の出射光の色純度が向上し、高品位の表示を行うことが可能となる。カラーフィルタ層は、市販のフラットパネルディスプレイ用のカラーフィルタ材料を用いて作製することができる。カラーフィルタ層は、半透過性反射層５２上に直接、あるいはパッシベーション層（ＳｉＯx、ＡｌＯx、ＴｉＯx、ＴａＯx、ＺｎＯxなどの無機酸化物、ＳｉＮxなどの無機窒化物、およびＳｉＮxＯyなどの無機酸化窒化物などを用いて形成される）を介して形成してもよい。あるいはまた、支持基板１０とは別の透明支持体上にカラーフィルタ層を設けたカラーフィルタを、前述の有機ＥＬディスプレイの出射側に貼り合わせることによって、カラーフィルタ層を所定の種類の副画素に対向させて配置してもよい。
【００７５】
図５においては、青色副画素が微小共振器有機ＥＬ素子で形成され、赤色および緑色の副画素が微小共振器色変換有機ＥＬ素子で形成される例を示した。しかしながら、本実施形態の有機ＥＬディスプレイにおいては、青色副画素および赤色副画素を微小共振器ＥＬ素子で形成し、緑色副画素を微小共振器色変換ＥＬ素子で形成してもよい。あるいはまた、青色副画素および緑色副画素を微小共振器ＥＬ素子で形成し、赤色副画素を微小共振器色変換ＥＬ素子で形成してもよい。
【００７６】
複数種の副画素を微小共振器有機ＥＬ素子で形成する場合、それらの微小共振器有機ＥＬ素子内に、一対の反射層間の有効光路長を調整するための透明層（不図示）を設けてもよい。たとえば、青色副画素および赤色副画素を微小共振器ＥＬ素子で形成する場合、青色副画素の微小共振器有機ＥＬ素子または赤色副画素の微小共振器有機ＥＬ素子のいずれか一方または両方に透明層を設けて、一対の反射層間の光学距離を調整することができる。透明層を形成するのに使用できる材料は、ＳｉＯx、ＡｌＯx、ＴｉＯx、ＴａＯx、ＺｎＯxなどの無機酸化物、ＳｉＮxなどの無機窒化物、およびＳｉＮxＯyなどの無機酸化窒化物を含む。透明層は、スパッタ法、ＣＶＤ法、真空蒸着法などの当該技術において知られている任意の手法により形成することができる。透明層は、たとえば、電極（好ましくは透明電極）と半透過性反射層との間（図５の構成における色変換層４０の位置）に設けてもよい。
【００７７】
また、透明層を設けず、例えば青色と赤色の両波長に対して発光強度を増強するようなマルチモード微小共振器有機ＥＬ素子を用いて複数種の副画素を形成してもよい。この場合、微小共振器有機ＥＬ素子の有効光路長は、機能層３０、透明電極２２の膜厚で調整することになる。
【００７８】
以上に説明したように、全ての副画素に微小共振器構造を導入することによって、観察角度によって色相の変化することのない、視野角依存性の小さい有機ＥＬディスプレイを得ることができる。なぜなら、図１（ｂ）に示した従来構造のディスプレイにおいて、色変換層を出射した光が等方的に放射されるのに対して、図５に示した本発明のディスプレイにおいては、赤色副画素および緑色副画素において色変換層を出射する光は微小共振器によって、青色副画素と同様の指向性を有するからである。
【実施例】
【００７９】
（実施例１）  赤色発光の微小共振器色変換ＥＬ素子
長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ×厚さ０．７ｍｍの支持基板（コーニング製１７３７ガラス）を、アルカリ洗浄液にて洗浄し、純水にて十分にリンスした。続いて、洗浄済の支持基板上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法にて銀合金（フルヤ金属製、ＡＰＣ−ＴＲ）を付着させ、膜厚１００ｎｍの銀合金膜を成膜した。スピンコート法を用いて、銀合金膜上に、膜厚１．３μｍのフォトレジスト（東京応化工業製、ＴＦＲ−１２５０）膜を成膜し、８０℃のクリーンオーブンにて１５分間にわたって乾燥した。フォトレジスト膜に対して、２ｍｍ幅のストライプパターンのフォトマスクを通して高圧水銀ランプによる紫外光を照射し、現像液（東京応化工業製  ＮＭＤ−３）にて現像することにより、銀合金薄膜上に２ｍｍ幅のフォトレジストパターンを作製した。次いで、銀用エッチング液（関東化学製  ＳＥＡ２）を用いてエッチングを行い、続いて剥離液（東京応化製  剥離液１０６）を用いてフォトレジストパターンを剥離し、線幅２ｍｍのストライプ形状部分からなる金属層を作製した。金属層上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）からなる膜厚１００ｎｍの透明導電膜を成膜し、銀合金薄膜と同様にフォトリソグラフィ法にてパターニングを行い、導電層のパターンに合致したストライプ形状部分からなる透明導電層を形成し、反射性電極を得た。ＩＺＯのエッチングには、シュウ酸を用いた。反射性電極を形成した基板を、低圧水銀ランプを備えたＵＶ／Ｏ3洗浄装置にて室温で１０分間処理した。
【００８０】
続いて、洗浄処理を行った基板を、抵抗加熱真空蒸着装置に装着し、有機ＥＬ層の形成を行った。有機ＥＬ層の形成に際して、真空槽内圧を１×１０-4Ｐａまで減圧した。最初に、Ａｌｑ3および金属Ｌｉをモル比で１：１となるように共蒸着して、膜厚２０ｎｍの電子注入層を形成した。次いで、Ａｌｑ3を蒸着して、膜厚１０ｎｍの電子輸送層を形成した。次いで、ホスト材料であるＡＤＮと、発光ドーパントである４，４’−ビス（２−（４−（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）フェニル）ビニル）ビフェニル（ＤＰＡＶＢｉ）を共蒸着して、膜厚３０ｎｍの発光層を形成した。ここで、ＡＤＮの蒸着速度を１Å／ｓとし、ＤＰＡＶＢｉの蒸着速度を０．０３Å／ｓとした。次いで、ＮＰＢを蒸着して、膜厚２０ｎｍの正孔輸送層を形成した。最後に、２−ＴＮＡＴＡとＦ4−ＴＣＮＱとを、膜厚比が２−ＴＮＡＴＡ：Ｆ4−ＴＣＮＱ＝１００：２となるような蒸着速度で共蒸着し、膜厚３０ｎｍの正孔注入層を形成した。
【００８１】
有機ＥＬ層を形成した基板を、真空を破ることなしに対向ターゲットスパッタ装置に移動させ、有機ＥＬ層の上にＩＺＯを付着して、膜厚５０ｎｍの透明電極を形成した。この際に、スパッタの際の成膜粒子の回り込みを考慮して、１ｍｍ幅のストライプパターンを有するメタルマスクを用いた。得られた透明電極は、反射性電極と交差する方向に延びる、幅２ｍｍの複数のストライプ形状の部分電極から構成された。
【００８２】
透明電極を形成した基板を、真空を破ることなしに、再び抵抗加熱真空蒸着装置に移動させた。透明電極上に、Ａｌｑ3とＤＣＭ−２とを、膜厚比がＡｌｑ3：ＤＣＭ−２＝１００：３となるような蒸着速度で共蒸着し、膜厚３２０ｎｍの色変換層を形成した。続いて、色変換層上にＡｇを蒸着し、膜厚１０ｎｍの半透過性反射層を形成した。
【００８３】
続いて、密閉搬送容器を用いて水分濃度および酸素濃度を１０ｐｐｍ以下の環境を維持しながら、半透過性反射層を形成した基板をプラズマＣＶＤ装置内へ反応した。プラズマＣＶＤ法を用いて半透過性反射層上にＳｉＮを付着させ、膜厚１μｍの保護膜を形成した。
【００８４】
最後に、長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ×厚さ１．１ｍｍの封止用ガラス基板（日本電気硝子製ＯＡ−１０）の全面に加熱硬化型エポキシ接着剤を塗布し、それを保護膜上に貼り合わせて有機ＥＬ発光部を封止して、赤色発光の微小共振器色変換ＥＬ素子を得た。本実施例の構成において、微小共振器構造内で最も屈折率差の大きい界面は、電子注入層（ＬｉドープＡｌｑ3、屈折率１．７３（＠６１０ｎｍ））と透明導電層（ＩＺＯ、屈折率２．０１（＠６１０ｎｍ））との界面であり、その屈折率差は０．３４であった。
【００８５】
（実施例２）  赤色発光の微小共振器色変換ＥＬ素子
色変換層の膜厚を３３０ｎｍとし、半透過性反射層の膜厚を２０ｎｍとしたことを除いて実施例１の手順を繰り返して、赤色発光の微小共振器色変換ＥＬ素子を得た。
【００８６】
（比較例１）  赤色発光の色変換ＥＬ素子
半透過性反射層を形成しなかったことを除いて実施例１の手順を繰り返して、赤色発光の色変換ＥＬ素子を得た。
【００８７】
実施例１、２、および比較例１で作製した素子の発光スペクトルを図６に示す。また、各素子の色度、電流効率（電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ2の場合）、および輝度比（比較例の素子の輝度を１とする相対値）の評価結果を第１表に示した。図６および第１表から分かるように、微小共振器構造を有する実施例１および２の素子の発光効率が、比較例の素子に比較して１．４〜１．７倍に向上したことが分かる。
【００８８】
【表１】
2009205928.tif 000004
【００８９】
（実施例３）  緑色発光の微小共振器色変換ＥＬ素子
Ａｌｑ3のみを蒸着することによって色変換層を形成し、色変換層の膜厚を２３０ｎｍに変更したことを除いて実施例１の手順を繰り返して、緑色発光の微小共振器色変換ＥＬ素子を得た。得られた素子の発光スペクトルを図７に示す。得られた素子の色度、および電流効率（電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ2の場合）の評価結果を第２表に示した。図７および第２表に示した結果から、緑色変換色素としてはブロードな発光スペクトルを有するＡｌｑ3を用いた場合であっても、本発明の微小共振器構造を導入することによって、色純度の優れた緑色光を得ることができることが明らかとなった。本実施例の構成においても、微小共振器構造内で最も屈折率差の大きい界面は、電子注入層（ＬｉドープＡｌｑ3、屈折率１．７３（＠５３０ｎｍ））と透明導電層（ＩＺＯ、屈折率２．０６（＠５３０ｎｍ））との界面であり、その屈折率差は０．３３であった。
【００９０】
【表２】
2009205928.tif 000005
【００９１】
（実施例４）  有機ＥＬディスプレイ
本実施例は、図５に示す概略断面を有する有機ＥＬディスプレイを提供する。
【００９２】
支持基板１０として、表面上に各副画素を制御するための複数のスイッチング素子（ＴＦＴ素子、不図示）が配列された無アルカリガラス基板（縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ０．７ｍｍ、コーニング製、イーグル２０００）を準備した。各ＴＦＴ素子はアモルファスシリコンを用いて作製した。スイッチング素子は、縦方向３３０μｍおよび横方向１１０μｍのピッチで、横方向および縦方向のそれぞれについて２４０個が配列された。これは、ＲＧＢの３種の副画素からなる画素が横方向８０個、縦方向に２４０個配列されていることに相当する。スイッチング素子は、凹凸を平坦化するための膜厚約２μｍの樹脂膜（不図示）で被覆され、該樹脂膜は、スイッチング素子を光反射性電極と接続するための複数のコンタクトホールを有する。
【００９３】
実施例１と同様にして、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて樹脂膜上に膜厚１００ｎｍの銀合金（フルヤ金属製、ＡＰＣ−ＴＲ）を付着させ、樹脂膜上のコンタクトホールの位置に合わせてパターニングして、縦方向３３０μｍおよび横方向１１０μｍのピッチにおいて、長さ３００μｍおよび幅９５μｍの複数の矩形状部分からなる銀合金パターン（金属層）を得た。次いで、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて膜厚１００ｎｍのＩＺＯを付着させ、銀合金パターンに合わせてパターニングして、縦方向３３０μｍおよび横方向１１０μｍのピッチにおいて、長さ３１０μｍおよび幅１００μｍの複数の矩形状部分からなる透明導電層パターン（透明導電層）を得た。以上のように、銀合金および透明導電層の積層構造からなり、複数の部分電極に分割された反射性電極２１を得た。この反射性電極２１は、不透過性反射層５１としても機能する。また、反射性電極２１を構成する複数の部分電極のそれぞれを、スイッチング素子と１対１に接続した。
【００９４】
ついで、感光性樹脂材料（ＪＥＭ−７００−Ｒ２、ＪＳＲ製）をスピンコート法にて基板上に膜厚１μｍとなるように塗布し、フォトマスクを介して、感光樹脂材料膜に対して高圧水銀ランプの光を照射し、現像液（東京応化工業製、ＮＭＤ−３）を用いて感光樹脂材料膜を現像した。得られた膜を２００℃に加熱したホットプレート上で２０分間にわたって加熱して、各副画素に相当する位置の長さ３００μｍおよび幅８０μｍの複数の開口部を有する絶縁膜（不図示）を得た。
【００９５】
続いて、絶縁膜を形成した基板を、抵抗加熱真空蒸着装置に装着し、表示領域（すなわち、反射性電極２１を形成した領域）に開口部を有するメタルマスクを介して、有機ＥＬ層３０の形成を行った。有機ＥＬ層３０の形成に際して、真空槽内圧を１×１０-4Ｐａまで減圧した。最初に、Ａｌｑ3および金属Ｌｉをモル比で１：１となるように共蒸着して、膜厚２０ｎｍの電子注入層を形成した。次いで、Ａｌｑ3を蒸着して、膜厚１０ｎｍの電子輸送層を形成した。次いで、ホスト材料であるＡＤＮと、発光ドーパントである４，４’−ビス（２−（４−（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）フェニル）ビニル）ビフェニル（ＤＰＡＶＢｉ）を共蒸着して、膜厚３０ｎｍの発光層３２を形成した。ここで、ＡＤＮの蒸着速度を１Å／ｓとし、ＤＰＡＶＢｉの蒸着速度を０．０３Å／ｓとした。次いで、ＮＰＢを蒸着して、膜厚２０ｎｍの正孔輸送層を形成した。最後に、２−ＴＮＡＴＡとＦ4−ＴＣＮＱとを、膜厚比が２−ＴＮＡＴＡ：Ｆ4−ＴＣＮＱ＝１００：２となるような蒸着速度で共蒸着し、膜厚６０ｎｍの正孔注入層を形成した。ここで、電子注入層および電子輸送層の積層構造が電子注入・輸送層３１に相当し、正孔輸送層および正孔注入層の積層構造が正孔注入・輸送層３３に相当する。
【００９６】
続いて、有機ＥＬ層３０を形成した基板を、真空を破ることなしに対向ターゲットスパッタ装置に移動させ、有機ＥＬ層３０を形成した際のメタルマスクよりも広い開口部を有したメタルマスクを介して、有機ＥＬ層３０の上にＩＺＯを付着して、膜厚５０ｎｍの透明電極２２を形成した。透明電極２２は表示領域全面にわたって形成される共通電極であり、広い開口部を有するメタルマスクを用いたことによって外部駆動回路との接続端子との接続のための領域を有する。
【００９７】
続いて、透明電極２２を形成した基板を、真空を破ることなしに、再び抵抗加熱真空蒸着装置に移動させた。複数の長さ方向に延びる複数のストライプ形状開口部を有するメタルマスクを準備した。メタルマスクの開口部のそれぞれは９０μｍの幅を有し、３３０μｍのピッチで配列されている。透明電極２２上に、前述のメタルマスクを介してＡｌｑ3を蒸着し、緑色副画素に相当する位置に、膜厚２３０ｎｍの緑色変換層４０Ｇを形成した。
【００９８】
続いて、前述のメタルマスクの位置を変更し、メタルマスクを介してＡｌｑ3とＤＣＭ−２とを、膜厚比がＡｌｑ3：ＤＣＭ−２＝１００：３となるような蒸着速度で共蒸着し、赤色副画素に相当する位置に、膜厚３２０ｎｍの赤色変換層４０Ｒを形成した。
【００９９】
さらに、緑色変換層４０Ｇおよび赤色変換層４０Ｒを形成した基板上に、透明電極２２の形成の際に用いたメタルマスクを介してＡｇを蒸着し、膜厚１０ｎｍの半透過性反射層５２を形成した。
【０１００】
続いて、密閉搬送容器を用いて水分濃度および酸素濃度を１０ｐｐｍ以下の環境を維持しながら、半透過性反射層を形成した基板をプラズマＣＶＤ装置内へ反応した。プラズマＣＶＤ法を用いて半透過性反射層上にＳｉＮを付着させ、膜厚１μｍの保護膜（不図示）を形成し、ＥＬ素子基板を得た。
【０１０１】
ここで、長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ×厚さ１．１ｍｍのガラス基板（日本電気硝子製ＯＡ−１０）の表面上の赤色、緑色および青色の副画素に相当する位置に対応する色のカラーフィルタ層（膜厚０．８μｍ）を形成したカラーフィルタ（不図示）を準備した。各カラーフィルタ層は、カラーモザイクＣＲ−７００１（赤色）、ＣＧ−７００１（緑色）およびＣＢ−７００１（青色）（富士フイルム株式会社より入手可能）を用いて、通常のスピンコート、パターン状露光、現像および加熱硬化の手順により作成した。カラーフィルタ層上の全面加熱硬化型エポキシ接着剤を塗布し、それをＥＬ素子基板の保護膜上に貼り合わせて有機ＥＬ発光部を封止して、有機ＥＬディスプレイを得た。
【０１０２】
本実施例のディスプレイの赤色副画素および緑色副画素に関して、微小共振器構造内で最も屈折率差の大きい界面は、実施例１および実施例３に記載したように、電子注入層と透明導電層との界面であり、その屈折率差はそれぞれ、０．３４および０．３３であった。また、本実施例のディスプレイの青色副画素に関して、微小共振器構造内で最も屈折率差の大きい界面は、電子注入層（ＬｉドープＡｌｑ3、屈折率１．８０（＠４７０ｎｍ））と透明導電層（ＩＺＯ、屈折率２．１２（＠４７０ｎｍ））との界面であり、その屈折率差は０．２２であった。
【０１０３】
得られた有機ＥＬディスプレイの各色副画素の発光スペクトルを図８に示す。また、各色副画素を１０ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で発光させた場合の色度および発光効率を表３に示す。
【０１０４】
【表３】
2009205928.tif 000006
【０１０５】
また、このディスプレイを正面（表示面の法線とのなす角が０゜）から観察した場合と、表示面の法線とのなす角が７０゜の斜め方向から観察した場合とを比較したが、色調が大きく変わることはなかった。これは、赤、青、緑の各副画素が同様の微小共振器構造をとっており、発光の方向依存性に差がなかったことによる。
【０１０６】
以上より、本発明によって得られる色変換層と微小共振器構造を組み合わせた有機ＥＬ素子により、色再現性、発光効率に優れた有機ＥＬディスプレイを提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】従来技術の微小共振器ＥＬ素子およびそれを用いたディスプレイを示す図であり、（ａ）は微小共振器ＥＬ素子を示し、（ｂ）はディスプレイを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の微小共振器色変換ＥＬ素子の１つの例を示す図であり、（ａ）は反射性電極が単一の層である場合を示し、（ｂ）は反射性電極が金属層と透明導電層との積層構造である場合を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の微小共振器色変換ＥＬ素子の別の例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の微小共振器色変換ＥＬ素子の別の例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の有機ＥＬディスプレイの一例を示す図である。
【図６】実施例１、２および比較例１の素子の発光スペクトルを示すグラフである。
【図７】実施例３の素子の発光スペクトルを示すグラフである。
【図８】実施例４のディスプレイの各色副画素の発光スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０８】
１０  支持基板
２１  反射性電極
２１ａ  金属層
２１ｂ  透明導電層
２２  透明電極
２３  半透過性電極
３０  機能層（有機ＥＬ層）
３１  電子注入・輸送層
３２  発光層
３３  正孔注入・輸送層
３４  キャリア輸送性色変換層
４０（Ｒ，Ｇ）  色変換層
５１  不透過性反射層
５２  半透過性反射層
１００  微小共振器の有効光路長
【図１】
2009205928.tif 000007
【図２】
2009205928.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
2009205928.tif 000011
【図６】
2009205928.tif 000012
【図７】
2009205928.tif 000013
【図８】
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